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这条虫子的出现,是动物早期演化史的巨大飞跃

点击数:未知 作者:qpm103 时间2019-09-05 15:03

 对称、分节、运动……这些特征对大多数现代动物来说,已经成为它们的“标配”。然而在五亿五千万年前,这些特征才第一次同时“装配”在动物身体上:一条奇特的虫子长眠在行进途中,它两侧对称的分节形态和最后行迹同时留在了埃迪卡拉纪的海底。

  这是中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在三峡地区埃迪卡拉纪地层中的新发现,该研究为探索早期动物的演化提供了重要证据。相关论文于2019年9月4日发表在英国Nature杂志上。

  动物演化中的重要事件:

  两侧对称和身体分节

 动物演化概略图,显示动物演化中的重要事件(图片来源:南京古生物所制作)动物演化概略图,显示动物演化中的重要事件(图片来源:南京古生物所制作)

  身体两侧对称和分节现象的产生是动物演化史上极为重要的事件。分节的出现意味着身体的结构有了分区,功能上也就有了分工。但是,这类体型复杂的动物何时出现?自达尔文以来,一直是古生物学家和演化生物学家关注的焦点。

  TIP:

  两侧对称的意义:使动物的身体有了明显的背腹、前后和左右之分。动物的运动从不定向趋向定向,神经系统和感觉器官也逐渐集中于身体前端,这些变化促进了动物头部化的产生。

  身体分节的意义:动物身体分节,体外分节,体内也相应分节,而且许多内部器官如循环、排泄、神经等也表现出按体节重复排列的现象,不仅增强了动物运动机能,而且对促进动物体的新陈代谢,增强对环境的适应能力,有着重要意义。因此分节现象是无脊椎动物在进化过程中一个极重要的标志。

  “寒武纪大爆发”中出现了大量的以三叶虫为代表的具分节的两侧对称动物,因此,寒武纪常被称为“三叶虫时代”,长期以来,大家推测在寒武纪之前的埃迪卡拉纪(中国称为“震旦纪”,6.3-5.4亿年前),它们应该有更加古老的祖先,但是一直没有找到可靠的化石证据。

寒武纪大爆发时动物多样性快速增加(图片来源:杨定华绘制)寒武纪大爆发时动物多样性快速增加(图片来源:杨定华绘制)

  三峡埃迪卡拉纪地层的新发现

  近期,中国科学院南京地质古生物研究所早期生命团队陈哲研究员、周传明研究员、袁训来研究员和弗吉尼亚理工大学肖书海教授报道,在中国三峡地区大约5.5亿年前的地层中发现了一类特殊保存的新的动物化石,该动物的遗体和它最后行进的拖痕(印迹)同时保留在一块岩石上。

夷陵虫化石(BF)和死亡前形成的遗迹(TF)(图片来源:南京古生物所)夷陵虫化石(BF)和死亡前形成的遗迹(TF)(图片来源:南京古生物所)

  这一新的化石证据表明在埃迪卡拉纪已出现了具有运动能力、并且身体分节的两侧对称后生动物。该成果以“分节的三叶形两侧对称动物及其遗迹揭示早期动物的演化”为题发表在2019年9月4日的英国《自然》(Nature)杂志上。

 从化石产地远眺三峡大坝(图片来源:南京古生物所)从化石产地远眺三峡大坝(图片来源:南京古生物所)

  化石发现于湖北三峡地区埃迪卡拉纪灯影组的石板滩生物群中。自2013年开始,科研人员用了近5年的时间对新发现的化石进行详细的研究,并将其命名为夷陵虫(Yilingia,新属)。

夷陵虫的实体化石,显示生物体已经有前、后的区分(图片来源:南京古生物所)夷陵虫的实体化石,显示生物体已经有前、后的区分(图片来源:南京古生物所)

  夷陵虫身体长条形,两侧对称,呈三叶形,具有明显的身体分节,也具有了前后和背腹的区别。更加奇特的是,部分标本中动物的实体与它的遗迹同时保存在一起,再现了一条行进中的虫子的“最后时刻”。

  TIP: 遗迹化石与造迹生物

  虽然在埃迪卡拉纪已经发现了许多的遗迹化石,但是,造迹生物是什么一直是一个谜。由于遗迹化石形态变化很大,只有一些特殊的情况,我们才能准确的确定造迹生物的类型。而遗迹化石与体化石相连保存在一起,是最直接和直观的证据。新报道的化石具有明确的造迹生物以及活动的遗迹。

夷陵虫的遗迹化石,你能看出它们与实体化石区别吗?(答案见文末)(图片来源:南京古生物所)夷陵虫的遗迹化石,你能看出它们与实体化石区别吗?(答案见文末)(图片来源:南京古生物所)

  这是一类全新的动物化石,在地质历史时期和现代都没有发现形态相同的动物,研究者以它的发现地点湖北省宜昌市夷陵区给它取了一个新名字“夷陵虫”,推测可能是环节动物或节肢动物。

  夷陵虫的出现

  动物早期演化史上的巨大飞跃

  传统的埃迪卡拉生物群曾被认为是身体没有真正分节、缺乏运动能力、走向演化盲端的生物类群。虽然在埃迪卡拉纪也发现了许多生物运动产生的遗迹化石,但是,造迹生物是什么一直是一个谜。

典型的埃迪卡拉生物化石(图片来源:Trends in Ecology & Evolution)典型的埃迪卡拉生物化石(图片来源:Trends in Ecology & Evolution)

  TIP: 埃迪卡拉纪生物的典型特征

  长相奇特,显生宙和现生没有相似的生物。

  埃迪卡拉生物多具有“分形”的特征,没有真正的结构分工。

  绝大多数为底栖固着生长,缺少主动活动能力。

  缺乏头、尾、附肢、眼、口…

  至寒武纪基本全部绝灭。

  夷陵虫是目前在寒武纪之前发现的唯一的身体分节,具有运动能力,并可以形成连续的遗迹的两侧对称动物。夷陵虫的发现为两侧对称动物身体分节在埃迪卡拉纪的出现提供了直接的化石证据,也为探索该时期众多遗迹化石的造迹者提供了重要证据。

 夷陵虫实体(左)、遗迹(右)和化石复原(中)(图片来源:南京古生物所)夷陵虫实体(左)、遗迹(右)和化石复原(中)(图片来源:南京古生物所)

  该发现也显示,能够自由运动的底栖动物在埃迪卡拉纪已经出现,并对海底沉积物进行了改造。表明“寒武纪大爆发”时期以底栖动物为主体的生态系统在这一时期已经开始建立,并逐渐取代了前寒武纪统治地球数十亿年的微生物席基底,对地球表面系统造成了深远的环境和生态影响。

大家来猜猜这个虫子有没有头?(图片来源:南京古生物所)大家来猜猜这个虫子有没有头?(图片来源:南京古生物所)

  实体化石与遗迹化石有啥区别

  1、遗迹化石中动物对沉积物进行了搬运,如:“堤”状结构是动物在爬行过程中,将沉积物推向身体的两侧,沿动物身体两侧形成线形的堆积;

  2、遗迹化石可以切穿原有的沉积结构,如切穿已有化石,而实体化石一般表现为叠覆在原有沉积物或化石之上;

  3、遗迹化石一般较长,但一般具有稳定的宽度,也常有一些相似结构重复出现;

  4、遗迹化石中沉积物表面爬迹,在顶层面为凹陷,后期沉积物覆盖,形成半浮雕,而实体化石会形成铸型,三维立体保存;

  5、遗迹化石为原地埋藏(粪化石除外),而不会象实体化石一样可以经过搬运而形成定向排列。

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