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寒武纪初期动物胚胎化石研究取得新进展

我国陕南寒武纪初期的宽川铺组以盛产小壳化石和微体动物胚胎化石而闻名于世。其中五辐对称的动物胚胎化石比较常见,但其生物学属性长期以来一直是一个谜。近日,以西北大学早期生命研究所韩健博士为首的国际合作团队研究发现,这些五辐对称的化石胚胎其实属于立方水母,是当前已知最古老的立方水母化石记录,距今大约535百万年,较先前从北美犹他州中寒武世地层中发现的四辐对称的立方水母化石至少早2千万年,比著名的澄江动物群的刺胞动物还早1千万年以上。相关研究成果发表在最新一期"公共科学图书馆-综合"( Plos One)杂志。
        这些微体胚胎化石通过冰醋酸浸解技术获得,应用扫描电镜观察其外貌,再借助微CT解析其内部结构,以上研究手段显示这些化石保存了非常精美、细致的原生内部结构,而极少受到微生物降解的破坏。
        弥足珍贵的是,这些立方水母胚胎化石虽然直径仅有0.6毫米上下,但是不仅保存了细小触手、垂管、外伞等外部形态,而且还保存了呈五辐射对称排列的隔膜、生殖腺、副隔膜、拟缘膜、上系膜、下系膜等微观内部结构,其中后三者为现代立方水母所特有。有意思的是,其隔膜、生殖腺、副隔膜以及由隔膜衍生出来的众多片状构造,使这些胚胎化石的内部结构进一步复杂多变。其中有些标本大大小小的消化循环腔的数量可达70多个,远远超过现生类型的8或者16个,其分化程度远远大于现生的类型。现生立方水母游泳速度超快,刺细胞毒性非常大,是水母超纲中最为特化的类型。据此可以初步推测,寒武纪最早期刺胞动物,尤其是立方水母纲已经先于两侧对称动物完成躯体构型的辐射演化。可能因为寒武纪大爆发期间两侧对称动物的迅速崛起而导致了这些五辐对称的复杂类型在早寒武世早期趋于绝灭,而那些结构更为简洁有效的四辐射类型获得生存优势而延续至今。于是,五辐射对称这一次生特征在后生动物中便属于棘皮动物(如海星、海百合)的"专利"。
        现代立方水母的生命史通常经历浮游幼虫、底栖水螅体和游泳水母三个阶段,属于典型的间接发育,没有直接发育的类型。而当前发现的化石水母胚胎虽然仍然处于卵膜之中,但是已经发育出了游泳水母幼体的特征,略过了自由取食的浮游幼虫和底栖水螅体这两个阶段,仅属于卵黄营养的类型。所以,当前发现的化石水母胚胎是目前已知最小但最成熟的水母。卵黄营养这一现象在寒武纪的动物胚胎化石中较为普遍,但其原因尚不得而知。

论文相关信息:
        Han J, Kubota S, Li G, Yao X, Yang X, Shu D, Li Y, Kinoshita S, Sasaki O, Komiya T et al: Early Cambrian pentamerous cubozoan embryos from South China. Plos One 2013: 8(8): e70741. 

  http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0070741