寒武纪腕足动物起源:假说、问题与展望

腕足动物与软体动物和环节动物等十多个动物门类一起构成后生动物(metazoa)中分异度最大的谱系分支——冠轮动物(Lophotrochozoa)。在冠轮动物分支概念提出20周年之际,分子系统学和基因组系统学的大量研究基本证实了腕足动物、帚虫动物和外肛动物组成的触手冠动物(Lophophorata)为单系起源(monophyly),分类上属于原口动物亚界(Protostomia),从而彻底否定了上百年传统动物学教科书上腕足动物属于后口动物亚界(Deuterostomia)或原口动物亚界与后口动物亚界之间的过渡类群的传统观点。腕足动物作为寒武纪演化动物群的重要组成部分和寒武纪大爆发期间的主要动物门类代表,因其形态发育和壳体矿化等多项特点以及海量的化石记录,历经数十余年单系、多系和并系起源的争论之后,其单系起源得到了分子生物学、基因组系统学和形态学(包括化石和现生类群)研究越来越多的强力支持。长期以来,寒武纪腕足动物门曾存在帚虫状祖先起源假说、蛤氏虫(Halkieria)起源假说和托莫特壳起源假说。目前,蛤氏虫起源假说遭到了不同国际学者的质疑和否定。澄江化石库(寒武系第三阶)最新发现的化石新种——精美玉玕囊形贝(Yuganotheca elegans),因具有砂质胶结的椎管状身体,具有封闭的腕足动物状的纤毛环取食器官,具有腕足动物状的边缘刚毛、脉管循环系统、U形的消化系统和蠕虫状的肉茎附着结构等,被誉为腕足动物的"始祖鸟化石",成为联系帚虫动物门、腕足动物门和椎管状托莫特壳的化石类群。然而,因该化石缺乏成对的矿化(磷酸钙或碳酸钙)壳体,对现今广泛使用的腕足动物高级分类方案提出了新的思考和挑战。     

寒武纪生命大爆发新解与地球海洋动物生态系统建立*

寒武纪大爆发是地球历史上唯一的动物门类创生事件, 导致所有现生动物门类几乎同时在寒武纪早期海洋中首现——地球动物树成型。显生宙之后的其他重大地质事件甚至动植物登陆过程中地球再无新的动物门类出现。因此, 寒武纪大爆发既是重大生命事件也是地质事件, 成为地球宜居性演化研究的关键。国内外许多研究团队和学者从不同的视角对寒武纪大爆发做了深入探索和思考, 取得了系列成果和认识。基于生命物质的组织层次(organismal hierarchical level)及其地质背景, 本文提出了地球早期生命宏演化包括分子水平进化、细胞水平进化和组织水平进化三大宏演化阶段。据此, 认为寒武纪大爆发的实质是原生生物细胞群“组织化”的必然结果, 并提出寒武纪动物大爆发组织“拼图”新假说(Lego Blocks Hypothesis)。寒武纪动物大爆发的突发性和爆发性是在现代板块构造体制建立和异养型消费者生态位空缺的背景下, 在全球圈层联动、全球海洋微生物和化学循环的促使下, 部分真核细胞发生“分化和特化”形成原始组织后, 快速“拼图组装”的必然结果。期间, 地球海洋生态空间(生态位)多样性剧增、动物消费者生态位空缺及其导致的古地理和生殖隔离, 成为寒武纪早期动物门类爆发的生态动力和生物发育内在需求。罗迪尼亚超大陆裂解和冈瓦纳大陆形成过程中, 全板块深俯冲为标志的现代板块构造体制的建立, 导致全球圈层联动和全球海洋微生物化学循环, 进一步加速了动物门类的生态扩张。显生宙盘古大陆演化和原、古、新特提斯洋发育过程中全球海洋生态空间多样性阈值的稳定甚至减少, 可能成为寒武纪大爆发后地球海洋再无新的动物门类出现的环境条件和地质背景制约。     

【特约论文】寒武纪大爆发的过去、现在与未来

人类探索认识寒武纪大爆发的过程先后经历了神创论、渐变论和爆发式演化思想的影响, 形成了越来越接近真理的重要科学认识。寒武纪大爆发本质上是动物门类的大爆发, 同时伴随着属种多样性的增长、体型增大、生物矿化以及海洋生态系统的重大变革。寒武纪大爆发是多因素制衡的自然历史过程, 任何单因素的内、外因驱动假说都不足以解释寒武纪大爆发的复杂过程。分子遗传基础和宜居环境分别是寒武纪大爆发的内在和外在必要条件, 但不是必要充分条件。因此, 寒武纪大爆发, 与其他所有生命演化事件一样, 必须通过生态作用实现。寒武纪大爆发是在氧气和其他资源不太受限、环境多变、生态荒芜的外在条件下, 基因发育调控系统预先高配的内在条件下, 发生的动物门类大爆发。在埃迪卡拉纪晚期, 多细胞的文德生物与动物采取了不同的体型发育策略和演化途径, 共享海底两千万年后, 文德生物灭绝。此后, 动物在寒武纪最初的两千万年间快速分异演化, 产生了大量演化结局各不相同的动物门类, 生态适应策略同步分化, 形成了以动物为主导的海洋生态系统, 踏上显生宙的演化征程。目前对寒武纪大爆发的探索和研究存在着偏向性或局限性, 主要关注动物门类演化和生存环境氧化还原条件, 没有将海洋生态系统作为统一整体开展全面系统的研究工作。未来探索有必要在全球范围内开展广泛全面的研究工作, 揭示寒武纪大爆发时期海洋生态系统的时空演变。     

寒武纪大爆发的过去、现在与未来

人类探索认识寒武纪大爆发的过程先后经历了神创论、渐变论和爆发式演化思想的影响,形成了越来越接近真理的重要科学认识。寒武纪大爆发本质上是动物门类的大爆发,同时伴随着属种多样性的增长、体型增大、生物矿化以及海洋生态系统的重大变革。寒武纪大爆发是多因素制衡的自然历史过程,任何单因素的内、外因驱动假说都不足以解释寒武纪大爆发的复杂过程。分子遗传基础和宜居环境分别是寒武纪大爆发的内在和外在必要条件,但不是必要充分条件。因此,寒武纪大爆发,与其他所有生命演化事件一样,必须通过生态作用实现。寒武纪大爆发是在氧气和其他资源不太受限、环境多变、生态荒芜的外在条件下,基因发育调控系统预先高配的内在条件下,发生的动物门类大爆发。在埃迪卡拉纪晚期,多细胞的文德生物与动物采取了不同的体型发育策略和演化途径,共享海底两千万年后,文德生物灭绝。此后,动物在寒武纪最初的两千万年间快速分异演化,产生了大量演化结局各不相同的动物门类,生态适应策略同步分化,形成了以动物为主导的海洋生态系统,踏上显生宙的演化征程。目前对寒武纪大爆发的探索和研究存在着偏向性或局限性,主要关注动物门类演化和生存环境氧化还原条件,没有将海洋生态系统作为统一整体开展全面系统的研究工作。未来探索有必要在全球范围内开展广泛全面的研究工作,揭示寒武纪大爆发时期海洋生态系统的时空演变。     

动物起源和寒武纪大爆发——序言

动物起源和寒武纪大爆发是生命史上重要的演化创新事件。为展示相关领域的最新进展,特组织主题为"动物起源和寒武纪大爆发"的论文专辑。作为专辑序言,本文概述了动物起源和寒武纪大爆发领域的科学意义和当前研究趋势,并简要介绍了本专辑的内容。专辑包含了来自13个研究单位共42位作者的12篇论文,包括特约综述论文1篇和研究论文11篇。专辑不仅评述了相关领域的现状和未来发展趋势,也展示了我国学者在该领域取得的部分新进展。这些进展涉及华南和华北数个特异埋藏化石库,比如埃迪卡拉纪石板滩生物群、寒武纪宽川铺生物群和寒武纪凯里生物群等,并涵盖了海绵动物、刺细胞动物、腕足动物、三叶虫和双瓣壳类节肢动物以及分类位置尚不明确的疑难动物化石等诸多类群。     

攻掠与防御的演化——奇虾与莱德利基虫的故事

在地质年代表中 ,寒武纪是地球生命演化史上的重要分水岭 ,它界于隐生宙与显生宙之间。所谓“显生宙” ,从字面上可以看到 ,是现代生物显现演化的跨度空间。事实上 ,绝大部分的多细胞动物“门”类 ,最早就形成于寒武纪初期。就是从寒武纪初期的几百万年起 ,纷繁驳色、丰富多彩的生物喧闹充满了全球各地的海洋 ,如同旭日东升 ,隐生宙的旷古沉寂在生命喷薄而起的昂扬凯歌声中散尽了。古生物学家将此称为“寒武纪大爆发” ,确实 ,与４６亿年漫长的地球生命历史比较 ,几百万年只是短暂的瞬间 ,仅相当于１天２４小时中的１秒钟而已。对“寒武纪大…     

陕南早寒武世早期Quadrapyrgites再研究

处于"寒武纪生命大爆发"序幕阶段的梅树村期,生物类群大规模辐射,身体构型快速革新,与前寒武纪生物群面貌明显不同.最近在陕南宁强宽川铺地区梅树村期地层中发现了大量五辐射Punctatus及部分四辐射四方塔形壳属Quadrapyrgites,其中包括1个新种Quadrnpyrgites undulatuscostalis sp.nov..在此基础上对Quadrapyrgites进行了属征补充.双胚层腔肠动物的出现标志着地球生命史的真后生动物演化开端,在生物起源演化历程上占据着关键的位置.本文为研究真后生动物起源演化、生物辐射、体型构建提供了重要实证.     

【专辑序言】动物起源和寒武纪大爆发——序 言

动物起源和寒武纪大爆发是生命史上重要的演化创新事件。为展示相关领域的最新进展, 特组织主题为“动物起源和寒武纪大爆发”的论文专辑。作为专辑序言, 本文概述了动物起源和寒武纪大爆发领域的科学意义和当前研究趋势, 并简要介绍了本专辑的内容。专辑包含了来自13个研究单位共42位作者的12篇论文, 包括特约综述论文1篇和研究论文11篇。专辑不仅评述了相关领域的现状和未来发展趋势, 也展示了我国学者在该领域取得的部分新进展。这些进展涉及华南和华北数个特异埋藏化石库, 比如埃迪卡拉纪石板滩生物群、寒武纪宽川铺生物群和寒武纪凯里生物群等, 并涵盖了海绵动物、刺细胞动物、腕足动物、三叶虫和双瓣壳类节肢动物以及分类位置尚不明确的疑难动物化石等诸多类群。     

苔藓动物的起源与系统发生研究进展—形态学和分子生物学的证据

苔藓动物是后生动物中的一个重要类群。然而,和其它主要后生动物类群相比,长期以来对它的系统学研究却相对滞后。其起源,系统发生地位以及与其它后生物门类之间、其内部各高级分类群间的谱系发生关系一直存在争议。一般认为它是介于原口动物和后口动物之间的过渡类群。但是,近年来的分子系统学研究已经证实了它的原口归属。古生物学资料表明,虽然苔藓动物的大多数类群在奥陶纪已经分化出来,但它在寒武纪却缺乏任何化石记录。另外,苔藓动物起源的时间和方式、其内部各类群间的系统发生关系特别是现生类群和化石类群之间的关系等诸多问题的解决,还有待于大量的形态学和不同的分子数据的进一步积累,并结合其地层分布等各种相关资料进行综合研究。     

生命的历程系列讲座（十二） 奥陶纪无脊椎动物的大发展

正奥陶纪距今4.85-4.43亿年,是古生代第二个时代。奥陶纪海洋无脊椎动物获得了极大发展,是海洋生物最主要的类群。在世界范围内的生物辐射事件再次发生,即所谓的"奥陶纪生物大辐射"。在演化层次和分类等级上,这次大辐射虽逊于"寒武纪大爆发",但其辐射规模远大于后者,是寒武纪的3倍。寒武纪生命大爆发主要体现在门纲级别的生物大辐射,而奥陶纪大辐射则在目、科、属级别的生物类群获得极大丰富     

沙门菌CWDMs乳酸脱氢酶同功酶的观察

采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法检测伤寒杆菌和甲型副伤寒杆菌的ＣＷＤＭｓ及其宁代细菌型和伤寒杆菌粗糙型的乳酸脱氢酶（ＬＤＨ）同功酶,以了解沙门菌ＣＷＤＭｓ生物氧化的特点和机制,探讨ＣＷＤＭｓ变异的性质。结果表明,伤寒杆菌和甲型副伤寒杆菌的细菌型及伤寒杆粗糙型在聚丙烯酰胺凝胶电泳后显示出相同的４种具有不同泳动速率的ＬＤＨ同功酶,但ＣＷＤＭｓ仅显示２种ＬＤＨ。ＣＷＤＭｓ的２种ＬＤＨ同功酶与其亲代细菌型及伤寒杆     

沙门菌CWDMs脂代谢检测

采用毛地黄皂苷敏感试验和菌细胞胆固醇、甘油三脂及胆碱酯酶定性与定量分析法,检测伤寒杆菌和甲型副伤寒杆菌经L 型变异后形成的细胞壁缺陷突变株(CW DM )的脂类代谢活性,了解这些CW DM 变异的性质和探讨细菌细胞壁缺陷突变与细菌演变的关系。结果表明,沙门菌CW DM s 具有显著的胆固醇和甘油三脂代谢活性、对毛地黄皂苷高度敏感并且还具有与白色念珠菌相似的胆固醇和甘油三脂的含量,但未能检出胆碱酯酶活性。CW DM s返祖菌丧失了脂类代谢酶类和胞浆膜不含胆固醇,恢复了与其亲代细菌型相似的代谢特征。提示在沙门菌天然即存在有与脂类及胆固醇代谢相关的基因,细胞壁的缺陷导致这些脂类及胆固醇代谢基因活化,以致 CW DM s 能够表达固醇和甘油三脂代谢活性和胞浆膜含有胆固醇     

光照对蕨类植物配子体假根向重力性的影响

对８种蕨类植物配子体假根向重力性反应的研究结果表明,除卷柏Ｓｅｌａｇｉｎｅｌｌａ ｔａｍａｒｉｓｃｉｎａ Ｓｐｒｉｎｇ配子体假根无向重力性反应并且其生长方向与光照方向无关外,其它７种的配子体假根均有向重力性反应,并且假根的向重力性反应在配子体发育初期,因光照的方向不同而异,表现为负向光性。随着配子体发育至片状体阶段,光对其向重力性反应的影响逐渐减弱,而重力的影响增强。在蕨类植物配子体发育初期,光对     

中国鳐类脑颅的研究

作者解剖观察了33种,隶于4目、7亚目、15科、19属的中国鳐类脑颅的形态。研究结果认为:锯鳐目和鳐目是原始类群,它们均具吻软骨,其中圆犂头鳐科和团扇鳐科是特化类群。电鳐目亦具吻软骨,它们是特化和退化类群。在较高等的鲼目则无吻软骨。依据鳐类不同的分类阶元,其脑颅亦各具有不同的式型。     

沙门菌CWDMs氨基酸代谢的检测

采用氨基氨利用生长试验和谷丙转氨酶（ＧＰＴ）、谷草转酶（ＧＯＴ）、乳酸脱氨酶（ＬＤＨ）、肌酸激酶（ＣＫ）、α－闳丁酸脱氢酶（α－ＨＢＤ）、γ－谷志肽酶（γ－ＧＴ）,酸性磷酸酶（ＡＣＰ）定性与定量分析法,检测伤ＣＷＤＭｓ变异的特点及其机制,探讨ＣＷＤＭｓ变异的性质及其与细胞壁缺陷突变的关系。结果表明,沙门菌ＣＷＤＭｓ变异的性质及其与细胞壁缺陷突变的关系。结果表明,沙门菌ＣＷＤＭｓ在仅含蛋氨酸或脯氨