中英科学家揭开寒武纪节肢动物食性之谜

最近，中英科学家在世界自然遗产“澄江生物群”的研究方面取得了新的进展。《自然索引》杂志和英国皇家学会学术期刊《英国皇家学会生物科学杂志专辑》发表了由中国云南大学云南省古生物重点实验室侯先光研究组与伦敦自然历史博物馆和伦敦皇家霍洛韦大学研究人员共同完成的题为《寒武纪三叶形刺螈类的精细结构及其发育和生态意义》的研究论文。研究人员对世界自然遗产“澄江生物群”中的刺状纳米蠕虫化石进行了详细的三维形态学观察，揭示了寒武纪节肢动物食性的奥秘，表明5亿多年前海洋具有高度复杂和高度进化的生态系统。

刺状纳米蠕虫是世界自然遗产“澄江生物群”中最早报道的两个物种之一，是澄江生物群的标志性化石。这种美丽的节肢动物生活在5.2亿年前的寒武纪海洋中。它的身体通常有大小不等的豆类，从大豆粒到蚕豆。它由一个近似半圆形的头壳和一个长的椭圆形尾壳组成，尾壳的侧边和后缘有刺，因此得名“多刺纳米蠕虫”。它的头和尾甲下有复杂的附肢，负责移动和进食。过去，由于技术手段有限，很难研究化石标本中这些附肢的精细形态。因此，人们对多刺纳米蠕虫的分类地位和生活习性的了解非常有限。现在，借助高精度的x光显微CT，研究人员可以在任何角度无损伤、高精度地观察其身体结构，并利用软件对其身体模型进行“虚拟解剖”，分离出身体结构的所有部分进行观察。

研究结果表明，澄江生物群中的南天竹化石保存了微米级、细腻的软体细节。它细长而优雅的触须、三角形的口器、内外肢的刚毛、内肢的末端爪子和附肢内部的修饰都栩栩如生。多刺纳米蠕虫身体前后的附肢形态存在显著差异，成虫和幼虫的附肢形态也各不相同。在这些差异中，最显著的是原始附属物的结构(附属物的底部)。幼虫身体后部的附肢有一个较小的原肢和一个光滑的内侧。身体前附肢的原肢是特制的“颌基”结构，原肢内侧有两排排列整齐的小突起，用于研磨海藻、有机碎屑等较小较软的食物颗粒。成年人的下颚基部有许多排发育良好的棘，尤其是在靠近嘴的附属物上。这些刺非常发达而且锋利。它们以不同的大小和随机的顺序排列，能有效地切碎食物，如贝类和其他动物的四肢。

根据附肢的形态分化，研究人员推测，像许多现代节肢动物一样，多刺纳米蠕虫的成虫和幼虫在食性上也有显著差异，在早寒武世海洋生态系统的食物链和生态系统中占据不同的位置。这种现象被称为“生态位分化”，它不仅避免了处于不同发展阶段的相似个体之间对有限食物资源的竞争，而且使物种能够利用更多的资源，从而增加生存机会。成体和幼虫附肢的形态差异和生态位差异表明，在5亿多年前的海洋中，生态系统是高度复杂和高度进化的。第一作者、副研究员翟犹大说，研究结果的意义在于发现了Naro蠕虫腿上密集的刺，即所谓的“颚基部”。它被用来压碎食物。根据这种结构判断，纳米蠕虫吃肉。我以前不知道这个结构。许多人认为它是由泥浆(泥浆中的有机碎片)制成的。同时，还发现成虫和幼虫的颚基部结构不同。基于这一点，推测幼虫吃更软、更小的猎物，而成虫下颚基部的刺更发达、更厚，并吃大型带壳生物。这种避免内部冲突的分工是一种非常高级的组织形式。

通讯作者侯先光研究员和刘玉研究员，博士后麦慧娟研究员为合著者。本研究得到了国家自然科学基金、云南省科技厅基金、云南省古生物创新团队等科研项目的支持。