一个只有五分之一毫米的椭圆形化石,记录着动物演化史的一个重大事件--两侧对称动物在地球上登场了!
好几十年来,古生物学家一直费心寻找寒武纪大爆发的根源。寒武纪(5亿4千万年前)刚开始的地层中,突然出现了大量动物化石,这些化石在较久远些的地层中不曾发现过,因此这个寒武纪动物大量出现的现象被称为「寒武纪大爆发」。对古生物学家而言,还有一个大问题是两侧对称动物何时出现。
动物的两侧对称结构是演化史中的关键之一,代表动物由底栖固着生活,发展为能活动身躯,可以主动探索环境。这类动物的共同特征,除了身体左右镜面对称之外,还包括出现头尾与背腹之分;消化道有口及肛门的两端开孔;体表有特定的感觉器官。分子演化学家利用分子时钟理论,来推测两侧动物起源的时间。不过由于立论基础不一,所选用的动物体内的基因也各异其趣,因此推论出两侧对称动物起源的年代竟可能是在6~12亿年前的大范围。
现在,中国大陆、台湾和美国科学家合作解读了瓮安有5亿8千万年老的磷矿化石后,发现原来建构出两侧对称体制的发育遗传调控机制,在寒武纪大爆发前老早就已存在了。这些化石来自中国贵州瓮安县的磷矿中,1998年国立清华大学教授暨国立自然科学博物馆馆长李家维和南京地质古生物研究所的陈均远,以及哈佛大学的Andrew Knoll等人,分别在这些磷矿中发现了海绵成体化石,伴随着许许多多的动物胚胎。许多科学家对那些微化石究竟是属哪些动物的,感到非常的好奇。
陈均远和李家维等人收集了许多化石而后,和南加州大学的古生物学家David Bottjer以及加州理工学院的发育生物学家Eric Davidson等人合作来辨识牠们。在10个相似的切片中,他们认出了两侧对侧动物的关键特征,包括口、咽和肠子,牠们也有三胚层以及体腔,有些柔软的外组织可能是感觉器官。他们把这个小动物命名为「贵州小春虫」(Vernanimalcula guizhouena)。春虫之名来自牠现身在5亿8千万年时,正是地球最后一次全球大冻结(6亿1千万至5亿9千万年前)回春之时。
李家维指出,贵州小春虫的身体两侧对称,在体腔中的消化道中央膨大,并有口、咽名肛门。在岩石薄片中,被磨成约50微米的厚度,细胞外形清晰可见,部分细胞内似乎还可见细胞核。另外,牠的体表两侧有对称性的凹陷,可能就是它的感觉器官。由化石推测,贵州小春虫的外形椭圆、扁平,身长不超过180微米,在海底爬行,并在以前端腹面开孔的口来觅食。Bottjer指出,这些动物已经能够制造出复杂的身体,只是做得不大。他认为两侧对称动物在寒武纪快速地演化出多样性非常高的体制,可能是因为环境上的限制去除了,例如氧的含量。
柏克莱加州大学的Jere Lipps表示,贵州小春虫的发现,使得随后而来的寒武纪大爆发不那么离奇。加拿大女皇大学的Guy Narbonne更指出,贵州小春虫的形态,和最近分子和发育生物学的预测没两样。可是有些古生物学家并不买这个帐,瑞典自然史博物馆的Stefan Bengtson就怀疑,贵州小春虫不过是腐败的生物体表堆积的层状矿物。美国国家自然史博物馆的Doug Erwin指出,如果贵州小春虫果真是两侧对称动物,则原始的两侧对称动物要比大家推测的更小更简单。
原文:
Chen, C.-Y. et al. Small bilaterian fossils from 40 to 55 million years before the Cambrian. Science, Vol 305, Issue 5681, 218-222, 9 July 2004