研究團隊對海口地區產(chan) 出的127塊雲(yun) 南蟲標本的鰓弓結構進行了分析，首次在雲(yun) 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。這證明雲(yun) 南蟲具有脊椎動物獨有的、由細胞軟骨構成的咽弓，屬於(yu) 原始脊椎動物。

　　現代脊椎動物從(cong) 何而來？最古老的脊椎動物長什麽(me) 樣？這些重大科學問題一直吸引著古生物學家不斷探尋。

　　位於(yu) 我國雲(yun) 南的澄江動物群，保存了大量脊椎動物的祖先類群。

　　此前，學界普遍認為(wei) 最古老的脊椎動物是來自澄江動物群的昆明魚，並推測脊椎動物的祖先是一類具有脊索、背神經管和鰓裂的後口動物。然而，這一假想始終沒有得到化石證據的支撐。

　　如今，這一謎團終於(yu) 被破解。

　　7月8日，國際權威學術期刊《科學》刊發南京大學薑寶玉教授課題組和中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎領導的“地球—生命係統早期演化”團隊的研究成果，確認了我國5.18億(yi) 年前澄江動物群中的雲(yun) 南蟲是脊椎動物的最原始類群。

　　雲(yun) 南蟲身份界定一度存爭(zheng) 議

　　距今約5.05億(yi) 年的加拿大布爾吉斯頁岩動物群和距今約5.18億(yi) 年的中國雲(yun) 南澄江動物群，有豐(feng) 富的、保存精美的以軟軀體(ti) 結構為(wei) 特征的動物化石。

　　其中，1909年已經被發現的布爾吉斯頁岩動物群，產(chan) 出了頭索動物皮卡魚和基幹脊椎動物後斯普裏格魚化石，科學家在澄江動物群中則發現了包括基幹脊椎動物昆明魚和分類位置存疑的雲(yun) 南蟲在內(nei) 的多種脊索動物化石。這些化石是迄今為(wei) 止世界上最古老的脊索動物，為(wei) 揭開脊椎動物起源和早期演化之謎提供了珍貴材料。

　　從(cong) 形態上看，雲(yun) 南蟲有點類似現在的蠕蟲，它們(men) 身體(ti) 側(ce) 扁，一般隻有3厘米至4厘米長。

　　“不同於(yu) 具有典型脊椎動物特征的昆明魚，雲(yun) 南蟲形態更接近頭索動物文昌魚，但它在脊椎動物起源和後口動物係統樹上的位置一直存在爭(zheng) 議。論文的共同通訊作者、南京大學教授薑寶玉介紹。

　　1995年，《自然》雜誌曾發表研究，研究將雲(yun) 南蟲作為(wei) 最早的脊索動物。《紐約時報》和《科學周刊》還對此作了專(zhuan) 題評述。

　　在此之後，中國學者陳均遠等人在昆明海口地區又發現了大量雲(yun) 南蟲新標本。基於(yu) 這些標本更加精細的解剖學結構，他們(men) 將雲(yun) 南蟲歸為(wei) 原始有頭類，認為(wei) 其演化位置介於(yu) 頭索動物文昌魚和脊椎動物七鰓鰻之間。這一成果1999年在《自然》雜誌發表後，在學界掀起了有關(guan) 雲(yun) 南蟲分類位置的大討論。

　　“由於(yu) 不同學者對雲(yun) 南蟲保存各異的軟體(ti) 組織細節的解釋存在較大差異，雲(yun) 南蟲自1991年被首次報道以來，被分別歸類於(yu) 脊椎動物、頭索動物、半索動物、後口動物幹群、甚至原始的兩(liang) 側(ce) 對稱動物。”薑寶玉介紹，雲(yun) 南蟲分類位置存在的爭(zheng) 議嚴(yan) 重影響了基於(yu) 這類關(guan) 鍵化石開展脊椎動物起源的研究。

　　咽弓特殊特征助其驗明正身

　　針對雲(yun) 南蟲分類位置之謎，在常規的形態學研究無法達成共識的情況下，研究團隊利用三維X射線斷層掃描顯微鏡、傅裏葉紅外光譜、拉曼光譜、掃描電鏡和透射電鏡等多種現代實驗技術手段進行研究，希望從(cong) 微觀解剖學結構著手去破解這一謎題。

　　基於(yu) 陳均遠等學者於(yu) 2003年提出的雲(yun) 南蟲鰓弓可能具有細胞軟骨這一重要線索，研究團隊對海口地區產(chan) 出的127塊雲(yun) 南蟲標本的鰓弓結構進行了分析，首次在雲(yun) 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(liang) 個(ge) 特征證明雲(yun) 南蟲具有脊椎動物獨有的、由細胞軟骨構成的咽弓，表明雲(yun) 南蟲屬於(yu) 原始脊椎動物。”薑寶玉說。

　　為(wei) 進一步確定雲(yun) 南蟲的具體(ti) 演化位置，研究團隊整合了最新的、包括後口動物和早期脊椎動物化石在內(nei) 的性狀矩陣，並加入新觀察到的雲(yun) 南蟲性狀，采用貝葉斯算法進行重建計算。分析結果支持雲(yun) 南蟲處於(yu) 脊椎動物譜係的最基幹位置，介於(yu) 尾索動物和其它脊椎動物之間。

　　“脊椎動物頜的起源，也困擾了學界很久。19世紀初，有科學家提出設想，認為(wei) 在漫長的演化中，鰓弓演化出頜弓和與(yu) 舌弓，但此前一直沒有找到化石記錄佐證。”薑寶玉介紹，隨後的科學發現卻讓人對這一假說提出質疑。

　　“現生的無頜脊椎動物盲鰻和七鰓鰻的控製前兩(liang) 個(ge) 鰓弓的基因沒有發育成頜弓和舌弓，而是發育成了上下唇，發育中也看不到鰓弓的痕跡，這與(yu) 有頜脊椎動物的鰓弓不一樣。”薑寶玉說，此次研究中，科研人員在確認雲(yun) 南蟲的“身份”後，在其相當於(yu) 第一對咽弓的位置上發現了與(yu) 後部其他鰓弓一樣的疊盤狀細胞結構、鰓絲(si) 和蛋白微原纖維等構造。

　　因此，雲(yun) 南蟲擁有從(cong) 前到後彼此相似、同樣具有細胞軟骨的7對咽弓。彼此相似的咽弓也出現在另一種寒武紀基幹脊椎動物——後斯普裏格魚身上。

　　“雲(yun) 南蟲相似的7對係列咽弓的發現，支持解剖學家們(men) 早在19世紀就已經提出的脊椎動物咽弓同源理論假說，即魚類的鰓弓是頜弓和舌弓的原型，脊椎動物的頜弓和舌弓跟後麵的鰓弓是係列同源構造。”薑寶玉表示，這意味著，雖然現生脊椎動物不同位置的咽弓會(hui) 發育成頜弓、舌弓和鰓弓等形態不同的骨骼，但在脊椎動物演化初期不同位置的咽弓是彼此相似的。

　　籃狀咽顱證實脊椎動物祖先咽顱形態

　　薑寶玉認為(wei) ，這次研究的另一個(ge) 重要新發現，是雲(yun) 南蟲的7對咽弓在腹背兩(liang) 端被成對的水平軟骨連接，組成了一個(ge) 類似於(yu) 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，然而寒武紀後斯普裏格魚和有頜類脊椎動物的咽顱由一係列彼此分離的軟骨棒組成。”薑寶玉說，後斯普裏格魚的這種咽顱特征引起了關(guan) 於(yu) 脊椎動物祖先咽顱形態的爭(zheng) 議。出現更早、位於(yu) 脊椎動物最基幹位置的雲(yun) 南蟲咽顱特征支持籃狀咽顱是更古老的祖先特征這一觀點。

　　由此可見，作為(wei) 現生脊椎動物最古老的近親(qin) ，雲(yun) 南蟲為(wei) 揭示脊椎動物的起源和早期演化提供了關(guan) 鍵證據，對脊椎動物頜和其他關(guan) 鍵特征演化的探索均將產(chan) 生深遠的影響。

　　薑寶玉認為(wei) ，“從(cong) 另外一個(ge) 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。”

　　此次成果也得到了《科學》雜誌審稿人的高度評價(jia) ：“這是對科學的重大貢獻，該論文將成為(wei) 古脊椎動物學的一篇關(guan) 鍵論文，展示了人們(men) 期待已久的、最可信的解剖結構化石證據，解決(jue) 了寒武紀幹群脊椎動物爭(zheng) 議問題。他們(men) 所展示的信息是一個(ge) 裏程碑，在未來的許多年裏，即使更高分辨率的研究也難以超越。”（記者金鳳）