作者:韩健等 来源:《生物科学》 发布时间:2020/5/7 13:09:29
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发现寒武纪蠕虫刚柔并济的表皮结构

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现生鳃曳动物表皮细胞和寒武纪早期蠕虫状蜕皮动物表皮网状结构。A,Priapulus caudatus;B,表皮细胞纵切面;C,表皮网状纹饰;D,蜕皮类蠕虫化石结构;D,蠕虫状蜕皮动物蜕皮复原图;E,骨片表面直脊网状结构;F,骨片间柔软表皮上的多褶脊网状结构。

动物表皮具有与衣服相近的功能,能将身体内部软组织与外部环境隔开。但是这种“衣服”因为不能每天更换,所以必须集感觉、保护、排泄、呼吸等多种功能为一体,从而适应不同的季节和环境。

我们熟知的知了、螃蟹、蝎子以及罕见的鳃曳动物、线虫动物等有一项创新功能就是在生长过程中会多次蜕换坚硬的“盔甲般”表皮,实现“置办新衣”的目的,这些动物统称为蜕皮动物。现今蜕皮动物的表皮,或软或硬,或厚或薄,类型丰富,功能多样。

那么这些表皮结构有何规律可循?何时起源又如何演化?学术界对此知之甚少。

西北大学-里昂大学联合培养博士研究生王邓及其导师韩健研究员和Jean Vannier等人认为找到蜕皮动物祖先的表皮,将是解决这些问题的最好办法。他们的研究成果于5月6日发表在英国杂志《英国皇家学会会刊B:生物科学》上。

据韩健介绍,蜕皮动物的表皮通常由其下一层宽度约1~60 微米的多边形表皮细胞向外分泌而成,因此会在表皮上一一对应地“打印”出多边形网状结构。不过,有些蜕皮动物表皮宏观网状结构能够达到毫米级的水平,空间结构也更为复杂,与皮下细胞没有直接对应关系。

研究人员在陕南寒武系宽川铺组(距今约5.35亿年前)中发现一些已知最古老的蠕虫状蜕皮动物化石。其表面完整而清晰地保存着直径在5~20微米之间的网状结构。这些网状结构与现生鳃曳动物表皮细胞的大小、形状和排列方式基本一致,由此他们断定这些化石上的一个微观网格应该对应一个表皮细胞。

另外化石表面显示软、硬两类网状结构。一种是由直脊组成的多边形,多发育在蠕虫表皮坚硬的刺状骨片上。节肢动物硬壳上常见的宏观复杂网状结构与这种直脊网状结构同出一辙,应该是由一群表皮细胞分化、融合进而分泌而成。

另一种是由多褶脊组成的多边形,常见于骨片之间较柔软的表皮部分。这种结构便于虫体通过调节多边形褶皱边来弯曲躯干、扩大躯干的伸展范围,弥补了因全身披盔戴甲而不利于弯曲、伸缩运动的缺陷。

韩健说,这软、硬两类网状结构与其最原始祖先简单表皮相比,已经出现形态和功能的初级分化。(来源:中国科学报 池涵)

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2020.0470

 
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