中国学者论证最早生命演化权衡现象

两种寒武纪瓦普塔虾在孵化和繁殖策略上表现出进化上的权衡

在漫长的生命进化过程中,资源(能量、时间、空间等。)对每个生物都是有限的。为了达到个体生存、繁殖甚至精神层面的最佳状态,生物体应该充分利用有限的资源,优化各种身体特征的配置。这种近亲物种之间的表型可塑性进化现象被称为“进化权衡”。称重是现代生物学家的一个重要研究课题,但由于缺乏化石记录,人们对其在早期生命进化中的作用和影响知之甚少。

中国科学家欧强、韩健和舒德干等通过研究寒武纪节肢动物的孵化行为,证明了已知最早的进化权衡现象,并提出“权衡”机制可能在节肢动物向辐射和大量繁殖的早期进化中发挥了非常重要的作用。

中国地质大学(北京)、西北大学、云南大学、玉溪师范大学和其他大学的联合研究小组研究了中国澄江生物群和加拿大伯吉斯页岩生物群的1000多种寒武纪瓦普塔节肢动物化石标本。该团队的研究成果发表在4月29日的《科学进步》上,将进化权衡追溯到5.2亿年前的寒武纪。

斑节肢动物是一种已灭绝的原始节肢动物,与现代海洋甲壳类动物关系密切。它们的化石记录在中国早寒武世澄江生物群和加拿大中寒武世伯吉斯页岩生物群中。

瓯强、韩健、舒德干等研究人员通过对澄江生物群中1020个瓦普塔米科化石标本的观察,发现其中4个保存了精美的受精卵,部分还保存了胚胎证据。这些卵由母体携带在左右双阀壳的内表面,在孵化过程中提供物理保护并保证营养和氧气的供应,从而使后代获得最大的存活率。

欧强说,几年前,一些外国研究人员报道了伯吉斯页岩中“费尔德瓦塔虾”的携卵现象,证明了瓦塔虾的孵化行为与5.08亿年前的现代甲壳类动物相似。欧强等发现,蛋形川滇昆虫携带的卵数普遍较大,最多可达100多个,但直径一般较小(均在0.5毫米左右);然而,虾携带的蛋的数量通常很少,最大数量只有25个蛋,但是直径非常大(通常大于2mm)。这些孵化特征的鲜明对比表明,这两种关系密切的节肢动物的繁殖策略发生了显著变化,反映了它们在自然选择作用下对不同寒武纪生态环境的适应性进化。

“从进化的角度来看,它们在后代的数量和质量之间进行了‘权衡’。”强者笑着说道。研究表明,在寒武纪早期,生物学仍然追求“多子多福”。到寒武纪中期,“优生学”显然更受欢迎。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz3376

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