首次被被发现!一只兔子5亿年前的“虾虾虾虾虾虾虾”

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资料来源:《科技日报》

记者:陈雷

节肢动物是如何进化的?他们的祖先长什么样?这个百年来的生物进化之谜,可能会被中国科学家解开。

近日,中国科学院南京地质古生物研究所科研团队在世界范围内首次发现了一个五亿多年前的虾状化石:长相奇特,有五只眼睛。它既有巨型海洋食肉动物的捕食性附属物,坚硬的表皮,愈合的头壳,多节的躯干和节肢动物如蚊子、虾和螃蟹的节肢动物的节肢动物。

因其身上嵌有多种动物的形态特征,如中国传统的独角兽——,故得名“张麒麟虾”。

麒麟虾化石。曾晗供图

中国科学家在寒武纪地层中发现的这些独角兽虾化石,填补了节肢动物起源中的关键缺失环节,将解开百年来节肢动物起源之谜。北京时间11月5日,《自然》杂志发布最新研究成果。

“这是我们对澄江动物群研究的又一重大发现。麒麟虾代表了达尔文进化论预言的重要过渡物种。它架起了一座从奇虾进化到真节肢动物的中间桥梁,为生物进化增添了有力的化石证据。”发表这篇论文的寒武纪大爆发研究小组组长朱说。

麒麟虾化石。科技日报记者 陈磊摄

寒武纪大爆发的科学谜题

地球上的生命经历了大约40亿年的漫长历史。为什么复杂多样的生命直到5亿多年前寒武纪才突然出现在地球上?自达尔文以来,重大生命进化事件“寒武纪大爆发”一直是困扰科学界的重大科学难题。达尔文在他的《物种起源》中特别提到,寒武纪复杂动物的突然出现是对进化的巨大挑战。

“1984年,我们在云南研究所的科学家发现的澄江动物群突出了‘寒武纪大爆发’的突然性,把‘达尔文的困惑’推到了顶峰。”通讯作者黄研究员解释说,澄江动物群化石的发现表明,包括脊椎动物在内的几乎所有现代动物物种都出现在5.2亿年前。根据达尔文进化论,为了解开“寒武纪大爆发”之谜,科学家需要寻找始祖鸟等动物的过渡祖先化石。"

澄江动物群生态复原。杨定华绘图

填补节肢动物起源过程的缺失环节

澄江动物群中,节肢动物的多样性最高。

“从寒武纪大爆发开始,节肢动物就是地球上最成功的动物之一,也是今天地球上数量最多的动物。”本文第一作者曾涵博士认为,“节肢动物的特征是表皮硬化,身体分节,附肢分节。它们占据了动物界80%的物种多样性,征服了“陆地、海洋和空气”。我们熟悉的蝴蝶、螃蟹、蟋蟀、蜘蛛都是节肢动物。”

但是节肢动物的起源一直是个谜,困扰了几代科学家。"寒武纪节肢动物之间的进化关系仍然没有定论."曾涵说。

“在澄江动物群中,奇虾是寒武纪的顶级捕食者,体长可达两米,被认为是节肢动物的祖先类型。然而,虾和节肢动物在形态上有着巨大的差异,它们之间存在着难以跨越的进化鸿沟。这一空白成为探索节肢动物起源之谜的关键缺失环节。”该论文的通讯作者、澄江古生物研究站站长赵研究员说。

麒麟虾,嵌合多种动物形态的“四不像”

据曾涵介绍,研究小组在澄江动物群中发现了6种罕见的虾状化石,最大的7厘米,最小的只有1厘米。研究人员运用各种技术手段对化石进行了详细的比较解剖学研究,还原了5亿年前的形态。

这种动物体具有明显的真节肢动物特征,表皮变硬,头壳愈合,躯干分节,腿肢分节。但它的头部镶嵌着节肢动物祖先的形态结构,包括寒武纪怪物“欧巴宾海蝎”特有的五眼和怪虾的捕食性附肢。所以它结合了真正的节肢动物和节肢动物祖先的身体特征,是一种罕见的“四不像”嵌合动物。此如麒麟,故名。

麒麟虾复原图。黄迪颖供图

但是,要想确定独角兽虾在进化过程中的位置,必须经过科学的数据分析和计算。曾涵介绍,他们根据多年积累的研究资料,结合麒麟虾独特的嵌合形态和进化生物学分析,论证了奇虾与真节肢动物第一对附肢的同源性。通过系谱重构,计算出一个新的模型来逆转早期节肢动物的进化关系和附肢的形态转化。结果表明,麒麟虾的进化位置介于巨型虾和其他真节肢动物之间,位于真节肢动物的根部。

麒麟虾揭示的节肢动物起源和早期演化新模式。曾晗制图

填补了节肢动物进化中缺失的空白,本研究论文的审稿人认为“这种完美的、意想不到的过渡性动物填补了节肢动物进化史上的一个知识空白”。