陕西省科学技术协会科普专栏 “行走的仙人掌” 揭开节肢动物的起源之谜
????“行走的仙人掌”化石“行走的仙人掌”它是什么？也许有人觉得疑惑，仙人掌还会走？其实它不仅会走还“道”出了长期困扰科学家们的谜题——节肢动物是先有附肢的分节还是躯干的分节。通过这小小的化石，科学家向我们揭示了这些远古小生命的生命演化进程。在西北大学记者见到了该校地质学系的刘建妮教授，听她告诉您“行走的仙人掌”都说了些啥。
“行走的仙人掌”长什么样
大约6厘米长，浑身长着刺、很多条腿，并且身体和腿基本一样粗……“这就是那个‘行走的仙人掌\’。”刘建妮说，‘行走的仙人掌\’是“仙人掌滇虫Dianiacacti?fomis”的昵称，因为其外形酷似具刺的仙人掌，身上有11对腿。它来自5.4亿年前的寒武纪海洋，就是这样的化石揭开了节肢动物门起源与早期演化这一长期困扰学术界的科学难题。
这种“会行走的仙人掌”吃什么呢？刘建妮教授说，现在还没有直接的化石证据表明它正在抓东西吃或者肠道内有别的食物的残渣，但是它有一个吻部，它的腿也比较有力，因此推测它应该可以抓小生物来吃。
“从2001年攻读硕士研究生阶段就开始从事寒武纪叶足动物的系统研究，之所以选择叶足动物，完全是因为被它们柔然的、细弱的腿所支撑起来的肉乎乎的身体‘萌\’化了，因而当时毫不犹豫地选择了它们作为我的研究对象。”刘建妮说。
科学家是怎么发现它的
在地球生命演化的这46亿年，距今5.4亿年前寒武纪之初，绝大多数动物门类大约在4000万年的时间内突然爆发性地出现，进化生物学家和古生物学家形象地称之为寒武纪生命大爆发。寒武纪生命大爆发曾经让达尔文困惑不已，也让进化生物学家伤透脑筋，然而最终的解题钥匙还是赋存在远古的化石中。
化石是曾经生活在地球上远古生命为我们留下的特殊文字，是保存“生命的档案”，对化石的研究为人类开启了一扇了解生物演化的窗口。在我国云南地区的澄江化石库，保存了非常精美的软躯体的构造，就像蚯蚓一样的生物甚至节肢动物身上的卵都可以保存，所以它被誉为探索寒武纪生命大爆发最佳的一个窗口。
节肢动物的起源和多样性分异问题，长期以来一直是学术界努力探索的热点及焦点问题，而想要揭示节肢动物起源的奥秘及演化历程，除了分子生物学和解剖学所给出的间接证据外，更需要已灭绝了的“叶足动物”提供直接的化石实证。2005年，我在云南澄江的寒武纪化石库中发现了一种奇特的生物——‘仙人掌滇虫\’。拿到这个化石的第一反应觉得很奇特，但它的科学意义在哪，又说不清楚”。刘建妮说，在大量阅读文献的基础上，2009年初步推断这种生物极有可能是学术界期待已久的，曾湮没在远古历史尘埃中节肢动物的一个祖先。
“行走的仙人掌”讲述着它的故事
为了证明自己的推断，适逢当时正好拿到德国洪堡奖学金的资助，因而，刘建妮带上近40块化石来到德国，和柏林自由大学的MichaelSteiner博士及柏林自然科学博物馆的JasonADunlop研究员仔细观察和研究化石，终于从中找到了关键的生物演化信息。发现“仙人掌滇虫”已经发育出分节的附肢，但却仍保留着柔软的蠕形躯干，这一确凿的化石证据表明节肢动物附肢的分节明显早于躯干的分节。
节肢动物到底起源于哪一类更为低等的生物？现生动物学家曾提出过各种猜想，莫衷一是。古生物学家和进化生物学家根据寒武纪时广泛出现的躯干和附肢皆不分节的叶足动物化石曾推测，这些构造简单的蠕形动物很可能是节肢动物的原始祖先。然而，一直没有发现这两大类群之间关键的早期演化过渡类型的化石证据。但“行走的仙人掌”的发现首次初步破解了节肢动物门起源与早期演化这一长期困扰学术界的科学难题。“行走的仙人掌”已经发育出分节的附肢，但却仍保留着柔软的蠕形躯干，确凿的化石实证表明节肢动物附肢的分节早于躯干的分节。
为什么要研究这类已灭绝的动物
要探索节肢动物的起源，首先要知道什么是节肢动物，节肢动物是具有分节的附肢也就是腿和躯干的动物，通俗地说，这类动物它的腿和身体都分节了，刚好有这么一大类群在澄江生物群里，它叫叶足动物，是一类具有柔然的叶片状的足（附肢）的动物，身体是蠕型的柔软的。生物的演化是从低级到高级从简单到复杂的历程，很容易想到节肢动物的腿和身体极有可能就是来自这种不分节的动物，换句话说就是叶足动物极有可能是节肢动物的祖先。
叶足动物虽然在5.4亿年的寒武纪非常繁盛，现在已经全部灭绝了。既然叶足动物已经全部灭绝，研究它们有什么意义呢？刘建妮表示，叶足动物虽然已经灭绝，但它与地球上最大优势类群节肢动物（蜘蛛、蟑螂、蝴蝶、蚊子等）的起源密不可分。那么，演化的过程中到底是腿先分节还是身体先分节，这个是长期以来困惑进化生物学家和古生物学家的一个科学难题。
生活中有很多都是节肢动物
“如果未来人类灭绝了，会是一个什么样的生物来占领这个世界？”英国剑桥大学的一位教授来西北大学作报告时，有学生这样问道。这位剑桥大学的教授回答说，猜想应该是类似于节肢动物之类的生物。
刘建妮说，节肢动物是在寒武纪大爆发时候产生的一个优势的群体，在整个寒武纪化石库里面，节肢动物至少70%以上。现实生活中节肢动物随处可见，比如经常吃的大虾，漂亮的蝴蝶、螃蟹、蜈蚣、蜘蛛、蚊子和苍蝇这些生命力顽强的生物，都属于节肢动物。节肢动物是寒武纪大爆发的优势群体而且它将这种优势保留至今，它是现生动物保留最庞大的一类，占现生全部动物物种的80%以上。
这项研究成果引起国际广泛关注
看似遥远而毫无关联，但却重要而无可替代，这就是基础研究的意义。成功都是留给有准备的人，该研究成果最终在《自然》杂志以封面文章的形式刊登，在国际学术界引起了极大的轰动。“仙人掌滇虫”研究还入选了2012年度国际十大生物新属种，这是唯一入选的化石新属种，也是唯一一个代表中国入选的生物新属种。刘建妮说，从找到第一块化石到最后以论文的形式发表，整个研究工作前前后后历时六年，中间也反反复复经历了很多的失败和挫折，最后的成绩是与整个团队协作密不可分的。
在与化石为伴的日子里，刘建妮对这些远古来者的热爱感飙升，她说，如果不喜欢化石，即使非常漂亮的化石摆在面前也看不到。在做基础研究的同时，刘建妮教授也将科普知识作为了自己的责任和义务，由她主讲的《化石趣谈》好评如潮。
“很多时候化石保存也有假象，如何正确区分生物原生结构和后期沉积构造是关键。”刘建妮在科普时曾经描述过真假化石之间的区别。一定要是地质历史时期，有一个严格的时间界限，1万年以前的才是古生物研究范畴。她说，真的化石一定要在地质历史时期的岩层中，而非现代沉积层。最后一点，这个化石一定要具有生物特征，是生物的遗体或遗迹。就算满足了前两点，但是不具备形态、结构、纹饰、成分等生物特征就坚决不能称之为化石。
文/图本报记者王嘉
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