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拥有1.6亿年历史的化石里,奇奇怪怪,封印的究竟是狼牙棒还是马桶刷?
很显然都不是,那么究竟是什么?科研人员为了给这块来自侏罗纪的化石正名,通过化石形态分析等研究,不仅找到了寄生虫“鼻祖”,填补了演化关键环节,更解决了棘头动物门的起源之谜,建立了从“自由生活的轮虫到外寄生的轮虫、再到内寄生的棘头虫”的生态演化路径。
由中国科学院南京地质古生物研究所(简称南京古生物所)与国内外科学家合作完成的相关研究成果,4月9日发表于《自然》。
执著成就“逆袭”
界、门、纲、目、科、属、种,即使你已经把许多中学知识还给课本了,但对于生物的7个基本分类等级,大概还是熟悉的。其中,界是初步区分不同生命形式的最高分类等级,第二级就是门,反映了生物在进化中的主干分支。
动物界包含30余个门级分类单元,它们共同构建了动物演化的基本框架。每个门的起源一直是学界研究重点。
迄今为止,人类对极少数门级类群的起源,仍知之甚少。棘头动物门便是其中之一,虽然建立已有200余年,但起源问题一直未得到有效解答。
文章第一作者、南京古生物所博士生罗慈航在通讯作者、研究员王博指导下,与其他学者合作,系统研究了产自内蒙古道虎沟(约1.6亿年前)的棘头虫化石。研究填补了棘头虫的演化空白,为解决棘头动物门的起源之谜提供了实证。
不过,这枚化石在该所标本库等待了7年才开启“逆袭”之旅。
谈及研究的缘起,王博向《中国科学报》表示:“实际上,我们在当地老乡处多次见到此类标本,但一直没有专门收集。7年前就收集进标本库这枚化石,我们当时鉴定为一类奇怪的蠕虫,但我们一直没有意识到此类化石的重大意义。”
分析个中原因,王博认为由于中生代蠕虫化石年代较新,一般被认为缺乏门类起源等关键演化信息,长期以来被学界所忽视。此外,中生代蠕虫往往个体较小、身体结构趋同、分类特征不清,多属于疑难化石,其鉴定要求高、研究难度大。王博就曾将琥珀中的绦虫误认成棘头虫。
这次预料之外的突破性发现,完全缘自罗慈航对科研的热爱。“罗慈航提前完成了博士论文的工作,没有了毕业压力,恰好他对寄生蠕虫很感兴趣,决定利用博士阶段的剩余时间开展一些尝试性的研究,获得了意外收获。”王博说。
侏罗虫现形记
棘头虫是一类海洋和陆地生态系统中常见的体内寄生蠕虫,能够感染人、猪、犬、猫、鱼等各类动物,是一类重要的医学寄生虫。
其最典型的特征是,蠕虫状的外形和可外翻的吻突,吻突上有成排的倒钩,用于附着在宿主的消化道内。《科学》杂志还曾在1969年报道了棘头虫感染史前人类的案例。
长期以来,棘头虫一直被认为是一个独立的门,即棘头动物门。由于棘头虫的身体构型高度特化,其系统分类位置一直存在很大争议。
“此前,科研人员对棘头虫的起源和早期演化知之甚少。”王博介绍,作为一种体内寄生虫,棘头虫很难保存为化石,此前唯一的化石记录,是来自晚白垩世鳄形动物粪便中,4枚疑似的棘头虫卵。
因此,中生代蠕虫化石一直是古生物学领域的“冷门”,迄今仅开展零星研究。
本次新发现的棘头虫,由于来自著名的侏罗纪生物群内蒙古道虎沟,因此被命名为“道虎沟侏罗棘头虫”,简称“侏罗虫”。
研究团队借助扫描电镜、能谱分析等方法,对其进行精细的解剖学研究发现,侏罗虫身体整体呈纺锤形,分成明显的三部分,即吻突、颈和躯干。
侏罗虫的吻突具硬化的、略向下弯曲的刺。侏罗虫身体上有约32对仅延伸至身体一小部分的纵毛列,类似的结构也常见于现生棘头虫。侏罗虫的吻突中央保存了消化道,但躯干整体未发现明显的消化道,其身体末端还有一个类似现生棘头虫雄性交合伞的结构。
侏罗虫最奇特的特征,是其位于躯干最前方的颚器。颚器整体向前方汇聚,且前部的颚较小,向后逐渐变大,齿的数量也更多。颚器中的齿整体都朝向身体前方,且所有的颚都不超过棘头虫的身体边界。类似的颚器在棘头虫可能的祖先——包含轮虫动物的有颚动物类中广泛存在。
填补生态演化空白
为进一步确定侏罗虫的演化位置,研究团队构建一个最新的、包含各类现生和化石蠕虫动物的形态数据矩阵,并开展系统发育分析。
结果表明,侏罗虫的演化位置位于棘头虫的最根部,是棘头虫的基干类群。
虽然近年的分子系统发育分析已经表明,棘头虫最有可能是轮形动物中一个特化的类群,但棘头虫在轮形动物内部的演化发育关系争议极大,学界基于不同的形态学证据和分子生物学证据提出了相互矛盾的数种不同的假说,几乎涵盖所有可能的排列组合。
系统发育学分析表明,侏罗虫是尾盘纲轮虫向棘头虫演化的过渡类群,从而在形态学的矩阵分析中,获得了与分子生物学分析相近的结果,成功解决形态学研究与系统发育基因组学研究之间的分歧。
本研究为探索棘头动物门的起源和早期演化提供重要的线索:侏罗虫展示了棘头动物先前未知的形态多样性和生态特性。其具钩的吻突和较大的体型表明,棘头虫在侏罗纪可能已经演化出了和蛔虫、绦虫一样,寄生在另一种生物体内的内寄生习性,也表明棘头虫可能起源自陆地环境,并在侏罗纪已经与其他轮虫分化。
“中生代蠕虫化石并不是‘研究荒漠’,它们为我们了解蠕虫类形态和生态的演化,提供了不可或缺的证据。”王博表示,虽然分子生物学能够解决一些传统形态学研究难以解决的系统发育关系,但过渡类型的化石在探究动物身体构型革命性演化中,仍然扮演了非常重要的作用。
审稿人也指出,该工作颠覆了学界对“中生代蠕虫不重要”的传统认识,为棘头虫起源研究提供了重要的古生物学见解。
相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-025-08830-5
侏罗虫化石(a)与侏罗虫复原图(b)及现生棘头虫(c)的对比图。复原图绘制:杨定华
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