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这些古生物之谜被揭开

——2022年度中国古生物学十大进展发布

冯杰

2023年04月11日 01:38

本报记者 苏雁 本报通讯员 姬尊雨
光明日报( 2023年03月20日 04版)

“从鱼到人”演化关键环节是在何时、何地,又是如何发生的?长颈鹿的脖子为何那么长?距今43500年前的古代老虎长什么样?3月17日,中国古生物学会在江苏南京发布“2022年度中国古生物学十大进展”评选结果,如上谜题被一一解答。

本次入选成果由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院南京地质古生物研究所、中国地质大学(武汉)、北京大学、南京大学、长安大学等科研院所和高校领衔完成。“十大进展”从31项提名成果中选出,进展涉及自寒武纪到第四纪的多个地质年代。

“自2017年‘十大进展’首次发布以来,中国古生物学十大进展已经成为世界古生物学的一个风向标。”中国古生物学会秘书长张元动告诉记者,除古生物学外,本次“十大进展”还涉及非常多的相关学科,例如地层学、古生态学、古人类学、地球化学以及大地构造学等,是十几个学科融合交叉的研究进展。

迄今最原始脊椎动物为5.18亿年前云南虫

现代脊椎动物从何而来?最古老的脊椎动物是什么?在地球生命演化的历程中,有关脊椎动物起源的问题始终是最吸引人的科学热点。

演化生物学家通常根据现生头索动物文昌鱼的特征,推测脊椎动物的祖先是一类具有脊索、背神经管和鳃裂的后口动物。然而,这一假想的脊椎动物祖先始终没有得到化石证据的支撑。

这些重大古生物学问题的谜底,藏在位于我国云南的澄江动物群中。2022年7月8日,由中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎领导的“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教授姜宝玉课题组密切合作完成的一项研究成果发表在《科学》杂志。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,确认了云南虫是脊椎动物的最原始类群。

研究团队利用三维X射线断层扫描显微镜、傅立叶红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜等多种现代实验技术手段,从微观解剖学结构上重新研究了一种此前分类存疑的动物:云南虫。

通过对127块云南虫标本的鳃弓结构的再分析,研究团队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,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。

“研究成果支持了云南虫是一种干群脊椎动物,为脊椎动物的起源和早期演化提供了关键证据,对脊椎动物咽颅关键特征演化的探索将产生深远影响。”中科院南京地质古生物研究所研究员赵方臣表示,从另一个角度看,该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。

5.35亿年前化石表明皱囊虫更可能是蜕皮动物

5年前,一种只有毫米大小、长着一张大口的动物登上了《自然》杂志封面,一度引发热议。当时的一项研究认为,这种名为“皱囊虫”的微体生物是最原始的后口生物,被认为是人类远祖的至亲。

但2022年8月,由长安大学、中科院南京地质古生物研究所等国内外科研人员组成的研究团队,通过对陕南约5.35亿年前的微体化石皱囊虫的深入研究,证实具有囊形体构的皱囊虫(约5.35亿年前)是蜕皮动物,揭示了囊形的体构在蜕皮动物祖先类型中出现,为蜕皮动物体构起源的研究提供了更多的可能性;同时证实了皱囊虫不是最早的后口动物,后口动物亚界化石的首现时间仍应在约5.18亿年前(澄江动物群)。相关成果发表在《自然》杂志上。

皱囊虫曾被解释为最早的后口动物的关键特征,是此前研究认为皱囊虫具有“腮孔”。“皱囊虫没有腮孔,曾被解释为腮孔的结构很可能是封闭的具刺骨板在化石化过程中磨损形成的孔状结构。”中科院南京地质古生物研究所研究员张华侨告诉记者,同时,皱囊虫的发育表皮、上皮不具纤毛、末端的口和环口的辐射对称排列的结构表明它和蜕皮动物有更近的亲缘关系。由此,研究团队认为,皱囊虫更可能是蜕皮动物,而不是后口动物。

蜕皮动物是原口动物的一个分支,包括环神经动物(鳃曳虫、蛔虫等)和泛节肢动物(三叶虫、蜘蛛、虾等)。已知最早的蜕皮动物出现在寒武纪“幸运期”,但都是环神经动物,皱囊虫为已知最早的蜕皮动物增添了全新类型。同时,皱囊虫的“囊形”体构明显有别于其他蜕皮动物的“蠕形”体构,这表明“蠕形”并不是蜕皮动物唯一的体构类型,蜕皮动物的最晚共同祖先也可能并非蠕形。

链接

2022年度中国古生物学十大进展

1.志留纪化石库揭示早期有颌脊椎动物崛起与多样性

2.古基因组揭示新疆五千年来人群的形成历史

3.超微结构揭示云南虫具有原始脊椎动物咽部骨骼

4.皱囊虫是早期蜕皮动物,而不是最早的后口动物

5.性选择促进长颈鹿类头颈部特异性演化

6.四万年前东亚现代人的颜料加工和创新性复合工具使用

7.中生代昆虫关键生态行为的演化

8.世界首例老虎古基因组

9.大气二氧化碳含量变化揭秘二叠纪末生物大灭绝机制

10.晚古生代冰室气候下的全球变暖及海洋缺氧(并列进展10)

10.三叠纪-侏罗纪之交火山作用与陆地生态系统波动影响(并列进展10)


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2023年04月11日 09:39
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