“行走的仙人掌” 揭开节肢动物的起源之谜

“行走的仙人掌”化石标本以及复原图。

本报记者 王天洋

近日，省委科技工委、省科技厅组织了中央和省级主流媒体记者集中采访重大基础研究成果的活动。在西北大学，一项被誉为“行走的仙人掌”的科学发现揭开了节肢动物的起源之谜。

2011年2月24日，西北大学刘建妮教授在英国《自然》杂志发表封面论文，内容是通过对我国云南澄江化石库中一种叫作“仙人掌滇虫”的叶足动物的研究，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，在国际古生物学界引起了巨大反响。

这一难题当时是如何破解的？记者专程走访了刘建妮教授，为您揭开其中的奥秘。

兴趣是最好的老师

爱因斯坦说过，兴趣是最好的老师。谈起为什么选择这类“貌不惊人”的微型古生物作为自己的研究对象，刘建妮饶有兴趣地说：“我从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软的、细弱的腿所支撑起来的肉乎乎的身体‘萌\’化了。”

叶足动物，顾名思义，是一类具有柔软叶片状足（附肢）的动物。这一类群虽然在5.4亿年的寒武纪非常繁盛，但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？据介绍，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。现生动物中，节肢动物占80%以上，同时节肢动物也是寒武纪大爆发时期的最庞大类群，因而其起源研究一直是进化生物学中最受关注的一个重大课题。节肢动物到底起源于哪一类更为低等的生物？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，学术界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。节肢动物之所以称为节肢动物，是因为它们同时具有分节的附肢和躯干。于是，节肢动物到底是先创新分节的附肢还是先进行躯干分节，构成了节肢动物起源谜团的争论焦点。

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。

六载艰辛揭开节肢动物演化奥秘

2005年，刘建妮在位于我国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”。它来自距今5.4亿年前的寒武纪海洋，浑身长刺，身体和腿基本一样粗。

“拿到这个化石的第一反应是觉得很奇特，但它的科学意义在哪？暂时又说不清楚。”刘建妮说。经过查阅大量文献和不断探索，2009年，她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的节肢动物的一个祖先。适逢当时拿到德国洪堡奖学金的资助，为了证明自己的推断，她带上近40块化石来到德国，和柏林自由大学及柏林自然科学博物馆的研究员仔细推敲，终于从中找到关键的生物演化信息。

他们发现，“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，这表明节肢动物附肢的分节明显早于躯干的分节，这一发现对节肢动物门起源与早期演化这一困扰学术界的科学难题给出了初步答案。

从找到第一块化石到最后以论文的形式发表，整个研究历时6年，中间反反复复经历了许多失败。刘建妮团队及国外合作者自始至终都秉持着严谨踏实的作风以及不功利不放弃的精神，经过一次次的讨论，一点点解决每一个疑难问题，辛勤的汗水才换来了现在的成果。

“行走的仙人掌”蜚声海内外

“行走的仙人掌”是刘建妮对“仙人掌滇虫”的昵称，因为其外形酷似具刺的仙人掌。

刘建妮首次揭示了“原口动物亚界”中最令学术界困惑的起源谜团，即节肢动物门的起源与早期演化难题，受到国际同仁的高度赞扬。英国皇家学会、剑桥大学对这一发现给予了高度评价，国内外几大主流媒体纷纷以专题新闻的形式报道了这一重大发现，美国国家地理新闻、英国著名的科普杂志《新科学家》、德国通讯社等国外多家学术媒体纷纷对该成果进行了大篇幅的报道。“行走的仙人掌”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。

多年来，刘建妮教授以其丰硕的科研成果多次获奖，先后荣获国家自然科学奖二等奖、陕西省科学技术奖一等奖、第十一届中国青年女科学家奖等奖项。当年女科学家获奖者中，她是最年轻的，地质学领域仅此1项。

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