新研究发现苔藓动物起源于5.3亿年前的寒武纪大爆发早期
帆叶网据科技日报（记者 陆成宽）：苔藓动物起源于何时？三幕式寒武纪大爆发假说有了新证据？
来自西北大学等单位的研究人员通过对陕南镇巴小洋剖面灯影组发现的微体化石进行研究发现，苔藓动物起源于5.3亿年前的寒武纪大爆发早期，而非此前认为的4.8亿年前的奥陶纪。这一发现进一步支持了中科院院士舒德干团队提出的三幕式寒武纪大爆发假说，揭示了在4000万年的时间里，寒武纪动物界从基础动物到原口动物，再到后口动物不断升级的演化过程，反映了寒武纪大爆发过程的连续性和阶段性。相关研究成果10月27日在线发表于《自然》杂志。
苔藓动物是具有触手冠的真体腔动物，是一类水生群体固着底栖动物，多为海生，连片群居，呈现树枝状，外形酷似苔藓植物，故名苔藓动物，又名苔藓虫，是一种典型的“草根动物”。
苔藓动物与腕足动物、帚虫动物一起被称为触手冠动物，属于原口动物亚界，具有马蹄形的触手冠取食结构，其消化道呈现U型，肛门位于触手冠之外，故名外肛动物。苔藓动物的身体外面有表面细胞分泌的钙质、胶质或几丁质虫室，能保存为化石，但软躯体信息很难保存。
距今约5.4亿年—5.18亿年前的寒武纪早期，是一个神奇的地质历史时期。当时，地球上突然爆发性出现了包括脊椎动物在内的几乎所有现生动物的早期祖先代表，其中包括了大型的捕食者和各种奇异的动物类型。
然而，“地质历史中非常重要的动物门类——苔藓动物，在寒武纪却一直缺乏确凿的化石记录，它们现生类型个体微小，群体生活、模块化生长，生态复杂，因此被认为是奥陶纪大辐射的产物。”论文通讯作者、西北大学地质系教授张志飞介绍。
近期，张志飞教授指导的博士研究生张志亮在陕南镇巴县小洋镇小洋剖面灯影组西蒿坪段的碎屑灰岩中，通过酸蚀处理方法，发现了几块毫米级的微体化石。研究发现，这些微体化石是地球已知最早的苔藓动物化石。
“这一结果将苔藓动物的地质历史从奥陶纪前推到寒武纪大爆发早期，将苔藓动物的地质历史前推至少5000万年。”张志飞说。
研究人员利用扫描电镜、X射线断层扫描技术分析发现，这些化石呈现双向薄板状网状，背对背两面覆有表皮细胞分泌几丁质虫室。虫室缺乏明显的矿化，纵向5列或7列交替排列，模块化几何特征清晰、可辨，两侧对称，整体外形呈圆锥状。化石研究表明，两侧动物群落精致的几何分布模式和严格的等级制度起源于5.3亿年前，是寒武纪大爆发重要的生态创新。
同时，通过52个特征、18个类群和2个外群的最大简约法和贝叶斯分支系统学分析研究表明，寒武纪苔藓动物为苔藓动物的基干类群，代表最原始祖先类型。对此，张志飞解释道：“这意味着两侧动物模块化生长和规则的群落分布比想象的要早得多，提出现代苔藓动物可能起源于群居的祖先类型而不是单体生活祖先。”
张志飞表示，在灯影组西蒿坪段泥质灰岩中发现的化石表明，寒武纪苔藓动物与后期属种相似，适宜在清澈的硬底质环境中生活，从而揭示了泥页岩中保存的特异型化石库中缺乏苔藓动物化石的原因。
“该发现为地球动物树成型和寒武纪生命大爆发提供了新的证据，表明特异型化石的研究并不能完全揭示地史上生命演化的历史过程，还需要其他化石的约束和补充，该化石的发现为地球后生动物门类的起源和演化提供了新的时间框架。”张志飞说。
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帆叶网据中国科学报（陈彬 张行勇）：日前，西北大学早期生命研究团队张志飞教授指导博士生张志亮，在陕西省汉中市镇巴县小洋镇小洋剖面灯影组西蒿坪段的碎屑灰岩中，通过酸蚀处理方法发现了几个毫米级的微体化石。经课题组前期研究，联合澳大利亚麦考瑞大学教授、西北大学兼职教授格伦·布洛克，并与中科院南京地质古生物研究所、英国自然历史博物馆、瑞典自然历史博物馆等国内外学者合作研究，认为这些微体化石代表地球已知最早的苔藓动物（苔藓虫）化石。10月27日，研究成果以长文形式发表于《自然》。
苔藓动物是具有触手冠的真体腔动物，是一类水生群体固着底栖动物，属于典型的“草根动物”。寒武纪大爆发事件，即在距今5.3亿年前的地球海洋中，突然爆发性出现了包括脊椎动物在内的几乎所有现生动物的早期祖先代表，其在寒武纪特异型化石库中保存得栩栩如生。但地质历史中非常重要的动物门类——苔藓动物门，在寒武纪却一直缺乏确凿的化石记录。不过，4.8亿年前的奥陶纪之后，苔藓虫化石变得极为丰富，因此，它们也被认为是奥陶纪大辐射的产物。
张志飞团队在国家自然科学基金的资助下，利用扫描电镜、X射线断层扫描技术分析，发现这些化石呈现双向薄板状网状，背对背两面覆有表皮细胞分泌几丁质虫室。虫室缺乏明显的矿化，纵向5列或7列交替排列，显示有清楚的模块化几何特征，清晰、可辨，两侧对称，整体外形呈圆椎状。化石研究表明，两侧动物群落精致的几何分布模式和严格的等级制度起源于5.3亿年前，是寒武纪大爆发重要的生态创新。
经过52个特征、18个类群和2个外群的最大简约法和贝叶斯分支系统学分析研究，表明该化石苔藓动物代表化石和现生苔藓动物的基干类群，为最原始祖先类型。
这项研究将苔藓动物门的地质历史从奥陶纪前推到寒武纪大爆发早期，将苔藓动物的地质历史前推至少5000万年。研究发现，两侧动物模块化生长和群落分布比想象的早得多，表明现代苔藓虫可能起源于群居的祖先类型而不是单体生活祖先。寒武纪早期苔藓动物的发现进一步支持了由中科院院士舒德干团队所提出的三幕式寒武纪大爆发假说，进一步揭示了寒武纪地球动物树历时4000万年，基础动物、原口动物和后口动物三大动物亚界分阶段、爆发性出现的过程。
“化石在灯影组西蒿坪段泥质灰岩中的发现表明了寒武纪苔藓虫与后期属种相似，适宜在清澈的硬底质环境中生活，从而揭示了泥页岩中保存的特异型化石库中缺乏苔藓动物化石的原因。”张志飞表示，该发现为地球动物树成型和寒武纪生命大爆发提供了新的证据，表明特异型化石的研究并不能完全揭示地史上生命演化的历史过程，尚需其他化石的约束和补充。
罕见的化石胚胎显示寒武纪早期蜕皮动物的发育
Fig. 1: Saccus xixiangensis gen. et sp. nov. Credit: uux.cn/Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology (2024). DOI: 10.1016/j.palaeo.2024.112635（神秘的地球uux.cn）据中国科学院（李亚丽）：一个国际研究小组发现了属于Ecdysozoa的化石胚胎，Ecdysoozoa是一个多样化的动物群体，包括蛔虫、天鹅绒蠕虫、昆虫和螃蟹。这些化石可追溯到大约5.35亿年前，在中国陕西省南部的寒武纪早期宽川铺生物群中发现。该研究由中国科学院南京地质古生物研究所张华桥教授领导，发表在《古地理、古气候学、古生态学》杂志上。化石无脊椎动物胚胎很少见，但保存下来后，它们为已灭绝动物的进化发育生物学提供了关键的见解。虽然从寒武纪早期到奥陶纪早期就有这样的胚胎的报道，但大多数例子仅限于刺胞动物和斑蝥科Markuelia分类群。早寒武世关川普生物群富含各种刺胞胚胎及其孵化阶段，但该生物群中尚未发现Ecdysozoa的化石胚胎。在这项研究中，研究人员发现了保存完好的福统早期（寒武纪早期）宽川铺组化石胚胎，特别是来自中国陕西省汉中市西乡县张家沟段。鉴定出7个标本，均为三维磷化。显微CT分析表明，胚胎内部中空，导致缺乏保存的内部软解剖结构。根据其前端和后端硬壳的数量和排列的变化，这些胚胎被分为两个新的分类群：Saccus xixiangensis gen. et sp. nov.（图 1） 和 Saccus necopinus gen. et sp. nov.（图 2）。Fig. 2: Saccus necopinus gen. et sp. nov. Credit: uux.cn/Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology (2024). DOI: 10.1016/j.palaeo.2024.112635该研究表明，胚胎被包裹在一个薄而光滑的包膜内，直径从730μm到1 mm不等。它们相对较大的尺寸表明其卵黄成分丰富，为发育提供了足够的能量（卵磷脂）。胚胎表现出袋状身体，没有内向或成对的四肢。高分辨率扫描电镜图像显示，体壁无纤毛。前巩膜炎呈放射状排列，而后端巩膜炎呈双侧排列。表皮显示出柔软的变形，但硬壳基本上没有变形，这表明它们更硬，可能已经角质化。值得注意的是，胚胎缺乏孔口，这代表了口腔或肛门形成之前的发育阶段。后端双侧排列的巩膜炎表明双侧对称，将这些新胚胎归类为双侧。此外，纤毛或纤毛插入位点的缺失，以及角质化巩膜炎的存在，表明了蜕皮激素的关系。表皮的存在意味着这些胚胎处于胚胎发育的后期，可能接近孵化。由于没有孵化的标本，Saccus的确切发育模式尚未确定。据推测，这些胚胎可能经历了间接发育，孵化为营养性（卵黄喂养）幼虫。这表明，由于后期生长过程中的变态，幼年和成年形态可能会有所不同。或者，它们可以直接发育，孵化为性营养幼体。这些幼体可能表现出类似袋状的身体，没有内向或成对的四肢，类似于Saccorhytus。在任何一种情况下，胚胎都只依靠蛋黄提供能量，直到它们发育出功能性的口腔并开始进食。直接发育假说对早期蜕皮动物体型的进化具有启示意义。如果Saccus和Saccorhytus属于全群或茎群蜕皮激素，则表明袋状体可能是蜕皮激素的原始体，而具有冠群蜕皮素特征的蠕形体则进化较晚。
寒武纪物种大爆发的原因是什么？
虽然我们现在知道，生物早在寒武纪最下层沉积以前的一个无可计算的极古时期就在这个地球上出现了，但是为什么我们在这个系统之下没有发现巨大的地层含有寒武纪化石的祖先遗骸呢?”寒武纪物种大爆发的原因是什么?这就是5.4亿年前至5.3亿年前的早寒武纪生命大爆发——门类众多的无脊椎动物突然出现在化石记录中，在早期的岩层中却没有明显的祖先，这个问题也被称为“达尔文之惑”。他在《物种起源》中承认，自己无法解释寒武纪化石突然出现这一现象。那寒武纪大爆发这个现象具体情况是如何呢?要了解寒武纪生物大爆发，需要把我们的视线转到中国云南。1984年，我国云南澄江帽天山附近发现了澄江生物群，是保存完整的寒武纪早期古生物化石群，被称为20世纪最惊人的发现之一。对澄江古生物化石群的研究证明，在寒武纪有过一次生命大爆发，也就是距今5.3亿年以前的数百万年时间内，几乎所有现生动物门一级和绝灭了的相当动物门一级的生物在地层中突发性地出现了。这不仅为寒武纪生命大爆发这一非线性突发性演化提供了科学事实，同时对达尔文渐变式进化论产生了重大的挑战(达尔文进化论只能解释生命演化的常态渐变过程，不能解释突变过程)。澄江生物群共涵盖16个门类、200余个物种化石。澄江生物群奇迹般地完好保存了生物的矿化骨骼，还保存了大量软体组织印痕，如：表皮、感觉器、纤毛、眼睛、肠、胃、消化腺、口腔和神经等，甚至有的动物好像在临死前还饱餐一顿，消化道里充满着的食物仍可辨认。正是由于这些丰富的化石信息，科学家们可以在此基础上提出各种假说，解释寒武纪大爆发的谜题。地球膨裂说地球膨裂说认为“雪球地球”冰期后地温急聚升高是寒武纪生命大爆发的真正原因。“雪球地球”理论认为，地球在距今7.5亿到5.8亿年前曾经经历了一次极其严重而漫长的冰河时代——瓦兰吉尔期，当时陆地和海洋都被埋在1公里厚的冰层下。到5.4亿年前，也就是寒武纪时期，气温急聚升高，非常适合生物繁衍，进化速度急聚增加，所以促生了寒武纪生命大爆发。1998年，瓮安动物群的发现支持了地球膨裂说。古生物学家陈均远、李家维在贵州瓮安含磷地层中发现了远古动物的卵、胚胎、幼虫和成体动物化石，这些最古老的动物是在雪球事件刚刚过去之后，以神秘的方式出现的，距今5.8亿年。瓮安动物群的发现，表明在5.8亿年前，贵州瓮安一带曾经是充满着蓬勃生机的生命乐园，或许，正是这个在生命经历了极端寒冷的“雪球”环境之后第一时间建立起来的生命乐园，为寒武纪生命大爆发点燃了导火索，为地球生命步入动物时代迈出了第一步。Hox基因调控理论说Hox基因是一种“同源异形”基因，是动物形态的设计师。这种基因在最早的动物祖先中就已形成，在所有的脊椎动物和绝大部分无脊椎动物中普遍存在，调控的机理也相似，这表明Hox基因可能是最古老的基因之一。Hox基因是一种“同源异形”基因，是动物形态的设计师。这种基因在最早的动物祖先中就已形成，在所有的脊椎动物和绝大部分无脊椎动物中普遍存在，调控的机理也相似，这表明Hox基因可能是最古老的基因之一。比如，让某个Hox基因发生突变，能使果蝇在该长眼睛的地方长出翅膀，或者在该长触角的地方长出了脚。寒武纪生命大爆发很可能就是源于Hox基因突变，起初，Hox基因突变在胚胎早期引起的变化不大，但随着组织、器官的分化定型，突变的影响逐步被放大，导致身体结构发生重大的改变。寒武纪时期生物的基因结构、发育过程都比较简单，Hox的基因突变容易被保留，结果导致了生物的多姿多彩。
