西北大学科研人员发现地球最早的隐居型环节动物丝鳃虫

近日，我校地质学系张志飞教授课题组联合英国杜伦大学马丁·史密斯（Martin Smith），对寒武纪早期澄江化石库中的澄江拟管虫（Iotuba chengjiangensis）研究取得重大成果。相关研究成果伦敦时间2月1日正式发表于《英国皇家学会会刊B》。

研究人员通过形态和谱系分析发现，澄江拟管虫属于高度演化的环节动物，隶属于丝鳃虫型等隐居型。该研究将环节动物门类蛰龙介虫目化石的发现从石炭纪前推到寒武纪早期，前推至少2亿年。

环节动物是现代重要的动物门类，在海洋和陆地上都十分常见，目前已知至少有2万多种、81科，主要以蚯蚓、沙蚕和蚂蟥最为常见。据最新系统研究，环节动物主要分为古环节型亚门和更环节型亚门，之前有研究认为环节动物出现在寒武纪早期，但以游走型多毛类报道居多，主要隶属环节动物干群或者古环节动物亚门。目前研究认为环节动物门存在或起源于隐居类祖先，现代的扇毛虫（俗称笼头虫）就属于这个类群，但缺乏早期化石记录。

澄江化石库以精美的特异型软躯体化石保存而著名，化石再现了不同类型动物的消化道、管状血管、腿肢结构，甚至取食触手和刚毛。澄江动物群发现的化石已经超过220个属种，主要以节肢动物和各种蠕形泛节肢动物为主。但现代海洋中繁盛的软体动物、环节动物等底栖动物却十分少见。

基于西北大学早期生命研究所长期积累的15枚澄江拟管虫标本，张志飞团队对该类化石进行了重新研究，最完整的标本是舒德干院士1998年带领团队采集于昆明海口耳材村剖面。进一步研究表明，早期认为的帚虫动物事实上属于形态高度演化的多毛类扇毛虫。该类化石的研究表明环节动物的隐居型起源于寒武纪早期，进一步表明环节动物至少在澄江动物群甚至更早时期已经发生大辐射，也证明了保存精美软躯体化石的特异型化石库在不同门类的保存中存在较大的差异性。

张志飞介绍，通过环节动物的形态和分子数据进行支序分析，结合贝叶斯分析、最大使然法和简约法发现澄江拟管虫与扇毛虫为姊妹群，代表扇毛虫祖先类群。环节动物无论化石数量还是属种在澄江动物群十分稀少，仅发现两三个属种。

据介绍，地球生命有38亿年的历史，5.6-5.2亿年前的寒武纪大爆发将地球划分为隐生宙和显生宙，成为地球演化的重要分水岭。长期研究认为寒武纪大爆发（555-515Ma）诞生了地球动物树的基本框架，诞生了现代动物门类的根，4.8亿年奥陶纪之后各门类的纲、目、科、属种才大量出现，导致地球动物树才开始枝繁叶茂。

然而，寒武纪早期腕足动物研究，尤其最新的环节动物“丝鳃虫”的论证对这种传统认识提出了新的挑战，表明寒武纪大爆发并非只是动物门级干群祖先类型的出现，酷似现代海洋的动物属种也突发性出现在5.2亿年前的海洋中。

“此次研究表明，有些现生动物门类的大多数类型，如环节动物可能并不在特异型化石保存的环境中繁盛或生活。因此，特异型化石库并不能完全揭示地球生命演化的历史过程，尚需其他环境化石的约束和补充，这为进一步探索现生动物类群的化石空白提供新的思路和启示。”张志飞说。

此次隐居型环节动物丝鳃虫的发现和研究，进一步支持了舒德干院士提出的三幕式寒武纪大爆发假说，表明环节动物冠轮类原口动物在寒武纪第三阶之前已经大量出现，首次将更环节动物亚门的祖先前推至寒武纪早期。

相关论文链接：https://doi.org/10.1098/rspb.2022.2014

寒武纪澄江拟管虫的模拟复原图

澄江拟管虫的躯干、束状刺、翻吻及鳃征的复原图

澄江拟管虫的躯干和翻吻特征