澄江动物群完整化石标本研究揭示奇虾类新属新种

【菜科解读】
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图1 帽天山开拓虾(Innovatiocaris maotianshanensis)正模式标本及解释图
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图2 帽天山开拓虾(Innovatiocaris maotianshanensis)三维艺术复原(杨定华制作,曾晗、赵方臣指导)
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图3 该研究得到的奇虾类系统发生树,分别为简约法(a)和贝叶斯推断(b)的结果,示帽天山开拓虾(Innovatiocaris maotianshanensis)的演化位置
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(神秘的地球uux.cn)据中国科学院南京地质古生物研究所:奇虾类动物(anomalocarids)作为最早称霸海洋的大型掠食动物和顶级捕食者,它们在寒武纪早期的出现,标志着寒武纪大爆发时期金字塔式食物链的存在以及复杂生态系统的建立。
奇虾类的身体造型怪异,最大体长推测可超过2米;它们的头部由一双视觉良好的复眼、一对多刺的掠食型前附肢以及一只辐射状的口器等器官构成,表现出在捕食上的高度特化;其流线型躯干上长有一系列成对的桨状叶和鳃片,分别用于游泳和呼吸;尾部具有一至三对桨状叶组成的尾扇,部分物种还具有细长的尾叉,在运动中可起到转向和平衡的作用。
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自从1886年在加拿大洛基山脉首次发现以离散前附肢保存的奇虾类化石至今,在其130余年的研究史中,古生物学家们曾将奇虾类的不同身体零件解释为各种各样的动物。
随着全球各地化石标本的不断发现,特别是完整保存标本的发现和深入研究,奇虾类现在被认为是一类原始的节肢动物。
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奇虾类由最早发现的奇虾属(Anomalocaris)而得名,在分类学上归属于射齿目(Radiodonta)。
目前为止,奇虾类最早的化石记录可追溯到约5.2亿年前的寒武纪早期,最晚延续至约4.0亿年前的早泥盆世;其演化历史不短于1.2亿年,并呈现出全球性的地理分布特点。
目前,奇虾类所在的射齿目已发现20多个属、30多个种,分属于四个科一级分类单元,包括奇虾科(Anomalocarididae)、抱怪虫科(Amplectobeluidae)、筛虾科(Tamisiocarididae)和赫德虾科(Hurdiidae)。
尽管奇虾类多样性很高,然而完整保存的化石标本却非常稀少,这使得大部分奇虾类物种缺少除前附肢外的形态和解剖学等信息。
正因为如此,奇虾类各科、各属种之间的系统演化关系扑朔迷离,尚未得到很好的解析。
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最早发现于云南澄江帽天山的寒武纪早期澄江动物群,是独一无二的化石宝库和世界自然遗产。
澄江动物群不仅具有奇虾类确切的最早化石记录,也是迄今保存奇虾类物种多样性最高的化石群。
1994年,由中国科学院南京地质古生物研究所陈均远研究员领衔的研究团队,在美国《科学》(Science)杂志上发表了包括两块完整标本在内的澄江动物群奇虾类化石,在学术界和社会大众中引起了轰动。
其中一块在1990年采集于帽天山的奇虾类标本(图1),已成为了澄江动物群的标志性符号之一。
自发表后,该化石标本和复原图经常出现在国际学术活动、各类科普作品和媒体报道中,并作为澄江动物群的标志入选1999年中国科学院建院50周年代表性科技成果之一,以纪念邮票的形式公开发行。
然而,自1994年首次发表以来,这块完整的奇虾类化石标本并未得到深入系统研究,成为奇虾类和早期节肢动物演化研究领域的一大缺憾。
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近期,南京古生物所朱茂炎研究员团队的曾晗副研究员、赵方臣研究员等人对包括这块完整的奇虾类标本在内的相关化石进行了精细的形态解剖研究。
结果发现,这块经典的奇虾类化石标本在前附肢形态、桨状叶数量、尾扇组成等特征上均不同于其他已命名的奇虾类属种,应属于一个新属新种。
研究者以这块化石标本为正模式标本,将其命名为帽天山开拓虾(Innovatiocaris maotianshanensis),以纪念陈均远先生开拓创新的科学精神和对澄江动物群与寒武纪大爆发研究的贡献。
研究成果于近期在线发表在英国《地质学会会刊》(Journal of the Geological Society)上。
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该枚帽天山开拓虾正模标本展现出包括肠道、肌肉等精美的软躯体生物学特征,同时也揭示了奇虾类头部前附肢、眼睛、头壳等构造之间的空间关系,以及颈部、桨状叶等部位的解剖细节。
依据这些新的解剖学信息,研究者与南京古生物所化石复原师杨定华合作,对帽天山开拓虾进行了三维艺术复原(图2)。
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#p#分页标题#e#依据获得的解剖学新线索,研究者还在加拿大布尔吉斯页岩生物群中的加拿大奇虾(Anomalocaris canadensis)标本上,找到了此前未曾报道的相关构造。
此外,研究者还依据离散的前附肢标本,描述了澄江动物群中另外两个可能属于开拓虾属的奇虾类新种,分别为开拓虾未定种(Innovatiocaris? sp.)和多刺开拓虾(Innovatiocaris? multispiniformis)。
这些解剖学信息为奇虾类研究提供了宝贵的新数据。
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在形态解剖学数据的基础上,研究者采用系统发生方法对奇虾类的系统学和演化进行了重新分析。
此前的研究表明,奇虾类前附肢在基部到远端的不同区域有明显的形态分化。
尽管这些形态分化特征暗含了宝贵的演化信息,然而这些信息并没有得到以往系统发生研究的重视。
基于这点,研究者系统梳理了奇虾类的性状特征,对前附肢不同部位的形态分化进行了详细编码,同时对奇虾类多个属种的数据进行了补充和修订,采用简约法和贝叶斯法进行演化树重建。
相对以往的研究,此次奇虾类系统发生关系的解析度得到了明显的提高。
同时,根据研究数据对奇虾类四个科之间的演化关系、部分奇虾类物种的演化位置等方面提出了新观点(图3)。
系统发生分析表明,帽天山开拓虾不属于已知奇虾类四个科中的任何一个,其演化位置位于非赫德虾类的基部或赫德虾科的基部,靠近赫德虾科和非赫德虾类的分异点,即接近奇虾类演化树的根部。
因此,帽天山开拓虾为奇虾类的起源和演化提供了一个重要参考点。
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本项研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室等项目的支持。
(原标题:澄江动物群完整化石标本揭示奇虾类系统演化新信息)
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论文相关信息:Han Zeng, Fangchen Zhao*, Maoyan Zhu, 2022. Innovatiocaris, a complete radiodont from the early Cam1ian Chengjiang Lagerstatte and its implications for the phylogeny of Radiodonta. Journal of the Geological Society, https://doi.org/10.1144/jgs2021-164.
世界上保存最久的粪便?来自000年前的粪化石
在农业社会,粪便由于可以作为肥料,所以在城市,每晚会有专人收集各家各户装在木桶中的粪便(俗称)。
但在工业社会,有了化学肥料,以及人粪的卫生问题,令人们对粪便的印象大打折扣。
下面就跟一起具体看看世界上保存最久的粪便等相关内容。
世界上保存最久的屎位于布雷登顿的南佛罗里达博物馆揭幕了一批奇怪而珍贵的“屎”,1277坨石化大便在10月3日为庆祝全国化石日向爱慕的公众开放。
石化的粪便也被称为“粪化石”(coprolite,在希腊文中意为“屎石”),这1,277坨粪化石收藏在2015年8月13日通过了吉尼斯世界纪录认证。
这些保存完好的粪便都在时间的长河中石化了。
许多保持着它们的天然形态,但原有的水和固形物结构则已被矿物质沉积取代。
展示中的大多数粪化石看,上去很新鲜,不只这个做成金粒餐会怎么样,但凑近细看,它们都硬得像石头一样,它们闻起来也像石头。
这个统称为“惊奇粪化石收藏”的巨型猫砂盒由George Frandsen拥有,这些粪便化石发现于八个国家和美国的十五个州。
有趣的是,大约30坨粪化石没有列入官方统计,并不是因为它们太美丽无法直视,而是因为古生物学家们并不确定它们是否真是粪便。
“它们以它们自己的方式美丽着,而且因为它们实际能告诉我们关于活跃在数百万年前就消失了的生态系统中的动植物生命的很多事情,它们也是很重要的。
”南佛罗里达州博物馆教育主管Jeff Rodgers说道,表达着他对粪化石的激情。
Rodgers见证了记录的官方计数。
“惊奇粪化石收藏”中的粪便化石根据其特点分类。
有内含固体外来物的粪化石,如牙齿、鳞片、植物碎片甚至骨头。
佛罗里达的粪化石包含250万年前至1万2千年前的看上去又新鲜又有味道的石化大便,可以追溯到更新世。
在南卡罗来纳州发现的带咬痕的粪化石被认为来自古代鳄鱼。
怀俄明的粪化石可追溯到5千万年前,怀俄明的古淡水湖被认为是地球上最好的化石遗址之一,它的粪化石有石灰石残留,一些昆虫也随着排泄物石化,也有密封在沉积岩基质中的粪化石。
来自摩洛哥的粪化石可追溯到白垩纪,它们是错综复杂的金色,如果你不知道你在看着什么它们几乎是美丽的。
藏品中还包括一堆混合小粪化石,放在一起算是一件。
到目前为止,发现的最大的粪化石被昵称为“宝贝”,取名自J.R.R.托尔金的《魔戒》中的炎魔。
科学家们认为,它来自被称为anthracosuchus balrogus的史前鳄鱼。
宝贝的尺寸约为19.6厘米x 12.5厘米,重约1914克。
而Frandsen的在线粪化石博物馆Poozeum,则正在寻找甚至更大只的粪化石。
粪便的形成原因食物在胃和小肠内进行消化、主要是各种消化酶的作用。
结肠不产生酶,只有细菌起消化作用。
结肠内有多种细菌,大肠杆菌70%,厌氧杆菌20%,还有链球菌、变形杆菌、葡萄球菌、乳杆菌、芽胞和酵母。
另有极少原生动物和螺旋体。
肠细菌的重要作用是能产生生理需要的物质,如食物缺乏维生素时可在肠内合成维生素K、维生素B12、B6、蔚酸、叶酸和消旋泛酸。
也能产生吲哚、粪臭素、硫化氢使粪有臭味。
如长期用抗生素则不易合成维生素而不能吸收,引起维生素缺乏症。
食糜通过回盲瓣到盲肠每24小时约500~1000毫升。
主要在右半结肠吸收,主要吸收水和钠,每日能吸收460毫当量的钠和350~2000毫升水。
也吸收少量钾、氯、尿素、葡萄糖、氨基酸、胆酸和药物。
直肠也能吸收水、少量葡萄糖、氨基酸、牛奶和药物。
肠功能障碍、肠炎和感染时可影响吸收。
腹泻时肠蠕动增强,吸收减少,严重时可丢失大量维生素、水和电解质。
如果正常则在乙状结肠内形成粪便,等待排出。
粪便的形成与食物无重要关系,禁食和正常喂养的动物粪便无显著区别,只是粪量减少。
粪便组成都是一样,含有食物中不消化的纤维素、结缔组织、上消化道的分泌物,如粘液、胆色素、粘蛋白、消化液、消化道粘膜脱落的残片,上皮细胞和细菌。
如不吃蔬菜和粗糙谷类粪便组成常是一致的,即65%水分,35%固体。
固体部分细菌最多可达50%,但大半细菌排出时己死亡。
另外2~30%是含氮物质,10~20%是无机盐(钙、铁、镁)。
脂肪占10~20%,有2种,分解的脂肪是食物未被吸收的,中性脂肪由细菌和上皮残片而来的。
另有胆固醇、嘌呤基和少量维生素。
正常粪便是圆柱形,长10~20厘米,直径2~4厘米,重100~200克。
食用蛋白质的粪便为棕黄色或黄色,有臭味,硬而成块,含有很多革兰氏阳性细菌。
食用碳水化物的粪便为棕绿色、恶臭味、软或半液体状、酸性、含有很多革兰氏阴性细菌。
正常粪便稍有棕色,这是因有粪胆素和尿胆素,粪便颜色因食物而不同,某些药物可改变颜色。
正常粪便为碱性,其高低与在结肠存留时间长短成正比。
稀便是酸性可刺激肛门周围皮肤而疼痛。
食用辣椒或饮酒可引起肛门直肠反应性充血使痔疮急性发作。
结肠内气体约100毫升,60%氮、10%二氧化碳、25%甲烷、5%硫化氢和少量氧气。
气味因食物和气体组成而不同,如硫化氢过多可引起硫血红蛋白血症,出现紫绀为肠源性紫绀。
这些气体的来源,主要是随饮食和呼吸吞入的空气,占70%。
另外是细菌对碳水化物发酵而产生的,豆类、白菜、葱头产气较多。
细菌发酵产生的气体,有的能燃烧,氢高达20.9%、甲烷7.2%,电灼时可引起爆炸应注意。
肠内气体可使结肠轻度膨胀,帮助蠕动,气体越多肠越活动,腹内有微细的噼啪肠鸣。
气体过多使肠壁扩张,牵拉神经从而致疼痛。
继续扩张可使肠壁血管受压妨碍吸收进一步胀气,形成恶性循环。
肠气向上打嗝由食管排出,向下由肛门排出,在肠内吸收到血循环内而感结直肠粘膜内有杯状细胞,分泌碱性粘液保护粘膜,滑润粪便,帮助排便。
越是远段分泌越多,直肠分泌量就更多。
化学和机械性刺激可增加粘液分泌,如直肠绒毛乳头状瘤,常排出大量粘液。
肛腺也分泌腺液潴留于肛窦内,当排便时被挤出滑润粪便以利排出。
有的细胞分泌激素如血管活性肠肽,能刺激肠液分泌,松弛肠肌。
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