中科院南古所发布重要研究成果：人类或由这个“虫”演化而来……

来源：紫牛新闻

2022-07-08 10:47:15

在遥远的5.18亿年前寒武纪的浅海里，有一群动物，它们身长4厘米左右，身体侧扁，像是蠕动的虫虫。可谁能想到，在历经自然的变迁和时序的更迭后，这群拇指大小的“虫”，会演化成如今骨骼分明、身形纤长的人类？

“我是谁”“我从哪里来”关于人类起源的终极问题，自19世纪中叶达尔文抛出进化论的观点后，科学家们在这条道路上持续不断地潜心探索，尝试追溯生命起源的奥义。

近日，我国科学家研究发现，5.18亿前的寒武纪澄江动物群产出的云南虫，其咽弓具有脊椎动物独有的细胞软骨结构，确认了云南虫是脊椎动物的最原始类群。该成果由中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员领导的“地球-生命系统早期演化”研究团队和南京大学地球科学与工程学院姜宝玉教授课题组密切合作完成，并于7月8日发表在美国《科学》（Science）期刊上。

云南虫复原图

云南虫是脊椎动物的祖先不再只是假想

我们为什么关注脊椎动物？因为人类自己就是。

在生命演化历程中，人类所属谱系——脊椎动物的演化是最为壮丽的篇章之一。有关脊椎动物起源的问题始终是最吸引人的科学热点。演化生物学家通常根据现生头索动物文昌鱼的特征，推测脊椎动物的祖先是一类具有脊索、背神经管和鳃裂的后口动物。然而，这一假想的脊椎动物祖先始终没有得到化石证据的支撑。

寒武纪生命大爆发是一本无字天书，为生命起源的研究绘制了一幅幅蓝图。5.3亿年前的远古海洋出现了数量众多，千奇百怪的海洋生物，小的可能肉眼都看不清，大的几十毫米甚至更大。南京古生物所赵方臣研究员告诉记者，在距今约5.05亿年的加拿大布尔吉斯页岩动物群和距今约5.18亿年的中国云南澄江动物群，均产有丰富的、保存精美的以软躯体结构为特征的动物化石。“这些化石为揭开脊椎动物起源和早期演化之谜提供了珍贵材料。”

这其中，就有云南虫化石。“关于云南虫的分类，一直存在争议。”赵方臣告诉记者，不同于拥有典型的脊椎动物特征的昆明鱼，云南虫形态更接近头索动物文昌鱼。“由于不同学者对云南虫保存各异的软体组织细节的解释存在较大差异，云南虫自1991年首次报道以来被分别归类于脊椎动物、头索动物、半索动物、后口动物干群、甚至原始的两侧对称动物。”

云南虫化石

此次，科学家们利用先进实验技术手段，证明云南虫具有软骨细胞构成咽弓，确认它是脊椎动物基干类群，为进一步确定云南虫的具体演化位置，研究团队整合了最新的、包括后口动物和早期脊椎动物化石在内的性状矩阵，并增加云南虫新观察到的性状特征信息，采用贝叶斯算法进行重建计算。分析结果证实云南虫处于脊椎动物谱系的最基干位置，介于尾索动物和其他脊椎动物（包括现生和化石物种）之间。“这一发现解除了云南虫在动物系统树中的位置存在的争议，明晰了脊椎动物的起源。”

科学家找到了两大关键证据

为什么说云南虫是最原始的脊椎动物？论文第一作者田庆羿博士研究生告诉记者，因为它有着脊椎动物演化过程中最原始、最早期的特征——咽弓上叠盘状细胞结构和蛋白微原纤维构造，这是特征是证明咽弓是由软骨细胞组成的重要特征。

在前人研究基础上，研究团队对海口地区产出的127块云南虫标本的鳃弓结构进行了分析，首次在云南虫咽弓上发现了微纳尺度三维保存的叠盘状细胞结构和蛋白微原纤维构造。

“叠盘状细胞结构是软骨细胞独特的排列方式，而蛋白微原纤维是脊椎动物软骨常见的细胞间基质的纤维结构。” 田庆羿说，这两个特征证明云南虫具有脊椎动物独有的、由细胞软骨构成的咽弓，表明云南虫属于原始脊椎动物。研究还验证了解剖学家们早在19世纪就已经提出的脊椎动物咽弓同源理论假说，即脊椎动物演化初期不同位置的咽弓彼此相似。

研究团队在新标本上第一对咽弓的位置上发现了与后部其他鳃弓一样的叠盘状细胞结构、鳃丝和蛋白微原纤维等构造。进一步表明，云南虫拥有从前到后彼此相似、都具有细胞软骨的7对咽弓。彼此相似的咽弓，也出现在另一种寒武纪基干脊椎动物——后斯普里格鱼身上。“虽然现生脊椎动物不同位置的咽弓会发育成颌弓、舌弓和鳃弓等形态不同的骨骼，但在脊椎动物演化初期不同位置的咽弓是彼此相似的。”专家说，云南虫相似的7对系列咽弓的发现，支持解剖学家们早在19世纪就已经提出的脊椎动物咽弓同源理论假。

这次研究的另一个重要新发现是，云南虫的7对咽弓在腹背两端被成对的水平软骨连接，组成了一个类似于篮状的咽颅。

所谓咽颅，是指脊椎动物头部消化道周围的一组骨片，起到支撑和保护作用。现生脊椎动物的咽颅由颌弓、舌弓和鳃弓等咽弓的骨骼构成。出现更早、位于脊椎动物最基干位置的云南虫咽颅特征支持了篮状咽颅是更古老的祖先特征。

先进的研究技术，难以超越的高分辨率

专家表示，由此可见，作为现生脊椎动物最古老的近亲，云南虫为揭示脊椎动物的起源和早期演化提供了关键证据，对脊椎动物颌和其他关键特征演化的探索均将产生深远的影响。从另外一个角度来看，该项研究再一次展示了澄江动物群化石具有保存微纳尺度精细生物学结构的潜力。记者了解到，研究团队采用的研究技术是化石研究领域最具创新的尝试，利用三维X射线断层扫描显微镜、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜等多种现代实验技术手段，观测云南虫的细微结构。