（來(lái)源：科普中國(guó)）

轉(zhuǎn)自：科普中國(guó)

在生命演化的漫長(zhǎng)歷程中，有一類看似不起眼的無(wú)脊椎動(dòng)物，早已遍布地球的泥土與海洋。從花園里松土堆肥、釣魚(yú)時(shí)當(dāng)作誘餌的蚯蚓，再到能拌飯的海腸、做成小吃的土筍凍，還有埋伏在田間地頭、會(huì)吸血的螞蟥……這些小生物的生存環(huán)境和習(xí)性大不相同，但都屬于同一個(gè)生物類群：環(huán)節(jié)動(dòng)物。

環(huán)節(jié)動(dòng)物出現(xiàn)在我們生活中的各個(gè)角落（圖片來(lái)源：作者提供）

環(huán)節(jié)動(dòng)物是地球上物種最豐富、分布最廣的動(dòng)物家族之一，全球已知種類超過(guò) 20000 種。從深海泥沙到農(nóng)田水洼，從熱帶雨林到極地冰原，幾乎到處都能找到它們的身影。雖然環(huán)節(jié)動(dòng)物形態(tài)各異，生活方式也大不相同，但大部分都有一個(gè)共同的特征：身體柔軟、分節(jié)，像一串小環(huán)扣在一起，體內(nèi)沒(méi)有骨骼，而是靠蛋白質(zhì)構(gòu)成的表皮進(jìn)行支撐。

左側(cè)為分子生物學(xué)推測(cè)的現(xiàn)生環(huán)節(jié)動(dòng)物的內(nèi)部關(guān)系，據(jù)Brusca et al. (2023)。右側(cè)為代表性的環(huán)節(jié)動(dòng)物（圖片來(lái)源：作者提供）

這樣的結(jié)構(gòu)，讓環(huán)節(jié)動(dòng)物“無(wú)欲則剛”：身體分節(jié)使它們運(yùn)動(dòng)更靈活有效，局部受損不影響整體存活。然而，這個(gè)龐大的家族卻一直讓古生物學(xué)家頭疼不已：它們身體柔軟，表皮主要是蛋白質(zhì)，死后很快就會(huì)腐爛消失，很難留下完整的“遺照”。

那么問(wèn)題來(lái)了：我們?cè)趺粗拉h(huán)節(jié)動(dòng)物是什么時(shí)候出現(xiàn)在地球上的呢？

化石“懸案”：環(huán)節(jié)動(dòng)物何時(shí)登場(chǎng)？

在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，古生物學(xué)家只能靠一些“硬骨頭”尋找蛛絲馬跡。環(huán)節(jié)動(dòng)物雖然沒(méi)有骨骼，但是具有蟲(chóng)顎（嘴巴上的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)，牙齒）和棲管（分泌的管狀外殼）等結(jié)構(gòu)，相較而言還是比較堅(jiān)硬的，可以用來(lái)尋找環(huán)節(jié)動(dòng)物的蹤跡。

至于那些能反映它們完整形態(tài)的軟體結(jié)構(gòu)，就需要更大的運(yùn)氣才行了，只有在極少數(shù)特殊保存條件的“化石寶庫(kù)”中才能看到。

根據(jù)分子生物學(xué)的研究，環(huán)節(jié)動(dòng)物的起源或許可以追溯至寒武紀(jì)之前的埃迪卡拉紀(jì)，也就是比距今約 5.39 億年更早的時(shí)期�？墒怯捎谏眢w結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，環(huán)節(jié)動(dòng)物最早的可靠實(shí)體化石證據(jù)，全部來(lái)自寒武紀(jì)第三期（約 5.21 億年前）及更晚的布爾吉斯頁(yè)巖型化石庫(kù)，如我國(guó)的澄江生物群、小石壩生物群等。分子生物學(xué)推斷的起源時(shí)間與實(shí)體化石記錄之間，存在一個(gè)巨大的時(shí)間空白。

我國(guó)科學(xué)家此前在云南省發(fā)現(xiàn)的寒武紀(jì)早期丹尼多毛蟲(chóng)（Dannychaeta tucolus）復(fù)原圖，是當(dāng)時(shí)已知的現(xiàn)生（冠群）環(huán)節(jié)動(dòng)物支系的最早化石記錄（圖片來(lái)源：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2384-8）

所以，在距今約 5.39 億至 5.21 億年前（即寒武紀(jì)紐芬蘭世），環(huán)節(jié)動(dòng)物是否已經(jīng)出現(xiàn)在地球上了？這個(gè)問(wèn)題一直懸而未決。

懸案的轉(zhuǎn)機(jī)，出現(xiàn)在陜西南部的大山深處。

大山深處的新發(fā)現(xiàn)

近日，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)、德國(guó)慕尼黑大學(xué)和自然資源部第一海洋研究所的科研人員組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，在《美國(guó)科學(xué)院院刊》上發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究。他們?cè)陉兾髂喜康暮浼o(jì)幸運(yùn)期（約 5.35 億年前）的“寬川鋪生物群”中，發(fā)現(xiàn)了可靠的環(huán)節(jié)動(dòng)物實(shí)體化石。

巖石樣品采集現(xiàn)場(chǎng). 箭頭指向采樣點(diǎn). 左一為咸曉峰博士（圖片來(lái)源：作者提供）

研究團(tuán)隊(duì)一共描述了7枚標(biāo)本，它們只有數(shù)毫米大小，以磷酸鹽內(nèi)核的形式保存。

這些標(biāo)本代表部分軀干，缺少頭和尾。磷酸鹽內(nèi)核復(fù)刻了被表皮包裹的體腔及附肢內(nèi)腔的整體形態(tài)，缺少表皮相關(guān)的結(jié)構(gòu)。軀干有明顯的分節(jié)，每個(gè)分節(jié)上有一對(duì)側(cè)面或側(cè)腹面的附肢。

這些標(biāo)本在細(xì)節(jié)上略有差異，有些是這樣的：

第一組化石標(biāo)本的掃描電子顯微鏡照片（圖片來(lái)源：作者提供）

有些是這樣的：

第二組化石標(biāo)本的掃描電子顯微鏡照片（圖片來(lái)源：作者提供）

看到這些化石的圖片，你很可能會(huì)有這樣的疑問(wèn)：如何確定它們就是環(huán)節(jié)動(dòng)物的“祖先”，而不是其他動(dòng)物甚至是微生物呢？

答案的關(guān)鍵，就在于它們那分節(jié)的軀干和細(xì)小的附肢。

軀干分節(jié)并發(fā)育成對(duì)的附肢是泛節(jié)肢動(dòng)物（如水熊蟲(chóng)和昆蟲(chóng)）、環(huán)節(jié)動(dòng)物和四足動(dòng)物（如青蛙）的特征。然而，這些化石的附肢末端二分叉，形成兩個(gè)葉狀突起，這與現(xiàn)存的環(huán)節(jié)動(dòng)物，尤其是沙蠶和浮蠶等多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物的“雙葉型疣足”極其相似。這種位于兩側(cè)的肉質(zhì)突起結(jié)構(gòu)，就是環(huán)節(jié)動(dòng)物的“腳”，是它們重要的運(yùn)動(dòng)器官。此外，附肢末端的兩個(gè)葉狀突起，恰好對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)動(dòng)物疣足的“背葉”和“腹葉”。

這些特征不僅證明了化石確實(shí)是環(huán)節(jié)動(dòng)物，也意味著在現(xiàn)生環(huán)節(jié)動(dòng)物的最晚共同祖先出現(xiàn)之前，“軀干分節(jié)+雙葉型疣足”這樣的結(jié)構(gòu)很可能就已經(jīng)出現(xiàn)，并一直保留到今天。

“小短腿”和“大長(zhǎng)腿”

根據(jù)附肢與其對(duì)應(yīng)體節(jié)的相對(duì)長(zhǎng)短，研究團(tuán)隊(duì)把發(fā)現(xiàn)的化石分成了兩個(gè)新物種，讓我們通過(guò)視頻來(lái)看看它們的區(qū)別。

短腿寬川鋪蟲(chóng)（Kuanchuanpivermis brevicruris）：附肢比其對(duì)應(yīng)體節(jié)短，對(duì)應(yīng)上文中的第一組圖片。

短腿寬川鋪蟲(chóng), 正模標(biāo)本（視頻來(lái)源：團(tuán)隊(duì)提供）

長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng)（Zhangjiagoivermis longicruris）：附肢比其對(duì)應(yīng)體節(jié)長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)上文中的第二組圖片。

長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng), 正模標(biāo)本（視頻來(lái)源：團(tuán)隊(duì)提供）

這兩類小小的環(huán)節(jié)動(dòng)物，盡管保存在同一個(gè)剖面，但可能展示了兩種截然不同的生活方式：短腿寬川鋪蟲(chóng)疣足短小，與現(xiàn)代營(yíng)底棲生活的沙蠶類似，推測(cè)它可能同樣營(yíng)底棲生活；長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng)疣足細(xì)長(zhǎng)，與現(xiàn)代營(yíng)浮游生活的浮蠶驚人相似，推測(cè)它同樣能夠游泳，在水中過(guò)浮游生活。

如果說(shuō)對(duì)長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng)的推測(cè)是正確的，它將順利登上“已知最早的浮游型環(huán)節(jié)動(dòng)物”的寶座，挑戰(zhàn)了過(guò)去普遍認(rèn)為浮游型環(huán)節(jié)動(dòng)物出現(xiàn)得比較晚的認(rèn)知。

長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng)（F–J）與現(xiàn)生的浮蠶類環(huán)節(jié)動(dòng)物對(duì)比圖（圖片來(lái)源：作者提供）

當(dāng)然，不管是底棲還是浮游，這些小家伙的運(yùn)動(dòng)速度都不會(huì)太快。原因很簡(jiǎn)單：它們身長(zhǎng)只有幾毫米，實(shí)在太小了。在這一微小尺度下，水的黏性阻力會(huì)非常顯著（低雷諾系數(shù)）。它們?cè)谒幸苿?dòng)就像人在膠水里游泳一樣，行動(dòng)會(huì)非常遲緩。

為什么這個(gè)發(fā)現(xiàn)如此重要？

短腿寬川鋪蟲(chóng)與長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng)的發(fā)現(xiàn)，絕非只有“找到最早的環(huán)節(jié)動(dòng)物化石”這么簡(jiǎn)單，其科學(xué)意義體現(xiàn)在多個(gè)方面：

1

大幅提前了環(huán)節(jié)動(dòng)物可靠的化石記錄

此前，已知最早且可靠的環(huán)節(jié)動(dòng)物化石記錄來(lái)自寒武紀(jì)早期，年代大概為 5.18 億年前。此次研究將這一記錄提前到了寒武紀(jì)最早期，約 5.35 億年前，向前推了 1700 萬(wàn)年左右。

2

證實(shí)環(huán)節(jié)動(dòng)物在寒武紀(jì)最早期就已開(kāi)

始分化，浮游類型可能出現(xiàn)

短腿寬川鋪蟲(chóng)與長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng)分別代表了寒武紀(jì)最早期兩種不同的生態(tài)類型，表明此時(shí)環(huán)節(jié)動(dòng)物已經(jīng)開(kāi)始了分化。其中，長(zhǎng)腿張家溝蟲(chóng)與現(xiàn)生浮蠶類的疣足形態(tài)相似，可能代表了營(yíng)浮游的生活方式，要早于傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的時(shí)間。

3

支持多毛類是環(huán)節(jié)動(dòng)物的原始形態(tài)

傳統(tǒng)上，環(huán)節(jié)動(dòng)物分為多毛類（沙蠶、浮蠶）、寡毛類（蚯蚓）和蛭類（螞蝗）。這項(xiàng)研究指出最早的環(huán)節(jié)動(dòng)物在形態(tài)上類似今天的多毛類，支持了多毛類的形態(tài)可能是環(huán)節(jié)動(dòng)物的祖征。

生活在深海之中的浮蠶。根據(jù)分子生物學(xué)，科學(xué)界主流觀點(diǎn)認(rèn)為現(xiàn)存的多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物是并系群關(guān)系，即它們是多毛類最晚共同祖先的部分后代。此次發(fā)現(xiàn)支持了此觀點(diǎn)（圖片來(lái)源：維基百科)

4

與分子生物學(xué)的研究相吻合

分子生物學(xué)研究曾提出“多毛類是并系”的假說(shuō)（即多毛類不是一個(gè)自然的單系群，而是包含了非多毛類的類群）。這項(xiàng)化石發(fā)現(xiàn)為這一假說(shuō)提供了重要的古生物學(xué)證據(jù)。

最新的化石發(fā)現(xiàn)也帶來(lái)了全新的科學(xué)問(wèn)題：環(huán)節(jié)動(dòng)物在寒武紀(jì)最早期就已經(jīng)開(kāi)始分化，那么在更古老的埃迪卡拉紀(jì)（距今 6.35 億至 5.39 億年），它們是否已經(jīng)存在？更古老的“祖先”又有著怎樣的身體結(jié)構(gòu)，是否演化出適應(yīng)不同環(huán)境的能力？這些問(wèn)題，仍等待著更多的化石發(fā)現(xiàn)來(lái)回答；而新的化石，也將繼續(xù)為我們講述生命演化的傳奇故事。