破解困扰生物学界200年的谜团 研究揭示动物进化的新奥秘

破解困扰生物学界200年的谜团研究揭示动物进化的新奥秘来自纳米比亚纳马群的埃迪卡拉纪海底重建图,显示了早期动物的多样性。图片来源:牛津大学自然历史博物馆/MightyFossils动物首次出现在化石记录中大约是在5.74亿年前。在寒武纪(5.39亿年前至4.85亿年前)的岩石中,动物的出现就像一场突然的"爆炸",似乎与通常的渐进式进化变化背道而驰。许多科学家(包括达尔文本人)认为,第一批动物实际上早在寒武纪之前就已经进化了,但他们无法解释为什么化石记录中没有它们。埃迪卡拉纪最早的动物化石候选者Charnia的复原图,距今已有5.74亿年。图片来源:牛津大学自然历史博物馆/MightyFossils例如,"分子钟"方法认为,动物最早进化于8亿年前的新近纪早期(10亿年前至5.39亿年前)。这种方法利用基因累积变异的速度来确定两个或多个生物物种最后共享一个共同祖先的时间点。但是,虽然新近纪早期的岩石中含有微生物化石,如细菌和原生生物,但却没有发现动物化石。这给古生物学家带来了一个难题:分子钟方法是否高估了动物最初进化的时间点?还是动物在新近纪早期就已经存在,只是过于柔软和脆弱而无法保存下来?Dickinsonia是澳大利亚埃迪卡拉生物群(EdiacaraBiota)中最古老的动物化石之一。距今5.6-5.5亿年。资料来源:LidyaTarhan为了研究这个问题,由牛津大学地球科学系的罗斯-安德森(RossAnderson)博士领导的研究小组对最早的动物化石的保存条件进行了迄今为止最彻底的评估。主要作者罗斯-安德森(RossAnderson)博士说:"据推测,最早的动物没有基于矿物的外壳或骨骼,需要特殊的条件才能成为化石。但是,某些寒武纪泥岩沉积显示了特殊的保存条件,甚至包括柔软脆弱的动物组织。我们推断,如果这些被称为伯吉斯页岩型(BurgessShale-Type,BST)的保存条件也出现在新近纪岩石中,那么化石的缺乏将表明当时确实没有动物。"为了研究这个问题,研究小组对来自近20个地点的寒武纪泥岩沉积物样本采用了一系列分析技术,将那些保存有BST化石的样本与那些只保存有矿物化石(如三叶虫)的样本进行比较。这些方法包括在牛津大学地球科学系和材料系进行的能量色散X射线光谱分析和X射线衍射分析,以及在英国国家同步加速器钻石光源进行的红外光谱分析。有BST保存但没有动物化石的托尼安遗址之一的图片挪威斯瓦尔巴群岛DeGeerbukta的SvanbergfjelletFormation。资料来源:罗斯-安德森/牛津大学分析发现,具有特殊BST类型保存的化石特别富含一种名为berthierine的抗菌粘土。含有至少20%贝壳杉碱成分的样本在大约90%的情况下产生了BST化石。BST化石的微尺度矿物图谱显示,另一种名为高岭石的抗菌粘土似乎在早期阶段直接与腐烂组织结合,在化石形成过程中形成保护性光环。安德森博士补充说:"这些粘土的存在是预测岩石是否会蕴藏BST化石的主要因素。这表明粘土颗粒起到了抗菌屏障的作用,阻止细菌和其他微生物分解有机物。"随后,研究人员运用这些技术分析了大量化石丰富的新近纪泥岩矿床样本。分析结果表明,大多数化石不具备保存BST所需的成分。不过,位于加拿大努纳武特、俄罗斯西伯利亚和挪威斯瓦尔巴的三个矿床的成分与寒武纪的BST岩石几乎完全相同。然而,这三个矿床的样本中没有一个含有动物化石,尽管当时的条件很可能有利于动物化石的保存。安德森博士补充说:"在这些罕见的新近纪早期样本和特殊的寒武纪沉积物中,带有化石的粘土的分布相似,这表明在这两种情况下,粘土都附着在腐烂的组织上,而且在这两个时期都存在有利于保存BST的条件。这提供了第一个'缺失证据',支持了动物在新近纪早期尚未进化的观点,这与某些分子钟的估计相反。"据研究人员称,这项研究表明,动物起源的最大年龄可能在7.89亿年左右:这是斯瓦尔巴群岛地层的最年轻估计年龄。研究小组现在打算寻找有条件保存BST的、年龄逐渐变小的新近纪沉积物。这将确认化石记录中缺少动物的岩石的年龄,因为它们确实不存在,而不是因为条件不允许它们变成化石。他们还打算进行实验室实验,研究粘土与有机物在生物化石保存过程中的相互作用机制。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378843.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1378843.htm

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最古老的神秘史前生物化石与科学家们的想法不同这意味着外肛动物门,即那些生活在类似摩天大楼的水下殖民地的触手动物,比以前估计的要年轻几百万年,并且只出现在奥陶纪时期(4.8亿年前)。这使得它们成为唯一一组没有在寒武纪"爆炸"中出现的动物化石,寒武纪是4000万年前的一次快速进化的生物爆发。这意味着寒武纪并不像人们传统认为的那样是一个独特的创新时期;相反,在更长的时间内,新的身体计划继续被进化刻画出来。该研究结果已发表在《自然》杂志上。在小石桥生物群野外地点收集化石。在中国丘陵地区小石坝发现的古代化石材料揭示了以前从未见过的Protomelissiongateshousei的"柔软部分",以前认为它是最早的外肛动物门物种。这种脆弱的组织使研究人员能够将Protomelission解释为绿藻类Dasycladales的一个成员。研究的共同作者、达勒姆大学地球科学系的马丁-史密斯博士说。"我们倾向于认为'寒武纪大爆发'是进化史上的一个独特时期,在这个时期,动物生命的所有蓝图都被描绘出来了。"原生动物的新化石,显示藻类附着在腕足类动物的壳上。资料来源:张喜光"大多数后来的进化都归结为对这些原始的身体计划进行较小规模的修补。但是,如果外肛动物门真的是在寒武纪之后进化的,这表明进化在这个关键的创新时期之后仍然保持着它的创造性--也许生命的轨迹在5亿年前就已经定型。"研究的共同作者、云南大学的张喜光教授说。"以前的化石只保留了这些早期生物的骨骼框架,而我们发现的新材料则揭示了这些腔室里的生物。我们发现的不是我们期望在外肛动物门中看到的触角,而是简单的叶状凸缘--并意识到我们看的不是动物化石,而是海藻。这意味着最古老的、令人信服的外肛动物门化石要到下一个地质时期,即奥陶纪才会演化出来"。研究人员认为,虽然动物群体的起源可能没有那么突然,但这种海藻在早期海洋中发挥的作用比以前想象的要大。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349057.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1349057.htm

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海绵动物早期演化研究取得重要进展海绵动物常被认为是最基础和最原始的后生动物。关于地球早期海绵化石的探寻和研究,能够为科学家探索动物起源和早期演化模式提供关键证据。虽然海绵动物起源时间可能距今约7亿年,但确切的海绵化石记录直到距今约5.39亿年开始的寒武纪才大量出现。海绵化石记录存在长达1.6亿年的空缺,这一段扑朔迷离的历史被称为海绵早期演化中“消失的岁月”。近年来,袁训来团队对石板滩生物群进行了大规模的化石挖掘,发现了一类大型的海绵动物化石,并命名为“螺旋网格海绵”(Helicolocellus)。螺旋网格海绵具有辐射对称的锥形身体、底部的盘状固着结构、可能的中央腔和推测的出水孔。锥形身体表面由规则的多次分级方格结构,下部呈螺旋状排列。螺旋网格海绵的形态和结构与一些典型的古生代六放海绵类似,不同之处在于前者的骨架网络是有机质组成而在古生代海绵化石上则由矿化骨针组成。该研究认为螺旋网格海绵化石可能代表了不具有矿化骨针的早期海绵动物。基于各种现生动物和化石动物的形态数据矩阵的系统发育分析发现,螺旋网格海绵化石属于冠群海绵,且与六放海绵亲缘关系接近。螺旋网格海绵化石的发现,表明前寒武纪确实存在非生物矿化的海绵动物。这提示研究人员不能完全以现生海绵作为蓝本去寻找前寒武纪海绵化石。这是由于早期海绵可能没有生物矿化骨针并可能不具备现生海绵的所有特征。研究认为,六放海绵早期演化历程可能存在以有机物构建网状骨架的阶段,直到进入寒武纪后才获得生物矿化能力,将矿物添加到已有的有机质骨架之上,形成复合的矿化骨针组成的骨架。螺旋网格海绵连接了埃迪卡拉生物群和寒武纪生物群,表明埃迪卡拉生物群也许与现生动物之间有某种直接的演化关系。有专家评论道,螺旋网格海绵可能是理解动物演化的“罗塞塔石碑”。该工作由南京古生物所与美国弗吉尼亚理工大学合作完成。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划以及美国国家科学基金会的支持。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435823.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1435823.htm

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海葵的祖先是什么?5亿年前的化石解开了刺胞动物进化的百年之谜在大约5.5-5.2亿年前一个被称为寒武纪大爆炸的事件中,第一批建立坚硬和强壮骨骼的动物突然出现在化石记录中,这在地质学上是一眨眼的功夫。这些早期化石中有许多是简单的空心管,长度从几毫米到许多厘米不等。然而,是什么样的动物制造了这些骨架几乎完全不为人知,因为它们缺乏所需的软体部分的保存,无法确定它们是否属于今天仍然活着的主要动物群体。Gangtoucuniaaspera的化石标本(左)和图表(右)保留了软组织,包括肠道和触手。资料来源:LukeParry和张光旭新收集的5.14亿年前的化石中包括四件软组织仍然完整的Gangtoucuniaaspera的标本,包括肠道和口器。这些化石显示,这个物种的嘴边有一圈光滑、不分枝的触角,长约5毫米(0.2英寸)。这很可能是用来刺杀和捕获猎物的,比如小型节肢动物。这些化石还显示,Gangtoucunia有一个盲端肠道(只在一端开放),被分割成内部空腔,充满了整个管子的长度。这些特征今天只在现代水母、海葵和它们的近亲(被称为刺胞动物)中发现,这些生物的软体部分在化石记录中极为罕见。这项研究表明,这些简单的动物是最早建立硬骨架的动物之一,这些硬骨架构成了大部分的已知化石记录。据研究人员说,Gangtoucunia看起来类似于现代镰刀水母的息肉,有一个坚硬的管状结构固定在底层的基质上。触手的嘴会伸到管子外面,但也可能缩到管子里面,以避免遭遇捕食者。然而,与活着的水母息肉不同的是,Gangtoucuniaaspera的管子是由磷酸钙打造的,这是一种构成我们人类的牙齿和骨骼的坚硬矿物。但随着时间的推移,使用这种材料来建造骨骼在动物中变得越来越罕见。Gangtoucuniaaspera口部的特写照片,显示了用来捕获猎物的触手通讯作者、牛津大学地球科学系的LukeParry博士说。"这真的是一个百万分之一的发现。这些神秘的管子经常以数百个个体的形式被发现,但是直到现在,它们还被视为"有问题的"化石,因为我们没有办法对它们进行分类。由于这些非同寻常的新标本,进化之谜的一个关键部分已经被牢牢地锁定了。"新的标本清楚地表明,Gangtoucunia与环形虫(蚯蚓、多毛类动物及其亲属)没有关系,就像以前对类似化石所提出的那样。现在很清楚,Gangtoucunia的身体有一个光滑的外表和一个纵向分割的肠道,而环形动物有分段的身体,身体有横向的分割。该化石是在中国云南省东部昆明市高楼房区的一个地点发现的。在这里,厌氧(缺氧)条件限制了通常降解化石中软组织的细菌的存在。保存软组织的化石标本,包括肠道和触角(左边和中间)。右边的图画说明了化石标本中可见的解剖学特征收集和发现这些标本的博士生张光旭说。"我第一次发现Gangtoucunia的粉红色软组织时,我很惊讶,对它们是什么感到困惑。在接下来的一个月里,我又发现了三个保存有软组织的标本,这让我非常兴奋,也让我重新思考Gangtoucunia的亲缘关系。Gangtoucunia的软组织,特别是触角,揭示了它肯定不是以前的研究所认为的类似于priapulid的蠕虫,而更像是一种珊瑚,然后我意识到它是一种刺胞动物。"尽管这块化石清楚地表明Gangtoucunia是一种原始的水母,但这并不排除其他早期管状化石物种看起来非常不同的可能性。从云南省的寒武纪岩石中,研究小组之前已经发现了保存完好的管状生物化石,这些化石可以被识别为priapulids(海洋蠕虫)、lobopodians(具有成对腿的蠕虫,与今天的节肢动物密切相关)和环状动物。共同通讯作者马小雅(云南大学和埃克塞特大学)说。"管状生命模式似乎在寒武纪变得越来越普遍,这可能是对寒武纪早期不断增加的捕食压力的一种适应性反应。这项研究表明,特殊的软组织保存对我们了解这些古代动物至关重要"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331937.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1331937.htm

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科学教科书错了?5.25亿年前的化石否定了对大脑进化的普遍解释

科学教科书错了?5.25亿年前的化石否定了对大脑进化的普遍解释该化石几乎没有半英寸(不到1.5厘米)长,最初于1984年被发现,直到现在还隐藏着一个重要的秘密:一个保存得很好的神经系统,包括一个大脑。这项研究于11月24日发表在《科学》杂志上,由亚利桑那大学神经科学系的摄政教授尼古拉斯-斯特劳斯菲尔德和伦敦大学国王学院进化神经科学的读者弗兰克-赫斯领导。斯特劳斯菲尔德说:"据我们所知,这是迄今为止我们知道的最古老的大脑化石。"Cardiodictyon属于一个已灭绝的动物群体,被称为心网虫,它们在一个被称为寒武纪的时期早期大量存在,当时几乎所有的主要动物品系都在5.4亿年到5亿年前的极短时间内出现。心网虫很可能使用多对柔软、粗壮的腿在海底移动,这些腿缺乏它们优化后的产物-关节。今天与lobopodians最接近的活体亲属是主要生活在澳大利亚、新西兰和南美洲的栉蚕。Cardiodictyoncatenulum化石于1984年在中国云南被发现。在这张照片中,该动物的头部在右边。资料来源:NicholasStrausfeld/亚利桑那大学可以追溯到19世纪的辩论Cardiodictyon的化石显示,这种动物的躯干是分段的,其中有被称为神经节的神经结构的重复排列。这与它的头部和大脑形成了鲜明的对比,两者都缺乏任何可分割的证据。据作者说,这一发现解决了关于节肢动物的头部起源和组成的长期激烈争论,节肢动物是世界上动物王国中物种最丰富的群体。节肢动物包括昆虫、甲壳动物、蜘蛛和其他蛛形纲动物,加上其他一些品系,如千足虫和蜈蚣。"从19世纪80年代开始,生物学家注意到节肢动物典型的躯干的明显分段外观,并基本上将其推断成头部,"Hirth说。"这就是该领域如何得出头部是分节的躯干的前部延伸的结论。但是Cardiodictyon表明早期的头部不是分段的,它的大脑也不是分段的,这表明大脑和躯干的神经系统可能是分开进化的。"Cardiodictyoncatenulum的头部化石(前部在右边)。品红色的沉积物标志着大脑结构的化石。资料来源:NicholasStrausfeld大脑确实化石化了Cardiodictyon由古生物学家侯先光在云南省发现于一个著名的化石矿床,其柔软、精致的身体在化石记录中保存得很好,但除了Cardiodictyon之外,没有一个人被仔细检查过它们的头部和大脑,这可能是因为它通常很小。Cardiodictyon最突出的部分是一系列三角形、马鞍形的结构,这些结构界定了每一节,并作为一对腿的连接点。这些在更古老的岩石中被发现,可以追溯到寒武纪的到来。这可能是最早的节肢动物,甚至比三叶虫还要早,三叶虫是海洋节肢动物的一个标志性和多样化的群体,大约在2.5亿年前灭绝了。"直到最近,人们的普遍理解是'大脑不会变成化石',"Hirth说。"所以你首先不会期望找到一个保存着大脑的化石。其次,这种动物是如此之小,你甚至难以希望能在其中找到一个大脑。"然而,过去10年的工作,斯特劳斯菲尔德已经在各种节肢动物化石中发现了几个保存大脑的案例。制造大脑的共同遗传基础计划在他们的新研究中,作者不仅确定了Cardiodictyon的大脑,而且还将其与已知的化石和活的节肢动物,包括蜘蛛和蜈蚣的大脑进行了比较。结合对化石的详细解剖学研究和对其活体后代的基因表达模式的分析,他们得出结论,从寒武纪到今天,它们一直保持着一个共同的大脑组织蓝图。在Cardiodictyon中,三个脑域分别与一对特征性的头部附属物和前部消化系统的三个部分之一有关。"通过比较活体物种的已知基因表达模式,我们确定了所有大脑的共同特征以及它们是如何形成的。我们意识到,每个脑域及其相应的特征都是由相同的组合基因指定的,无论我们看的是哪个物种,"Hirth补充说。"这表明有一个制造大脑的共同遗传基础计划"。"对脊椎动物大脑进化的启示研究中描述的原则可能适用于节肢动物及其近亲以外的其他生物。当把节肢动物的神经系统与脊椎动物的神经系统进行比较时,这具有重要的意义,脊椎动物的神经系统显示出类似的独特结构,其中前脑和中脑在遗传上和发育上与脊髓不同。施特劳斯菲尔德说,他们的发现还提供了一个信息,即在地球在气候转变的影响下正在发生巨大变化的时候,他们的发现具有连续性。"在重大地质和气候事件重塑地球的时候,简单的海洋动物,如Cardiodictyon,产生了世界上最多样化的生物群--节肢动物,最终传播到地球上的每一个新兴栖息地。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333821.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1333821.htm

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罕见的完整羽毛化石揭示了古代古生物学热点地区的秘密

罕见的完整羽毛化石揭示了古代古生物学热点地区的秘密《地球科学前沿》上的一项研究分析了白垩纪早期鸟类Sapeornischaoyangensis的五件化石,以研究埋藏环境对软组织保存的影响。通讯作者、临沂大学地质与古生物研究所的赵艳博士说:"热河生物群为了解中生代生态提供了最丰富的资料。"更好地了解热河陆生脊椎动物的多样化的沉积学,可以帮助我们最终了解更多关于生物进化的过去和未来"。为什么沉积物很重要?即使在热河生物群,也不是所有的化石都保存得一样好--了解古环境对理解这些差异至关重要。如果没有这些信息,科学家就很难衡量软组织的保存情况,这就限制了对证据的解释。但是在热河生物群,由于发掘的标本范围大,同一物种的个体可以进行比较,以了解环境对软组织的影响--在死亡和发掘之间发生的过程的影响。STM15-36化石热河生物群的无数类群的软组织保存得特别好,这些软组织包含了理解生物和生态特征的早期进化的不可替代的信息。考古人员想探究影响它们保存的因素。科学家们使用的标本是从山东天宇自然博物馆的档案中挑选出来的,并与沉积物样本相匹配进行分析。所有这些标本都有完整的关节--化石的所有关节仍然相连--但软组织的保存情况各不相同。STM15-36是最突出的,因为它保存了一件完整的羽毛,其细节令人吃惊。研究小组对沉积物进行了分析,以确定这些鸟类被埋葬时周围是什么样的有机物质,以及沉积物是如何沉积的。STM15-36与最粗的沉积物颗粒以及最好的保存有关,周围的有机物质主要来自陆地植物,而不是像其他四种鸟类那样来自湖泊藻类。STM15-36沉积时的气候更加温暖湿润,它所沉积的环境更加缺氧,这就防止了羽毛在化石之前的腐烂。有两种可能的选择来解释STM15-36的快速埋藏:火山活动或一场强大的暴雨将其冲走并埋藏在其他碎片下。由于火屑流中的化石不能很好地保存软组织,最可能的解释是这只鸟被暴雨冲走并迅速埋在湖底,那里有限的埋藏环境确保了它不会受到干扰。这种情况的结合意味着在数百万年后,它美丽的羽翼仍然会被保存在石头中。这一发现为热河陆生脊椎动物的地层学和中生代生态系统的性质提供了一个宝贵的研究案例。赵艳补充说,她期待着未来的研究侧重于羽毛本身的化学特征和微观结构,这将扩大科学家对这些鸟类的生活和死亡方式的理解。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342749.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1342749.htm

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