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科學家揭開寒武紀節肢動物食性之謎

2020-01-10 光明日報 張勇
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寒武紀澄江生物群中的刺狀納羅蟲化石 資料圖片

  日前,中英科學家對世界自然遺產“澄江生物群”的研究取得新進展?!白匀恢笖怠笔珍浧诳?、英國皇家學會學術刊物《皇家學會B刊生物科學專輯》發表了中國云南大學云南省古生物研究重點實驗室侯先光研究團隊與英國倫敦自然歷史博物館、倫敦皇家霍洛威大學的科研人員共同完成的題為“寒武紀三葉形蟲刺狀納羅蟲附肢精細構造及其發育學、生態學意義”的研究論文。研究人員對世界自然遺產“澄江生物群”中的刺狀納羅蟲化石進行了精細的、三維的形態學觀察,揭開了寒武紀節肢動物食性之謎,表明5億多年前的海洋已有高度復雜、高度進化的生態系統。

  刺狀納羅蟲是世界自然遺產“澄江生物群”中最早被報道的兩個物種之一,是澄江生物群的標志性化石。這種美麗的節肢動物生活在5.2億年前的寒武紀海洋中,身體通常有黃豆粒到蠶豆大小不等,由近半圓形的頭甲和長橢圓形的尾甲組成,尾甲側、后緣具刺,因此得名“刺狀納羅蟲”。它的頭甲和尾甲下具有結構復雜的附肢,擔負著運動、攝食的功能。在過去,限于技術手段,這些埋在化石標本內部的附肢的精細形態很難研究,因此人們對刺狀納羅蟲的分類位置、生活習性的認識十分有限?,F在,在高精度的X射線顯微CT的幫助下,研究人員得以無損地、高精度地對它的身體結構進行任意角度的觀察,并使用軟件對它的身體模型進行“虛擬解剖”,分離出身體的各個部分結構進行觀察。

  研究結果顯示,澄江生物群中的刺狀納羅蟲化石保存了微米尺度的、精美的軟軀體細節,它修長優雅的觸角、三角形的口板、內外肢的剛毛、內肢末端爪和附肢內側的修飾物等,無不栩栩如生。刺狀納羅蟲身體前、后部的附肢形態存在顯著差異,而且成蟲和幼蟲的附肢形態又互不相同。這些差異中,最引人注目的是附肢原肢(附肢基部)的結構。幼蟲身體后部的附肢,其原肢較小、內側較為光滑;身體前部附肢的原肢則特化為“顎基”結構,其內側具有兩列整齊排列的小突起,用于研磨較小、較軟的食物顆粒,例如藻類、有機碎屑等。成蟲的顎基則有多排發達的刺,尤其是在靠近口部的附肢上,這些刺狀結構十分發達、十分尖利,它們大小不一、錯落有致地排列著,可以有效地撕碎食物,比如帶殼的生物、其他動物的肢體等。

  根據附肢形態的分化,研究人員推測,和很多現代節肢動物一樣,刺狀納羅蟲的成蟲和幼蟲之間也存在顯著的食性差異,在寒武紀早期海洋生態系統的食物鏈中、在生態系統中占據了不同的位置。這種現象叫作“生態位分異”,它既避免了不同發育階段的同類個體競爭有限的食物資源,又使得這一物種能夠利用更多的資源,從而增加了生存機會。成蟲和幼蟲附肢形態的差異及其生態位分異表明,在5億多年前的海洋中,生態系統已經是高度復雜、高度進化的。論文第一作者翟大有副研究員表示,這項研究成果的意義在于:發現了納羅蟲腿上有很密集的刺,即所謂的“顎基”。它是用來粉碎食物的。從這個結構判斷,納羅蟲是吃肉的。之前不知道有這個結構,很多人以為它是吃泥巴的(泥巴里的有機碎屑)。同時,還發現了成蟲和幼蟲的顎基結構不同,據此推測,幼蟲吃較軟較小的獵物,成蟲顎基上的刺更發達,更粗壯,吃大的、帶殼的生物。這種分工,避免了內斗,是一種很高等的組織形式。

  侯先光研究員、劉煜研究員為論文通訊作者,麥慧娟博士后為論文共同作者。本項研究由國家自然科學基金、云南省科技廳基金、云南省古生物創新團隊項目等科研項目資助。

打印 責任編輯:侯茜

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