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環(huán)節(jié)動物是地球上物種最豐富、生態(tài)分布最廣的動物門類之一，如蚯蚓、沙蠶、螞蝗等。然而，由于其身體柔軟、死亡后極易腐爛的特性，完整的環(huán)節(jié)動物實(shí)體化石十分罕見，早期演化歷史也因此存在諸多空白。

近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所領(lǐng)銜的國際研究團(tuán)隊(duì)，在寒武紀(jì)幸運(yùn)期寬川鋪生物群中，發(fā)現(xiàn)了磷酸鹽化立體保存的多毛類環(huán)節(jié)動物化石，將顯生宙時期最早的環(huán)節(jié)動物實(shí)體化石記錄提前至5.35億年前，填補(bǔ)了環(huán)節(jié)動物早期演化的關(guān)鍵空白。

01

陷入停滯的研究

環(huán)節(jié)動物的身體表皮以蛋白質(zhì)為主要成分，死亡后極易被微生物分解、腐爛。因此，絕大多數(shù)環(huán)節(jié)動物化石僅能保存蟲顎、棲管等硬體結(jié)構(gòu)，軟體結(jié)構(gòu)的化石記錄只能依賴特異埋藏的化石庫。

科學(xué)界推測環(huán)節(jié)動物可能在埃迪卡拉紀(jì)就已出現(xiàn)，但相關(guān)類群的親緣關(guān)系仍存較大爭議。

此前公認(rèn)最早的環(huán)節(jié)動物實(shí)體化石，均來自寒武紀(jì)早寒武世及更晚時期的布爾吉斯頁巖型化石庫，且以壓扁的宏體化石形式保存，這暗示環(huán)節(jié)動物或許在更早的寒武紀(jì)紐芬蘭世就已誕生。

但紐芬蘭世既無布爾吉斯頁巖型化石庫，也沒有可靠的環(huán)節(jié)動物實(shí)體化石報道。因此，古生物學(xué)家便將目光轉(zhuǎn)向該時期的奧斯坦型化石庫——這類化石庫以磷酸鹽化立體保存為特征。

遺憾的是，在奧斯坦型化石庫中，科學(xué)家始終未發(fā)現(xiàn)任何環(huán)節(jié)動物實(shí)體化石。環(huán)節(jié)動物的早期演化線索，就此陷入停滯。

02

5.35億年前的新發(fā)現(xiàn)

寬川鋪生物群的出現(xiàn)，給研究帶來了希望。

科研人員此次研究的化石標(biāo)本，全部來自陜南西鄉(xiāng)縣張家溝剖面寬川鋪組下段。這里屬于寒武系第一個小殼化石帶，年齡約5.35億年，正是寒武紀(jì)幸運(yùn)期早期，也是此前環(huán)節(jié)動物化石記錄的空白階段。

▲寬川鋪生物群的環(huán)節(jié)動物。中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

研究團(tuán)隊(duì)共發(fā)現(xiàn)了7枚珍貴標(biāo)本，這些化石僅有數(shù)毫米大小，以磷酸鹽內(nèi)核的形式復(fù)刻了動物的體腔及附肢內(nèi)腔，類似于奧斯坦型保存方式，但是缺少剛毛等表皮相關(guān)結(jié)構(gòu)。

同時，這些標(biāo)本均為動物的部分軀干，缺失頭部和尾部，但核心特征十分清晰：軀干具有分節(jié)，每個分節(jié)都有一對側(cè)面或側(cè)腹面的附肢，附肢末端呈二分叉的葉狀突起，且同一附肢的兩個葉狀突起，大小和形態(tài)存在不同程度的差異。

根據(jù)附肢長度與對應(yīng)體節(jié)寬度的比例差異，研究團(tuán)隊(duì)建立了兩個環(huán)節(jié)動物新屬種：短腿寬川鋪蟲（附肢長度小于對應(yīng)的體節(jié)寬度）和長腿張家溝蟲（附肢長度大于對應(yīng)的體節(jié)寬度）。

03

多方考證定身份

為明確這些化石的生物分類地位，研究團(tuán)隊(duì)開展了全面的對比分析，逐一排除了藻類、動物腸道、葉足動物、緩步動物、有爪動物及節(jié)肢動物的可能性，最終確認(rèn)這些標(biāo)本為多毛類環(huán)節(jié)動物，屬于環(huán)節(jié)動物全群。

研究發(fā)現(xiàn)，化石的附肢與環(huán)節(jié)動物（如沙蠶和浮蠶）的雙葉型疣足高度相似，其中長腿張家溝蟲的附肢與現(xiàn)生浮蠶類的疣足內(nèi)腔更是高度契合；附肢末端的二分叉結(jié)構(gòu)，恰好對應(yīng)疣足的背葉和腹葉。這一特征表明，軀干分節(jié)和雙葉型疣足可能在冠群類環(huán)節(jié)動物的最晚共同祖先出現(xiàn)前，就已經(jīng)演化形成。

▲長腿張家溝蟲與現(xiàn)生環(huán)節(jié)動物浮蠶的對比。中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

研究認(rèn)為，這兩種早期環(huán)節(jié)動物的運(yùn)動速度并不快，受體型過小和古海洋環(huán)境水體低雷諾系數(shù)的影響，其底棲和浮游的運(yùn)動能力，均弱于現(xiàn)生的沙蠶和浮蠶。

該研究首次在寒武紀(jì)奧斯坦型化石庫中發(fā)現(xiàn)了環(huán)節(jié)動物實(shí)體化石，不僅填補(bǔ)了該類化石庫的環(huán)節(jié)動物記錄空白，更將顯生宙最早的環(huán)節(jié)動物實(shí)體化石記錄向前推進(jìn)至5.35億年前。

上述發(fā)現(xiàn)從多個維度刷新了學(xué)界對早期環(huán)節(jié)動物演化的認(rèn)知，解開了多個長期存在的演化謎題，為理解寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的物種多樣性提供了全新視角。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2538071123

來源：中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所

責(zé)任編輯：閆文藝