我校科研人员论证最早的生命演化权衡现象

在漫长的生命演化历程中,每一个生物所能获取的资源(能量、时间、空间等)是有限的。为了能达到个体生存、繁殖乃至精神层面的最佳状态,生物要充分利用有限的资源,优化配置到身体的各种性状。这种近缘物种之间出现的表型此消彼长的可塑性演化现象被称作“演化权衡”。权衡是现代生物学家研究的重要课题,但是因为缺少化石记录,使得人们对其在早期生命演化中的所起到的作用和影响知之甚少。

中国地质大学(北京)欧强,我校早期生命与演化创新团队韩健和舒德干等通过对寒武纪节肢动物孵育行为的研究,论证了已知最早的演化权衡现象,并提出在早期节肢动物走向辐射演化并大量繁殖的过程中,“权衡”机制可能曾经扮演了非常重要的角色。这支来自中国地质大学(北京)、我校和云南大学、玉溪师范学院等高校的联合科研团队对我国澄江生物群及加拿大布尔吉斯页岩生物群的1000多枚寒武纪瓦普塔虾类节肢动物化石标本进行了研究,团队发表在429日出版的《科学·进展》(Science Advance)上的研究成果,将演化权衡追溯到了距今5.2亿年前的寒武纪时期。

瓦普塔虾科(Waptiidae)是节肢动物一个已绝灭的原始类群,与现代海洋甲壳动物亲缘关系很近。它们的化石在中国寒武纪早期的澄江生物群以及加拿大寒武纪中期的布尔吉斯页岩生物群都有记录。欧强、韩健、舒德干等研究人员基于澄江生物群中隶属瓦普塔虾科的卵形川滇虫Chuandianella
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)共计1020枚化石标本的观察,发现其中4枚保存了精美的受精卵,部分卵还保存有胚胎的证据。这些卵被母体携带在左右双瓣壳内表面,在它们孵化过程中提供物理性保护并保障营养物质及氧气供应,使后代获得最大的成活率。

欧强介绍,几年前曾经有国外研究者报道了布尔吉斯页岩中菲尔德瓦普塔虾Waptia fieldensis)携卵现象,论证了在距今5.08亿年前,瓦普塔虾就有类似现代甲壳动物的孵育行为。欧强等人发现,卵形川滇虫携带的卵数量普遍多,最多者总数可达100颗以上,但直径普遍小(均为0.5毫米左右);而菲尔德瓦普塔虾携带的卵普遍都少,最多者仅为25颗卵,但直径都很大(普遍大于2毫米)。这些孵育性状的鲜明对比,揭露了这两种近缘节肢动物的繁殖策略发生了明显改变,反映了它们在自然选择作用下对寒武纪不同生态环境的适应性演化。

“从演化的角度来看,它们在后代的数量—质量之间进行了‘权衡’。”欧强说,这项得到了中国国家自然科学基金委员会、中科院先导计划、中国教育部及外专局“111计划、德国洪堡基金会等机构的联合资助的研究表明,在寒武纪早期,生物还是追求“多子多福”;而到了寒武纪中期,“优生优育”显然更受到青睐。(熊晓芬)

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寒武纪两种瓦普塔虾在孵育繁殖策略上表现出演化权衡(欧强 设计/王晓东 绘制)



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