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寒武纪大爆发研究又获重大突破

http://www.sina.com.cn 2004年07月23日 09:33 科学网

  本报西安7月21日讯 7月22日出版的英国《自然》杂志将以其最高研究论文规格“Article”形式发表西北大学、中国地质大学教授舒德干等与英国剑桥大学康威莫里斯教授合作的、在早期动物演化研究上的又一重大成果——《中国澄江化石库发现棘皮动物始祖化石》,这是他们近年来第三次在该杂志以“Article”形式发表论文。

  其前两篇分别揭示出了5.3亿年前寒武纪大爆发动物演化树中,后口动物“半棵树”
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的“顶端类群”脊椎动物始祖和“底端类群”古虫动物门,初步论证了该谱系演化中两个最受关注的问题;而本篇不仅发现了后口动物谱系中一类最为奇特的重要类群——棘皮动物门的始祖类型古囊动物从而在棘皮动物起源探索这一长期困惑学术界的重要难题上取得了关键性突破,而且连同他们过去在《自然》和《科学》杂志上报道的关于半索动物、头索动物、尾索动物等重要发现,首次勾勒出了既包括现生主要类群、同时也包括多种重要绝灭类群在内的迄今最完整的后口动物演化谱系图。

  在进化论建立的由低等到高等的动物“演化树”中,占整个动物界95%以上的由三胚层动物构成的庞大“树冠”,依据胚胎发育过程中口的形成方式可划分为原口动物和后口动物两大谱系,它们构成了今天动物多样性的主体。在寒武纪大爆发这一规模最为宏伟的生命创新事件中追寻“树冠”上众多门类的实证起源,无疑构成了进化论第三次大修正的一个核心命题。

  1984年以来的20年间,澄江化石库研究为此做出了重要贡献。前10年里,我国科学家连续不断的发现使早寒武世原口动物“半棵树”开始“硕果累累”;但后口动物“半棵树”却依然是“光秃秃”的。在后来的10年里,舒德干等在《自然》和《科学》上的10篇论文使情况发生了戏剧性变化:在现生后口动物谱系中的全部三个门类里,脊索动物门和半索动物门中的大多数类别的古老代表都陆续浮出水面;而且,还出人意料地发现了一个更为原始的绝灭门类古虫动物门。然而,令人困惑的是,被视作现代海洋中“代表动物”的棘皮动物门(如人们熟悉的海星、海参和海胆)在澄江化石库中却始终不见踪影。这一记录的缺失,成为探索后口动物起源和进行全谱系演化分析的严重障碍。

  舒德干认为,这次关于奇特演化过渡类型古囊类棘皮动物的发现和深入分析,至少有三方面的意义。一是提出了有实证支撑的棘皮动物门起源的新假说:古囊动物躯体二分,其前体与其它古生代海扁果及海林檎等低等棘皮动物极为相近,而后体却仍保留了原始后口动物古虫类的基本特征;这进一步证实了现代棘皮动物的祖先原本是两侧对称的动物,其独特的五辐射对称体形和复杂的水管系统只不过是演化的后期特化产物;二是在演化形态学上进一步支持了古虫动物门是后口动物谱系中最原始的类别的思想;近年来,这一推测不断得到关于果蝇、蜘蛛、头索动物和脊椎动物的分子生物学研究最新资料的证实:即具有原始分节和简单鳃裂构造的古虫类应该构成后口动物“半棵树”底部的理想类群,初步解决了现代动物学关于后口动物谱系缺失“根底”的困惑;三是古囊动物的发现使人们终于看到了一个完整的后口动物谱系轮廓,因而得以对过去的“五步走”演化假说做出重要补充和发展。新假说认为,后口动物全谱系演化中至少出现过六次重要创新事件;而且,在综合了生物学和古生物学最新信息后,作者们提出了与传统的后口动物“单谱系演化”观念不同的“双谱系演化”新理念。新假说还认为:后口动物谱系共包括三大类群:由某种原始分节动物创生出的咽腔型鳃裂构造引发了动物体在取食和呼吸上的深刻革命,诞生了该谱系底部的“基干类群”古虫动物门;接下来的演化同时产生了两个并行发展的“顶冠类群”:一支通过体节的逐步消失而产生了半索类步带动物,或者通过体节和鳃裂的同时逐步消失而产生了棘皮类步带动物;另一支则主要通过体节和鳃裂的复杂化以及与之相应的尾脊索、全脊索和神经嵴等创新构造的逐步出现,导演出了脊索动物的一系列进步性演化,直至迎来动物界中“最高等类群”脊椎动物的诞生。(记者王百战 特约记者高立勋)


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