寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物繁殖的演化權(quán)衡 基于瓦普塔蝦類化石標(biāo)本的研究
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時(shí)間：2025-12-11 21:50:37
寒武紀(jì)兩種瓦普塔蝦類節(jié)肢動(dòng)物在孵育繁殖策略上表現(xiàn)出演化權(quán)衡。物繁瓦普上為寒武紀(jì)早期的演化研究卵形川滇蟲，下為寒武紀(jì)中期的權(quán)衡菲爾德瓦普塔蝦。（歐強(qiáng) 設(shè)計(jì)/王曉東 繪制）
“卵形川滇蟲”（Chuandianella ovata）化石
（計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（MICRO-CT）對(duì)“卵形川滇蟲”（Chuandianella ovata）卵的重建圖）
卵形川滇蟲（Chuandianella ovata）與菲爾德瓦普塔蝦（Waptia fieldensis）的孵育行為。（A,石標(biāo)B）卵形川滇蟲（ELEL-SJ081254A）及線條解釋圖。（C,寒武D）菲爾德瓦普塔蝦（ROMIP 63357）及卵簇局部放大。（E,紀(jì)節(jié)基于F）菲爾德瓦普塔蝦（ROMIP 63354）及卵簇局部放大
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)玉溪師范學(xué)院新聞網(wǎng)（張帆）：玉溪師范學(xué)院與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）、西北大學(xué)、肢動(dòng)殖云南大學(xué)、物繁瓦普法國(guó)里昂第一大學(xué)等中外聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)在4月29日出版的演化研究最新一期美國(guó)《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表論文“Evolutionary trade-off in reproduction of Cambrian arthropods”，論文基于對(duì)我國(guó)澄江生物群及加拿大布爾吉斯頁(yè)巖生物群的權(quán)衡一千多枚寒武紀(jì)瓦普塔蝦類節(jié)肢動(dòng)物化石標(biāo)本的研究，論證了已知最早的演化權(quán)衡現(xiàn)象，并提出權(quán)衡這種可塑性演化規(guī)律對(duì)于節(jié)肢動(dòng)物走向巨大成功，扮演了重要的角色。
“權(quán)衡”在現(xiàn)代生物的生命史策略演化中扮演著關(guān)鍵的角色。每一個(gè)生物所獲取的資源（能量、時(shí)間、溫州外圍（溫州外圍女）外圍上門(微信189-4469-7302）一二線城市外圍預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源空間等）是有限的，它需要“權(quán)衡”有限資源的優(yōu)化配置，合理利用到身體的各種不同結(jié)構(gòu)，以達(dá)到個(gè)體生存、繁殖乃至精神層面的最佳狀態(tài)。生物學(xué)家將近緣物種之間出現(xiàn)的表型此消彼長(zhǎng)的可塑性演化現(xiàn)象稱為“演化權(quán)衡”。權(quán)衡是現(xiàn)代生物學(xué)家研究的重要課題，但在化石記錄中一直難覓蹤影。該項(xiàng)研究將演化權(quán)衡追溯到了距今五億兩千多萬(wàn)年前的寒武紀(jì)時(shí)期。
瓦普塔蝦科（Waptiidae）為節(jié)肢動(dòng)物一個(gè)已絕滅的原始類群，與現(xiàn)代海洋甲殼動(dòng)物親緣關(guān)系很近。它們的化石在中國(guó)華南寒武紀(jì)早期的澄江生物群以及加拿大寒武紀(jì)中期的布爾吉斯頁(yè)巖生物群都有記錄。幾年前，國(guó)外研究者報(bào)道了布爾吉斯頁(yè)巖中“菲爾德瓦普塔蝦”（Waptia fieldensis）攜卵現(xiàn)象，論證了瓦普塔蝦有類似現(xiàn)代甲殼動(dòng)物的孵育行為。論文基于澄江生物群中隸屬瓦普塔蝦科的“卵形川滇蟲”（Chuandianella ovata）共計(jì)1020枚化石標(biāo)本的觀察，發(fā)現(xiàn)其中4枚保存了精美的受精卵，部分卵還保存有胚胎的證據(jù)。這些卵被母體攜帶在左右雙瓣殼內(nèi)表面，在它們孵化過(guò)程中提供物理性保護(hù)并保障營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及氧氣供應(yīng)，使后代獲得最大的成活率。
研究發(fā)現(xiàn)，卵形川滇蟲攜帶的卵數(shù)量普遍多，最多者總數(shù)可達(dá)100顆以上，但直徑普遍小（均為0.5毫米左右）；形成鮮明對(duì)比的是，菲爾德瓦普塔蝦攜帶的卵普遍都少，最多者僅為25顆卵，但直徑都很大（普遍大于2毫米）。這些孵育性狀的鮮明對(duì)比，揭露了這兩種近緣節(jié)肢動(dòng)物的繁殖策略發(fā)生了明顯改變，反映了它們?cè)谧匀贿x擇作用下對(duì)寒武紀(jì)不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性演化。它們?cè)诤蟠臄?shù)量-質(zhì)量之間進(jìn)行了“權(quán)衡”——“多子多福”興于寒武紀(jì)早期，而“優(yōu)生優(yōu)育”則在寒武紀(jì)中期受到青睞。本項(xiàng)研究展現(xiàn)了演化權(quán)衡在寒武紀(jì)干群甲殼類動(dòng)物中的清晰記錄；早期節(jié)肢動(dòng)物得以輻射演化、大量繁盛，權(quán)衡機(jī)制可能曾經(jīng)扮演了非常重要的角色。
陳愛(ài)林認(rèn)為澄江化石是研究寒武紀(jì)物種多樣性和生態(tài)多樣性現(xiàn)象起源最珍貴的化石寶庫(kù)，未來(lái)仍然具有重要研究潛力。該項(xiàng)研究我校陳愛(ài)林博士與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)歐強(qiáng)教授為共同通訊作者。這項(xiàng)研究得到中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)教育部及外專局“111計(jì)劃”、德國(guó)洪堡基金會(huì)等機(jī)構(gòu)的聯(lián)合資助。
Science Advances 雜志為全球著名學(xué)術(shù)期刊《Science》子刊，2019年中科院期刊分區(qū)為1區(qū)，影響因子12.804。
論文引用：Q. Ou, J. Vannier, X. Yang, A. Chen, H. Mai, D. Shu, J. Han, D. Fu, R. Wang, G. Mayer, Evolutionary trade-off in reproduction of Cambrian arthropods. Sci. Adv. 6, eaaz3376 (2020)
全文獲取地址：https://advances.sciencemag.org/content/6/18/eaaz3376
相關(guān)報(bào)道：寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物孵育策略之演化權(quán)衡
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）：每一個(gè)生物在生命周期內(nèi)獲取的能量、時(shí)間、空間等資源都是有限的。它需要“權(quán)衡”有限資源的充分利用，優(yōu)化配置后“投資”到身體各種性狀中，以達(dá)到個(gè)體生存、繁殖乃至精神層面的最佳狀態(tài)。以我們?nèi)祟悾℉omo sapiens）為例，父母親通常需要在后代的數(shù)量和質(zhì)量之間進(jìn)行權(quán)衡——如果大量生育、粗放地?fù)狃B(yǎng)眾多后代，則對(duì)每個(gè)孩子投資不足，導(dǎo)致部分后代營(yíng)養(yǎng)不良甚至夭折、或成年后生存狀況不佳；如果僅生育、精心培養(yǎng)少數(shù)后代，則可保障每個(gè)孩子都有較高的存活率及生活質(zhì)量。
權(quán)衡（Trade-offs）在現(xiàn)代生物的生命史策略演化中扮演著重要的角色。生物學(xué)家將近緣物種之間出現(xiàn)的表型此消彼長(zhǎng)的可塑性演化規(guī)律稱為“演化權(quán)衡”。權(quán)衡法則遍行于生命世界，是現(xiàn)代生物學(xué)家研究的重要課題，但在化石記錄中一直難覓蹤影。
近日，我校地球科學(xué)與資源學(xué)院、早期生命演化實(shí)驗(yàn)室歐強(qiáng)教授與西北大學(xué)舒德干教授、韓健研究員等通過(guò)對(duì)隸屬瓦普塔蝦科（Waptiidae）的一千多枚寒武紀(jì)原始節(jié)肢動(dòng)物的研究，將生物“演化權(quán)衡”自然法則的起源追溯到了寒武紀(jì)早期。該成果發(fā)表于美國(guó)綜合性學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）。
瓦普塔蝦科（Waptiidae）為泛甲殼類節(jié)肢動(dòng)物一個(gè)已絕滅的原始類群，與現(xiàn)代海洋甲殼動(dòng)物親緣關(guān)系很近。它們的化石記錄在中國(guó)華南寒武紀(jì)早期的澄江生物群以及加拿大寒武紀(jì)中期的布爾吉斯頁(yè)巖生物群都有發(fā)現(xiàn)。2016年，國(guó)外學(xué)者報(bào)道了布爾吉斯頁(yè)巖中“菲爾德瓦普塔蝦”（Waptia fieldensis）攜卵現(xiàn)象，論證了瓦普塔蝦有類似現(xiàn)代甲殼動(dòng)物的孵育行為。歐強(qiáng)團(tuán)隊(duì)基于澄江生物群“卵形川滇蟲”（Chuandianella ovata）1020枚化石標(biāo)本觀察，論證了該物種與菲爾德瓦普塔蝦的親緣關(guān)系非常近，并發(fā)現(xiàn)其中4枚保存了受精卵，部分卵內(nèi)還保存有胚胎的證據(jù)。母體將卵攜帶在左右雙瓣甲殼的內(nèi)表面，在孵化過(guò)程中提供物理性保護(hù)并保障營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及氧氣供應(yīng)，使后代獲得最大的成活率。
此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，卵形川滇蟲攜帶的卵數(shù)量普遍多（最多者總數(shù)達(dá)100顆以上），但直徑普遍小（均為~0.5毫米）；與此形成鮮明對(duì)比的是，菲爾德瓦普塔蝦攜帶的卵普遍少（最多者僅為25顆卵），但直徑普遍大于2毫米。這兩種孵育性狀（卵徑-卵數(shù)）明顯的負(fù)相關(guān)性指示了這兩種瓦普塔蝦的繁殖策略發(fā)生了明顯的改變，反映了它們?cè)谧匀贿x擇作用下對(duì)寒武紀(jì)不同時(shí)期、不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性演化。
相比卵形川滇蟲，菲爾德瓦普塔蝦攜帶的卵明顯碩大，兩者單個(gè)卵的體積相差約60倍。卵大者，卵黃含量更多。卵黃內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)和維生素，是母體提供給后代胚胎發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此，菲爾德瓦普塔蝦的卵營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備更豐富，胚胎發(fā)育更好，幼體則更健康，存活率也更高。從演化角度來(lái)看，這兩個(gè)近緣節(jié)肢動(dòng)物在后代的數(shù)量-質(zhì)量之間進(jìn)行了“權(quán)衡”——“多子多福”興于寒武紀(jì)早期，而“優(yōu)生優(yōu)育”則在寒武紀(jì)中期受到青睞。該研究展現(xiàn)了演化權(quán)衡在寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物中的清晰記錄，論證了權(quán)衡機(jī)制自寒武紀(jì)以來(lái)就一直普遍作用于生命演化當(dāng)中；此外，寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物在繁殖策略上的演化權(quán)衡，對(duì)于該門類走向巨大成功，可能扮演了重要角色。
上述研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》：Ou, Q.*, Vannier, J., Yang X.F., Chen, A.L.*, Mai H.J., Shu, D.G., Han, J., Fu, D.J., Wang, R., Mayer, G., 2020. Evolutionary trade-off in reproduction of Cambrian arthropods. Science Advances. 6, eaaz3376. DOI: 10.1126/sciadv.aaz3376, 2020. [IF=13.267]
全文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/18/eaaz3376.full.pdf
相關(guān)報(bào)道：中國(guó)學(xué)者論證最早生命演化權(quán)衡現(xiàn)象
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)（池涵 熊曉芬）：在漫長(zhǎng)的生命演化歷程中，每一個(gè)生物所能獲取的資源（能量、時(shí)間、空間等）是有限的。為了能達(dá)到個(gè)體生存、繁殖乃至精神層面的最佳狀態(tài)，生物要充分利用有限的資源，優(yōu)化配置到身體的各種性狀。這種近緣物種之間出現(xiàn)的表型此消彼長(zhǎng)的可塑性演化現(xiàn)象被稱作“演化權(quán)衡”。權(quán)衡是現(xiàn)代生物學(xué)家研究的重要課題，但是因?yàn)槿鄙倩涗洠沟萌藗儗?duì)其在早期生命演化中的所起到的作用和影響知之甚少。
中國(guó)科學(xué)家歐強(qiáng)、韓健和舒德干等人通過(guò)對(duì)寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物孵育行為的研究，論證了已知最早的演化權(quán)衡現(xiàn)象，并提出在早期節(jié)肢動(dòng)物走向輻射演化并大量繁殖的過(guò)程中，“權(quán)衡”機(jī)制可能曾經(jīng)扮演了非常重要的角色。
這支來(lái)自中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）、西北大學(xué)、云南大學(xué)、玉溪師范學(xué)院等高校的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)對(duì)我國(guó)澄江生物群及加拿大布爾吉斯頁(yè)巖生物群的1000多枚寒武紀(jì)瓦普塔蝦類節(jié)肢動(dòng)物化石標(biāo)本進(jìn)行了研究，團(tuán)隊(duì)發(fā)表在4月29日出版的《科學(xué)·進(jìn)展》上的研究成果，將演化權(quán)衡追溯到了距今5.2億年前的寒武紀(jì)時(shí)期。
瓦普塔蝦科是節(jié)肢動(dòng)物一個(gè)已絕滅的原始類群，與現(xiàn)代海洋甲殼動(dòng)物親緣關(guān)系很近。它們的化石在中國(guó)寒武紀(jì)早期的澄江生物群以及加拿大寒武紀(jì)中期的布爾吉斯頁(yè)巖生物群都有記錄。
歐強(qiáng)、韓健、舒德干等研究人員基于澄江生物群中隸屬瓦普塔蝦科的“卵形川滇蟲”共計(jì)1020枚化石標(biāo)本的觀察，發(fā)現(xiàn)其中4枚保存了精美的受精卵，部分卵還保存有胚胎的證據(jù)。這些卵被母體攜帶在左右雙瓣殼內(nèi)表面，在它們孵化過(guò)程中提供物理性保護(hù)并保障營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及氧氣供應(yīng)，使后代獲得最大的成活率。
歐強(qiáng)介紹說(shuō)，幾年前曾經(jīng)有國(guó)外研究者報(bào)道了布爾吉斯頁(yè)巖中“菲爾德瓦普塔蝦”攜卵現(xiàn)象，論證了在距今5.08億年前，瓦普塔蝦就有類似現(xiàn)代甲殼動(dòng)物的孵育行為。歐強(qiáng)等人發(fā)現(xiàn)，卵形川滇蟲攜帶的卵數(shù)量普遍多，最多者總數(shù)可達(dá)100顆以上，但直徑普遍小（均為0.5毫米左右）；而菲爾德瓦普塔蝦攜帶的卵普遍都少，最多者僅為25顆卵，但直徑都很大（普遍大于2毫米）。這些孵育性狀的鮮明對(duì)比，揭露了這兩種近緣節(jié)肢動(dòng)物的繁殖策略發(fā)生了明顯改變，反映了它們?cè)谧匀贿x擇作用下對(duì)寒武紀(jì)不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性演化。
“從演化的角度來(lái)看，它們?cè)诤蟠臄?shù)量—質(zhì)量之間進(jìn)行了‘權(quán)衡’。”歐強(qiáng)笑著說(shuō)。研究表明，在寒武紀(jì)早期，生物還是追求“多子多福”；而到了寒武紀(jì)中期，“優(yōu)生優(yōu)育”顯然更受到青睞。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz3376
