夷陵虫的最后旅程新化石揭示寒武纪大爆发前夕动物演化

发布时间:2020-08-30

新京报讯(记者 张璐)对称、分节、运动……这些特征对大多数现代动物来说,已经成为它们的“标配”。然而,迄今为止发现的化石标本显示,在5.5亿年前,这些特征才第一次同时“装配”在动物身体上。

 

一条奇特的虫子长眠在行进途中,它两侧对称的分节形态和最后行迹同时留在了埃迪卡拉纪的海底。这是中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在三峡地区埃迪卡拉纪地层中的新发现,这条虫子被科学家命名为“夷陵虫”,该研究为“身体分节的两侧对称动物在埃迪卡拉纪已经出现”提供了实证。相关论文于北京时间2019年9月5日凌晨发表在英国Nature杂志上。

 

穗状夷陵虫实体(左)、遗迹(右)和化石复原(中)。供图:中国科学院南京地质古生物研究所


寻找“三叶虫”的“古老祖先”

 

身体两侧对称和分节现象的产生是动物演化史上极为重要的事件。分节的出现意味着身体的结构有了分区,功能上也就有了分工。但是,这类体型复杂的动物何时出现?自达尔文以来,一直是古生物学家和演化生物学家关注的焦点。

 

“寒武纪大爆发”中出现了大量的以三叶虫为代表的身体分节的两侧对称动物,因此,寒武纪常被称为“三叶虫时代”,长期以来,学者推测在寒武纪之前的埃迪卡拉纪(中国称为“震旦纪”,6.3-5.4亿年前),它们应该有更加古老的祖先,但是一直没有找到可靠的化石证据。

 

2013年,在中国三峡地区大约5.5亿年前的地层中,中国科学院南京地质古生物研究所早期生命团队研究员陈哲、周传明、袁训来和弗吉尼亚理工大学教授肖书海发现了一类特殊保存的新的动物化石,该动物的遗体和它最后行进的拖痕(印迹)同时保留在一块岩石上。

 

这一新的化石证据表明,在埃迪卡拉纪已出现了具有运动能力、并且身体分节的两侧对称动物。该成果以“分节的三叶形两侧对称动物及其遗迹揭示早期动物的演化”为题发表在2019年9月4日的Nature杂志上。

 

新发现化石动物获名“夷陵虫”

 

据袁训来介绍,第一块化石发现于湖北三峡地区埃迪卡拉系灯影组的石板滩生物群中。自2013年开始,科研人员对新发现的50余块化石进行详细研究。这是一类全新的动物化石,在地质历史时期和现代都没有发现形态完全相同的动物。

 

“我们永远不知道一榔头下去,会有什么奇特的动物化石出现。”袁训来说,对于这种最早期、复杂的且已经灭绝的奇特生物,不能轻易得出结论。研究人员要对照现在和过去的化石‘追根溯源’,所以研究用了5年的时间。”

 

今年,研究者以化石的发现地点湖北省宜昌市夷陵区为这种奇特动物取了一个新名字“夷陵虫”(Yilingia,新属),推测可能是环节动物或节肢动物。

 

夷陵虫身体长条形,两侧对称,呈三叶形,具有明显的身体分节,也具有了前后和背腹的区别。更加奇特的是,部分标本中动物的实体与它的遗迹同时保存在一起,再现了一条行进中的虫子的“最后时刻”。

 

底栖游移动物在埃迪卡拉纪已出现

 

传统的埃迪卡拉生物群曾被认为是身体没有真正分节、缺乏运动能力、难以继续演化的生物类群。虽然在埃迪卡拉纪也发现了许多生物运动产生的遗迹化石,但是,造迹生物(形成遗迹的生物)是什么一直成谜。

 

夷陵虫是目前发现的在寒武纪之前唯一的身体分节、具有运动能力,并可以形成连续的遗迹的两侧对称动物。夷陵虫的发现为两侧对称动物身体分节在埃迪卡拉纪的出现提供了直接的化石证据,也为探索该时期众多遗迹化石的造迹者提供了重要证据。

 

袁训来说,“寒武纪大爆发”时期以底栖动物为主体,包括三叶虫、蠕虫等,“它们吃腐泥,在淤泥中钻孔翻滚,对生态系统演化是非常重要的。”由于夷陵虫是底栖游移动物,因此新发现也表明,能够自由运动的底栖动物在更早的埃迪卡拉纪已经出现,它们逐渐取代了前寒武纪统治地球数十亿年的微生物生态系统,对地球表面系统造成了深远的环境和生态影响。

 

穗状夷陵虫化石(BF)和死亡前形成的遗迹(TF)。供图:中国科学院南京地质古生物研究所


多知道一点

 

两侧对称动物出现的意义:

使动物的身体有了明显的背腹、前后和左右之分。动物的运动从不定向趋向定向,神经系统和感觉器官也逐渐集中于身体前端,这些变化促进了动物头部化的产生。

 

身体分节的意义:

身体分节,体外分节,体内也相应分节,而且许多内部器官如循环、排泄、神经等也表现出按体节重复排列的现象,不仅增强了动物运动机能,而且对促进动物体的新陈代谢,增强对环境的适应能力有着重要意义,同时也是生理分工的开始。因此分节现象是无脊椎动物在进化过程中一个极重要的标志。

 

动物运动能力的产生:

动物运动能力的产生使其开始了主动的对环境及生态进行改造。


新京报记者 张璐

编辑 樊一婧 校对 李世辉