近日,我国科学家研究发现,5.18亿年前的寒武纪澄江动物群产出的云南虫,其“咽弓”具有脊椎动物独有的细胞软骨结构,从而确认了云南虫是脊椎动物的最原始类群
近日,我国科学家研究发现,5.18亿年前的寒武纪澄江动物群产出的云南虫,其“咽弓”具有脊椎动物独有的细胞软骨结构,从而确认了云南虫是脊椎动物的最原始类群。该成果今天(7月8日)在国际学术期刊《科学》上发表。这项研究由中科院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员领导的“地球-生命系统早期演化”研究团队和南京大学地球科学与工程学院姜宝玉教授课题组合作完成。他们利用三维X射线断层扫描显微镜、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜等多种现代实验技术手段,从微观解剖学结构着手去破解这一谜题。科研团队基于科学家在2003年曾提出的云南虫鳃弓可能具有细胞软骨这一重要线索,对海口地区产出的127块云南虫标本的鳃弓结构进行了分析,首次在云南虫咽弓上发现了微纳尺度三维保存的叠盘状细胞结构和蛋白微原纤维构造。叠盘状细胞结构是软骨细胞独特的排列方式,而蛋白微原纤维是脊椎动物软骨常见的细胞间基质的纤维结构。这两个特征证明云南虫具有脊椎动物独有的、由细胞软骨构成的咽弓,表明云南虫属于原始脊椎动物。为进一步确定云南虫的具体演化位置,研究团队整合了最新的、包括后口动物和早期脊椎动物化石在内的性状矩阵,并增加云南虫新观察到的性状特征信息,采用贝叶斯算法进行重建计算。分析结果证实云南虫处于脊椎动物谱系的最基干位置,介于尾索动物和其他脊椎动物(包括现生和化石物种)之间。对于云南虫此前备受争议的第一对咽弓,研究团队在新标本上相当于第一对咽弓的位置上发现了与后部其他鳃弓一样的叠盘状细胞结构、鳃丝和蛋白微原纤维等构造。因此,云南虫拥有从前到后彼此相似、都具有细胞软骨的7对咽弓。云南虫相似的7对系列咽弓的发现,支持解剖学家们早在19世纪就已经提出的脊椎动物咽弓同源理论假说。另外,科研团队研究还发现,云南虫的7对咽弓在腹背两端被成对的水平软骨连接,组成了一个类似于篮状的咽颅。(咽颅是指脊椎动物头部消化道周围的一组骨片,起到支撑和保护作用,现生脊椎动物的咽颅由颌弓、舌弓和鳃弓等咽弓的骨骼构成)。篮状咽颅是现生无颌类脊椎动物和化石无颌类真显鱼的典型特征,然而寒武纪后斯普里格鱼和有颌类脊椎动物的咽颅是由一系列彼此分离的软骨棒组成。后斯普里格鱼的这种咽颅特征引起了关于脊椎动物祖先咽颅形态的争议。出现更早、位于脊椎动物最基干位置的云南虫咽颅特征支持了篮状咽颅是更古老的祖先特征。由此可见,作为现生脊椎动物最古老的近亲,云南虫为揭示脊椎动物的起源和早期演化提供了关键证据,对脊椎动物颌和其他关键特征演化的探索均将产生深远的影响。从另外一个角度来看,该项研究再一次展示了澄江动物群化石具有保存微纳尺度精细生物学结构的潜力。