中國發現五億年前的「四不像」化石,為達爾文進化論再添實錘

文章來自「科學大院」公眾號

作者： 盛捷 曾晗

英國《自然》雜誌最新報導了由中國科學院南京地質古生物研究所科學家發現的一種5億多年前長相奇異的化石。

這種蝦形化石長有五隻眼睛，同時還具有類似當時海洋中巨型捕食動物「奇蝦」的捕食「大鉗子」和我們熟知的節肢動物（如蜘蛛、蜈蚣、螃蟹和蝴蝶）的多種特徵，被稱為寒武紀的「麒麟」，名叫「章氏麒麟蝦」，它是解開節肢動物起源之謎的過渡型物種。

這是我國雲南 「澄江動物群」中又一項新的重大科學發現，為生物進化論增添了又一有力實證。

麒麟是中國古代神話中的瑞獸，相傳它的身上組合了多種動物的特點，集獅頭、鹿角、虎眼、麋身、龍鱗、牛尾於一體。近日，英國《自然》雜誌最新報導了由中國科學院南京地質古生物研究所科學家發現的一種5億多年前長相奇異的化石，被稱為「麒麟蝦」，為生物進化論增添了又一有力實錘。

那麼，它為什麼被稱為「麒麟蝦」？科研人員在哪裡發現了它？它究竟在生命演化中扮演了什麼樣的角色？它的科學意義在哪裡？請聽我們娓娓道來。

現代古生物學和地層學國家重點實驗室前的麒麟石雕（曾晗供圖）

01 「寒武紀大爆發」和「達爾文的困惑」

時間追溯至5億年前的寒武紀。

生命在地球上經歷了約40億年的漫長歷史。然而，直到5億多年前的寒武紀時代，複雜多樣的生命才在地球上突然出現，這一裡程碑式的重大生命演化事件，被稱為「寒武紀大爆發」。

但是，從達爾文開始，「寒武紀大爆發」就一直是困擾科學界的重大科學謎題。達爾文在他的《物種起源》裡就特別提到，複雜動物在寒武紀突然出現是對進化論的巨大挑戰。

《物種起源》

02 澄江動物群的「系鈴」和「解鈴」

澄江生物群的發現地——帽天山

然而，到了1984年，由中國科學院南京地質古生物研究所科學家在雲南發現的「澄江動物群」更加凸顯了「寒武紀大爆發」的突發性，將「達爾文的困惑」推向頂峰。因為澄江動物群中化石發現表明，包括脊椎動物在內，幾乎所有現代動物門類在5.2億年前都已經出現了。

澄江動物群生態復原 (楊定華繪圖)

不過，達爾文進化論中也提出，破解「寒武紀大爆發」之謎的方法，即：科學家需要找到動物門類起源的過渡型祖先化石。

在澄江動物群中，多樣性最高的便是節肢動物，被譽為「寒武紀的明星」的三葉蟲、奇蝦，都是節肢動物。如果說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一，一點也不為過。

澄江生物群中的節肢動物

而現如今，我們熟知的蝴蝶、螃蟹、蜈蚣和蜘蛛，也都是節肢動物，它們的共同點是：具有分節的身體和附肢。

可以說，當今地球個體數量最多的動物就是節肢動物，它們佔據了動物界中大約80%的物種多樣性，在海、陸、空各種環境下都有它們的身影。

蝴蝶（圖片來源：veer圖庫）

那麼，節肢動物是怎麼演化而來的？它們的祖先又長什麼樣？這是生物進化的一大難題，一百多年來困擾著一代又一代的科學家。而澄江生物群中，豐富的節肢動物化石便成為了破解「達爾文的困惑」的「解鈴石」之一。

03 何謂「麒麟蝦」？

此次，由朱茂炎研究員領導的寒武紀大爆發研究組在澄江動物群中找到了解答「節肢動物起源之謎」的關鍵化石——「章氏麒麟蝦」，並以研究論文的形式在英國《自然》雜誌上發表了這項最新研究成果（戳「閱讀原文」看論文）。

左起：趙方臣研究員（通訊作者）、朱茂炎研究員（團隊負責人）、黃迪穎研究員（通訊作者）、曾晗博士（第一作者）

之所以稱為「麒麟蝦」，是因為它如同中國傳統神話中的「四不像」瑞獸——麒麟」一般，身體嵌合了多種動物的形態特徵。

「麒麟蝦」是蝦形，長有五隻眼睛，擁有當時海洋中巨型捕食型動物「奇蝦」的捕食型「大鉗子」，以及我們現在熟知的節肢動物（如無處不在的蚊、蟲、蝦、蟹）的多種特徵 。

「麒麟蝦」化石(曾晗供圖)

04 「麒麟蝦」扮演的角色

在澄江動物群中，奇蝦被認為是節肢動物的祖先類型，它是體長可達兩米的頂級捕食動物。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。

此次發現的「麒麟蝦」，其頭部嵌合了節肢動物祖先類型的形態構造，包括寒武紀怪物——奧帕賓海蠍特有的五隻眼睛，以及寒武紀巨型頂級捕食動物——奇蝦的掠食性附肢。但是，身體具有明顯的真節肢動物特徵，例如硬化的表皮、癒合的頭殼、多節的軀幹和分節的腿肢。

奧帕賓海蠍的復原圖 作者：Nobu Tamura 版權許可：CC BY-SA 4.0

由上圖可知，「麒麟蝦」組合了真節肢動物和節肢動物祖先類型的身體特徵，是一種罕見的嵌合動物。

「麒麟蝦」特寫復原圖（黃迪穎供圖）

05 「麒麟蝦」怎麼「認祖」「找輩分」？

本次發現的「章氏麒麟蝦」化石中，最小的如同蝦米般，最大的長達7cm。

化石標本（視頻截圖）

研究團隊採用多種技術手段，對「麒麟蝦」化石進行了精細的比較解剖學研究。以多年積累的世界上其它寒武紀化石的研究數據為基礎，結合「麒麟蝦」獨特的嵌合形態和演化發育生物學分析，論證了奇蝦和真節肢動物第一對附肢的同源性。

研究人員通過譜系發生重建，計算反演出早期節肢動物演化關係和附肢形態轉變的新模型。結果表明，「麒麟蝦」的演化位置處於奇蝦和其它真節肢動物之間，位於真節肢動物的根部。

麒麟蝦揭示的節肢動物的演化樹(曾晗製圖)

06 發現「麒麟蝦」 意義重大！

「麒麟蝦」代表了達爾文進化論預言的重要過渡化石，它架起了從奇蝦演化到真節肢動物的中間橋梁，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。

「麒麟蝦」復原圖 (黃迪穎供圖)

經過幾代科學家們的不斷努力，人們對動物起源之謎有了諸多重要認識，然而這遠不是終點，在生命演化的過程中仍有諸多「謎團」等待我們去揭開。

本研究由中國科學院戰略先導專項B類、國家自然科學基金委、江蘇省基礎研究項目、現代古生物學和地層學國家重點實驗室、IGCP 668項目資助。

論文信息：

Zeng, H., Zhao, F., Niu, K., Zhu, M., Huang, D., 2020. An early Cambrian euarthropod with radiodont-like raptorial appendages. Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2883-7

審核：趙方臣（中國科學院南京地質古生物研究所研究員）

作者單位：中國科學院南京地質古生物研究所

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