南京古生物所等通過顯微CT技術揭開軟舌螺動物斷殼之謎

2020-12-01 中國科學院

　　動物外殼的出現是動物演化歷史中非常重要的革新事件，它對於塑造身體構型、保護脆弱的軟體以及實現生態擴張具有重要意義。然而，不斷生長的殼體同時也會阻礙動物的運動並且需要消耗更多的能量，為了克服這些缺點，一些帶殼動物演化出一種特殊的生存策略——斷殼，即通過分泌隔板及溶殼物質斷掉殼頂部分。儘管斷殼行為在現生及化石無脊椎動物中均有報導，如軟體動物腹足類，但關於其何時起源及如何演化等問題一直沒有得到應有的關注。

　　最近，中國科學院南京地質古生物研究所博士後孫海靜（已出站）和副研究員殷宗軍等人在雲南距今5.18億年前的玉案山組的碳酸巖夾層中發現了一類保存精美的新型軟舌螺動物——斷殼桶螺（Cupitheca decollata）。這些化石保存了斷殼的不同階段。作者採用高解析度顯微CT技術，結合掃描電鏡觀察，首次復原了斷殼桶螺完整的斷殼過程，為揭開斷殼行為的起源與演化之謎提供了重要線索。相關研究於12月9日在線發表在國際古生物學雜誌Palaeontology上。

　　斷殼桶螺殼體彎曲，橫切面圓形或亞圓形，殼頂具特徵的頸狀結構。新發現標本展示了完整的斷殼周期，依據殼體表面結構可識別出斷殼期及斷殼間期。研究人員在電鏡觀察的基礎上，採用高解析度X射線三維無損成像技術（microCT）對斷殼期不同發育階段標本進行了三維重構，復原了桶螺完整的斷殼過程。整個過程可劃分為三個階段：（1）殼體內部雙層隔板形成階段，殼體表面無變化，隔板與殼壁顯微結構相同，均由微柱狀結構組成。（2）殼體外側圓環形成階段，雙層隔板形成後，斷殼桶螺分泌溶殼物質，在殼體表面形成一圈穿透殼壁的小孔，為外套膜分泌圓環提供通道。隨著圓環不斷生長，上層隔板兩端向殼壁內側延伸形成未來的勁狀結構，同時圓環與頸狀結構之間的殼壁被溶蝕並被微柱結構充填。（3）殼頂斷落階段，當上層隔板與殼壁完全融合後，殼體沿下層微柱結構分泌溶殼物質，殼頂斷落。

　　經推算，斷殼桶螺一生中至少斷兩次殼。對於在生存競爭激烈的寒武紀且處於食物鏈底端的桶螺而言，定期斷殼可以有效減少能量耗損、提高運動能力，從而躲避捕食者，間接指示了寒武紀大爆發不僅是動物身體構型的大爆發，也是動物生存策略的大輻射。

　　桶螺的斷殼現象是目前關於斷殼行為的最早化石記錄，其複雜的斷殼結構和過程與地質歷史上以及現代的腹足動物斷殼過程均不相同，可能反映了其背後基因調控機制的差異，表明斷殼策略在不同類群中獨立起源了多次。

　　該研究得到中科院戰略先導專項（B）、國家自然科學基金、中英合作項目、中科院青年創新促進會及現代古生物學和地層學國家重點實驗室的聯合資助。

　　論文連結

斷殼過程復原

斷殼期殼體內部結構

斷殼期殼體外部結構

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