地球生命經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年演化，有太多奧秘等著被探尋。人們始終好奇，我們從哪里來(lái)？祖先究竟是誰(shuí)？“云南蟲可以說(shuō)是人類的始祖�！敝袊�(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡(jiǎn)稱“南古所”）朱茂炎研究員說(shuō)，“它是脊椎動(dòng)物的最原始類群。”24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

近日，我國(guó)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，5.18億年前的寒武紀(jì)澄江動(dòng)物群產(chǎn)出的云南蟲，其咽弓具有脊椎動(dòng)物獨(dú)有的細(xì)胞軟骨結(jié)構(gòu)，確認(rèn)了云南蟲是脊椎動(dòng)物的最原始類群。此研究由朱茂炎研究員領(lǐng)導(dǎo)的“地球-生命系統(tǒng)早期演化”研究團(tuán)隊(duì)和南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院姜寶玉教授課題組合作完成，并于 2022年7月8日發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》（Science）期刊上。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

云南蟲分類位置存疑？學(xué)界掀起大討論24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

在生命演化歷程中，人類所屬譜系——脊椎動(dòng)物的演化是最為壯麗的篇章之一，其中最吸引人的始終是有關(guān)脊椎動(dòng)物起源的問(wèn)題。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

文昌魚是一種味美的水產(chǎn)品，同時(shí)也是無(wú)脊椎動(dòng)物進(jìn)化至脊椎動(dòng)物的過(guò)渡類型——它尚未形成骨質(zhì)的骨骼，以縱貫全身的脊索支持行動(dòng)。“我們可以把脊索理解為和‘筋’類似的組織�！蹦瞎潘芯繂T趙方臣介紹說(shuō)，演化生物學(xué)家通常根據(jù)文昌魚的特征，推測(cè)脊椎動(dòng)物的祖先是一類具有脊索、背神經(jīng)管和鰓裂的后口動(dòng)物。然而，這一假想的脊椎動(dòng)物祖先始終沒有得到化石證據(jù)的支撐。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

此前，科學(xué)家們?cè)诰嘟?.18億年的中國(guó)云南澄江動(dòng)物群發(fā)現(xiàn)了基干脊椎動(dòng)物昆明魚和云南蟲等多種脊索動(dòng)物，它們是迄今為止世界上最古老的脊索動(dòng)物。不同于昆明魚具有典型脊椎動(dòng)物特征，云南蟲形態(tài)更接近頭索動(dòng)物文昌魚，它的分類位置一直存在爭(zhēng)議。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

1995年，南古所研究員陳均遠(yuǎn)等人將云南蟲作為最早的脊索動(dòng)物在《自然》雜志上發(fā)表。之后，他們?cè)诶ッ骱？诘貐^(qū)又發(fā)現(xiàn)了大量云南蟲新標(biāo)本。通過(guò)更加精細(xì)的解剖，研究人員將云南蟲歸為原始有頭類，認(rèn)為其演化位置介于頭索動(dòng)物文昌魚和脊椎動(dòng)物七鰓鰻之間。這一成果于1999年在《自然》雜志發(fā)表，學(xué)界掀起了有關(guān)云南蟲分類位置的大討論。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

由于不同學(xué)者對(duì)云南蟲保存各異的軟體組織細(xì)節(jié)有各自見解，云南蟲自1991年首次報(bào)道以來(lái)，被分別歸類于脊椎動(dòng)物、頭索動(dòng)物、半索動(dòng)物、后口動(dòng)物干群甚至原始的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物，分類位置一直未能確定。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

實(shí)驗(yàn)技術(shù)、算法證實(shí)云南蟲分類24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

針對(duì)云南蟲分類位置之謎，常規(guī)的形態(tài)學(xué)研究無(wú)法達(dá)成共識(shí)�！拔覀兝昧巳SX射線斷層掃描顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡等多種現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，希望能夠從微觀解剖學(xué)結(jié)構(gòu)角度破解這一謎題。”趙方臣介紹，以往研究提出過(guò)云南蟲鰓弓可能具有細(xì)胞軟骨，而團(tuán)隊(duì)在云南蟲咽弓上發(fā)現(xiàn)了疊盤狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)和蛋白微原纖維構(gòu)造。“這兩個(gè)特征都是脊椎動(dòng)物的軟骨細(xì)胞才有的。云南蟲具有脊椎動(dòng)物獨(dú)有的、由細(xì)胞軟骨構(gòu)成的咽弓，這表明云南蟲屬于原始脊椎動(dòng)物�！�24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

除了實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，研究團(tuán)隊(duì)還整合了最新的生物性狀矩陣，采用貝葉斯算法進(jìn)行重建計(jì)算。分析證實(shí)，云南蟲處于脊椎動(dòng)物譜系的最基干，它是最原始的脊椎動(dòng)物，介于尾索動(dòng)物和其他脊椎動(dòng)物之間。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

云南蟲共有7對(duì)咽弓�！拔覀�?cè)谛聵?biāo)本上相當(dāng)于第一對(duì)咽弓的位置發(fā)現(xiàn)了與后部其他鰓弓一樣的疊盤狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)、鰓絲和蛋白微原纖維等構(gòu)造�！壁w方臣說(shuō)，這表明云南蟲擁有從前到后彼此相似、都具有細(xì)胞軟骨的7對(duì)咽弓。而另一種寒武紀(jì)基干脊椎動(dòng)物后斯普里格魚也擁有彼此相似的咽弓，這證實(shí)了解剖學(xué)家們?cè)?9世紀(jì)提出的脊椎動(dòng)物咽弓同源理論假說(shuō)——也就是說(shuō)，隨著演化，脊椎動(dòng)物不同位置的咽弓會(huì)發(fā)育成形態(tài)不同的骨骼，但在演化初期，不同位置的咽弓彼此相似。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

古老“近親”揭示脊椎動(dòng)物起源演化24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

咽顱是脊椎動(dòng)物頭部消化道周圍一組起到支撐和保護(hù)作用的骨片，現(xiàn)生脊椎動(dòng)物的咽顱由咽弓骨骼構(gòu)成�！拔覀冄芯堪l(fā)現(xiàn)，云南蟲的7對(duì)咽弓組成了一個(gè)類似于籃狀的咽顱。”趙方臣表示，現(xiàn)生無(wú)頜類脊椎動(dòng)物和化石無(wú)頜類真顯魚擁有籃狀咽顱，而有頜類脊椎動(dòng)物和寒武紀(jì)后斯普里格魚的咽顱一樣，由一系列彼此分離的軟骨棒組成，此前這種咽顱特征引起了關(guān)于脊椎動(dòng)物祖先咽顱形態(tài)的爭(zhēng)議�！暗F(xiàn)在證實(shí)了云南蟲出現(xiàn)更早、位于脊椎動(dòng)物的最基干位置，這也說(shuō)明籃狀咽顱是更古老的祖先特征�！壁w方臣補(bǔ)充。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

作為現(xiàn)生脊椎動(dòng)物最古老的“近親”，云南蟲為揭示脊椎動(dòng)物的起源和早期演化提供了關(guān)鍵證據(jù)，對(duì)脊椎動(dòng)物頜和其他關(guān)鍵特征演化的探索均將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。從另外一個(gè)角度來(lái)看，該項(xiàng)研究再一次展示了澄江動(dòng)物群化石具有保存微納尺度精細(xì)生物學(xué)結(jié)構(gòu)的潛力。24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

《科學(xué)》期刊文章評(píng)審人評(píng)價(jià)道：“這是對(duì)科學(xué)的重大貢獻(xiàn)，將成為古脊椎動(dòng)物學(xué)的一篇關(guān)鍵論文，展示了人們期待已久的、最可信的解剖結(jié)構(gòu)化石證據(jù)，解決了寒武紀(jì)干群脊椎動(dòng)物爭(zhēng)議問(wèn)題。他們所展示的信息是一個(gè)里程碑，在未來(lái)的許多年里，即使更高分辨率的研究也難以超越�！痹u(píng)審人還肯定，“分析這些化石解剖結(jié)構(gòu)的分辨率達(dá)到了最先進(jìn)技術(shù)的極限，這是一項(xiàng)里程碑式的工作。”24R新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)