虽然有点不可思议,但此前的研究已经证实,生命的演化是从水生动物到两栖动物,再到陆生动物,最后出现了人类。在生命的演化历程中,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。
20世纪90年代,中科院南京地质古生物研究所(以下简称南京古生物所)研究员侯先光首次在云南澄江帽天山发现了云南虫化石,并推测其可能是最早的脊椎动物,这在学术界掀起了一场跨世纪的质疑和争论。如今,终于可以盖棺论定。南京古生物所研究员朱茂炎团队和南京大学教授姜宝玉课题组合作发现,5.18亿年前的寒武纪澄江动物群产出的云南虫的咽弓具有脊椎动物独有的细胞软骨结构,进而确认云南虫是脊椎动物的最原始类群。
相关研究成果近日发表于《科学》。
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,这一假想始终没有得到化石证据的支撑。1991年以来,在距今约5.18亿年的中国云南澄江动物群,南京古生物所科研人员发现了多种脊索动物,包括基干脊椎动物昆明鱼和分类位置存疑的云南虫。这些化石是迄今世界上最古老的脊索动物,是解开脊椎动物起源和早期演化之谜的珍贵材料。
1995年,根据新采集的云南虫化石,南京古生物所研究员陈均远等人在《自然》发表论文,首次将云南虫解读为脊索动物的最早祖先。由于当时的帽天山化石遗址已被保护起来,很难再挖掘,陈均远将目光投向了几十公里外的昆明海口镇。那里有着与帽天山同时代的沉积岩,极有可能存在大量类似化石。
2018年,论文第一作者田庆羿开始从事与云南虫相关的研究。他发现云南虫的研究论文非常多,至少有二三十篇高水平研究论文。
既然常规的形态学研究无法达成共识,通过与导师赵方臣和姜宝玉的反复沟通和商量,田庆羿决定从微观结构入手。2003年,陈均远及其合作者曾提出云南虫鳃弓可能具有细胞软骨。根据这一重要线索,他们对海口地区产出的127块云南虫标本的鳃弓结构进行了分析,并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。
正是这两个特征,证明云南虫具有脊椎动物独有的、由细胞软骨构成的咽弓,进而表明云南虫属于原始脊椎动物。
后斯普里格鱼的研究论文于1993年发表,科研人员通过约100块新标本的研究,终于发现了脊椎动物样式的头部,2014年被认定是脊椎动物;云南虫的研究论文1991年发表,通过对127块标本进行微观尺度的研究,2022年被认定是原始脊椎动物。为什么从发现到认定为脊椎动物需要这么长的时间呢?
田庆羿解释道:“云南虫一直缺少普遍认可的脊椎动物的宏观特征,几十年后的今天,有了前沿的分析技术,我们才终于找到了关键的微观特征。”
这篇论文不仅认定了现生脊椎动物最古老的近亲——云南虫,还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影响。
评审人对该研究给出了很高的评价:“这是对科学的重大贡献,将成为古脊椎动物学的一篇关键论文,它展示了人们期待已久的、最可信的解剖结构化石证据,解决了寒武纪干群脊椎动物争议问题。在未来的许多年里,更高分辨率的研究可能也难以超越。这是一个里程碑式的工作。”