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顯微CT為早期節肢動物進行“虛擬解剖”

2020-06-30 中國科學報 張雙虎
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劉煜供圖

  近日,《細胞—當代生物學》在線發表云南大學與哈佛大學共同完成的關于澄江節肢動物個體發育的論文。該研究突破了以往僅能對動物背甲結構的大小及形態變化進行研究的局限。研究人員利用顯微CT技術,為未來澄江節肢動物腿肢等軟體構造的發育生物學研究打開了新窗口。

  “節肢動物的口板跟頭部的腿肢一起,形成一個幾乎閉合的口器以便取食。”論文第一作者、云南大學古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室研究員劉煜對《中國科學報》說,“我們借助顯微CT及計算機三維復原手段,首次清晰揭示了寒武紀大附肢類節肢動物——迷人林喬利蟲頭部保存的口板等精細結構。這些細微結構是使用傳統研究手段無法觀察和研究的。”

  一直以來,研究者主要使用光學顯微鏡等傳統成像技術對澄江化石的形態進行觀察,且局限在對化石表面所保存的二維結構的觀察上,而保存在化石標本內部的動物身體結構信息,只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。

  正因如此,研究者對早期節肢動物身體許多重要的精細結構(如口板)是否真正存在這一科學問題,只能通過分支分析等方法進行推測。即便推測準確,也無法對這類精細結構的真實形態進行展示。在高精度顯微CT的幫助下,研究人員用無損方式,對澄江節肢動物身體的精細結構進行任意角度的高精度復原與觀察,使用計算機三維軟件對其身體模型進行“虛擬解剖”并對各部分結構進行研究。

  “我們將化石數據與現生節肢動物胚胎發育數據進行了對比,發現迷人林喬利蟲作為螯肢類節肢動物(如蜘蛛、蝎子等)在寒武紀的代表,已經進化出明顯的、與現生節肢動物口板同源的結構。”劉煜說,“這說明現生節肢動物中普遍存在的這一口前的突起構造,早在5.18億年前的干群螯肢動物中就已出現。”

幸运赛车开奖历史  此外,研究人員還對動物頭部進行了縱向數碼切割,發現該口板結構往體內延伸的狹窄咽部通道,這與在該物種成蟲標本上觀察到的現象一致。該研究為古生物、進化生物學界深入認識長久以來困擾研究人員的節肢動物頭部問題提供了直接化石證據。

幸运赛车开奖历史  論文中,研究人員還就射齒類動物(如奇蝦)身體結構中可能與真節肢動物口板同源的結構展開了討論。

  “射齒類動物的大爪肢是不是真節肢動物口板的同源結構,是我們下一階段要解決的科學問題。”劉煜說。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.05.085

打印 責任編輯:侯茜
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