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澄江生物群迷人林喬利蟲幼蟲標本照片及CT三維圖像

澄江生物群迷人林喬利蟲幼蟲頭部CT三維圖像（左圖）及縱向解剖圖（右圖）

現(xiàn)生節(jié)肢動物胚胎。紀大節(jié)肢左圖：蜘蛛；右圖：蟋蟀（掃描電鏡數(shù)據(jù)來自于劉煜2009年博士畢業(yè)論文）
（神秘的附肢發(fā)育地球uux.cn報道）據(jù)云南大學古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室：北京時間2020年6月25日23:00，美國《細胞》（Cell）出版集團子刊《當代生物學》（Current Biology，動物的口影響因子9.193）以報道（Report）形式在線發(fā)表了云南大學古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室劉煜研究員、完全侯先光研究員、寒武翟大有研究員與哈佛大學Javier Ortega-Hernández副教授共同完成的紀大節(jié)肢題為“寒武紀大附肢類真節(jié)肢動物中不完全發(fā)育的口板”（A reduced labrum in a Cambrian great-appendage euarthropod）的研究論文。此項研究是附肢發(fā)育該研究團隊在繼2016年于國際權威學術期刊《美國科學院院報》(PNAS)發(fā)文報道2毫米長迷人林喬利蟲幼蟲后的又一專門針對澄江節(jié)肢動物個體發(fā)育的研究，突破了以往此類研究中僅能對動物個體發(fā)育過程中背甲結構的動物的口大小及形態(tài)變化進行報道的局限，利用顯微CT技術為澄江節(jié)肢動物腿肢構造的完全發(fā)育生物學研究打開了新的窗口，并奠定了堅實的寒武研究基礎。
節(jié)肢動物是紀大節(jié)肢顯生宙以來地球上物種多樣性最高的動物門類。在漫長的附肢發(fā)育地球歷史時期，大多數(shù)曾經(jīng)在地球上生活過的動物的口節(jié)肢動物物種都由于各種原因而滅絕，幸存的完全部分則逐漸演化為今天的螯肢動物（蜘蛛、蝎子等）、多足動物（蜈蚣、馬陸等）和泛甲殼動物（蝦、蟹、昆蟲等）。云南昆明附近的寒武紀澄江生物群地層中保存了大量呈特異埋藏的化石標本，記錄了節(jié)肢動物等諸多后生動物門類在距今5.18億年前的寒武紀大爆發(fā)時期的繁盛。于2012年入選“世界自然遺產”的澄江生物群自1984年7月由侯先光研究員發(fā)現(xiàn)以來，為研究眾多動物門類的早期演化、“寒武紀大爆發(fā)”的過程和機制等重要科學問題提供了大量珍貴素材。
一直以來，研究者們對澄江化石的形態(tài)學觀察主要局限于使用光學顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術對化石表面上所保存的二維結構的觀察上，而保存在化石標本內部的動物身體結構信息則只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。正因為如此，研究者對早期節(jié)肢動物身體許多重要的精細結構（如：口板）是否真正存在這一科學問題，只能通過分支分析（phylogeny）等方法進行推測。即便推測準確，研究者們也無法對這類精細結構的真實形態(tài)進行展示。現(xiàn)在，在高精度顯微CT的幫助下，研究人員得以通過無損的研究方式對澄江節(jié)肢動物身體的精細結構進行任意角度的高精度復原與觀察，使用計算機三維軟件對它們的身體模型進行“虛擬解剖”并分離出身體的各部分結構進行深入研究。
本次發(fā)表的論文正是借助了顯微CT及計算機三維復原的手段，首次清晰揭示了寒武紀大附肢類節(jié)肢動物——迷人林喬利蟲（Leanchoilia illecebrosa）頭部保存的口板等精細結構（插圖1）。此項研究的對象是該物種的兩枚呈三維立體保存的幼蟲化石，體長分別為5毫米及7毫米。研究發(fā)現(xiàn)，迷人林喬利蟲在體長僅為5毫米的幼蟲期，眼睛后長有一個明顯的口板，口板表面還長有一對小突起（插圖1，左圖）。通過使用開源計算機三維復原軟件Drishti（https://github.com/nci/drishti/releases），研究人員對一枚體長僅為7毫米的迷人林喬利蟲幼蟲化石的大附肢進行擦除后發(fā)現(xiàn)，在該生長期動物口板在其頭部所占的比例有所減小（插圖2，左圖），說明口板結構在該物種的個體發(fā)育進程中有可能存在不完全發(fā)育的現(xiàn)象。這一細微結構是使用傳統(tǒng)的研究手段無法觀察和研究的。此外，研究人員還對動物頭部進行了縱向數(shù)碼切割（digital section），發(fā)現(xiàn)了該口板結構下往體內延伸的狹窄的咽部通道（插圖2，右圖箭頭所示），這與在該物種的成蟲標本上觀察到的情況一致。
隨后，研究人員將化石數(shù)據(jù)與現(xiàn)生節(jié)肢動物胚胎發(fā)育數(shù)據(jù)進行了對比研究（插圖3），發(fā)現(xiàn)迷人林喬利蟲作為螯肢類節(jié)肢動物（如：蜘蛛、蝎子等）在寒武紀時期的代表，已經(jīng)進化出明顯的、與現(xiàn)生節(jié)肢動物口板同源的結構。說明現(xiàn)生節(jié)肢動物中普遍存在的這一位于口前的突起構造早在5.18億年前的干群螯肢動物中就已出現(xiàn)，為古生物學界、進化生物學界深入認識長久以來一直困擾著研究人員的節(jié)肢動物頭部問題（Arthropod Head Problem）提供了直接的化石證據(jù)。
此次發(fā)表的論文中，研究人員還就射齒類動物（如：奇蝦）身體結構中可能與真節(jié)肢動物口板同源的結構展開了討論。射齒類動物的大爪肢是否是真節(jié)肢動物口板的同源結構，是研究人員下一階段要解決的科學問題，讓我們拭目以待。
本研究受國家自然科學基金委員會及云南省科技廳資助。
相關報道：顯微CT“加持”揭秘5億年前小“口板”
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學報：6月25日，《細胞—當代生物學》在線發(fā)表云南大學與哈佛大學共同完成，題為《寒武紀大附肢類真節(jié)肢動物中不完全發(fā)育的口板》的論文。該研究針對澄江節(jié)肢動物個體發(fā)育，突破了以往僅能對動物背甲結構的大小，及形態(tài)變化進行研究的局限。研究人員利用顯微CT技術，為未來澄江節(jié)肢動物腿肢等軟體構造的發(fā)育生物學研究打開了新窗口。
“節(jié)肢動物的口板跟頭部的腿肢一起，形成一個幾乎閉合的口器以便取食。”論文第一作者、云南大學古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室研究員劉煜對《中國科學報》說，“我們借助顯微CT及計算機三維復原的手段，首次清晰揭示了寒武紀大附肢類節(jié)肢動物——迷人林喬利蟲頭部保存的口板等精細結構。這些細微結構是使用傳統(tǒng)研究手段無法觀察和研究的。”
節(jié)肢動物是顯生宙以來，地球上物種多樣性最高的動物門類。在漫長的地球歷史時期，大多數(shù)曾經(jīng)在地球上生活過的節(jié)肢動物物種都滅絕了，幸存的則逐漸演化為今天的螯肢動物（蜘蛛、蝎子等）、多足動物（蜈蚣、馬陸等）和泛甲殼動物（蝦、蟹、昆蟲等）。
云南昆明附近的寒武紀澄江生物群地層中，保存了大量呈特異埋藏的化石標本，記錄了節(jié)肢動物等諸多后生動物門類，在距今5.18億年前的寒武紀大爆發(fā)時期的繁盛。1984年7月，侯先光研究員發(fā)現(xiàn)了澄江生物群，為研究眾多動物門類的早期演化、“寒武紀大爆發(fā)”的過程和機制等重要科學問題提供了大量珍貴素材。
一直以來，研究者對澄江化石的形態(tài)學觀察，主要局限于使用光學顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術，對化石表面所保存的二維結構的觀察上，而保存在化石標本內部的動物身體結構信息，只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。正因為如此，研究者對早期節(jié)肢動物身體許多重要的精細結構（如口板）是否真正存在這一科學問題，只能通過分支分析等方法進行推測。即便推測準確，也無法對這類精細結構的真實形態(tài)進行展示。在高精度顯微CT的幫助下，研究人員用無損方式，對澄江節(jié)肢動物身體的精細結構，進行任意角度的高精度復原與觀察，使用計算機三維軟件對它們的身體模型進行“虛擬解剖”并分離出身體的各部分結構進行研究。
該研究對象是迷人林喬利蟲的兩枚呈三維立體保存的幼蟲化石，體長分別為5毫米及7毫米。研究發(fā)現(xiàn)，迷人林喬利蟲在體長僅為5毫米的幼蟲期，眼睛后長有一個明顯的口板，口板表面還長有一對小突起。通過使用計算機三維軟件復原，研究人員對一枚體長僅為7毫米的迷人林喬利蟲幼蟲化石的大附肢進行擦除后發(fā)現(xiàn)，在這一生長期，動物口板在其頭部所占的比例有所減小，說明口板結構在該物種的個體發(fā)育進程中有可能存在不完全發(fā)育的現(xiàn)象。
“我們將化石數(shù)據(jù)與現(xiàn)生節(jié)肢動物胚胎發(fā)育數(shù)據(jù)進行了對比，發(fā)現(xiàn)迷人林喬利蟲作為螯肢類節(jié)肢動物（如蜘蛛、蝎子等）在寒武紀的代表，已經(jīng)進化出明顯的、與現(xiàn)生節(jié)肢動物口板同源的結構。”劉煜說，“這說明現(xiàn)生節(jié)肢動物中普遍存在的這一口前的突起構造，早在5.18億年前的干群螯肢動物中就已出現(xiàn)。”
此外，研究人員還對動物頭部進行了縱向數(shù)碼切割，發(fā)現(xiàn)該口板結構往體內延伸的狹窄咽部通道，這與在該物種成蟲標本上觀察到的現(xiàn)象一致。該研究為古生物學界、進化生物學界深入認識長久以來困擾研究人員的節(jié)肢動物頭部問題提供了直接的化石證據(jù)。
論文中，研究人員還就射齒類動物（如奇蝦）身體結構中可能與真節(jié)肢動物口板同源的結構展開了討論。“射齒類動物的大爪肢是否真節(jié)肢動物口板的同源結構，是我們下一階段要解決的科學問題。”劉煜說。
相關報道：中美科研人員聯(lián)手揭秘5億年前節(jié)肢動物頭部口板特征
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中新網(wǎng)昆明6月27日電（刀志楠）：記者26日從云南大學獲悉，北京時間25日，美國《細胞》出版集團子刊《當代生物學》以報道形式在線發(fā)表了云南大學古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室劉煜研究員、侯先光研究員、翟大有研究員與哈佛大學Javier Ortega-Hernández副教授共同完成的題為“寒武紀大附肢類真節(jié)肢動物中不完全發(fā)育的口板”的研究論文。此項研究利用顯微CT技術，為云南澄江節(jié)肢動物腿肢構造的發(fā)育生物學研究打開了新的窗口。
節(jié)肢動物是顯生宙以來地球上物種多樣性最高的動物門類。在漫長的地球歷史時期，大多數(shù)曾經(jīng)在地球上生活過的節(jié)肢動物物種都由于各種原因而滅絕，幸存的部分則逐漸演化為今天的螯肢動物(蜘蛛、蝎子等)、多足動物(蜈蚣、馬陸等)和泛甲殼動物(蝦、蟹、昆蟲等)。
云南昆明附近的寒武紀澄江生物群地層中保存了大量呈特異埋藏的化石標本，記錄了節(jié)肢動物等諸多后生動物門類在距今5.18億年前的寒武紀大爆發(fā)時期的繁盛。
一直以來，研究者們對澄江化石的形態(tài)學觀察主要局限于使用光學顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術對化石表面上所保存的二維結構的觀察上，而保存在化石標本內部的動物身體結構信息則只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。正因為如此，研究者對早期節(jié)肢動物身體許多重要的精細結構(如口板)是否真正存在這一科學問題，只能通過分支分析等方法進行推測。即便推測準確，研究者們也無法對這類精細結構的真實形態(tài)進行展示。
現(xiàn)在，在高精度顯微CT的幫助下，研究人員得以通過無損的研究方式對澄江節(jié)肢動物身體的精細結構進行任意角度的高精度復原與觀察，使用計算機三維軟件對它們的身體模型進行“虛擬解剖”并分離出身體的各部分結構進行深入研究。
本次發(fā)表的論文正是借助了顯微CT及計算機三維復原的手段，首次清晰揭示了寒武紀大附肢類節(jié)肢動物——迷人林喬利蟲頭部保存的口板等精細結構。
此項研究的對象是該物種的兩枚呈三維立體保存的幼蟲化石，體長分別為5毫米及7毫米。研究發(fā)現(xiàn)，迷人林喬利蟲在體長僅為5毫米的幼蟲期，眼睛后長有一個明顯的口板，口板表面還長有一對小突起。
通過使用開源計算機三維復原軟件Drishti，研究人員對一枚體長僅為7毫米的迷人林喬利蟲幼蟲化石的大附肢進行擦除后發(fā)現(xiàn)，在該生長期動物口板在其頭部所占的比例有所減小，說明口板結構在該物種的個體發(fā)育進程中有可能存在不完全發(fā)育的現(xiàn)象。這一細微結構是使用傳統(tǒng)的研究手段無法觀察和研究的。此外，研究人員還對動物頭部進行了縱向數(shù)碼切割，發(fā)現(xiàn)了該口板結構下往體內延伸的狹窄的咽部通道，這與在該物種的成蟲標本上觀察到的情況一致。
隨后，研究人員將化石數(shù)據(jù)與現(xiàn)生節(jié)肢動物胚胎發(fā)育數(shù)據(jù)進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)迷人林喬利蟲作為螯肢類節(jié)肢動物(如：蜘蛛、蝎子等)在寒武紀時期的代表，已經(jīng)進化出明顯的、與現(xiàn)生節(jié)肢動物口板同源的結構。說明現(xiàn)生節(jié)肢動物中普遍存在的這一位于口前的突起構造早在5.18億年前的干群螯肢動物中就已出現(xiàn)，為古生物學界、進化生物學界深入認識長久以來一直困擾著研究人員的節(jié)肢動物頭部問題提供了直接的化石證據(jù)。
此次發(fā)表的論文中，研究人員還就射齒類動物(如奇蝦)身體結構中可能與真節(jié)肢動物口板同源的結構展開了討論。射齒類動物的大爪肢是否是真節(jié)肢動物口板的同源結構，是研究人員下一階段要解決的科學問題。
相關報道：云大科研團隊利用顯微CT技術揭秘5億年前澄江節(jié)肢動物頭部精細結構
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)云南網(wǎng)（陳怡希）：6月25日，美國《細胞》出版集團子刊《當代生物學》以報道形式在線發(fā)表了云南大學科研團隊題為“寒武紀大附肢類真節(jié)肢動物中不完全發(fā)育的口板”的研究論文。此項研究利用顯微CT技術為澄江節(jié)肢動物腿肢構造的發(fā)育生物學研究打開了新的窗口。
一直以來，研究者們對澄江化石的形態(tài)學觀察主要局限于使用光學顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術對化石表面上所保存的二維結構的觀察上，而保存在化石標本內部的動物身體結構信息則只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。現(xiàn)在，在高精度顯微CT的幫助下，研究人員得以通過無損的研究方式對澄江節(jié)肢動物身體的精細結構進行任意角度的高精度復原與觀察，使用計算機三維軟件對它們的身體模型進行“虛擬解剖”并分離出身體的各部分結構進行深入研究。本次發(fā)表的論文借助了顯微CT及計算機三維復原的手段，首次清晰揭示了寒武紀大附肢類節(jié)肢動物——迷人林喬利蟲頭部保存的口板等精細結構。
研究人員將化石數(shù)據(jù)與現(xiàn)生節(jié)肢動物胚胎發(fā)育數(shù)據(jù)進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)迷人林喬利蟲作為螯肢類節(jié)肢動物（如蜘蛛、蝎子等）在寒武紀時期的代表，已經(jīng)進化出明顯的、與現(xiàn)生節(jié)肢動物口板同源的結構，說明現(xiàn)生節(jié)肢動物中普遍存在的這一位于口前的突起構造早在5.18億年前的干群螯肢動物中就已出現(xiàn)。這為古生物學界、進化生物學界深入認識長久以來一直困擾著研究人員的節(jié)肢動物頭部問題提供了直接的化石證據(jù)。
該研究論文由云南大學古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室研究員劉煜、侯先光、翟大有與美國哈佛大學副教授哈維爾·奧爾特加·赫爾南德斯共同完成。