中英科学家揭开寒武纪节肢动物食性之谜

  日前,中英科学家对世界自然遗产“澄江生物群”的研究取得新进展。“自然指数”收录期刊、英国皇家学会学术刊物《皇家学会B刊生物科学专辑》发表了中国云南大学云南省古生物研究重点实验室侯先光研究团队与英国伦敦自然历史博物馆、伦敦皇家霍洛威大学的科研人员共同完成的题为“寒武纪三叶形虫刺状纳罗虫附肢精细构造及其发育学、生态学意义”的研究论文。研究人员对世界自然遗产“澄江生物群”中的刺状纳罗虫化石进行了精细的、三维的形态学观察,揭开了寒武纪节肢动物食性之谜,表明5亿多年前的海洋已有高度复杂、高度进化的生态系统。

  刺状纳罗虫是世界自然遗产“澄江生物群”中最早被报道的两个物种之一,是澄江生物群的标志性化石。这种美丽的节肢动物生活在5.2亿年前的寒武纪海洋中,身体通常有黄豆粒到蚕豆大小不等,由近半圆形的头甲和长椭圆形的尾甲组成,尾甲侧、后缘具刺,因此得名“刺状纳罗虫”。它的头甲和尾甲下具有结构复杂的附肢,担负着运动、摄食的功能。在过去,限于技术手段,这些埋在化石标本内部的附肢的精细形态很难研究,因此人们对刺状纳罗虫的分类位置、生活习性的认识十分有限。现在,在高精度的X射线显微CT的帮助下,研究人员得以无损地、高精度地对它的身体结构进行任意角度的观察,并使用软件对它的身体模型进行“虚拟解剖”,分离出身体的各个部分结构进行观察。

  研究结果显示,澄江生物群中的刺状纳罗虫化石保存了微米尺度的、精美的软躯体细节,它修长优雅的触角、三角形的口板、内外肢的刚毛、内肢末端爪和附肢内侧的修饰物等,无不栩栩如生。刺状纳罗虫身体前、后部的附肢形态存在显著差异,而且成虫和幼虫的附肢形态又互不相同。这些差异中,最引人注目的是附肢原肢(附肢基部)的结构。幼虫身体后部的附肢,其原肢较小、内侧较为光滑;身体前部附肢的原肢则特化为“颚基”结构,其内侧具有两列整齐排列的小突起,用于研磨较小、较软的食物颗粒,例如藻类、有机碎屑等。成虫的颚基则有多排发达的刺,尤其是在靠近口部的附肢上,这些刺状结构十分发达、十分尖利,它们大小不一、错落有致地排列着,可以有效地撕碎食物,比如带壳的生物、其他动物的肢体等。

  根据附肢形态的分化,研究人员推测,和很多现代节肢动物一样,刺状纳罗虫的成虫和幼虫之间也存在显著的食性差异,在寒武纪早期海洋生态系统的食物链中、在生态系统中占据了不同的位置。这种现象叫作“生态位分异”,它既避免了不同发育阶段的同类个体竞争有限的食物资源,又使得这一物种能够利用更多的资源,从而增加了生存机会。成虫和幼虫附肢形态的差异及其生态位分异表明,在5亿多年前的海洋中,生态系统已经是高度复杂、高度进化的。论文第一作者翟大有副研究员表示,这项研究成果的意义在于:发现了纳罗虫腿上有很密集的刺,即所谓的“颚基”。它是用来粉碎食物的。从这个结构判断,纳罗虫是吃肉的。之前不知道有这个结构,很多人以为它是吃泥巴的(泥巴里的有机碎屑)。同时,还发现了成虫和幼虫的颚基结构不同,据此推测,幼虫吃较软较小的猎物,成虫颚基上的刺更发达,更粗壮,吃大的、带壳的生物。这种分工,避免了内斗,是一种很高等的组织形式。

  侯先光研究员、刘煜研究员为论文通讯作者,麦慧娟博士后为论文共同作者。本项研究由国家自然科学基金、云南省科技厅基金、云南省古生物创新团队项目等科研项目资助。

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