【地球演义】第五十三回 基干

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“生命在演化过程中,退化和消失的器官不会重新出现,即使环境需要,也只能通过改造其他器官取得同样的功能。”——这就是著名的演化不可逆法则。节肢动物当然也会遵循这条法则,所以,愈合了的体节不会重新分裂,特化了的附肢不会恢复,扩展变形了的外骨骼也不会回到原来的样子。

现代泛节肢动物(节肢动物,缓步动物,有爪动物)亲缘关系谱系。图片来源自[1]。

你有没有想到过,如果在理论上反向逆推,把所有特化的性状复原,是不是可以推测出所有的节肢动物共同祖先的样子呢?事实上,这是研究者们经常采用的一种方法,尤其是对多样性很高,但是基本构型变化不大的类群,比如软体动物,环节动物和节肢动物。

(-棘皮动物:来,推测一下我的祖先!

-众:滚!。。。)

这个古怪的生物是逆推得到的(理论上的)昆虫祖先:最前端的6个体节(H1~H6)愈合成头部,上面的附肢演化成触角和口器;中段3个体节(T1~T3)愈合成胸部,附肢演变成三对足,表皮扩展成胸甲和翅;后部体节(A1~A10)愈合成腹部,附肢基本消失,只保留了一对尾须。图片来源自网络。

根据逆推的结果,节肢动物的始祖应该是这样的:它的体型不大,身体细长,由许多结构相似的体节组成,没有愈合成明显的头部和躯干。身体只有简单的分化,身体前端有一对眼睛,一对附肢演化成触角,其他体节上个有一对简单的双肢型附肢,功能很简单:行走和呼吸。各体节的外骨骼钙化程度不高,没有合并,也没有延展和变形。

这样的生物当然是纯理论的,但可以用来按图索骥,越接近这个标准,越有可能和节肢动物的祖先扯上关系。

幸运的是,在寒武纪早期的地层中,研究者们找到了非常接近这个理论生物的早期节肢动物——抚仙湖虫(Fuxianhuia)。这是一类小型的底栖动物,游走在海床上,捡拾一些食物碎屑。它没有特化的螯肢和壳瓣,外骨骼上也没有棘刺网纹之类的附加结构。由于这些原始特征,抚仙湖虫被认为是节肢动物演化的基干类型(Stem Group),非常接近昆虫,螯肢动物和甲壳动物的共同祖先。

抚仙湖虫的化石和复原图,拥有细长的身体,许多类似的体节和附肢。图片来源自网络。

抚仙湖虫头部的附肢,已经开始出现早期的分化,它们是口器的雏形,未来将会演化成大颚,小颚,唇须等器官。图片来源自[2]

更加幸运的是,中国云南澄江动物群的抚仙湖虫化石的保存情况非常好,不但外形完整,经过处理后,连内部器官的印痕都可以清晰辨认。对这种小动物的认识,已经十分清晰了。

抚仙湖虫的内部器官印痕(上图)和循环系统,神经系统,消化道复原图(下图)。图片来源自[3]。

抚仙湖虫和它的近亲山口虾,澄江虾,广卫虾和东山虾,代表着节肢动物躯体的基本构型。在它们搭建的基础平台上,经过数亿年的细节优化,最终造就了最为庞大的节肢动物王国。


头虾纲是现代甲壳动物中最原始的一类,它们是一些生活在海底,以沉积的有机物为食的小动物。虽然没有亲缘关系,但它的外形和生活习性很像5亿年前的抚仙湖虫。图片来源自[4]。

地球名片

生物分类:动物界-节肢动物门-头虾纲

存在时间:出现时间不明 至 现代

现存种类:9种

化石种类:不明

生活环境:海洋

代表特征:体小,头部6节,无眼,原始肢型

代表种类:头虾


参考文献:

[1] Jerome C. Regier, Jeffrey W. Shultz, Andreas Zwick, April Hussey, BernardBall, Regina Wetzer, Joel W. Martin & Clifford W. Cunningham, Arthropodrelationships revealed by phylogenomic analysis of nuclear protein-codingsequences. Nature (25 February 2010)463, 1079-1083, doi:10.1038/nature08742.

[2] Jie Yang, Javier Ortega-Hernández, Nicholas J. Butterfield, Xi-guang Zhang, Specialized appendages in fuxianhuiids and the head organization of early euarthropods. Nature 494, 468–471 (28 February 2013) doi:10.1038/nature11874

[3]Xiaoya Ma, Peiyun Cong, Xianguang Hou,Gregory D. Edgecombe & Nicholas J. Strausfeld, An exceptionally preserved arthropodcardiovascular system from the early Cambrian. Nature Communications 5 (2014),Article number: 3560, doi:10.1038/ncomms4560.

[4]Atlas of Crustacean Larvae, Chapter: 16, Publisher: JohnsHopkins University Press, Editors: Joel W. Martin, Jørgen Olesen, Jens T. Høeg,pp.90-96.

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