云南虫是什么?是脊椎动物的祖先吗?

Yunnanozoon属于脊索动物门(有人认为属于半脊索动物门),可能是目前发现的最古老的脊索动物化石。寒武纪早期生活在浅海。由侯先光于1991年在中国云南省澄江县毛天山首次发现,命名为云南昆虫。这是澄江动物群中最重要的发现之一。

形态特征:

云南虫体扁平,爬行,一般长3到4厘米,最大的可长到6厘米。化石保存在一层深灰色的薄膜中。云南虫身体上有背鳍和一对腹褶;脊髓较粗,位于下腹部,贯穿前后。云南蠕虫脊索下有13对生殖腺,每对生殖腺对应一个肌节,1对生殖腺的大小相对于第六个肌节向后递减。

云南蠕虫的消化器官包括口、喉、中肠和后肠。口位于漏斗状前器的后端,喉位于鳃腔的后部;喉前有两对以上的齿状结构,也可能是消化器的一部分。后肠呈螺旋状,位于脊索的腹面。

云南蠕虫的背部由22-24个骨骼肌节组成,由近似直的肌隔分隔。云南蠕虫有一条贯穿全身的软管,作为肌肉的附着点。它的身体里还有一对小的侧褶,后来进化成了哺乳动物的四肢。云南蠕虫的身体前端还有一个吸盘,通过吸盘附着在其他生物身上,稳定身体形态。

云南蠕虫的鳃腔大而发达,有7对鳃弓和一个中柱,鳃腔末端有一个鳃周孔。矿化的咽齿聚集体结构在鳃腔中发育。这些咽齿都是小而略弯曲的单锥,最长的近1mm。云南虫也有鳃丝,但长度比海口虫短得多,约等于鳃弓宽度,向末端明显变细。从保存的角度来看,这些鳃丝很可能指向鳃腔,以便更好地过滤食物。

生活方式:

云南蠕虫的身体有发达的肌肉,它的运动依靠肌肉收缩来弯曲身体产生的波浪来游泳。血液循环的方式是封闭循环,呼吸是用腮进行的。云南昆虫靠在底面过滤为生。已经在口中初步筛选的小颗粒进入鳃腔。食物颗粒和氧气在鳃腔内流动并被鳃丝附着,通过咽部进入肠道,而水则流入鳃周腔,通过体中部腹面的鳃周腔孔排出体外。这种片状的丝状结构可以增加过滤和呼吸的表面积,是原有过滤功能的表现。

云南蠕虫的脊索动物;

云南虫的原始脊索是脊椎的前身,相当柔软,易受外力作用。就像今天脊髓里的软物质一样,四肢的感觉可以通过脊索传递到全身。

发现故事:

1991年,侯先光研究员在茅田山首次发现云南昆虫。它的头部不易保存在化石中,最初被认为是一种特殊的蠕虫。之后,又发现了同一个属“海口虫”,大家都把目光聚焦在这个新物种上,而代表所有脊索动物祖先的云南虫化石,已经躺在研究所的办公桌上两三年了。

云南昆虫的化石标本有一种相当奇妙的品质,甚至它们保存在岩石中的方式也非常不同。它们总是蓝灰色的,这早就引起了研究员陈的注意。他认为,云南昆虫化石一定蕴含着某种“奥秘”,但要揭开这个奥秘,新的化石发现是必要的。虽然有国外科学家提出,云南蠕虫贯穿体内的管状结构是消化道,但陈还是觉得云南蠕虫可以留下泥沙或其他东西,而且云南蠕虫的所有电缆管都没有灌满泥土。

天助自助者。在1992年夏天的野外工作中,陈终于发现了两个完整的云南昆虫标本,它们都含有贯穿身体的管状结构。1993年冬,陈和波兰科学院访问学者Dzik对云南蠕虫标本进行了进一步的观察和讨论。最后,他们认为贯穿身体的管状结构是脊索,即云南虫是脊索。由于证据不足,这一论点仍处于酝酿阶段。

在1994的冬季野外工作中,陈发现了十多种完整的云南昆虫标本。经过研究,他们发现云南蠕虫有七对鳃弓,可以呼吸,并将食物留在嘴里,这是脊索动物的重要特征。这些标本的发现使他们更加肯定云南蠕虫是脊索动物。在野外工作结束的前一天中午,陈与他的新合作者L.Ramskokd和C.Edgecombe进行了富有成果的讨论,得出了云南昆虫属于脊索动物的结论,并认为有足够的证据支持这一观点。

于是在1995年,陈等人在英国《自然》杂志上发表论文,提出云南虫和海口虫应属于脊索动物中的低等动物,即头索动物。

在此之前,世界上最早的脊索动物一直被认为是加拿大不列颠哥伦比亚省中寒武世伯吉斯页岩动物群中发现的鼠兔虫,约在5.15亿年前,而云南虫出现在5.3亿年前。云南虫的发现将脊索动物出现在地球上的历史提前了6.5438+0.5亿年。

《脊索动物》的出版点燃了探索脊椎动物起源的火炬,国际社会迅速对这一发现做出回应和评论。1995,《纽约时报》发表了一篇题为《从云南昆虫到你的路》的文章,文章中说:“如果云南昆虫死了,动物的中枢神经系统将永远无法发育,地球将像遥远的月亮一样孤独荒凉。”被认为打开了探索地球早期生命起源的窗口,并在美国《科学新闻周刊》上发表了题为《脊椎之路》的封面文章,将澄江动物群的成果逐步推向世界,成为科学界和公众关注的亮点。为此,一位科学家激动不已,专门为云南虫写了一首英文诗:“漫漫长路,从云南虫到我们/那是阴阳必经之路,从云南虫到人类/告别腮和鳍,迎来发和肺/生命。这是多么遥远和艰难,但我们终于成为成功的一代……”

关于分类的辩论:

1995年4月,一场颇具影响力的“寒武纪大爆发国际研讨会”在中国科学院南京地质古生物研究所召开。会上对云南昆虫的属性进行了热烈的讨论。当时对前者主要有两种不同意见:一种认为与脊索动物接近,另一种认为云南蠕虫没有形成真正的脊索动物和肌节,因此可能与低等半脊索动物有关。尽管存在上述分歧,但基于云南蠕虫具有明显的鳃弓结构,他们都一致认为这种奇怪的动物应该属于后生动物的范畴。

然而,在1996年,舒德干和他的合作者重新研究了云南昆虫化石,认为云南昆虫是更原始的半脊椎动物。他们在4月4日出版的英国《自然》杂志上发表了一篇题为《云南昆虫作为已知最古老的半爪蟾的重新解读》的论文,1996。文章指出,半棘螈是脊索动物和无脊椎动物之间的一种重要过渡类型,因此在进化生物学中占有非常重要的地位。

陈和李佳伟在1997中提出了更多的证据,表明云南蠕虫确实是脊索动物。海口蠕虫和云南蠕虫有许多相似的特征,它们的大小差不多,并且它们都有厚的脊索、直的肌节和宽的咽腔。但海口虫头、眼、脑、心、尾分化明显,鳃弓上密布鳃丝,这是云南虫所没有的。也说明海口虫是由云南虫进化而来的,在感官和动作上都有了很大的进步。

然而,最近这一理论受到了质疑。2006年,舒德干及其合作者认为,云南昆虫的进化地位应该与半齿类相当,或者应该是古细菌的一个姐妹群。同年,中国科学院研究人员采集并研究了5.3亿年前云南澄江小榄田前寒武纪毛天山页岩中的云南昆虫化石标本,发现云南昆虫鳃板上有清晰的鳃丝,进一步肯定了云南昆虫的分类地位,证明云南昆虫是一种非常原始的脊椎动物,为该类动物的相互关系以及脊椎动物的起源和早期进化提供了新的化石依据。

目前在《自然》和《科学》上专门研究云南昆虫生物学特性的论文只有6篇。其中三种认为可能属于脊索动物甚至脊椎动物(陈等,1995,1999,Mallatt和陈,2003),另外三种认为不具备脊索动物的基本属性。特别是对海口蠕虫数千个个体的仔细观察表明,这种动物不具备,也不可能具备脊椎动物的大脑和眼睛,因此更有可能与半藻类或低等古生菌有关(舒等,1996a,2003b,2003c;舒,2003,2004).

虽然目前对云南昆虫的地位还没有共识,但学术界的主流思想已经明显支持“非脊索动物”的观点。著名的寒武纪大爆发研究理论家j·瓦伦丁(J. Valentine)在其总结专著《动物群的起源》中指出:云南昆虫“不可能具有脊索动物结构...它们或者代表脊索动物祖先群体中的非脊索动物,或者构成动物谱系中的骨干群体”。

神经系统的基本特征是动物分类的主要标志之一。在活体动物中,脊索动物的脊索位于背侧,而大多数脊索动物位于腹侧。只有半蜥蜴类同时具有背神经索和腹神经索,而云南昆虫标本清楚地保留了背神经索和腹神经索。因此,这个既具有古细菌的基本体型,又具有半螈独特的神经系统结构的灭绝类群,为我们探索半螈的早期起源带来了希望。

目前,云南蠕虫的分类地位仍存在分歧。一些研究人员一般将其归类为后生动物(Shuetal .,2003b),而其他人将其归类为分类位置未知的困难类型(Houetal .,2004).

生物学意义:

云南虫是所有爬行动物和哺乳动物的祖先,是人类的祖先,是地球上最早的脊索动物居民。

云南虫体内有脊索,这在生命中还是第一次。脊索的出现提高了动物控制身体和适应环境的能力。云南昆虫的发现证明澄江动物群中含有脊椎动物的起源,这是生命进化史上的重大突破。

云南虫的发现不仅将脊索动物出现在地球上的历史提前了15万年。同时解决了生物进化中最困难的问题之一,即脊椎动物和无脊椎动物的进化关系。这也具有非同寻常的意义。

云南蠕虫是无脊椎动物和脊椎动物之间最典型的过渡动物,在进化生物学中占有非常重要的地位。它的发现为科学家追踪脊椎动物的根源提供了进一步的线索。