精細三維掃描揭示節肢動物顎基結構起源之謎

2020-12-04 科技日報

科技日報記者 趙漢斌

刺狀納羅蟲是世界自然遺產「澄江生物群」中最早被報導的兩個物種之一,也是澄江生物群的標誌性化石。近日,雲南大學侯先光教授團隊與國外研究機構合作,對刺狀納羅蟲化石作了精細的三維形態學觀察,為節肢動物顎基結構起源研究取得了新的重要認識。 近日出版的英國皇家學會學術刊物《皇家學會會報·B輯:生物科學》發表了這一引人矚目的成果。

寒武紀澄江生物群中的刺狀納羅蟲化石(雲南大學雲南省古生物研究重點實驗室供圖)

據介紹,刺狀納羅蟲是一種漂亮的節肢動物,生活在5.2億年前的寒武紀海洋中,身體通常有黃豆粒到蠶豆大小不等。它的頭甲和尾甲下具有結構複雜的附肢,擔負著運動、攝食的功能。由於受技術手段所限,這些埋在化石標本內部的附肢的精細形態很難研究,因此人們對刺狀納羅蟲的分類位置、生活習性的認識十分有限。

寒武紀澄江生物群中不同發育階段的刺狀納羅蟲化石的顯微CT成像。(雲南大學雲南省古生物研究重點實驗室供圖

如今,雲南大學雲南省古生物研究重點實驗室侯先光研究團隊與英國倫敦自然歷史博物館、倫敦皇家霍洛威大學的科研人員合作,在高精度的X射線顯微CT的幫助下,研究人員得以無損地、高精度地對它的身體結構進行任意角度的觀察,並使用軟體對它的身體模型進行「虛擬解剖」,分離出身體的各個部分結構的觀察顯示,澄江生物群中的刺狀納羅蟲化石保存了微米尺度的、精美的軟軀體細節,它修長優雅的觸角、三角形的口板、內外肢的剛毛、內肢末端爪和附肢內側的修飾物等,無不栩栩如生。

納羅蟲幼蟲、成蟲附肢形態復原圖。(雲南大學雲南省古生物研究重點實驗室供圖)

研究人員觀察到,幼蟲身體後部的附肢,其原肢較小、內側較為光滑;身體前部附肢的原肢則特化為「顎基」結構,其內側具有兩列整齊排列的小突起,用於研磨較小、較軟的食物顆粒例如藻類、有機碎屑等。成蟲的顎基則有多排發達的刺,尤其是在靠近口部的附肢上,這些刺狀結構十分發達、十分尖利,它們大小不一、錯落有致地排列著,可以有效地撕碎食物,比如帶殼的生物、其它動物的肢體等。

根據附肢形態的分化,研究人員推測,和很多現代節肢動物一樣,刺狀納羅蟲的成蟲和幼蟲之間也存在顯著的食性差異,在寒武紀早期海洋生態系統的食物鏈中、在生態系統中佔據了不同的位置。這種生態位分異現象,既避免了不同發育階段的同類個體競爭有限的食物資源,又使得這一物種能夠利用更多的資源,從而增加了生存機會。成蟲和幼蟲附肢形態的差異及其生態位分異表明,在5億多年前的海洋中,生態系統已經是高度複雜、高度進化的。

這項研究,對探尋寒武紀節肢動物三葉蟲形刺狀納羅蟲附肢精細構造及其發育學、生態學具有重要意義。

相關焦點

  • 5億年前「麒麟蝦」揭示節肢動物起源之謎
    它被認為是科學界期盼已久的、可以揭示節肢動物起源之謎的過渡型物種,麒麟蝦的發現填補了節肢動物起源過程中關鍵的缺失環節,給生物進化論增添了一個強有力的化石證據。「澄江動物群中,絕大多數現生動物門類的演化歷史可追溯到寒武紀,為揭示生物『寒武紀大爆發』的奧秘提供了極其珍貴的證據。」達爾文進化論提到,在現存和已滅絕的所有物種之間,中間和過渡環節的數量一定是難以想像的多。「因此,想要破解『寒武紀大爆發』之謎,科學家就需要找到動物門類起源的過渡型祖先化石。」論文通訊作者之一、南京古生物所研究員黃迪穎說。
  • 揭開節肢動物的起源之謎
    在西北大學,一項被譽為「行走的仙人掌」的科學發現揭開了節肢動物的起源之謎。  2011年2月24日,西北大學劉建妮教授在英國《自然》雜誌發表封面論文,內容是通過對我國雲南澄江化石庫中一種叫作「仙人掌滇蟲」的葉足動物的研究,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,在國際古生物學界引起了巨大反響。  這一難題當時是如何破解的?
  • 解開節肢動物起源之謎 中國科學家發現「麒麟蝦」化石
    解開節肢動物起源之謎,我科學家發現「麒麟蝦」化石科技日報訊 (記者陳磊)節肢動物怎樣演化而來?它們的祖先又長什麼樣?這一生物進化的百年謎題或被中國科學家解開。近日,中科院南京地質古生物研究所科研團隊在全球首次發現了一種5億多年前的蝦形化石,其長相奇異,有五隻眼睛,身體嵌合了多種動物的形態特徵。該過渡型物種被命名為「章氏麒麟蝦」,是我國雲南澄江動物群又一重大科學發現,為解答 「節肢動物起源之謎」提供了重要的化石證據,為生物進化論增添了實證。11月5日,《自然》雜誌發表了這一研究成果。從寒武紀大爆發開始,節肢動物便是地球上最成功的動物之一。
  • 五億年前化石「麒麟蝦」揭開節肢動物起源之謎
    11月5日,中國科學院南京地質古生物研究所宣布發現了一種形似蝦一樣的動物化石——「麒麟蝦」,該化石來自5億多年前,身體兼具真節肢動物和節肢動物祖先類型的多種特徵,是打開節肢動物起源之謎的過渡型物種,為生物進化論增添了實證。這項最新研究成果發表在英國《自然》雜誌上。
  • 中國科學家發現「麒麟蝦」化石 解開節肢動物起源之謎
    科技日報訊 (記者陳磊)節肢動物怎樣演化而來?它們的祖先又長什麼樣?這一生物進化的百年謎題或被中國科學家解開。近日,中科院南京地質古生物研究所科研團隊在全球首次發現了一種5億多年前的蝦形化石,其長相奇異,有五隻眼睛,身體嵌合了多種動物的形態特徵。
  • 一隻5億年前的「蝦」,將解開節肢動物起源之謎
    曾晗供圖 中國科學家在寒武紀地層裡發現的這些麒麟蝦化石,填補了節肢動物起源過程中關鍵的缺失環節,將解開節肢動物起源這一生物進化的百年謎題。北京時間11月5日,《自然》雜誌發表了這一最新研究成果。
  • 解開節肢動物起源之謎,我科學家發現「麒麟蝦」化石
    該過渡型物種被命名為「章氏麒麟蝦」,是我國雲南澄江動物群又一重大科學發現,為解答 「節肢動物起源之謎」提供了重要的化石證據,為生物進化論增添了實證。11月5日,《自然》雜誌發表了這一研究成果。       從寒武紀大爆發開始,節肢動物便是地球上最成功的動物之一。像大眾熟知的蝴蝶、螃蟹、蜈蚣和蜘蛛等都屬於節肢動物,它佔據了當今動物界大約80%的物種多樣性。
  • 節肢動物起源圖景再添關鍵拼圖
    它被認為是科學界期盼已久的、可以揭示節肢動物起源之謎的過渡型物種,麒麟蝦的發現填補了節肢動物起源過程中關鍵的缺失環節,給生物進化論增添了一個強有力的化石證據。趙方臣介紹,奇蝦最早在澄江動物群中被發現,是體長可達兩米的頂級捕食動物,具有分節的大附肢,被認為是節肢動物祖先類型。但是,奇蝦和真節肢動物形態差異巨大,兩者之間存在著難以跨越的演化鴻溝。這一鴻溝成為探索「節肢動物起源之謎」的關鍵缺失環節。
  • 科學網— 節肢動物起源圖景再添關鍵拼圖
    要到哪裡去?這些是自然界留給古生物學家的「靈魂拷問」。 5.4億年前,「寒武紀大爆發」到來,複雜多樣的生命在地球上「突然」出現,成為裡程碑式的重大生命演化事件。從達爾文開始,生命如何「突然」發生,一直是困擾科學界的重大科學謎題,也成為一代代古生物學家執著破解的難題。
  • 「行走的仙人掌」 揭開節肢動物的起源之謎
    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』。」
  • 這種5億年前的「四不像」動物,將解開節肢動物起源之謎
    因為其身體嵌合了多種動物的形態特徵,就如同中國傳統神話中的瑞獸——麒麟,因此被命名為「c」。中國科學家在寒武紀地層裡發現的這些麒麟蝦化石,填補了節肢動物起源過程中關鍵的缺失環節,將解開節肢動物起源這一生物進化的百年謎題。11月5日,《自然》雜誌發表了這一最新研究成果。
  • 五億年前的 「蝦」被發現,揭開節肢動物起源之謎
    今天,中國科學院南京地質古生物研究所宣布發現了一種形似蝦一樣的動物化石——「麒麟蝦」,該化石來自5億多年前,身體兼具真節肢動物和節肢動物祖先類型的多種特徵,是打開節肢動物起源之謎的過渡型物種,為生物進化論增添了實證。這項最新研究成果發表在英國《自然》雜誌上。
  • 雲南大學科研團隊用顯微CT揭示寒武紀大附肢類真節肢動物頭部口板...
    插圖1澄江生物群迷人林喬利蟲幼蟲標本照片及CT三維圖像(掃描電鏡數據來自於劉煜2009年博士畢業論文)一直以來,研究者們對澄江化石的形態學觀察主要局限於使用光學顯微鏡等傳統成像技術對化石表面上所保存的二維結構的觀察上,而保存在化石標本內部的動物身體結構信息則只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。
  • 雲大科研團隊利用顯微CT技術揭秘5億年前澄江節肢動物頭部精細結構
    雲南網訊(記者 陳怡希)6月25日,美國《細胞》出版集團子刊《當代生物學》以報導形式在線發表了雲南大學科研團隊題為「寒武紀大附肢類真節肢動物中不完全發育的口板」的研究論文。此項研究利用顯微CT技術為澄江節肢動物腿肢構造的發育生物學研究打開了新的窗口。
  • 中英科學家揭示寒武紀早期節肢動物多樣面目-光明日報-光明網
    日前,Nature出版集團子刊Communications Biology(通訊生物學)在線發表了題為「寒武紀早期不同高肌蟲附肢結構的差異揭示了幹群真節肢動物軀體模式的多樣化」的研究論文。
  • 寒武紀化石揭示節肢動物早期取食模式
    來自雲南大學的消息,該校古生物研究重點實驗室張喜光教授、楊傑副研究員及其團隊成員首次發現了節肢動物系統演化中基節發生實質性變革的最早化石記錄。自寒武紀大爆發以來,節肢動物始終是化石和現生動物群的「強勢」群體。
  • 一場虛擬解剖發現5億年前節肢動物頭部秘密
    近日,雲南大學古生物研究院雲南省古生物研究重點實驗室劉煜、侯先光、翟大有等研究員與哈佛大學副教授哈維爾·奧爾特加-埃爾南德斯等人組成的研究團隊於《當代生物學》在線發表合作的論文《寒武紀大附肢類真節肢動物中不完全發育的口板》,為揭示寒武紀澄江節肢動物腿肢構造的發育生物學研究打開了新的窗口。
  • 首次揭秘5億年前澄江節肢動物頭部口板特徵
    本次發表的論文藉助了顯微CT及計算機三維復原手段,首次揭示了寒武紀大附肢類節肢動物——迷人林喬利蟲頭部保存的口板等精細結構。 早期節肢動物精細結構只能分支分析推測 節肢動物是顯生宙以來地球上物種多樣性最高的動物門類。
  • 《Current Biology》發表侯先光團隊寒武紀泛甲殼類起源研究成果
    12月27日,美國《細胞》出版集團子刊《當代生物學》(《Current Biology》)以研究快訊形式在線發表了雲南大學雲南省古生物研究重點實驗室副研究員翟大有、研究員劉煜、研究員侯先光與劍橋大學、麻省理工學院等的專家學者共同完成的題為「早寒武世一種泛甲殼類動物呈三維保存的附肢」研究論文,該研究證實了泛甲殼類動物起源於早寒武世。圖為寒武紀澄江生物群中的多節耳材村蟲化石。
  • 中美科研人員聯手揭秘5億年前節肢動物頭部口板特徵
    一直以來,研究者們對澄江化石的形態學觀察主要局限於使用光學顯微鏡等傳統成像技術對化石表面上所保存的二維結構的觀察上,而保存在化石標本內部的動物身體結構信息則只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。正因為如此,研究者對早期節肢動物身體許多重要的精細結構(如口板)是否真正存在這一科學問題,只能通過分支分析等方法進行推測。