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格陵蘭發現 5.2 億年昆蟲、甲殼類祖先化石 腦部保存良好助了解神經系統演化

2018/3/12 — 12:52

K. kierkegaardi 意想圖
Credit: Park, T.Y.S. & et al. (2018).
Illustrated by Rebecca Gelernter, Nearbirdstudios

K. kierkegaardi 意想圖
Credit: Park, T.Y.S. & et al. (2018).
Illustrated by Rebecca Gelernter, Nearbirdstudios

雖然軟組織如神經系統難以被保存在化石上億年,但有研究團隊於格陵蘭北部海岸發現的 15 個 5.18 億年現代昆蟲、蜘蛛、龍蝦以至其他節肢動物共同祖先的化石,正好保存了腦部以及眼睛結構,幫助學界更了解節肢動物的神經系統發展史。研究報告現已刊於《自然 — 通訊》

該批化石由英國布里斯託大學古生物學家 Jakob Vinther 以及韓國極地研究所朴兌玧(譯音)領導的團隊發現,全屬同一新發現物種,並被命名為 Kerygmachela kierkegaardi ,以紀念著名哲學家 Søren Kierkegaard 。 K. kierkeggaardi 由幾厘米至 30 厘米長不等,有十一對扁平翼狀的腳、長硬尾以及突出的圓頭;頭部兩側更有附肢能抓住獵物。

Credit: Park, T.Y.S. & et al. (2018).

Credit: Park, T.Y.S. & et al. (2018).

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本次發現最特別之處是,人類首次在寒武紀大爆發 (Cambrian explosion) 期間化石中找到保存良好的節肢動物祖先腦部、眼睛與神經系統。寒武紀大爆發是地球史上較短時間內突然出現大量較高等生物以及物種多樣性的時間,但到現在為止學者都未有一致解釋為何生命有這種飛躍性演化。

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而一直以來,很多生物學家都認為古節肢動物的腦部如現今節肢動物一樣腦部分為三部份,而眼睛構造則非常簡單;由不定量小眼組成的複眼,則是其後才被演化出來——由其中一對腳在演化過程中轉移到頭部,再被利用作為感光器官。然而, Vinther 的團隊卻發現, K. kierkeggaardi 腦部並無分成三部份並相對簡單,相信節肢動物隨後因應環境需要才演化成分開三部份的腦部。

團隊又認為,現存同屬泛節肢動物的水熊蟲及櫛蠶一樣只有一個簡單腦部,與 K. kierkeggaardi 腦部極為相似。不過,未有參與研究的美國神經學家 Nicholas Strausfeld 指,即使水熊蟲只有一個簡單腦部,不等於與 K. kierkeggaardi 腦部相似。因為水熊蟲口部有大量連接大腦的神經幫助其了解周邊環境。

Vinther 回應時指, Strausfeld 說法相當有趣,但無論如何也證明節肢動物祖先有簡單神經系統,並相信經過多次獨立演化事件,最終演化出分成三部份的大腦、複眼以及其他複雜器官。

來源:
National Geographic, Half-Billion-Year-Old Fossil Brains Found in Ancient Predator, 9 March 2018
Science, This ancestor of today’s insects, spiders, and crustaceans had a simple brain, but complex eyes, 9 March 2018

報告:
Park, T.Y.S., Kim, J.H., Woo, J., Park, C.K. & et al. (2018). Brain and eyes of Kerygmachela reveal protocerebral ancestry of the panarthropod head. Nature Communications volume 9, Article number: 1019 (2018). doi:10.1038/s41467-018-03464-w

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

 

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