重大發現！云南蟲是最原始脊椎動物

近日，我國科學家研究發現，5.18億年前的寒武紀澄江動物群產出的云南蟲，其“咽弓”具有脊椎動物獨有的細胞軟骨結構，從而確認了云南蟲是脊椎動物的最原始類群。該成果今天（7月8日）在國際學術期刊《科學》上發表。

這項研究由中科院南京地質古生物研究所朱茂炎研究員領導的“地球-生命系統早期演化”研究團隊和南京大學地球科學與工程學院姜寶玉教授課題組合作完成。他們利用三維X射線斷層掃描顯微鏡、傅里葉紅外光譜、拉曼光譜、掃描電鏡和透射電鏡等多種現代實驗技術手段，從微觀解剖學結構著手去破解這一謎題。

科研團隊基于科學家在2003年曾提出的云南蟲鰓弓可能具有細胞軟骨這一重要線索，對海口地區產出的127塊云南蟲標本的鰓弓結構進行了分析，首次在云南蟲咽弓上發現了微納尺度三維保存的疊盤狀細胞結構和蛋白微原纖維構造。疊盤狀細胞結構是軟骨細胞獨特的排列方式，而蛋白微原纖維是脊椎動物軟骨常見的細胞間基質的纖維結構。這兩個特征證明云南蟲具有脊椎動物獨有的、由細胞軟骨構成的咽弓，表明云南蟲屬于原始脊椎動物。

為進一步確定云南蟲的具體演化位置，研究團隊整合了最新的、包括后口動物和早期脊椎動物化石在內的性狀矩陣，并增加云南蟲新觀察到的性狀特征信息，采用貝葉斯算法進行重建計算。分析結果證實云南蟲處于脊椎動物譜系的最基干位置，介于尾索動物和其他脊椎動物（包括現生和化石物種）之間。

對于云南蟲此前備受爭議的第一對咽弓，研究團隊在新標本上相當于第一對咽弓的位置上發現了與后部其他鰓弓一樣的疊盤狀細胞結構、鰓絲和蛋白微原纖維等構造。因此，云南蟲擁有從前到后彼此相似、都具有細胞軟骨的7對咽弓。云南蟲相似的7對系列咽弓的發現，支持解剖學家們早在19世紀就已經提出的脊椎動物咽弓同源理論假說。

另外，科研團隊研究還發現，云南蟲的7對咽弓在腹背兩端被成對的水平軟骨連接，組成了一個類似于籃狀的咽顱。（咽顱是指脊椎動物頭部消化道周圍的一組骨片，起到支撐和保護作用，現生脊椎動物的咽顱由頜弓、舌弓和鰓弓等咽弓的骨骼構成）。籃狀咽顱是現生無頜類脊椎動物和化石無頜類真顯魚的典型特征，然而寒武紀后斯普里格魚和有頜類脊椎動物的咽顱是由一系列彼此分離的軟骨棒組成。后斯普里格魚的這種咽顱特征引起了關于脊椎動物祖先咽顱形態的爭議。出現更早、位于脊椎動物最基干位置的云南蟲咽顱特征支持了籃狀咽顱是更古老的祖先特征。

由此可見，作為現生脊椎動物最古老的近親，云南蟲為揭示脊椎動物的起源和早期演化提供了關鍵證據，對脊椎動物頜和其他關鍵特征演化的探索均將產生深遠的影響。從另外一個角度來看，該項研究再一次展示了澄江動物群化石具有保存微納尺度精細生物學結構的潛力。