記者26日從云南大學(xué)獲悉，北京時間25日，美國《細(xì)胞》出版集團(tuán)子刊《當(dāng)代生物學(xué)》以報道形式在線發(fā)表了云南大學(xué)古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室劉煜研究員、侯先光研究員、翟大有研究員與哈佛大學(xué)Javier Ortega-Hernández副教授共同完成的題為“寒武紀(jì)大附肢類真節(jié)肢動物中不完全發(fā)育的口板”的研究論文。此項研究利用顯微CT技術(shù)，為云南澄江節(jié)肢動物腿肢構(gòu)造的發(fā)育生物學(xué)研究打開了新的窗口。
節(jié)肢動物是顯生宙以來地球上物種多樣性最高的動物門類。在漫長的地球歷史時期，大多數(shù)曾經(jīng)在地球上生活過的節(jié)肢動物物種都由于各種原因而滅絕，幸存的部分則逐漸演化為今天的螯肢動物(蜘蛛、蝎子等)、多足動物(蜈蚣、馬陸等)和泛甲殼動物(蝦、蟹、昆蟲等)。
圖為澄江生物群迷人林喬利蟲幼蟲頭部CT三維圖像(左圖)及縱向解剖圖(右圖)。 云南大學(xué)供圖
云南昆明附近的寒武紀(jì)澄江生物群地層中保存了大量呈特異埋藏的化石標(biāo)本，記錄了節(jié)肢動物等諸多后生動物門類在距今5.18億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)時期的繁盛。
一直以來，研究者們對澄江化石的形態(tài)學(xué)觀察主要局限于使用光學(xué)顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術(shù)對化石表面上所保存的二維結(jié)構(gòu)的觀察上，而保存在化石標(biāo)本內(nèi)部的動物身體結(jié)構(gòu)信息則只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進(jìn)行研究。正因為如此，研究者對早期節(jié)肢動物身體許多重要的精細(xì)結(jié)構(gòu)(如口板)是否真正存在這一科學(xué)問題，只能通過分支分析等方法進(jìn)行推測。即便推測準(zhǔn)確，研究者們也無法對這類精細(xì)結(jié)構(gòu)的真實形態(tài)進(jìn)行展示。
現(xiàn)在，在高精度顯微CT的幫助下，研究人員得以通過無損的研究方式對澄江節(jié)肢動物身體的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行任意角度的高精度復(fù)原與觀察，使用計算機(jī)三維軟件對它們的身體模型進(jìn)行“虛擬解剖”并分離出身體的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。
圖為澄江生物群迷人林喬利蟲幼蟲標(biāo)本照片及CT三維圖像。 云南大學(xué)供圖
本次發(fā)表的論文正是借助了顯微CT及計算機(jī)三維復(fù)原的手段，首次清晰揭示了寒武紀(jì)大附肢類節(jié)肢動物——迷人林喬利蟲頭部保存的口板等精細(xì)結(jié)構(gòu)。
此項研究的對象是該物種的兩枚呈三維立體保存的幼蟲化石，體長分別為5毫米及7毫米。研究發(fā)現(xiàn)，迷人林喬利蟲在體長僅為5毫米的幼蟲期，眼睛后長有一個明顯的口板，口板表面還長有一對小突起。
通過使用開源計算機(jī)三維復(fù)原軟件Drishti，研究人員對一枚體長僅為7毫米的迷人林喬利蟲幼蟲化石的大附肢進(jìn)行擦除后發(fā)現(xiàn)，在該生長期動物口板在其頭部所占的比例有所減小，說明口板結(jié)構(gòu)在該物種的個體發(fā)育進(jìn)程中有可能存在不完全發(fā)育的現(xiàn)象。這一細(xì)微結(jié)構(gòu)是使用傳統(tǒng)的研究手段無法觀察和研究的。此外，研究人員還對動物頭部進(jìn)行了縱向數(shù)碼切割，發(fā)現(xiàn)了該口板結(jié)構(gòu)下往體內(nèi)延伸的狹窄的咽部通道，這與在該物種的成蟲標(biāo)本上觀察到的情況一致。
隨后，研究人員將化石數(shù)據(jù)與現(xiàn)生節(jié)肢動物胚胎發(fā)育數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比研究，發(fā)現(xiàn)迷人林喬利蟲作為螯肢類節(jié)肢動物(如：蜘蛛、蝎子等)在寒武紀(jì)時期的代表，已經(jīng)進(jìn)化出明顯的、與現(xiàn)生節(jié)肢動物口板同源的結(jié)構(gòu)。說明現(xiàn)生節(jié)肢動物中普遍存在的這一位于口前的突起構(gòu)造早在5.18億年前的干群螯肢動物中就已出現(xiàn)，為古生物學(xué)界、進(jìn)化生物學(xué)界深入認(rèn)識長久以來一直困擾著研究人員的節(jié)肢動物頭部問題提供了直接的化石證據(jù)。
此次發(fā)表的論文中，研究人員還就射齒類動物(如奇蝦)身體結(jié)構(gòu)中可能與真節(jié)肢動物口板同源的結(jié)構(gòu)展開了討論。射齒類動物的大爪肢是否是真節(jié)肢動物口板的同源結(jié)構(gòu)，是研究人員下一階段要解決的科學(xué)問題。(完)