作者:Gregory Edgecombe 来源:《自然》 发布时间:2012-10-15 16:23:53
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科学家首次在澄江化石中发现脑组织
表明寒武纪节肢动物已进化出能导航的复杂神经系统

 
一个古老的节肢动物表现出了具有先进大脑的信号。图片来源:Xiaoya Ma
 
大约5.4亿年前的寒武纪是进化“怪物”的鼎盛时期。当时的海洋是大量无脊椎动物的摇篮,它们生有装甲一般的体节和复眼,和以令人惊讶的方式排列的无数条腿。然而在所有这些多样性之中却潜藏着生物学的微光,从而将寒武纪生物与现代动物联系起来。
 
在寒武纪动物园中有一种无脊椎小动物,名为抚仙湖虫。作为来自云南省澄江化石遗址的中国保存最完美的、5.2亿年前的动物群的一部分,这种11厘米长的无脊椎动物是最早的节肢动物之一。正如英国伦敦自然历史博物馆的古生物学家Gregory Edgecombe及其同事在10月11日出版的《自然》杂志上报告的那样,其中一个样本可能含有早期神经解剖学特征的痕迹。
 
与其他澄江化石一样,抚仙湖虫的尸体被快速埋藏到低氧的环境中,从而保护它们免遭细菌的侵袭。这种高分辨率的保存有时甚至包括内脏器官的细节。在Edgecombe及其同事分析的一具抚仙湖虫化石中,这种动物微妙的神经解剖学特征以一种富含铁的褐色化石的形式被保存下来。Edgecombe说:“通过它的大小,我们意识到这是一个脑组织,它的轮廓和位置能够与甲壳纲动物——例如玻璃虾——的大脑相媲美。”
 
这个节肢动物的大脑由3个部分构成,它们都会聚在口的前端,并且在眼柄中留有神经组织的痕迹。Edgecombe表示,这具化石的神经解剖学特征与现代昆虫以及一些甲壳纲动物具有惊人的相似性,意味着抚仙湖虫“相当复杂的大脑”已经进化出处理高分辨率视觉信息的能力。这一发现凸显了这样一种理论,即视觉的进化促成了发生在捕食者与被捕食者之间的一场寒武纪“军备竞赛”。考虑到假设的抚仙湖虫的视觉能力,以及在其他相关物种的消化道中发现的另一种节肢动物——三叶虫的片段,Edgecombe推测,寒武纪的节肢动物可能是一种视觉敏锐的捕食动物。
 
在这么早的时代出现的一个复杂大脑“肯定向我们抛出了一个预料之外的问题”。Edgecombe提出,诸如无脊椎动物的神经解剖学特征到底是一个早期节肢动物的特性,还是因为敏锐视觉的优势而采用与现代节肢动物类似的方式进化的结果。他表示:“伟大之处在于我们能够通过一些新的数据——来自一个我们之前真的很少触及的源头(脑化石),来解决这些问题。”
 
瑞典乌普萨拉大学的古生物学家Graham Budd想要看看其他的化石并加以对比。但他指出,“所有的细节都符合”这是一个抚仙湖虫大脑残留物的推断。这一大脑的复杂结构并没有让Budd感到吃惊。他强调:“无论何时,一个复杂的视觉系统开始进化,显然就有一个强大的选择压力来优化神经系统对它进行支持。”最重要的是,他认为,化石为研究人员带来了早期节肢动物大脑的“真实数据”,按照之前关于大脑如何进化的假设,这就像“把一只猫抛到鸽舍中一样”。Budd说:“这太刺激了。”
 
但并非所有人都同意在抚仙湖虫化石中保存的结构可以进行明确的阐释。按照德国莱比锡大学专门研究节肢动物神经解剖学的Georg Mayer的观点:“这些材料的保存确实完美,但其中的暗斑很可能代表了一种神经残留物、肌肉和消化系统的混合物。”
 
但是Mayer表示:“寒武纪节肢动物具有复杂的身体特征,那么为什么它们就不能生有复杂的大脑呢?”不论这个特殊的化石是否包含着一个大脑,古生物学家认为抚仙湖虫和它的寒武纪“军团”已经具有了能够在其复杂而危险的环境中导航的神经系统。随着时间的推移,研究人员在更多的标本中将能够更好地调查这些生物进化出大脑是否就反映了寒武纪的视觉“军备竞赛”。
 
中国云南省澄江动物群主要埋藏在澄江境内抚仙湖东岸的山地丘陵区。距省会昆明63公里,距澄江县城11公里。经十多年的采集和发掘,埋藏面积约为18平方公里。作为研究地球早期生命演化的动物化石宝库,澄江动物群被国际古生物学界誉为“20世纪最惊人的科学发现”,澄江已被誉为“世界古生物圣地”。(来源:中国科学报 )
 
 
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