近日，西北大学张志飞教授指导博士研究生胡亚洲及团队成员，联合课题组外专Timothy Topper、Luke Strotz教授及中科院南古所李国祥研究员、潘兵博士，对产自我国华北板块寒武纪早期猴家山组的开腔骨骨片开展系统研究，成果以亮点封面论文发表于美国地质学会著名期刊《GEOLOGY》2025年第10期。团队发现5亿年前的化石中藏着动物最早由上皮组织控制骨骼生长的证据，刷新了人类对早期动物的认知。
骨骼起源：跨越亿年的科学难题
作为显生宙地球生命演化的核心角色，珊瑚、腕足动物等原口动物多有防御用外骨骼，棘皮动物及各类脊椎动物等后口动物则常具支撑身体的内骨骼。现代生物学研究表明，尽管原口动物与后口动物骨骼的矿化机制和生理过程可能不同，但均是在上皮组织或结缔组织控制下形成的矿化结构。
已知最早的动物矿化骨骼记录可追溯至约5.6亿-5.2亿年前的寒武纪大爆发时期，地球动物很可能在此阶段获得了各类矿化能力。传统观点认为，动物骨骼的出现或许与捕食者与被捕食者间的“军备竞赛”相关，即通过“防御天敌”的需求演化出攻击用的利爪、牙齿及防御用的厚重壳体，但具体机制始终不清晰。
除了“最早矿化骨骼为何出现”这一重大科学问题悬而未决，寒武纪时期动物如何控制骨骼形成也一直是古生物界的难题。尽管寒武纪早期的骨骼化石不同程度地保存了精细的壳体形态，却缺乏揭示骨骼形成控制机制的细节证据，无法证实早期动物骨骼是否与现代动物一样由上皮组织或结缔组织控制形成，亟待新材料发现与创新理论提出。我国华北板块寒武纪早期猴家山组的开腔骨骨片，为破解这一难题提供了关键线索。
5亿年前化石：藏着组织控骨的证据
团队针对这些大小仅300μm的微小开腔骨骨片展开深入研究，通过扫描电镜、显微CT、聚焦离子束与扫描电镜联用（FIB-SEM）及透射电子显微镜能谱分析（TEM-EDS）等技术，发现骨片上存在大量以黏土矿物保存的多边形结构，如同“蜂巢”般包覆整个骨片。
将这些结构与现生贝壳对比后，团队发现其与软体动物珠母贝棱柱层间的有机质框架在大小、形态和显微结构上高度相似。据此推断，开腔骨化石骨片的多边形结构与软体动物有机质框架的起源、分泌方式类似，均受控于表皮细胞，且都发育有细胞间的棱和柱状结构，其矿化骨骼也与现代软体动物一样形成于这些多边形有机框架中。
结合软体动物有机质框架的形成过程及机制，研究进一步提出，疑难动物化石开腔骨类内部的空腔是表皮细胞包围形成的真体腔，这意味着5亿年前的开腔骨已具备现代真后生动物以表皮细胞形成上皮组织进而控制外部骨骼矿化的能力。
颠覆传统认知 彰显中国科研力量
现代动物系统学研究显示，上皮组织、结缔组织等四大组织的出现是真后生动物的典型特征。寒武纪开腔骨化石上皮组织多边形网状结构及其显微结构的发现，证实该寒武纪疑难类化石隶属于真后生动物。
此前，专家认为，开腔骨可能跟海绵动物存在一定的相似性，具有亲缘关系。而研究发现寒武纪开腔骨类与以中胶层造骨细胞形成矿化骨针、无任何组织分化的海绵类侧生动物完全不同，因此完全否定了开腔骨类化石属于或者与海绵动物亲缘关系亲近的传统观点。
评审专家认为该研究的最大亮点是将现代生物矿化原理应用于早期壳体化石，并通过多学科的交叉研究方法揭示了寒武纪大爆发期间动物矿化显微结构的复杂性，代表了真正的与矿化结构相关的上皮组织在寒武纪大爆发期间的首次发现，表明在寒武纪大爆发的早期，即使是一些比较低等的疑难动物，已经具有形成类似于现代高等动物复杂矿化骨骼的能力。
据悉，该研究受国家重点研发计划、国家自然科学基金合作创新研究团队项目等资助，为探索动物骨骼起源提供了全新视角与重要依据，充分展现了我国在古生物学领域的科研实力。
（中国日报陕西记者站 秦峰｜张海珊）
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