5亿年前化石的发现揭示被囊动物起源的惊人秘密

　　研究人员描述了一个5亿年前的被囊动物（tunicate）化石物种。这项研究表明，现代被囊动物的体型在寒武纪大爆发后不久就已经形成了。

　　

在《自然通讯》(Nature Communications)的一项新研究中，哈佛大学生物与进化生物学系博士后Nanglu和合著者描述了一个名为Megasiphon thylakos的5亿年前的新化石——它来自一种奇妙的海洋无脊椎动物——被囊动物，化石揭示了被囊动物的祖先是静止的、滤食性的成年动物，很可能是从蝌蚪状的幼虫蜕变而来的。

被囊动物确实是一种奇怪的生物，它们有各种形状和大小，有着各种各样的生活方式。成年被囊动物的基本形状是典型的桶状，有两个虹吸管从它的身体突出。其中一个虹吸管通过吸力吸入含有食物颗粒的水，让动物通过内部的篮状过滤装置进食。动物进食后，另一个虹吸管将水排出。有两种主要的被囊动物谱系，海鞘目(通常被称为“海鞘”)和尾鞘目（appendicularias）。大多数海鞘目动物一开始看起来像蝌蚪，可以移动，然后变成有两个虹吸管的桶状成年动物。它们成年后生活在海底。相比之下，尾鞘目在成年后仍然保持着蝌蚪的样子，在上游水域自由游动。

Nanglu说:“它们最初是蝌蚪状的幼虫，当准备发育时，基本上是用头撞岩石，粘在岩石上，然后通过重新吸收自己的尾巴，用两个虹吸管开始变形，变成这种生物，令人惊叹。”

有趣的是，被囊动物是脊椎动物的近亲，包括鱼类、哺乳动物，甚至人类。如果不是从蝌蚪开始，很难想象这种奇怪的生物是如何与脊椎动物联系在一起的。被囊动物与脊椎动物的密切关系使得研究它们对于理解我们自己的进化起源至关重要。不幸的是，要做到这一点并不容易，因为在整个化石记录中几乎完全没有被囊动物，只有少数化石令人信服地作为该群体的成员出现。

由于化石如此之少，科学家们主要依靠从现代被囊动物身上了解到的东西。由于没有人知道被囊动物最后的共同祖先的形态和生态，科学家们只能假设它要么是一种有两个虹吸管的底栖动物，就像海鞘动物一样，要么是一种自由游泳的动物，就像尾尾动物一样。

M. thylakos 拥有海鞘类被囊动物的所有基本特征，一个桶状的身体和两个突出的虹吸管状生长体。但对研究小组来说，最突出的特征是化石身体上下的黑色条纹。高倍率图像使得研究人员能够与现代海鞘类动物进行并排比较。研究人员利用现代被囊动物乔娜的解剖部分来确定Megasiphon黑色带的性质。这些比较揭示了Ciona的肌肉与在5亿年前的化石中观察到的黑色带之间的惊人相似之处，Ciona的肌肉允许被囊动物打开和关闭虹吸管。

“巨型虹吸管的形态向我们表明，被囊动物祖先的生活方式是一种不移动的成年动物，用它的大虹吸管过滤进食，”“不仅能找到一个被囊动物化石，而且能提供一个独特的、无与伦比的视角来研究这个神秘群体的早期进化起源，这是非常罕见的。”

M. thylakos是迄今为止发现的唯一保存有软组织的被囊动物化石。它是起源于犹他州中寒武纪Marjum组的最古老的一种。该化石于2019年在参观犹他自然历史博物馆(UMNH)时，被共同作者研究助理Rudy Lerosey-Aubril和Javier教授Ortega-Hernández(都是生物和进化生物系的)认定为一种被膜动物。 

“化石立即引起了我们的注意，”Ortega-Hernández说，“尽管我们主要研究寒武纪节肢动物，比如三叶虫和它们的软体亲戚，但Megasiphon与现代被囊动物在形态上的相似之处太惊人了，我们无法忽视，我们立即知道这个化石将会讲述一个有趣的故事。”

Marjum组的化石可以追溯到寒武纪大爆发之后不久，寒武纪大爆发是地球历史上最重要的进化事件之一，大约发生在5.38亿年前。在此期间，化石记录中首次出现了最主要的动物种群，从根本上改变了海洋生态系统。然而，被囊动物在寒武纪岩石中却明显缺失，尽管它们在现代海洋中种类繁多、数量丰富。

美国有许多保存完好的寒武纪化石遗址，但与加拿大的伯吉斯页岩和中国的澄江相比，这些遗址往往被忽视。“Megasiphon的发现完美地说明了为什么哈维尔和我在过去的十年里一直在犹他州进行实地调查，”Lerosey-Aubril说。“Marjum地层现在吸引了我们所有的注意力，因为我们知道它保存了动物群体的化石，比如被囊动物或栉水母，这些化石几乎完全没有出现在寒武纪的化石记录中。”

分子钟估计表明海鞘类动物起源于4.5亿年前。然而，在5亿年前，M. thylakos提供了最清晰的视角来了解古代被囊动物的解剖结构和它们最早的进化史。重要的是，M. thylakos提供的证据表明，大多数现代被囊动物的身体结构在寒武纪大爆发后不久就已经形成了。

Nanglu说:“考虑到化石的特殊保存质量和年代，我们实际上可以对这种被囊动物的进化史有很多了解。”“这是一个令人难以置信的发现，因为在此之前，我们几乎没有确凿的证据证明这一群体的祖先生活方式。”在今年春天再次收集了数百块新化石后，研究人员确信，马琼地层才刚刚开始揭示它的秘密。

作者要特别感谢C. Levitt-Bussian和R.B. Irmis在访问犹他州自然历史博物馆(NHMU)期间提供的帮助，并为该机构收藏的标本的研究提供了便利。还要感谢土地管理局，特别是S.E.福斯和G.麦克唐纳，感谢他们把巨龙的原型存放在国立卫生大学，并提供了策展方面的帮助。