交匯點訊 地球生命經過億萬年演化，有太多奧秘等著被探尋。人們始終好奇，我們從哪裡來？祖先究竟是誰？「雲南蟲可以說是人類的始祖。」中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱「南古所」）朱茂炎研究員說，「它是脊椎動物的最原始類群。」
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雲南蟲，其咽弓具有脊椎動物獨有的細胞軟骨結構，確認了雲南蟲是脊椎動物的最原始類群。此研究由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，並於 2022年7月8日發表在美國《科學》（Science）期刊上。
雲南蟲分類位置存疑？學界掀起大討論
在生命演化歷程中，人類所屬譜系——脊椎動物的演化是最為壯麗的篇章之一，其中最吸引人的始終是有關脊椎動物起源的問題。
文昌魚是一種味美的水產品，同時也是無脊椎動物進化至脊椎動物的過渡類型——它尚未形成骨質的骨骼，以縱貫全身的脊索支持行動。「我們可以把脊索理解為和『筋』類似的組織。」南古所研究員趙方臣介紹說，演化生物學家通常根據文昌魚的特徵，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，這一假想的脊椎動物祖先始終沒有得到化石證據的支撐。
此前，科學家們在距今5.18億年的中國雲南澄江動物群發現了基幹脊椎動物昆明魚和雲南蟲等多種脊索動物，它們是迄今為止世界上最古老的脊索動物。不同於昆明魚具有典型脊椎動物特徵，雲南蟲形態更接近頭索動物文昌魚，它的分類位置一直存在爭議。
1995年，南古所研究員陳均遠等人將雲南蟲作為最早的脊索動物在《自然》雜誌上發表。之後，他們在昆明海口地區又發現了大量雲南蟲新標本。通過更加精細的解剖，研究人員將雲南蟲歸為原始有頭類，認為其演化位置介於頭索動物文昌魚和脊椎動物七鰓鰻之間。這一成果於1999年在《自然》雜誌發表，學界掀起了有關雲南蟲分類位置的大討論。
由於不同學者對雲南蟲保存各異的軟體組織細節有各自見解，雲南蟲自1991年首次報道以來，被分別歸類於脊椎動物、頭索動物、半索動物、後口動物干群甚至原始的兩側對稱動物，分類位置一直未能確定。
實驗技術、演算法證實雲南蟲分類
針對雲南蟲分類位置之謎，常規的形態學研究無法達成共識。「我們利用了三維X射線斷層掃描顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡等多種現代實驗技術手段，希望能夠從微觀解剖學結構角度破解這一謎題。」趙方臣介紹，以往研究提出過雲南蟲鰓弓可能具有細胞軟骨，而團隊在雲南蟲咽弓上發現了疊盤狀細胞結構和蛋白微原纖維構造。「這兩個特徵都是脊椎動物的軟骨細胞才有的。雲南蟲具有脊椎動物獨有的、由細胞軟骨構成的咽弓，這表明雲南蟲屬於原始脊椎動物。」
除了實驗技術手段，研究團隊還整合了最新的生物性狀矩陣，採用貝葉斯演算法進行重建計算。分析證實，雲南蟲處於脊椎動物譜系的最基幹，它是最原始的脊椎動物，介於尾索動物和其他脊椎動物之間。
雲南蟲共有7對咽弓。「我們在新標本上相當於第一對咽弓的位置發現了與後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。」趙方臣說，這表明雲南蟲擁有從前到後彼此相似、都具有細胞軟骨的7對咽弓。而另一種寒武紀基幹脊椎動物後斯普里格魚也擁有彼此相似的咽弓，這證實了解剖學家們在19世紀提出的脊椎動物咽弓同源理論假說——也就是說，隨著演化，脊椎動物不同位置的咽弓會發育成形態不同的骨骼，但在演化初期，不同位置的咽弓彼此相似。
古老「近親」揭示脊椎動物起源演化
咽顱是脊椎動物頭部消化道周圍一組起到支撐和保護作用的骨片，現生脊椎動物的咽顱由咽弓骨骼構成。「我們研究發現，雲南蟲的7對咽弓組成了一個類似於籃狀的咽顱。」趙方臣表示，現生無頜類脊椎動物和化石無頜類真顯魚擁有籃狀咽顱，而有頜類脊椎動物和寒武紀後斯普里格魚的咽顱一樣，由一系列彼此分離的軟骨棒組成，此前這種咽顱特徵引起了關於脊椎動物祖先咽顱形態的爭議。「但現在證實了雲南蟲出現更早、位於脊椎動物的最基幹位置，這也說明籃狀咽顱是更古老的祖先特徵。」趙方臣補充。
作為現生脊椎動物最古老的「近親」，雲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徵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。
《科學》期刊文章評審人評價道：「這是對科學的重大貢獻，將成為古脊椎動物學的一篇關鍵論文，展示了人們期待已久的、最可信的解剖結構化石證據，解決了寒武紀干群脊椎動物爭議問題。他們所展示的信息是一個里程碑，在未來的許多年裡，即使更高解析度的研究也難以超越。」評審人還肯定，「分析這些化石解剖結構的解析度達到了最先進技術的極限，這是一項里程碑式的工作。」
新華日報·交匯點記者 張宣 實習生 孫廣哲
