「行走的仙人掌」 揭開節肢動物的起源之謎

    「行走的仙人掌」化石

「行走的仙人掌」它是什麼？也許有人覺得疑惑，仙人掌還會走？其實它不僅會走還「道」出了長期困擾科學家們的謎題——節肢動物是先有附肢的分節還是軀幹的分節。通過這小小的化石，科學家向我們揭示了這些遠古小生命的生命演化進程。在西北大學記者見到了該校地質學系的劉建妮教授，聽她告訴您「行走的仙人掌」都說了些啥。 

「行走的仙人掌」長什麼樣 

大約6釐米長，渾身長著刺、很多條腿，並且身體和腿基本一樣粗……「這就是那個『行走的仙人掌』。」劉建妮說，『行走的仙人掌』是「仙人掌滇蟲Dianiacacti⁃fomis」的暱稱，因為其外形酷似具刺的仙人掌，身上有11對腿。它來自5.4億年前的寒武紀海洋，就是這樣的化石揭開了節肢動物門起源與早期演化這一長期困擾學術界的科學難題。 

這種「會行走的仙人掌」吃什麼呢？劉建妮教授說，現在還沒有直接的化石證據表明它正在抓東西吃或者腸道內有別的食物的殘渣，但是它有一個吻部，它的腿也比較有力，因此推測它應該可以抓小生物來吃。 

「從2001年攻讀碩士研究生階段就開始從事寒武紀葉足動物的系統研究，之所以選擇葉足動物，完全是因為被它們柔然的、細弱的腿所支撐起來的肉乎乎的身體『萌』化了，因而當時毫不猶豫地選擇了它們作為我的研究對象。」劉建妮說。 

科學家是怎麼發現它的 

在地球生命演化的這46億年，距今5.4億年前寒武紀之初，絕大多數動物門類大約在4000萬年的時間內突然爆發性地出現，進化生物學家和古生物學家形象地稱之為寒武紀生命大爆發。寒武紀生命大爆發曾經讓達爾文困惑不已，也讓進化生物學家傷透腦筋，然而最終的解題鑰匙還是賦存在遠古的化石中。 

化石是曾經生活在地球上遠古生命為我們留下的特殊文字，是保存「生命的檔案」，對化石的研究為人類開啟了一扇了解生物演化的窗口。在我國雲南地區的澄江化石庫，保存了非常精美的軟軀體的構造，就像蚯蚓一樣的生物甚至節肢動物身上的卵都可以保存，所以它被譽為探索寒武紀生命大爆發最佳的一個窗口。 

節肢動物的起源和多樣性分異問題，長期以來一直是學術界努力探索的熱點及焦點問題，而想要揭示節肢動物起源的奧秘及演化歷程，除了分子生物學和解剖學所給出的間接證據外，更需要已滅絕了的「葉足動物」提供直接的化石實證。2005年，我在雲南澄江的寒武紀化石庫中發現了一種奇特的生物——『仙人掌滇蟲』。拿到這個化石的第一反應覺得很奇特，但它的科學意義在哪，又說不清楚」。劉建妮說，在大量閱讀文獻的基礎上，2009年初步推斷這種生物極有可能是學術界期待已久的，曾湮沒在遠古歷史塵埃中節肢動物的一個祖先。 

「行走的仙人掌」講述著它的故事 

為了證明自己的推斷，適逢當時正好拿到德國洪堡獎學金的資助，因而，劉建妮帶上近40塊化石來到德國，和柏林自由大學的MichaelSteiner博士及柏林自然科學博物館的JasonADunlop研究員仔細觀察和研究化石，終於從中找到了關鍵的生物演化信息。發現「仙人掌滇蟲」已經發育出分節的附肢，但卻仍保留著柔軟的蠕形軀幹，這一確鑿的化石證據表明節肢動物附肢的分節明顯早於軀幹的分節。 

節肢動物到底起源於哪一類更為低等的生物？現生動物學家曾提出過各種猜想，莫衷一是。古生物學家和進化生物學家根據寒武紀時廣泛出現的軀幹和附肢皆不分節的葉足動物化石曾推測，這些構造簡單的蠕形動物很可能是節肢動物的原始祖先。然而，一直沒有發現這兩大類群之間關鍵的早期演化過渡類型的化石證據。但「行走的仙人掌」的發現首次初步破解了節肢動物門起源與早期演化這一長期困擾學術界的科學難題。「行走的仙人掌」已經發育出分節的附肢，但卻仍保留著柔軟的蠕形軀幹，確鑿的化石實證表明節肢動物附肢的分節早於軀幹的分節。 

為什麼要研究這類已滅絕的動物 

要探索節肢動物的起源，首先要知道什麼是節肢動物，節肢動物是具有分節的附肢也就是腿和軀幹的動物，通俗地說，這類動物它的腿和身體都分節了，剛好有這麼一大類群在澄江生物群裡，它叫葉足動物，是一類具有柔然的葉片狀的足（附肢）的動物，身體是蠕型的柔軟的。生物的演化是從低級到高級從簡單到複雜的歷程，很容易想到節肢動物的腿和身體極有可能就是來自這種不分節的動物，換句話說就是葉足動物極有可能是節肢動物的祖先。 

葉足動物雖然在5.4億年的寒武紀非常繁盛，現在已經全部滅絕了。既然葉足動物已經全部滅絕，研究它們有什麼意義呢？劉建妮表示，葉足動物雖然已經滅絕，但它與地球上最大優勢類群節肢動物（蜘蛛、蟑螂、蝴蝶、蚊子等）的起源密不可分。那麼，演化的過程中到底是腿先分節還是身體先分節，這個是長期以來困惑進化生物學家和古生物學家的一個科學難題。 

生活中有很多都是節肢動物 

「如果未來人類滅絕了，會是一個什麼樣的生物來佔領這個世界？」英國劍橋大學的一位教授來西北大學作報告時，有學生這樣問道。這位劍橋大學的教授回答說，猜想應該是類似於節肢動物之類的生物。 

劉建妮說，節肢動物是在寒武紀大爆發時候產生的一個優勢的群體，在整個寒武紀化石庫裡面，節肢動物至少70%以上。現實生活中節肢動物隨處可見，比如經常吃的大蝦，漂亮的蝴蝶、螃蟹、蜈蚣、蜘蛛、蚊子和蒼蠅這些生命力頑強的生物，都屬於節肢動物。節肢動物是寒武紀大爆發的優勢群體而且它將這種優勢保留至今，它是現生動物保留最龐大的一類，佔現生全部動物物種的80%以上。 

這項研究成果引起國際廣泛關注 

看似遙遠而毫無關聯，但卻重要而無可替代，這就是基礎研究的意義。成功都是留給有準備的人，該研究成果最終在《自然》雜誌以封面文章的形式刊登，在國際學術界引起了極大的轟動。「仙人掌滇蟲」研究還入選了2012年度國際十大生物新屬種，這是唯一入選的化石新屬種，也是唯一一個代表中國入選的生物新屬種。劉建妮說，從找到第一塊化石到最後以論文的形式發表，整個研究工作前前後後歷時六年，中間也反反覆覆經歷了很多的失敗和挫折，最後的成績是與整個團隊協作密不可分的。 

在與化石為伴的日子裡，劉建妮對這些遠古來者的熱愛感飆升，她說，如果不喜歡化石，即使非常漂亮的化石擺在面前也看不到。在做基礎研究的同時，劉建妮教授也將科普知識作為了自己的責任和義務，由她主講的《化石趣談》好評如潮。 

「很多時候化石保存也有假象，如何正確區分生物原生結構和後期沉積構造是關鍵。」劉建妮在科普時曾經描述過真假化石之間的區別。一定要是地質歷史時期，有一個嚴格的時間界限，1萬年以前的才是古生物研究範疇。她說，真的化石一定要在地質歷史時期的巖層中，而非現代沉積層。最後一點，這個化石一定要具有生物特徵，是生物的遺體或遺蹟。就算滿足了前兩點，但是不具備形態、結構、紋飾、成分等生物特徵就堅決不能稱之為化石。 

文/圖本報記者王嘉