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    Nature雜志上公布了來自英國自然歷史博物館，云南大學等處的研究人員發(fā)表了題為“ChelicerateneuralgroundpatterninaCambriangreatappendagearthropod”的一項研究成果，在中國西南地區(qū)昆明附近著名的澄江區(qū)域，發(fā)現了一種3厘米長的動物（一英寸多一點）化石，這種動物具有已知最早的完整的神經系統(tǒng)。
 

    文章的通訊作者分別是云南大學的侯先光教授，以及英國自然歷史博物館的GregoryD.Edgecombe教授，其中侯先光教授主要從事澄江動物群的研究，是澄江生物群化石的發(fā)現者，現任云南大學教授，云南省古生物研究重點實驗室主任。

    早在1984年，侯先光教授等人就在云南省澄江縣帽天山早寒武世地層內（5.3億年前）發(fā)現了聞名于世的澄江動物化石群。該動物化石群的發(fā)現被世界科學界稱為“二十世紀最驚人的發(fā)現之一”，世界科學家把該化石群評價為“永遠是科學的大廈”，為早期生命科學研究開辟了一個重要的創(chuàng)新性研究領域。

    頭部神經系統(tǒng)

    最新發(fā)現的這一動物化石也屬于澄江動物化石群，是螯肢亞門(chelicerates，包括蜘蛛，蝎子等）的祖先，在大約五億年前與其他節(jié)肢動物，如昆蟲，甲殼類動物和千足蟲產生了分支。

    這種動物存活于5.20億年前的海洋中，是稱為megacheirans（希臘文為巨大附肢）的海洋節(jié)肢滅絕動物——Alalcomenaeus。“我們現在知道，megacheirans與今天的馬蹄蟹和蝎子具有非常相似的中樞神經系統(tǒng)”，文章作者NicholasStrausfeld表示，“這意味著蜘蛛和它們的‘親屬’的祖先，與下寒武紀甲殼類動物的祖先比鄰生活。”
 

（圖片顯示的是Alalcomenaeus化石樣本的頭部區(qū)域顯微鏡成像結果，不同的顏色揭示了化學元素的分布，其中銅顯示為藍色，鐵為品紅，CT掃描為綠色。鐵和CT的交匯處就是神經系統(tǒng)）

    Alalcomenaeus是一種頭甲背視形狀成近似等邊梯形的動物，具有一對類似于L.iilecebrosa的莖狀眼，頭部具有一對三分叉的大附肢，具有11個軀干體節(jié)，尾節(jié)扁平寬大。

    技術手段

    這一研究組采用了不同的成像技術對這一化石進行了分析，其中充分利用了化石形成過程中神經系統(tǒng)里的鐵元素選擇性積累的原理。

    為了觀察到神經結構，研究人員采用了計算機斷層掃描（computedtomography，CT）技術，這是一種能重構樣品中三維特征的技術。但是“CT掃描無法明確的顯示神經系統(tǒng)的輪廓，”Strausfeld說，“而激光掃描技術卻能繪制出雖然不完美，但是比較精確的神經系統(tǒng)中鐵沉積的化學元素分布。”
 
    之后，研究人員又通過先進的成像掃描技術，首次利用CT掃描的綠色覆蓋鐵沉積掃描的品紅色，再減去兩者顏色。

    “我們剔除了兩者掃描中都不存在的圖像數據，”Strausfeld解釋道，“在兩個重疊的情況下，品紅色和綠色彼此相加，揭示出了神經系統(tǒng)（白色結構），然后我們再倒推回來”。

    “現在白色結構顯示為黑色，”Strausfeld說，“從而這個美麗的中樞神經系統(tǒng)以令人吃驚的細節(jié)顯示了出來。”

    神經系統(tǒng)具體特征

    研究人員比較了這種化石的神經系統(tǒng)與馬蹄蟹和蝎子的神經系統(tǒng)，毫無疑問的指出這一5.20億年前的Alalcomenaeus屬于螯肢亞門(chelicerates)。

    而且這一化石還具有蝎子和蜘蛛大腦中具有的典型特征：三簇稱為神經節(jié)的神經細胞相互融合，這不同于一些甲殼類動物，它們的神經節(jié)相隔很遠，通過長神經連接，就像是繩梯中的每節(jié)梯子。

    其它特征還包括大腦腸道開口的位置，以及大腦內外感光中心的設置。

    在進一步的研究中，研究人員還利用這些特征與其它約150種特征，共同分析了節(jié)肢動物中的進化關系。“Greg將這些特征加入到了一個計算機分支系統(tǒng)學分析中，并提出問題：這個化石應該放置在系統(tǒng)樹的哪個位置？”Strausfeld說，“我們認為它應該屬于現代螯肢亞門”。

    更進一步的研究探索

    但這個故事并沒有就此結束。

    大約一年前，侯先光教授等人發(fā)現解剖結構復雜的大腦進化比以前認為的要更早，并且在進化過程中并沒有發(fā)生多大的改變。

    當時發(fā)現的化石屬于延長撫仙湖蟲（Fuxianhuiaprotensa），是云南澄江早寒武世三個新的大型節(jié)肢動物之一，是一種滅絕的節(jié)肢動物。研究人員發(fā)現延長撫仙湖蟲的大腦每一側上有三個視覺髓，這很可能與昆蟲中出現的神經纖維橫向模式有關，而且其大腦也由三個個融合分布組成，而軟甲亞綱（branchiopods）只有兩個分布的融合。

    這指出，一旦大腦的基本設計已經進化出現，那么就不會發(fā)生太大的變化。相反，外圍的一些元件，如眼睛，觸角，其他附加物，感覺器官等就會發(fā)現巨大的多樣化，以及功能上的專業(yè)化，不過這些都會輸入到相同的基本環(huán)路中。

    而“這一新發(fā)現則表明mandibulates（包括甲殼類動物）和螯肢亞門(chelicerates）在5.20億年已經出現了分支，作為兩種不同的進化軌跡，這也就是意味著，它們的共同祖先在此前更早的時間里就已經存在了，”Strausfeld說，“我們希望能進一步分析更早時間的化石，并在未來找到mandibulate和chelicerate的祖先，解析其神經細胞，目前我們不清楚這些動物來自于哪兒，現在終于有了搜索的方向。”

    云南省古生物研究重點實驗室官方新聞稿

    《Nature》發(fā)表云南大學侯先光等的最新研究成果

    10月17日，包括云南大學古生物學家侯先光教授、馬曉婭博士及日本、英國、美國研究人員在內的國際研究團隊在頂尖期刊《Nature》發(fā)表了題為“ChelicerateneuralgroundpatterninaCambriangreatappendagearthropod”的最新論文。作為重大發(fā)現，該成果的發(fā)表說明古生物學家發(fā)現并確認了寒武紀時期（5.41-4.85億年）已知最完整的動物中樞神經系統(tǒng)。

    2012年7月1日，云南澄江動物化石群被聯合國批準為《世界自然遺產》，也是中國唯一的化石類世界自然遺產。在這一化石群中，保存有大附肢節(jié)肢動物——始蟲（Alalcomenaeussp.）化石。這類動物前部具有一對強壯的螯肢與頭部相連，其系統(tǒng)分類關系多有爭論，被認為是單系列、平行系列或多系列演化，是螯肢節(jié)肢動物干系類群或節(jié)肢動物干系類群等不同的觀點。

    研究人員對始蟲化石標本進行了深入研究。通過計算機斷層掃描（CT），揭示了保存完好的神經系統(tǒng)，包括與現生節(jié)肢動物相同的具有3個體節(jié)的腦部，腦前方有一個與眼部相連的神經組織，以及11個軀干體節(jié)中連續(xù)顯示的前8個神經節(jié)。

    根據這些信息，研究人員能夠將寒武紀早期的始蟲化石與現生的螯肢動物類群的節(jié)肢動物進行對比——如鱟、蝎子和蜘蛛等。澄江動物化石群中節(jié)肢動物神經組織的較完美保存，為闡述化石類群中頭部特化附肢是與哪一神經節(jié)相聯系的長期爭論提供了新的證據。

    研究證實，寒武紀早期始蟲化石的神經系統(tǒng)與現生的鱟的幼蟲神經系統(tǒng)十分吻合，支持了大附肢節(jié)肢動物與其同源的觀點。因此，寒武紀大附肢節(jié)肢動物是屬于螯肢節(jié)肢動物，其外觀上我們也可以看出兩者形態(tài)的相似之處。這是首次利用化石的直接證據進行神經解剖學分析，對古老的及現代的不同動物間的親緣關系進行分類。

    節(jié)肢動物具有漫長而豐富的化石歷史，可以追溯到5.2億年前。然而長期以來，人們對這些古老節(jié)肢動物的神經系統(tǒng)幾乎一無所知。古生物學家只能依靠化石中保存的附肢來與現生的節(jié)肢動物進行比較，以此來推斷頭部的體節(jié)或帶有大附肢的頭中的神經索。這一新發(fā)現使從古老化石中研究中樞神經系統(tǒng)成為可能，使最古老的動物與現生的動物之間關系可以直接進行對比。

    侯先光教授、馬曉婭博士等的研究也進一步說明，澄江動物群這一中國化石世界自然遺產在回答生命科學領域中關于動物進化的一些關鍵問題時的重要作用。