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云南大学在古生物学领域连续取得重大突破
2021-02-01 iNature

  2021年1月27日,云南大学毕顺东教授、John R. Wible教授、王军有等在 Nature 在线发表了题为“A monotreme-like auditory apparatus in a Middle Jurassic haramiyidan ”的研究论文,该研究基于对哺乳动物中耳听小骨连接关系的新发现,提出叠覆型砧骨-锤骨关节是中耳听小骨与下颌脱离的关键一步,解决了哺乳动物中耳和听觉演化研究中存在已久的难题。

  2020年6月11日,云南大学侯先光和马晓娅共同通讯在Nature 在线发表题为“A Cambrian crown annelid reconciles phylogenomics and the fossil record”的研究论文,该研究在中国云南省东部富含软躯体化石保存的寒武纪地层里发现了一个新的多毛类动物,距今约5.14亿年前。研究表明该动物营管居固着生活,属于现生多毛纲的长手沙虫科(Magelonidae),是目前已知的现生环节动物支系的最早化石记录,为了解环节动物的早期演化提供了重要证据,也揭示了寒武纪环节动物的生态和形态多样性。

  2018年6月13日,云南大学毕顺东等人在Nature 在线发表题为“An Early Cretaceous eutherian and the placental–marsupial dichotomy”的研究论文,该研究报道了一件迄今为止保存最为完整的早白垩世哺乳动物化石,命名为混元兽。混元兽是真兽类(胎盘类及其祖先)的早期类型,同时发育有真兽类和后兽类(有袋类及其祖先)的混合特征。研究发现,以前报道的中国袋兽与这次命名的混元兽同属一支,均为早期真兽类,而并非有袋类的祖先。有袋类起源于亚洲的结论有待进一步商榷。这一研究结果科学意义重大,中国袋兽属于真兽类的新结论,表明亚洲可能不是有袋类的起源中心,目前已知有袋类最早的化石记录为发现于北美1.1亿年前的三角齿兽。

  2013年7月16日,云南大学侯先光及美国亚利桑那州立大学Nicholas J. Strausfeld共同通讯在Nature 在线发表题为“Brain structure resolves the segmental affinity of anomalocaridid appendages”的研究论文,该研究鉴别了生活在大约5.2亿年前早寒武世(Lower Cambrian)、世界上已知最早的一种食肉动物化石中保存完好的大脑。研究发现揭示出这一动物的大脑惊人的简单,远没有它的一些猎物的大脑来得复杂。研究结果支撑了真节肢动物起源于叶足动物的假说,终结了科学界关于奇虾大爪肢同源性的争论,否定了奇虾是螯肢动物祖先类群的假说。新研究为解决节肢动物起源、复杂生态系统起源等重大科知识题提供了关键线索。

  2013年2月27日,云南大学张喜光作为通讯在Nature 在线发表题为“Specialized appendages in fuxianhuiids and the head organization of early euarthropods”的研究论文,该研究发现头部的组构(organization)可为节肢动物的系统分类和进化史提供至关重要的信息。寒武纪早期的抚仙湖虫类群(fuxianhuiids)历来被认为是干群(stem group)真节肢动物的代表分子,故依据它们前部的形态可深刻认知复原史前真节肢动物头部状态。发现于昆明东郊寒武系沧浪铺阶(约520百万年前)的“小石坝动物群”中的抚仙湖虫类新种,以其“埋藏剖析”(taphonomic dissection),即“头甲掀开”的独特保存模式,裸露出这些原始干群节肢类代表头部的基本结构、附肢类型及着生方式,澄清了过去若干悬而未决的难题,在备受关注的早期生命起源和演化前沿研究领域,迈出了十分有意义的一步。此外,该化石群还同时产出大量三叶虫、腕足类以及其它许多与下伏地层(筇竹寺阶)中的澄江化石群有着密切联系的无脊椎动物化石,由此拓展了特异保存化石的时空分布。作为一中间纽带,小石坝动物群可联系、追溯大家已知,却又孤立保存于不同地史时期的澄江、关山、凯里动物群,为今后节肢动物早期辐射分异和演化的深入研究奠定了良好基础。

  2012年10月10日,云南大学侯先光及马晓娅等人在Nature 在线发表题为“Complex brain and optic lobes in an early Cambrian arthropod”的研究论文,该研究是迄今为止最古老的关于动物脑部构造的化石纪录,其精美的化石保存使科学家得以进行深入研究并和现生动物的脑部构造进行直接对比。该研究首次专题研究报道了保存完美的脑部和其他神经及感官构造,这些精美构造在所有古生物研究中都是极为罕见的,也为寒武纪特异保存的化石动物群的研究开辟了一个新的领域。澄江动物化石群中的抚仙湖虫是一个结构相对简单的较为原始的寒武纪节肢动物,该研究让科学家们吃惊的是,这个古老的节肢动物已经具备了非常复杂的脑部构造,与现生的昆虫类及甲壳类节肢动物的脑部构造极为相似。它们的脑都是由前脑、中脑和后脑三部分组成,各具一对神经束分别连接向茎状眼、触角及第二对附肢。该论文同时也详细报道了抚仙湖虫的茎状复眼,化石证据显示该动物的视觉系统也较为复杂,其眼可进行一定程度的翻转。因此该动物的复杂的神经结构与其复杂的感官构造的进化是相辅相成的,这些研究都进一步支撑抚仙湖虫可能是澄江动物群里的一个捕食者。该文指出,根据抚仙湖虫的脑部构造特征,在寒武纪生命大爆发时期节肢动物已经具备了复杂的脑部构造,因此现生鳃足类节肢动物中较为简单的脑部构造应该是二次退化形成的,而非节肢动物脑部构造的祖先类型。

  2007年10月4日,云南大学张喜光作为通讯在Nature在线发表题为“An epipodite-bearing crown-group crustacean from the Lower Cambrian”的研究论文,该研究紧密围绕早期生命演化,主要取得如下两进展:1)论述了与现生的甲壳动物有着共同祖先的化石类型存在于寒武纪早期。由于缺乏化石证据,此前的权威论述认为最早的甲壳动物的祖先类型生活于距今约5亿年前的寒武纪晚期。张喜光教授及其合编辑的研究将真甲壳动物出现的年代推向远古约2000万年,到了寒武纪大爆发的时代。该成果再次充分肯定:人们以往认定在生物进化后期方才出现的一些高等或进步的生命形式,在寒武纪初期已具雏形。2)确认了早寒武世甲壳动物发育了上肢(epipodite)。依据分子生物学DNA的论证,昆虫的翼与水生甲壳动物附肢基部着生的上肢同源,即:昆虫的翼可能由古代某一类水生甲壳动物的上肢衍生而来。原来已知最古老带上肢的甲壳动物化石可追溯到大约4亿年前的泥盆纪。上肢作为寒武纪早期甲壳动物的基本特征,为昆虫由水生到陆生的进化提供了素材,拓宽了思维的空间。

  云南省东部寒武纪地层丰富,盛产特异保存了软躯体的寒武纪动物化石。各主要动物类群在这些特异埋藏的寒武纪岩石中已经广泛出现,为了解早期生物多样性大爆发,即“寒武纪大爆发”,提供了重要的化石证据。

  然而,尽管环节动物是当今生态系统中非常重要的一个动物门类,它们在寒武纪早期地层中的化石记录却非常罕见,这导致科学家们在研究环节动物起源和早期演化的过程中往往缺乏有力的化石证据。

  

  云南省寒武纪早期丹尼多毛虫Dannychaeta tucolus 复原图(Robert Nicholls绘)

  该研究描述了一个叫做丹尼多毛虫(Dannychaeta tucolus)的寒武纪新属种。研究表明,它属于现生多毛类环节动物中的长手沙虫科(Magelonidae),具有一个典型的铁楸状头部(shovel-headed)和一对细长的触须(palps)。这是现生环节动物支系的最早化石记录,表明丹尼多毛虫和现生环节动物由同一个最近共同祖先演化而来,统称为环节动物冠群。而此前已报道的寒武纪环节动物则均为环节动物的原始远祖。

  此外,不同于其他已报道的寒武纪环节动物,研究显示丹尼多毛虫营管居固着生活。现生的多毛类动物中有许多物种营管居或固定穴居的生活模式,以此来躲避捕食者或在捕食过程中隐藏自己,通常被称为固着类环节动物。现代生物学家通过系统发育基因组学研究,认为固着类环节动物应该代表环节动物进化树中一个比较古老的支系,但直到现在,固着生活方式一直未在早期的环节化石中发现。

  

  云南省寒武纪早期多毛类环节动物丹尼多毛虫Dannychaeta tucolus(陈红供图)

  云南大学共同第一编辑博士生陈红说:“大家很惊讶地发现了5.14亿年前的一种多毛类蠕虫,它生活在一个管中,而且与当今仍然活着的物种非常相似。”

  牛津大学共同第一编辑Luke Parry博士说:“现生环节动物在现代海洋中营各种生活模式,包括固着的滤食者或伏击捕食者。大家此前所知的寒武纪环节动物都可能是在海底爬行,而大家在丹尼多毛虫中看到的则完全不同。丹尼多毛虫的发现告诉大家,即使在非常早期的生态系统中,古老的环节动物已经占据了许多不同的生态位。”

  云南大学共同通讯编辑马晓娅研究员说:“这是固着类环节动物的最早化石证据,也是现生环节动物支系在化石记录中的首次出现。因为寒武纪早期的环节动物化石非常罕见,大家对此发现感到非常惊讶和高兴。这个发现再次显示了‘寒武纪生命大爆发’不仅仅是生物多样性也是生态多样性剧增的一个重要进化事件。”

  该项目得到国家自然科学基金、云南省科技基金等多个项目共同资助。

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