一塊小小的化石，承載的是什么？云南大學(xué)古生物研究院告訴人們答案：它承載的，是數(shù)億年前的珍貴歷史真相。
近日，云南大學(xué)古生物研究院運用先進技術(shù)手段為5.2億年前的古生物化石拍CT，揭開了澄江生物群中的等刺蟲化石的形態(tài)秘密，這項成果發(fā)表在國際期刊《英國皇家學(xué)會會刊B輯》上。
等刺蟲化石 網(wǎng)絡(luò)截圖
成百上千張CT圖像形成三維立體模型
作為顯生宙以來地球上物種多樣性最豐富的動物門類，節(jié)肢動物的起源與演化一直受到廣泛關(guān)注，它們的關(guān)鍵形態(tài)特征——軀干外骨骼和附肢分化產(chǎn)生的演化節(jié)點及其早期狀態(tài)，是學(xué)術(shù)界研究的熱點問題。
等刺蟲，生活在寒武紀第三階到第五階的雙瓣殼節(jié)肢動物，通常被認為是低等干群節(jié)肢動物和真節(jié)肢動物之間的過渡類型之一，對于研究真節(jié)肢動物的起源具有重要意義。然而，由于等刺蟲寬大的殼瓣通常覆蓋了眼睛和前附肢之后的幾乎整個身體，其附肢細節(jié)及分化程度尚未明確，對該類群系統(tǒng)發(fā)育位置和生態(tài)特性的認識仍具較大不確定性。
云南大學(xué)古生物研究院副院長劉煜告訴記者，在顯微CT斷層掃描技術(shù)出來以前，獲取寒武紀節(jié)肢動物化石的信息需要采用傳統(tǒng)的辦法，先由研究人員用鋼針修理化石，再在顯微鏡下繪圖。
這樣的方式一方面耗時，一方面對標本會產(chǎn)生破壞，并且通過該方法只能對化石表面暴露出來的信息或者修理出來的信息進行研究。根據(jù)標本展示，不少節(jié)肢動物化石僅有2厘米至3厘米大小，其中的動物軀體就更顯得渺小，通過一根鋼針修理后再觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會對動物化石產(chǎn)生破壞，從而影響研究結(jié)果。
為了更好地揭開澄江生物群中的等刺蟲化石的形態(tài)秘密，由云南大學(xué)古生物研究院、澄江化石地世界自然遺產(chǎn)博物館、美國哈佛大學(xué)研究人員組成的研究團隊，在研究中創(chuàng)新運用了顯微CT斷層掃描技術(shù)、光學(xué)顯微成像、計算機三維建模等先進技術(shù)手段。
云南大學(xué)古生物研究院助理研究員麥慧娟，先將古生物化石切成合適的大小，再固定到樣品臺上，放入顯微CT掃描機器里。機器內(nèi)部分為X射線光源、樣品臺、探測器幾個部分，通過X射線穿透化石之后，獲得化石的X射線信息，得到化石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。根據(jù)不同要求，利用顯微CT掃描一塊化石，需要幾個小時甚至十幾個小時不等，根據(jù)需求分辨率的精細程度，需要拍攝幾百甚至幾千張化石CT圖像才能形成一個三維立體模型圖像。掃描CT后，成百上千張CT圖像形成的三維立體模型圖像，較為完整地揭示了澄江生物化石群中的等刺蟲的附肢細節(jié)和軀干外部形態(tài)。
據(jù)悉，為5.2億年前的等刺蟲化石拍顯微CT，在國內(nèi)尚屬首次，該項成果于4月19日在線發(fā)表在國際期刊《英國皇家學(xué)會會刊B輯》上，為研究節(jié)肢動物的早期演化提供了新的形態(tài)學(xué)證據(jù)。
無損解鎖化石里的古生物密碼
研究小組通過對精心甄選的、軟軀體強烈礦化且保存立體度高的標本進行顯微CT斷層掃描之后，等刺蟲的三維立體圖像無比清晰地展現(xiàn)在屏幕之上，揭示了等刺蟲附肢的關(guān)鍵解剖細節(jié)。
圖像顯示，等刺蟲的前附肢及其后的14對附肢已經(jīng)出現(xiàn)明顯的形態(tài)和功能分化。其中，前附肢為單肢型，由多個靈活地連接在一起的肢節(jié)組成，可以有效捕捉獵物。緊接前附肢之后的4對附肢，不但長度較身體后部的附肢短，而且內(nèi)肢肢節(jié)較為粗壯、內(nèi)側(cè)具有成對的刺，末端呈鉤狀，可以對捕捉到的獵物進一步處理，肢解其身體以助于進食。前附肢及其后的4對附肢可以視作功能性的頭部。后部的大約10對軀干附肢，其內(nèi)肢分節(jié)較多、缺乏內(nèi)側(cè)的刺和末端爪，而外肢發(fā)達、具成列排布的多個片狀結(jié)構(gòu)。這些軀干附肢應(yīng)該是運動附肢，兼有游泳和爬行功能。上述觀察結(jié)果此外，據(jù)劉煜介紹，之前的研究表明等刺蟲的軀干至少是弱硬化的，但研究小組針對大量標本開展的研究和數(shù)據(jù)最終表明，彎喙等刺蟲的軀干表皮尚未發(fā)生關(guān)節(jié)化、未具有硬化外骨骼，因此其軀干是完全未關(guān)節(jié)硬化的。根據(jù)這一特點，通過與其他物種類群的形態(tài)結(jié)構(gòu)進行詳細比對，表明在真節(jié)肢動物的演化歷史中，節(jié)肢化極可能首先從附肢中開始，而軀干關(guān)節(jié)硬化的完整發(fā)育則可能發(fā)生在較晚的階段 。
劉煜表示，通過顯微CT掃描后的研究，不僅補充完善了更多的等刺蟲附肢精細結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了附肢顯著分化，出現(xiàn)頭-胸體區(qū)功能性分區(qū)的現(xiàn)象。更重要的是，等刺蟲未關(guān)節(jié)硬化的外骨骼揭示了早期真節(jié)肢動物軀干外骨骼與附肢節(jié)肢化的先后演化順序，也為研究早期節(jié)肢動物演化提供了更多的思考。
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