“小壳化石”证实头足动物起源于寒武纪早期

“小壳化石”证实头足动物起源于寒武纪早期（视频由AI生成）

提到头足动物，人们最先想到的可能是灵巧的章鱼、鲜嫩的鱿鱼，或是远洋漂浮的鹦鹉螺。这些软体动物拥有发达的神经系统、擅长变色伪装，还有依靠喷射推进的灵活身手。但它们何时起源、祖先样貌如何，一直是未解之谜。

近日，中国科学院南京地质古生物研究所参与的团队，在5.2亿年前数十颗毫米级的“小壳化石”里找到了答案。

现生头足动物中，乌贼和章鱼外壳早已退化，但它们的远亲鹦鹉螺至今仍保留螺旋壳。鹦鹉螺壳内部十个气室由一根叫作体管的管状结构串联贯通。

梳理头足动物的演化过程，关键在于理清被比作“潜水舱”的浮力调节装置如何演化。其中，体管便是控制头足动物“潜水舱”中水体进出的关键结构通道，也是头足动物从基干软体动物中分化出来的关键演化特征。

然而，体管如何演化、头足动物何时出现，化石证据和分子钟推算相差3000万年。此前已知最早的头足动物化石是寒武纪晚期寒武短棒角石。而分子钟研究显示，头足动物分化时间应在寒武纪早期。

寒武纪早期遍布全球的“小壳化石”，保存着丰富多样的软体动物骨骼残骸，是寻找头足动物起源的潜在宝库，但从中锁定头足动物的踪迹难度极大。

科研人员在陕南镇巴距今约5.2亿年前水井沱组地层的“小壳化石”中，发现了内部结构较为特殊的微小锥形壳体，并命名为陕西始角石（Eoceras shaanxiense），这是目前全球已知最早的具体管头足动物化石。

团队借助扫描电子显微镜和显微计算机断层扫描，观察三种磷酸盐化方式保存的陕西始角石标本，全面重建了其外部壳体形态与内部解剖结构。

该化石壳体微小，呈直锥状，壳口倾斜；腹侧贯穿一条连接壳口与壳顶的体管，体管被多个隔壁分隔，并通过微小的管道与隔壁相连。

这证明，陕西始角石已具备早期头足动物的形态特征。但陕西始角石的浮力装置相当原始，研究推测其调节浮力的能力有限，大多仅在海底附近底栖游移生活。

陕西始角石刷新了最早头足类化石记录，还揭示了一条新的头足动物演化路径。

头足动物可能起源于一类具多隔壁的直管壳类软体动物，此后经历了三个演化步骤——首先出现的是具多隔壁但体管尚未封闭的直管壳类，随后演化为具封闭式分节体管的直管壳类（陕西始角石正处于这一阶段），最终发展为具隔壁颈和连接环的真体管头足类。这条从简单到复杂的演化路径，填补了头足动物从软体动物祖先分化出来的关键环节。

该发现将已知最早的头足动物化石记录向前推进约3000万年，与分子钟推算的分化时间吻合，弥补了演化断层，证实头足动物起源于寒武纪大爆发期间。这表明，或许在寒武纪早期“小壳化石”中，那些形态奇特的管状化石还蕴藏着更多动物门类起源的秘密。

相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。

论文链接

陕西始角石不同磷酸盐化保存方式。（a-e）保存方式Ⅰ，显示具倾斜口部的直锥状壳体；（f-j）保存方式Ⅱ，腹侧壳体磨损显示分节体管与多个次生隔壁；（k-p）保存方式Ⅲ，单独保存的分节体管

陕西始角石壳体形态与内部解剖结构。（a-e）显示具倾斜壳口的直锥状壳体及内部分节体管；（f-g）显示连接隔壁与体管的微小管道结构；（h）显示壳体形态及内部关键解剖结构；（i）化石形态结构示意图

陕西始角石系统发育位置及生态复原图