5.35亿年前“五环”状肌肉化石藏着这些秘密
岩石上几处不起眼的毫米级花纹，却藏着5.35亿年前远古虫族演化的秘密。近日，科研人员通过对陕南约5.35亿年前磷酸盐化特异保存化石的研究，发现其中一种类似“五环”的结构，可能是环神经动物的翻吻部位肌肉组织。研究论文于2023年10月11日在《英国皇家学会学报B–生物科学》在线发表。该成果由中国科学院南京地质古生物研究所、美国弗吉尼亚理工大学、瑞典隆德大学、自然资源部第一海洋研究所和德国科学家组成的国际联合研究团队共同完成。
△研究人员在采集化石标本
(相关资料图)
“五环”壮肌肉可能是远古虫族的嘴巴
“环神经动物”这个词对普通人来说，可能有些陌生。其实它们现生种群家族庞大，包括铁线虫、蛔虫、鳃曳虫等。灾难片《铁线虫入侵》中，人类遭遇寄生虫危机，让人印象深刻。“肚子里的蛔虫”这句俗语，也说明了其寄生属性。那么，“环神经动物”都是寄生虫吗？倒也不是，鳃曳虫就生活在海底的软泥中，主要吃多毛类、小的甲壳类动物。
很多环神经动物有可外翻的吻部，因此又叫翻吻动物。这次科研人员发现的肌肉化石，就与鳃曳动物有较好的可比性，两者翻吻内部的肌肉系统呈现出相似性。应用鳃曳动物作为对比模型，标本可对比于翻吻内部肌肉系统。第2到第5环对应4条体壁环肌，36条纵向结构对应36条辐射对称的体壁纵肌，环肌和纵肌共同构成翻吻体壁的肌肉纤维网。
△标本NIGP179459扫描电镜照片 张华侨供图
本次研究一共报道了3枚标本，均为毫米大小。其中1枚（NIGP179459）保存较好，呈现“五环”状结构，从顶到底由5个直径逐渐增大的环组成。第1环和第2环同圆心且共平面，它们之间有明显的空隙。第2到第5环紧密贴合，形成圆台状结构。第1环与第3环之间通过19条辐射状结构连接，第3环和第5环之间有36条纵向结构连接。躯体末端具有辐射对称结构的生物只有环神经动物，而其他两侧对称动物末端的纵肌多为两侧对称排列。
△标本NIGP179459复原图 杨定华绘
化石揭示了早期动物肌肉系统的演化
众所周知，古生物各种遗骸化石大都是骨骼、外壳等硬质部位。这次发现的肌肉化石，是如何保存下来的呢？中国科学院南京地质古生物研究所研究员张华侨介绍，“肌肉的保存可能跟肠道菌群微生物的调节作用有关系。在生物尸体降解腐烂之前，如果肠道能够破裂，使肠道菌群能从肠道进入体腔内，就会在软组织表面形成生物膜，这层生物膜能够使得软组织整体形态得以保存。”
科研人员推测，本次发现的类似鳃曳动物标本，它们在活着的时候，翻吻内部的肌肉系统有可能控制翻吻的内翻，从而协助运动和摄食。较短的翻吻收缩肌表明，翻吻可能只有有限的内翻能力，而现生的鳃曳动物具有较长的翻吻收缩肌，所以翻吻能完全内翻。
△具吻刺动物肌肉系统示意图（a和b是标本NIGP179459代表的具吻刺动物翻吻假想图；c是鳃曳动物成虫；d是鳃曳动物幼虫；e是兜甲动物成虫；f是动吻动物成虫。） 杨定华绘
这种差异是否意味着它的运动、摄食能力比现生的鳃曳动物弱？它以什么为食？张华侨介绍，有限的内翻能力表明它运动缓慢、反应慢，所以相对于它的现生亲戚们而言，它不大可能是一只凶猛的捕食者，而很可能是靠食用海底的有机质颗粒为生。这种差异也显示出，后期的演化过程中，它们可能会朝着翻吻收缩肌更长，收缩能力更强的方向演化，这样其后代才会更快更强，才有越来越强的竞争能力。
△标本代表的环神经动物的亲缘关系（NIGP179459为具吻刺动物全群） 张华侨供图
本研究首次报道了已知最早的环神经动物的肌肉系统，并首次利用内部软躯体信息限定了该环神经动物的亲缘关系，揭示了早期动物肌肉系统的演化，彰显了肌肉系统的重要演化意义。研究表明，类似于鳃曳动物的翻吻肌肉系统在寒武纪底界处已知最早的环神经动物中即已出现。
现代快报+记者是钟寅
（校对 张静超）
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