中新網(wǎng)西安9月29日電 (記者 阿琳娜)從蝸牛的殼、螃蟹的甲，到人類的骨頭——?jiǎng)游锏摹坝补羌堋笔窃趺磥?lái)的？地球上的動(dòng)物骨骼是如何長(zhǎng)出來(lái)的？

　　西北大學(xué)29日對(duì)外公布，該校張志飛教授指導(dǎo)博士研究生胡亞洲及團(tuán)隊(duì)成員，聯(lián)合課題組外專Timothy Topper和Luke Strotz教授及中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所李國(guó)祥研究員與潘兵博士，對(duì)產(chǎn)自中國(guó)華北板塊寒武紀(jì)早期猴家山組的開(kāi)腔骨骨片開(kāi)展了系統(tǒng)研究，成果以亮點(diǎn)封面論文發(fā)表在美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)著名期刊——GEOLOGY。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，5億年前的化石里藏著動(dòng)物最早由上皮組織控制骨骼生長(zhǎng)的證據(jù)，刷新了人類對(duì)早期動(dòng)物的認(rèn)知。

　　據(jù)介紹，動(dòng)物是顯生宙地球上的創(chuàng)新主角。珊瑚、腕足動(dòng)物、軟體動(dòng)物和管棲環(huán)節(jié)動(dòng)物(原口動(dòng)物)等往往具有防御用外骨骼，棘皮動(dòng)物和各種脊椎動(dòng)物等(后口動(dòng)物)往往具有支撐身體的內(nèi)骨骼。現(xiàn)代生物學(xué)的研究認(rèn)為原口動(dòng)物和后口動(dòng)物骨骼的礦化機(jī)制和生理過(guò)程可能不同，但均是在上皮組織或者結(jié)締組織控制下形成的礦化結(jié)構(gòu)。那么，現(xiàn)如今地球上的骨骼起源于什么時(shí)候呢？動(dòng)物這種“靠組織控制長(zhǎng)硬殼”的能力，是從什么時(shí)候開(kāi)始有的？

　　目前，已知最早的動(dòng)物礦化骨骼記錄來(lái)源于約5.6—5.2億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期，地球動(dòng)物很可能在此時(shí)獲得了各種礦化能力。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為動(dòng)物骨骼的出現(xiàn)很可能與捕食者與被捕食者之間的“軍備競(jìng)賽”有關(guān)，也就是人們常說(shuō)的“防御天敵”，即在攻防之間演化出了攻擊用的利爪與牙齒，也形成了防御用的厚重殼體，但具體機(jī)制還不清晰。

　　不僅最早礦化骨骼為什么出現(xiàn)這一重大科學(xué)問(wèn)題沒(méi)有解決，該時(shí)期動(dòng)物如何控制骨骼形成也一直是古生物界的難題。寒武紀(jì)早期的骨骼化石材料雖然不同程度地保存了較為精細(xì)的殼體形態(tài)，但這些材料并未保存細(xì)節(jié)證據(jù)，以揭示早期動(dòng)物骨骼是由什么控制形成、是否和現(xiàn)代動(dòng)物骨骼一樣，由上皮組織或者結(jié)締組織控制形成，亟待新材料的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新理論的提出。而西北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的來(lái)自中國(guó)華北板塊寒武紀(jì)早期猴家山組的開(kāi)腔骨骨片，為我們揭秘了這一科學(xué)難題。

　　團(tuán)隊(duì)對(duì)這些極其微小的開(kāi)腔骨骨片開(kāi)展了系統(tǒng)研究。通過(guò)對(duì)大量大小僅為300μm化石骨片的掃描電鏡、顯微CT、聚焦離子束與掃描電鏡聯(lián)用及透射電子顯微鏡能譜分析，發(fā)現(xiàn)了這些骨片上存在大量以黏土礦物保存的多邊形結(jié)構(gòu)，如同“蜂巢”一般包覆整個(gè)開(kāi)腔骨骨片。

　　團(tuán)隊(duì)通過(guò)和現(xiàn)生貝殼對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這些多邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與軟體動(dòng)物珠母貝棱柱層間的有機(jī)質(zhì)框架在大小、形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)上存在著極大的相似性，因此認(rèn)為開(kāi)腔骨化石骨片上的多邊形結(jié)構(gòu)與軟體動(dòng)物的有機(jī)質(zhì)框架結(jié)構(gòu)在起源、分泌方式上類似，兩者的形成受控于表皮細(xì)胞，都發(fā)育有細(xì)胞間的棱和柱狀結(jié)構(gòu)。其礦化骨骼與現(xiàn)代軟體動(dòng)物一樣也形成于這些多邊形有機(jī)框架中。

　　結(jié)合軟體動(dòng)物有機(jī)質(zhì)框架的形成過(guò)程及形成機(jī)制，研究認(rèn)為，疑難動(dòng)物化石開(kāi)腔骨類內(nèi)部的空腔是屬于表皮細(xì)胞包圍形成的真體腔，這就意味著，5億年前的開(kāi)腔骨化石具有現(xiàn)代真后生動(dòng)物以表皮細(xì)胞形成上皮組織，進(jìn)而控制外部骨骼礦化的能力。

　　現(xiàn)代動(dòng)物系統(tǒng)學(xué)研究表明，動(dòng)物四大組織(上皮組織、結(jié)締組織、肌肉組織和神經(jīng)組織)的出現(xiàn)是真后生動(dòng)物的典型特征。寒武紀(jì)開(kāi)腔骨化石上皮組織多邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及其顯微結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)表明，該寒武紀(jì)疑難類化石隸屬于一種真后生動(dòng)物。

　　此前，專家認(rèn)為，開(kāi)腔骨可能跟海綿動(dòng)物存在一定的相似性，具有親緣關(guān)系。而研究發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)開(kāi)腔骨類與以中膠層造骨細(xì)胞形成礦化骨針、無(wú)任何組織分化的海綿類側(cè)生動(dòng)物完全不同，因此完全否定了開(kāi)腔骨類化石屬于或者與海綿動(dòng)物親緣關(guān)系親近的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

　　評(píng)審專家認(rèn)為該研究的最大亮點(diǎn)是將現(xiàn)代生物礦化原理應(yīng)用于早期殼體化石，并通過(guò)多學(xué)科的交叉研究方法揭示了寒武紀(jì)大爆發(fā)期間動(dòng)物礦化顯微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，代表了真正的與礦化結(jié)構(gòu)相關(guān)的上皮組織在寒武紀(jì)大爆發(fā)期間的首次發(fā)現(xiàn)，表明在寒武紀(jì)大爆發(fā)的早期，即使是一些比較低等的疑難動(dòng)物，已經(jīng)具有形成類似于現(xiàn)代高等動(dòng)物復(fù)雜礦化骨骼的能力。(完)