[圖文]揭示原口動物亞界中最令學術界困惑的起源謎團
仙掌滇蟲的復原圖,左上為「頭」,右下為「尾」。
2月24日出版的英國《自然》雜誌以封面論文形式發表了西北大學早期生命研究所青年教師劉建妮等人在早期動物起源演化研究上的又一突破性成果:《中國發現具有「節肢」的早寒武世葉足動物》。科研人員通過從雲南澄江化石庫中發現的節肢動物始祖——「仙掌滇蟲」(Diania cactiformis),首次揭示了原口動物亞界中最令學術界困惑的起源謎團,即節肢動物門的起源與早期演化難題。
節肢動物門是現生動物中分異最大、屬種數量最多的一個動物門,所擁有的物種數比地球上其餘30多個動物門的物種數總和的4倍還要多。其主要包括昆蟲類、蛛形類、甲殼類和已經絕滅了的三葉蟲類。
節肢動物門形態極其多樣,但是其身體主要由頭部、分節的軀幹和分節的附肢3個基本單元構成。特別是探索和研究有關這個在地球生態系統中扮演著極其重要角色的門類起源問題,一直是眾多進化生物學家最為關注的科學命題。當今全球生物學家和古生物學家已經取得共識,節肢動物門最初應該是由某一類無頭、軀幹不明顯分節、附肢也不分節的被稱作「葉足動物」的古老蠕蟲進化而來的。然而,學者們仍不清楚的是,到底是哪一類葉足動物首先邁出了通向節肢動物演化坦途的第一步;這「第一步」到底是先形成了頭部,還是先著手軀幹分節,或者先從附肢分節起步。人們都在期待遠古化石能給出明確答案。
6年前,劉建妮和西北大學早期生命研究所所長舒德乾等人發現了一種最先出現成對眼睛,因而開始頭化,但其軀幹和葉狀附肢皆未分節的「神奇囉哩山蟲」。相關文章作為2004年5月出版的《科學通報》(49卷10期)的封面論文發表。儘管這一重要發現可能代表了節肢動物與葉足動物之間的某種中間類型,但它只不過是一個旁支,也走進了演化的死胡同。於是,眾多現代生物學家依據生命演化中常見的「先主體,後附件」的現象推測認為:葉足動物門向節肢動物門進化的順序,很可能是「先軀幹節化,後附肢節化」。
然而,2月24日出版的《自然》刊發的這篇研究論文通過從雲南澄江化石庫中發現的一種叫做「仙掌滇蟲」(因其外形酷似雲南的仙人掌而得名)的葉足動物化石,顛覆了這一學說假設。因為該奇特葉足動物雖然沒有明確的頭,其軀幹也沒有明顯分節,然而其附肢的骨化分節卻與節肢動物幾無差異。無疑,這種能在遠古海底行走的動物「仙人掌」,應該代表著由古老葉足動物向節肢動物過渡的一種關鍵的珍稀缺失環節。也就是說,仙掌滇蟲就是一種學界期待已久、曾經淹沒在遠古歷史塵埃中的節肢動物始祖,它大約生存在距今5.2億~5.3億年前的寒武紀大爆發期。
舒德干向《科學時報》記者介紹,這一發現之所以重要,就在於它提供了節肢動物始祖最初創新「節肢」的真實證據。節肢動物自從擁有了分節附肢,便如虎添翼,它們有的跑得更快了,有的跳得更高了,行動更靈巧了,有的甚至還學會將分節附肢改造成極為有效的捕食工具或性選擇的得力幫手。從此,這類個頭本來不是十分起眼的族群便在形形色色的生存鬥爭中獲得了極大優勢,一直受到自然選擇的偏愛,「海陸空三軍」全面蓬勃發展,終於成為地球上無處不在的真正王者。
據悉,長期以來,以舒德干為學術帶頭人的研究團隊一直試圖揭示動物界中3個亞界各主要動物門類的起源和早期演化奧秘。過去10餘年間,他們不僅在著名的早寒武世澄江動物群中首次發現了前寒武紀埃迪卡拉生物群特有的「文德動物」春光蟲(相關文章發表於美國《科學》雜誌),為基礎動物亞界跨越寒武紀/前寒武紀界限演化提供了可靠證據,更在《自然》和《科學》雜誌上連續發表了10篇論文,發現了後口動物亞界全部「5+1類群」,揭示出該亞界完整的早期演化譜系。舒德乾等人因「澄江動物群與寒武紀大爆發」研究榮獲2003年度國家自然科學獎一等獎,這是該年度國家科技獎勵唯一一個自然科學獎一等獎。