5亿年前化石刷新步带动物共同祖先演化认知

发布者：熊猫木木 2026-9-21 10:06

玉净虫海洋生态艺术复原图。西北大学供图

■本报记者李媛通讯员李琛

如果把海星和柱头虫放在一起，很少有人会将它们视为“近亲”：一个长着五条腕，在海底缓慢爬行；一个身体细长，像一条栖息于泥沙中的蠕虫。尽管形态迥异，二者却同属 “步带动物” 这一演化支系。然而，该支系共同祖先究竟长什么样，长期以来始终缺乏关键化石证据。

近日，西北大学地质学系研究员韩健、博士生何凯悦等联合国内外学者，从距今约5.18亿年的云南澄江生物群中发现步带动物新物种——胶膜玉净虫（Yujingia glutenotunica）。系统发育分析显示，它是目前已知最接近现生步带动物共同祖先的干群化石之一，为破解海星、海百合、柱头虫和头盘虫等动物的早期演化之谜提供了新的实物证据。9月16日，相关研究成果发表于《当代生物学》。

外形大相径庭的“近亲”

步带动物总门包括棘皮动物门和半索动物门两大类。棘皮动物是人们较为熟悉的一支，包括海星、海胆、海百合等。海星腹面分布着步带区和管足，管足兼具运动、取食和感知功能；海百合虽外形类似植物，实为动物，依靠舒展的腕和羽枝从海水中滤取食物颗粒。

半索动物的外形则截然不同，包括柱头虫和头盘虫等。柱头虫身体细长，分为吻、领、躯干三部分，多在海底泥沙中穴居；头盘虫体形微小，常营附着生活，利用带纤毛的腕摄取水中悬浮食物。

棘皮动物辐射对称，具钙化骨骼和管足；半索动物两侧对称，身体柔软并保留鳃裂。仅凭成体外形，很难想象二者源自同一祖先。

早在1881年，俄国动物学家梅契尼科夫便依据胚胎与幼虫发育的相似性，把棘皮动物和半索动物联系起来，并首次将它们命名为“步带类”。“步带”指棘皮动物腕部腹面具有管足和用于运动摄食的步带沟。此后一个多世纪里，该分类观点饱受争议：研究者在半索动物吻部识别出口索结构，一度将其划入脊索动物门，视为脊椎动物的原始近亲。直至1998年，分子系统学研究从基因层面佐证了两类生物的近缘关系，步带动物支系才重新获得学界公认。

概念尘埃落定，新的核心科学难题随之浮现：步带动物的演化源头在哪里？它们的最后共同祖先究竟拥有怎样的身体结构？在超百年的古生物研究中，关键化石实物佐证相当匮乏，棘皮动物五辐射对称躯体与半索动物两侧对称蠕虫状身体的起源机制，始终是演化生物学悬而未决的谜题。

从实物层面刷新传统认知

长期以来，主流假说认为步带动物的共同祖先可能类似文昌鱼和柱头虫，是一种没有触手、主要依靠咽部滤食的蠕虫状动物。按照这一设想，棘皮动物和部分半索动物复杂的摄食附肢是在后续演化中逐渐出现的。而此次玉净虫化石的精细解剖与系统发育分析，从实物层面刷新了这一延续多年的传统认知。

“我们共发现4件保存精美的软躯体结构的胶膜玉净虫化石标本，全部产自5.18亿年前云南昆明寒武纪第三期澄江化石库，标本总长为8.5至22毫米。”论文通讯作者韩健告诉《中国科学报》，化石完整保留圆柱形躯干、U形肠道和附肢，是全球罕见的没有矿化骨骼的早期步带动物。其身体顶部伸出两组形态不同的附肢：6条羽状附肢具有交替排列的羽枝和食物沟，用于收集和输送水中的食物颗粒；下方另有一组光滑的条状附肢，可能用于临时附着和稳定身体姿态，使玉净虫能够以半固着方式生活于海底。

由此推论，步带动物两个门类的共同祖先并非此前推测的无触手蠕虫状动物，实际上部分类群已经具有较为发达的滤食附肢。“胶膜玉净虫的发现在一定意义上澄清了步带动物取食方式的起源。”韩健说，“触手摄食和咽部滤食代表了两种不同的取食方式，并在后续不同演化支系中分别得到发展。”

关于化石的命名，论文第一作者何凯悦介绍：“这种远古生物上部触手舒展、下部躯体圆润，外形与中华传统文化中的玉净瓶相契合；所有标本均保存一层包裹内脏团的浅色原生薄膜，质地柔软如胶膜，是该物种最直观的识别特征，因此中文名为胶膜玉净虫。”

小化石补上演化拼图

为确认胶膜玉净虫在生命演化中的位置，研究团队将100个古今动物类群的505个形态特征纳入系统发育分析。

结果显示，胶膜玉净虫位于步带动物干群中，是连接寒武纪步带动物干群岐须虫类与现代海星、头盘虫等步带动物的关键过渡类群。它保留了柔软、近圆柱形的蠕虫状躯体，同时具有可与现生步带动物摄食附肢相比较的羽状附肢，是目前已知最接近现生步带动物冠群共同祖先的干群成员。

研究表明，步带动物的部分祖先类群可能早已演化出具有食物沟的复杂滤食附肢；海星的钙化骨骼、具管足的步带结构，以及柱头虫具口索的吻部结构等，都是在各自支系后续演化中独立形成的特征。

论文作者，中国科学院院士、西北大学地质学系教授舒德干表示：“步带动物的滤食触手与鳃裂可能存在此消彼长的替代关系：二者在功能上有所重叠，演化上可能存在权衡。步带动物中的柱头虫放弃触手、发展出7～700对鳃裂，并演化出吻部及口索以适应钻泥生活；其余步带动物则舍弃发达鳃裂、演化出多功能触手，分化出固着群居的笔石、杆璧虫，以及海星、海百合等独特的辐射对称生物。”

胶膜玉净虫所保存的羽状附肢和食物沟，为探讨触手摄食在步带动物早期演化中的作用提供了过去缺失的化石材料。

“胶膜玉净虫的发现，打通了从原始触手底栖动物到现代棘皮、半索动物的演化链条。这不仅为理解两侧对称动物向五辐射对称棘皮动物的极端身体构型转变提供了新的思路，更为探索整个后口动物亚界的起源和早期分化带来新的线索。”舒德干说。