基本信息
- 项目名称：
- 生命大爆发时期节肢动物进化的关键环节
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- “寒武纪生命大爆发”指发生于5亿3千万年前的一次重要的地史事件，该事件代表了多门类后生生物的"爆发式"出现及其快速演化和高度分异时期，其在生物演化上具有重要的意义，故一直受到古生物学，进化生物学等领域研究者的重视。作者在对新发现的保存精美软躯体结构的广卫虾进行了详细的研究对比后认为：广卫虾兼具有真节肢动物和原节肢动物的特征，应是一种较为进化的原节肢动物，在进化位置上介于原节肢动物和真节肢动物之间，并代表了二者之间进化的关键环节。根据本文的成果，作者对现行主要的早期节肢动物演化模型进行了一定的完善，在原来的模型上增加了以广卫虾及其相似物种为特征的环节,代表介于原节肢动物和真节肢动物的过渡类群，并使该模型与化石证据更加吻合。另外本文指出节肢动物长鞭状触角的起源时间应该比原先想象的要更早，同时认为对早期节肢动武的研究中，在对触角的功能作用了解不甚明了的前提下，触角形态暂不宜作为划分原/真节肢动物的依据。本文的所得出的成果重要，通过本文的研究不但对广卫虾及其相似物种有了更深入的认识，亦为早期后生生物甚至寒武纪生命大爆发的研究提供了新的资料。更重要的是对早期节肢动物的演化模式有了更清晰、直观和深入的了解。相信本文的成果将对古生物学，进化生物学乃至其他相关的学科产生一定的推动作用。
- 详细介绍：
- “寒武纪生命大爆发” 指发生于5亿3千万年前的一次重要的地史事件，其代表了多门类后生生物的"爆发式"出现及其快速演化和高度分异时期，该事件在生物演化历史上具有重要的意义，故一直受到古生物学，进化生物学等领域研究者的重视。虽然在目前的技术条件下，物种在进化过程中的分歧时间已经可以通过分子生物学的方法推算出来，但化石则忠实的纪录了生物在进化过程中不同阶段的面貌和特征，故古生物学在生物进化的研究中仍然具有举足轻重的地位。本项目的研究主要基于发现于云南早寒武世关山动物群的广卫虾及称将动物群的类似生物，经过对保存精美软躯体结构的化石进行的详细分析和对比后，作者认为广卫虾的头区结构具有典型的原节肢动物特征，但前端触角已进化为长鞭状；且其附肢形态较原节肢动物有很大进步：即附肢形成若干肢节，并由关节连接，这指示节肢动物进化事件中的附肢化事件已经发生，与原节肢动物有本质区别。根据原/真节肢动物的划分依据，广卫虾同时兼有原节肢动物和真节肢动物的特征，这说明该动物代表了原节肢动物向真节肢动物进化的特殊类群，在早期节肢动物的进化上处于关键的转折点的地位。根据本文的成果，作者进一步肯定了现行的早期节肢动物演化模型理论的正确性，并根据化石证据对该模型进行了一定的完善，即在原来的模型基础上增加了以广卫虾及其相似物种为特征的环节,代表介于原节肢动物和真节肢动物的过渡类群，从而使得该模型与化石证据更加吻合；在节肢动物的进化中，该类群的出现代表了头区的分化及附肢功能的加强乃至分异，这为现生生物的最大门类—节肢动物后来的大发展奠定了坚实的基础；故以广卫虾等为代表的这类生物在节肢动物的演化中具有非常重要的意义。另外本文指出节肢动物长鞭状触角的出现是节肢动物头区附肢功能分异的结果，而其起源时间应该比原先想象的要更早，即头区附肢的功能分异在原节肢动物阶段即已出现，同时认为对于早期节肢动物的研究来说，在对触角的功能作用了解不甚明了的前提下，触角形态不宜作为划分原/真节肢动物的依据。本文的所得出的成果重要，通过本文的研究不但对广卫虾及其相似物种的软躯体形态及其系统发生关系有了更直观和深入的认识，亦从描述古生物学乃至进化生物学的角度为早期后生生物甚至寒武纪生命大爆发的研究提供了新的资料。更重要的是通过本文的分析对早期节肢动物的演化模式有了更清晰、直观和深入的了解，在肯定了先前模型其理论基础正确的前提下，明确了一些曾经较为模糊的观点，并对原先的模型进行了一定的完善。相信本文的成果将对古生物学，进化生物学乃至其他相关的学科产生一定的推动作用。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- Guangweicaris发现于云南早寒武世关山动物群，属于“生命大爆发”时期产物，这些化石保存精美，特征原始,是研究生物早期演化的重要依据。对于该动物的深入观察发现其兼具原节肢动物和真节肢动物的特征，说明其在进化位置上介于二者之间，故在早期节肢动物演化上有重要意义，甚至可能会对修正现行理论。由于节肢动物是现生动物中最庞大的门类，故该研究将会对古生物学、进化生物学乃至相关学科产生重要的影响和推动。
科学性、先进性及独特之处
- 寒武纪生命大爆发的研究是热门课题，我国在这一领域处于先进地位。本文首次对Guangweicaris的软躯体构造作了详细描述并对早期节肢动物的演化模型提出新观点，认为其兼有原/真节肢动物的特点（先进性）。文中综合了其他学者的最新成果，以结构对比、同源器官等方法（独到之处），详细探讨了该动物的进化意义和地位，并进一步根据本文的成果完善了节肢动物的演化模型，亦根据化石证据修正了前人的某些观点（科学性）。
应用价值和现实意义
- 本研究加深了对Guangweicaris等生命大爆发时期特殊节肢动物的认识，有助于更好的理解早寒武世生命大爆发及其生物特征。更重要的是该研究对节肢动物进化的研究有重大意义。本文完善了早期节肢动物进化模型，证明该模型的正确性，并使其更好的解释化石证据。文中提出触角形态不益作划分原/真节肢动物的依据，为以后的研究提供了参考。该项目不单对古生物学和进化生物学意义重大，甚至有可能对相关学科产生推动作用。
学术论文摘要
- 依据最新发现的保存软躯体结构的化石材料，本文详细讨论了云南早寒武世关山动物群中发现的节肢动物Guangweicaris 的附肢形态、分类位置以及其在节肢动物演化方面的意义。该动物在躯体分节上具有典型的原节肢动物特征，但其附肢和触角的形态则表现出真节肢动物的色彩，说明该动物是一类介于原节肢动物和真节肢动物之间的物种，在早期节肢动物演化研究上具有重要意义。本文亦根据这些新的材料和证据，对现行的早期节肢动物进化模式进行了完善：在原有基础上新增加了以Guangweicaris和Canadaspis为代表的环节，作为原节肢动物向真节肢动物进化过渡的关键转折点。另外本文指出节肢动物长鞭状触角的分化时间比先前想象的要早，且触角形态反映功能演化，不宜作为真/原节肢动物的划分标志。由于节肢动物是现生动物中最大的门类，故该研究不但对深入了解生命大爆发时期的特殊节肢动物提供了更多的资讯，亦将会对节肢动物的起源发生及发展的课题提供重要的资料和依据，甚至会对相关学科的研究起到推动作用。
获奖情况
- 2009年，投稿《地质学报：英文版》（SCI收录），收到审稿意见函 2009年，将参加于加拿大召开的“寒武纪大爆发”国际学术研讨会。国际会议摘要已收修改稿 2009年，Palaeontographica Canadian约稿 2009年，相关课题投稿《古生物学报》（核心期刊）,已收审稿意见. 2008年,相关课题成果出版，云南科技出版社，p.61-64 2008年，相关课题合作成果发表在《地质学报，英文版》（SCI收录） 2007年，相关课题合作成果发表在《地质学报，英文版》（SCI收录）（SCI收录）
鉴定结果
- 湖北省挑战杯1等奖
参考文献
- 1.罗惠麟，李勇，胡世学，傅晓平，侯蜀光，刘兴尧，陈良忠，李锋军，庞纪院，刘琦.云南东部早寒武世马龙动物群和关山动物群.云南科技出版社，1－134，2008. 2.Luo Huilin, Fu Xiaoping, Hu Shixue, Li Yong, Hoou Shuguang, You Ting, PengJiyuan and Liu Qi, 2007. A New Arthropod, Guangweicaris Luo, Fu et Hu gen. nov. from the Early Cambrian Guanshan Fauna, Kunming, China Acta Geologica Sinica 81(1), 1-7. 3.Waloszek, D., Chen, Junyuan, Maas, A.,Wang, Xiuqiang, 2005. Early Cambrian arthropods—new insights into Arthropod head andstructural evolution. Arthropod Structure and Development 34 (2),189–205.
同类课题研究水平概述
- 早寒武世多门类后生生物群的化石记录了地球进入显生宙以后的最初面貌，在地质历史和生物历史上具有重要的意义；保存早寒武世多门类后生生物的化石群主要有云南早寒武世澄江动物群，贵州中寒武世凯里动物群，加拿大布尔吉斯页岩动物群，美国犹他州中寒武世后生动物群，格陵兰斯潘塞动物群等等；随着研究的深入，越来越多的类似动物群在不断的被发现。我国的几个该类型化石群化石门类丰富，保存精美，甚至保存了动物的神经系统，这些化石为早期生命的形态及演化研究提供了非常重要的资料。云南早寒武世关山动物群是近年来新发现的一个以节肢动物为主，伴生有多门类后生生物的化石群；目前为止，关山动物群已经发现有三叶虫，其他非三叶虫节肢动物，双瓣壳节肢动物，真软甲类等众多种类的节肢动物，该动物群中的相似生物甚至在华中地区的荆门市的相似年代的地层亦有发现；该动物群属于“寒武纪生命大爆发”的中期，对早期生命的发生与演化等研究具有重要的意义。几个化石宝库都发现在中国，引起了我国相关学者的高度重视，对此投入了巨大的人力和物力，故我国在该领域的研究一直处于领先地位。近年来对澄江动物群和关山动物群的研究取得了丰富成果，通过对这些化石的研究所总结建立的生物演化模型被广泛认可和引用。节肢动物作为现生动物中最大的一个门类，是如何发生和发展的一直受到研究者的关注。根据早寒武世生物群的化石及分子生物学的证据，先后有Budd从头区，Willman等从躯干外形，Hou & Bergstrom从系统特征等，Waloszek等从软体和躯干综合特征，王修强等从基因理论的层面等不同方向对早期节肢动物的进化模型进行了总结，这些研究充分的运用了现代计算机技术的运算及分子生物学、发育生物学中所取得的最新成果。其中Waloszek等的模型最为全面和合理故被广泛的引用参考，成为当前较为主流的理论。该模型以澄江动物群节肢动物的研究成果为基础，参考其他不同产地和年代的节肢动物化石以及现代分子生物学证据而构建。而Waloszek本人承认，由于古生物学研究的特殊性，该模型仅仅是“猜想”，需要不断的修正甚至颠覆重筑，使之更加符合化石证据。节肢动物作为现生动物中最庞大的一个门类，对于其发生和发展得研究或将对相关的二级学科甚至一级学科产生巨大的影响。所以，仔细观察标本的细节，发掘更多精美标本，进而对理论模型进行更新和修正是非常有必要的。
