抓住五亿年前的盗贼:西北大学科学家发现地球上最早偷窃寄宿关系

5.15亿年前(寒武纪第4期)滇东海盆舌形贝腕足动物支持的底栖动物群落恢复,显示出与现代海洋底栖动物群落具有极大的生态相似性,包括底栖、固着、包壳、寄生等生态现象.jpg

5.15亿年前(寒武纪第4期)滇东海盆舌形贝腕足动物支持的底栖动物群落恢复,显示出与现代海洋底栖动物群落具有极大的生态相似性,包括底栖、固着、包壳、寄生等生态现象

记者今天从西北大学获悉,该校地质学系张志飞教授带领的早期生命研究所专家团队近日在国际综合期刊《自然-通讯》杂志上,发布了地球寒武纪生命大爆发时期的生物演化研究重要成果。他们研究发现,在距今5.2亿年前,古代腕足动物被一种生物寄生,后者或能将腕足动物的食物转为自食。这是迄今发现的地球上最早的动物寄生现象,该种寄生现象属于在当今自然界已经消失的专性寄生现象。

张志飞及其团队的研究成果,将该结壳生物追溯到寒武纪早期,较之前期研究至少向前推进了3000万年,开启了寒武纪寄生虫学的研究。此外,通过化石生物统计的方法,首次发现了地球上最早的专性寄宿关系,首次揭示出地球生物演化史上最早的动物寄生现象,论证了专性偷窃寄生可能是地球上消失的最早寄生形式,表明了对抗性生物关系是地球动物生态系统演化的重要动力。

漫步海边,你或许会发现许多生长在贝壳上的管状壳体生物,它们受到自己壳体的保护在其它密集的壳体表面等硬体基质上大量繁殖,这种生物被称为“结壳生物”。而这样的附着生活方式,实质是不同生物占据不同的生态位,生物之间的相互作用关系和生态复杂度很高,提升了地球生态空间利用效率。那么,这种生态现象在地球上最早什么时间出现,是4.8亿年前的奥陶纪大辐射,还是5.2亿年前的寒武纪大爆发?它们最早在地球上哪些生物之间发生、形态如何?对现代地球生态系统的形成又有着怎样的意义?

韩国海边考察,注意海边岩石上和贝壳上蠕虫状的管状生物(龙介虫)2.png

韩国海边考察,注意海边岩石上和贝壳上蠕虫状的管状生物(龙介虫)3.png

韩国海边考察,注意海边岩石上和贝壳上蠕虫状的管状生物(龙介虫)

张志飞课题组历时10年,对滇东地区乌龙箐组关山动物群进行了大规模的发掘,收集了大量的舌形贝型腕足动物化石。研究发现,这些化石代表着5.2亿年前原位生活的舌形贝族腕足动物群落,团队将其命名为“乌龙箐新圆货贝”。分析发现,这些成层的腕足动物壳体周围保存头发状的刚毛,壳体后端长有绳索状的肉茎,用以将壳体锚定在海底。通过X射线分析,发现壳体内部还保存完整的纤毛环取食结构和血管(脉管)系统。

滇东武定地区石将军剖面关山动物群采集剖面及其舌形贝族腕足动物化石1.png

滇东武定地区石将军剖面关山动物群采集剖面及其舌形贝族腕足动物化石2.png

滇东武定地区石将军剖面关山动物群采集剖面及其舌形贝族腕足动物化石

“更有意义的发现是,许多乌龙箐新圆货贝的壳体上,长满了白色管状生物,它们沿着壳体边缘向外辐射状排列,管子前端可能长有触手,窃食腕足动物滤食过程中经由刚毛过滤的生殖细胞等不同的有机食物。”张志飞教授介绍,“腕足动物是小型有壳的海洋无脊椎动物,它有两个硬壳,一端铰接,另一端可以打开进食或关闭保护。腕足动物通过一圈有纤毛的触手(纤毛环)来进食,这些触手通常排列为马蹄形,被称为触手冠,它们通过一根被称为肉茎的柄状器官附着在海底或其他底质上。”

更有意义的发现是,许多乌龙箐新圆货贝的壳体上,长满了白色管状生物,它们沿着壳体边缘向外辐射状排列,管子前端可能长有触手,窃食腕足动物滤食过程中经由刚毛过滤的生殖细胞等不同的有机食物。.png

更有意义的发现是,许多乌龙箐新圆货贝的壳体上,长满了白色管状生物,它们沿着壳体边缘向外辐射状排列,管子前端可能长有触手,窃食腕足动物滤食过程中经由刚毛过滤的生殖细胞等不同的有机食物。

乌龙箐新圆货贝的纤毛环排列与虫管存在的窃食寄生关系:(1-2)壳体内部纤毛环的分布和血管(脉管)复原图;(3-4)管状生物在腕足动物壳体上寄生方向的玫瑰花图.jpg

乌龙箐新圆货贝的纤毛环排列与虫管存在的窃食寄生关系:(1-2)壳体内部纤毛环的分布和血管(脉管)复原图;(3-4)管状生物在腕足动物壳体上寄生方向的玫瑰花图

研究表明,这些白色管状结壳生物寄生在腕足动物壳体表面,并对宿主生长造成极大的负荷和负面影响。相对未感染的腕足动物个体,被固着腕足动物的生物量减少至少26%,因此这些结壳生活的虫管与其附着的腕足动物存在明显的寄生关系,属于偷窃寄生类型,代表了地球上最原始的寄生关系。而这种生物仅附着生活在乌龙箐新圆货贝一种腕足动物壳体上,对其它同期腕足动物和其它生物不发生感染,因此属于专性寄生虫。

乌龙箐新圆货贝.(1)保存细长肉茎的乌龙箐新圆货贝;(2)附着管状生物的腕足动物个体;(3)附着管状生物的腕足个体复原图.jpg

乌龙箐新圆货贝.(1)保存细长肉茎的乌龙箐新圆货贝;(2)附着管状生物的腕足动物个体;(3)附着管状生物的腕足个体复原图

据介绍,寄生是生物界的一种普遍现象,在生物界无所不在,但关于寄生虫的化石记录十分稀少,大多数情况下,寄生现象研究只是围绕着一个或几个样本展开,而一个生物是否会对另一个生物产生负面影响,一直都是个推测。

寒武纪生命大爆发见证了地球动物生态系统形成的过程。5亿年前,生物之间逐渐形成了竞争、捕食、共栖、幼体附着等多重关系,随着大量宏体带壳动物的出现,底栖固着悬浮滤食型生物群落分层加速,一些生物可以固着在其它生物的壳体碎屑上,显示出了多层次的群落结构,地球生态空间利用效率显著增强。

文:文汇报驻陕记者韩 宏 通讯员李 琛

图:西北大学早期生命研究所

编辑:赵征南

责任编辑:刘 栋

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