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云南大学揭示最古老节肢动物心血管循环系统

摘要 : 4月7日,云南大学——云南省古生物研究重点实验室侯先光教授、马晓娅博士和丛培允博士与英国、美国科学家合作,在国际顶尖期刊《自然—通讯》(Nature Communications,影响因子10.015)发表了题为“An exceptionally preserved arthropod cardiovascular system from the early Cambrian”的研究论文。该论文首次报道了迄今为止所知最古老和最完整的节肢动物心血管循环系统。

节肢动物是动物界中最大的一个门类,包括生活中常见的虾、蟹、蜜蜂、蚂蚁、蜘蛛、蜈蚣等。在漫长的演化历史过程中,它们保存有丰富的化石记录,可以追溯到5.2亿年前的云南澄江动物化石群。被列为世界自然遗产的云南澄江动物化石群中保存有大量精美的节肢动物化石。然而长期以来,人们对这些古老节肢动物的血液循环系统几乎一无所知。血液循环系统是大部分动物体中一个至关重要的器官系统,起着向身体各个器官和构造输送氧气和营养等的关键作用。

图1:澄江动物化石群中节肢动物抚仙湖虫的背视,显示完整的心血管循环系统。

由云南大学古生物学家侯先光教授领衔的国际研究团队对澄江动物化石群中节肢动物抚仙湖虫进行了深入研究,并在一块特异保存的抚仙湖虫化石中发现了完好的心血管系统。研究人员通过扫描电子显微镜 (SEM)和 X-射线能量色散光谱仪(EDX)等分析揭示了该构造保存为一层非常薄的碳膜,呈复杂的网状,可识别出一个位于动物体背部中轴的梭形心脏和许多成对分节排列的血管,有的血管延伸至眼睛、触角、脑部和腿。

图2:澄江动物化石群中节肢动物抚仙湖虫心血管循环系统、中枢神经系统和消化系统的复原。a, 心血管循环系统(红色)与脑和中枢神经系统(蓝色)的位置关系;b, 心血管循环系统(红色)、消化系统(绿色)、脑与神经节(蓝色)的位置关系;c, 心血管循环系统(红色)与消化系统(绿色)的关系。

研究显示,早在5.2亿年前的寒武纪早期,节肢动物已进化出复杂的器官系统。与现生节肢动物的比较研究证明,抚仙湖虫的心血管循环系统反映了今天各种纷繁多样的节肢动物心血管循环系统的祖先型基本构造,如心脏位于背部和成对的血管分体节排列。其中血管和眼睛、触角、腿及脑部构造的紧密连接,表明这些功能活跃身体器官需要大量的氧气和营养供给。

2012年,侯先光研究团队从同一抚仙湖虫中发现和报道了最古老的脑和神经系统。随着该动物血液循环系统和消化系统的进一步发现和研究,抚仙湖虫现已成为解剖学上被科学家揭示最清楚的节肢动物化石,为研究节肢动物的早期起源和演化提供了一个独一无二的窗口。

原文摘要:

An exceptionally preserved arthropod cardiovascular system from the early Cambrian

Xiaoya Ma, Peiyun Cong, Xianguang Hou, Gregory D. Edgecombe & Nicholas J. Strausfeld

The assumption that amongst internal organs of early arthropods only the digestive system withstands fossilization is challenged by the identification of brain and ganglia in early Cambrian fuxianhuiids and megacheirans from southwest China. Here we document in the 520-million-year-old Chengjiang arthropod Fuxianhuia protensa an exceptionally preserved bilaterally symmetrical organ system corresponding to the vascular system of extant arthropods. Preserved primarily as carbon, this system includes a broad dorsal vessel extending through the thorax to the brain where anastomosing branches overlap brain segments and supply the eyes and antennae. The dorsal vessel provides segmentally paired branches to lateral vessels, an arthropod ground pattern character, and extends into the anterior part of the abdomen. The addition of its vascular system to documented digestive and nervous systems resolves the internal organization of F. protensa as the most completely understood of any Cambrian arthropod, emphasizing complexity that had evolved by the early Cambrian.

来源: 云南大学 浏览次数:18

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