浅析寒武纪海洋中的古虫动物

李金淑

(西北大学地质学系，陕西 西安 710069)



浅析寒武纪海洋中的古虫动物

李金淑

(西北大学地质学系，陕西 西安 710069)

寒武纪地层中的古虫动物因其形态特征奇特、内部解剖学特征隐蔽，长期以来其形态结构功能和系统分类位置尚未确定。通过对古虫动物化石标本进行野外采集，室内系统观察、对比和解剖研究，并结合有关学者的研究成果，对所采集标本的形态功能进行解释，认为古虫动物很可能代表了后口动物演化的基干类群。古虫动物增加了寒武纪生物的多样性，而且为破译后口动物的起源及早期生命的演化问题带来希望。

寒武纪生命大爆发；后口动物亚界；乌龙箐组；古虫动物

古生物学是研究地质历史时期生物界及其发展的科学，主要研究生命的起源与演化，其主要研究对象是化石-保存在岩层中地质历史时期生物的遗体、遗迹和死亡后分解的有机分子[1]。地球大约形成于46亿年前，经历了漫长的地质历史，不同的时代有着不同的环境，不同的环境造就了不同的生物；不同的地质时代沉积了不同的地层，不同的地层中保存着记录地质年代的千姿百态的化石[2]。大约5.4亿年前寒武纪开始之时，绝大多数无脊椎动物在几百万年的很短时间内出现，因此寒武纪生命大爆发为探索早期生命的起源与演化开辟了绝佳的窗口。古虫动物门是寒武纪最奇特、最受争议的动物类群。笔者通过地质调查和地质踏勘，寻找化石采集点，并采集相关古虫动物化石，在实验室借助显微镜对标本进行细致观察、对比及解剖，并结合之前学者的研究成果，根据其躯体呈简单分节，而且具有后口动物中重要的特征-鳃裂构造，进一步论证古虫动物作为后口动物的基干类群，并从形态学特征上分析其排水进食及游泳机制。

1　研究背景

后生动物门类在埃迪卡拉纪至寒武纪过渡时期相对较短的地质历史时限内首次大量出现，并于早寒武纪快速辐射演化，形成以后生动物为主导的海洋生态系统[3]。古虫动物门出现于寒武纪大爆发的主幕，最早的化石记录出现在我国澄江动物群和格陵兰岛Sirius Passet动物群，大约在中寒武纪加拿大布尔吉斯页岩动物群之后绝灭，主要分布于我国的澄江动物群及关山动物群[4-5]。古虫动物躯体构型独特，内部软躯体结构复杂，生态学地位一直存在争议，因此备受古生物学界和进化生物学界的瞩目。舒德干教授研究团队基于古虫动物具有后口动物的特征，开创性地将古虫动物论证为后口动物的一个已绝灭的根底类群，并建了古虫动物门，这一重要发现使后口动物的起源有了实质性的进展[4-11]。

2　材料与方法

本文描述的化石标本采自关山生物群，化石产地位于云南省省禄劝县兴隆村，该地区乌龙箐组地层出露较好，岩性主要以泥岩夹薄至中层粉砂岩为主，化石丰富，产大量的古虫动物化石。

本文主要采用野外工作与室内研究结合的研究方法。通过地质踏勘寻找合适的化石产地，并采集相关化石，在室内对化石标本进行细致的观察、解剖，对比已有属种进行形态学对比研究，对形态特征和生物构造特征进行描述和解释。

3　化石描述

古虫动物分异度较大，古虫动物门由舒德干教授研究团队建立[6](Vetulicolia Shu et al., 2001)，目前已报道2纲10属14种，其总特征为：躯体两侧对称，分为前体和后体；前体可弱分为六个体节而后体明显分为七节或更多；体表具皮膜，覆盖在硬化的骨板之表面；口位于前体顶部；前体骨板在两侧近中线处内陷形成复杂的侧沟；侧沟内分布有五对囊状鳃部构造；后体呈阔叶状；消化道贯穿后体肛门位于后体末端[4-5，11]。下面,分别对图1所示的两个标本进行描述。

图1　云南乌龙箐组龙宝山古虫动物化石标本

图A：标本呈斜侧视保存。躯体明显分为前体和后体两部分，前体两侧对称，为闭合的双壳，呈次长方形，长55 mm，最宽处20 mm，口部位于前体顶端。背边平直缘略向上倾斜，以约25度的倾斜角向后延伸，前体与后体的连接处有一三角形的鳍状物，腹边缘平直，略向下拱曲。因该标本呈斜侧压保存所以未观察到鳃部构造。后体明显分为7节，总长度33 mm，最宽处14 mm。

图B：标本呈侧视保存。躯体由前体和后体两部分组成，总长度55 mm。前体两侧对称，呈次长方形，长40 mm，最宽处30 mm，口部未见保存。前体中部被一纵向侧沟分为背腹两部分，侧沟由口部一直延伸到前体末端，保存有3对鳃部构造。背边缘略向上倾斜，前体与后体的连接处有一三角形的鳍状物，腹边缘向下拱曲。后体明显分节，总长度30 mm，最宽处15 mm，前3节呈圆柱状，向后为扁平的阔叶状。

4　讨论

通过前人的研究，结合笔者描述的标本可以看出，龙宝山古虫动物的口部位于前体顶部，侧沟位于前体两侧近中线处，与口部相对应，从口部一直延伸到前体末端，当水流由口部进入后，经过侧沟，通过鳃裂进入各鳃囊中，由鳃管末端排出体外；在排水的过程中，经过鳃部的食物颗粒被搬运到背腹两侧的食物沟，食物颗粒富集成团状向肠道运输，最终排泄的废物由身体末位的肛门排出[4-5]。后体明显分节，前3节呈圆柱状，与前体相连，后4节呈扁平的阔叶状。通过龙宝山古虫动物外部形态特征推测通过其前后体连接处的鳍状构造保持平衡，控制游泳的方向；后体的左右摆动产生前进的动力，而阔叶状的尾部增加了与海水接触的面积，增强了其游泳能力，而游泳能力的增强，有利于龙宝山古虫动物进食和躲避敌害，进而更有利于其生存[12]。

古虫动物的分类位置尚未确定，舒德干研究团队认为古虫动物是后口动物谱系的根底类群，是后口动物亚界的原始分支，这一学术观点获得学术界众多支持[4-5，11，13-18]，笔者也赞同舒德干研究团队的认识。舒德干及其研究团队提供的主要证据如下：(1)鳃囊构造内部存在与现生后口动物同源的咽鳃裂；(2)具原始分节；(3)骨板由皮膜包裹，说明中胚层可能存在内骨骼；(4)不具脊索动物所特有的肌节及弹性的脊索构造；(5)咽部存在背腹两向的食物沟，而冠群后口动物仅存在单侧食物沟；(6)可能具有与半索类咽上脊同源的内柱构造；(7)鳃形态简单，比冠群后口动物的鳃结构更简单、更原始；(8)古虫动物的口位于前体顶端，而高等后口动物多为衍生的腹侧口；(10)现生冠群后口动物具肛后区，但是古虫动物不具肛后区，说明其可能为干群后口动物；(12)不具头部，半索动无头类脊索动物都不具头部，所以其系统发生位置比脊椎动物低[4-11]。

5　结语

后口动物的起源是动物演化史上的具转折意义的里程碑式创新事件，也是生命科学界长期孜孜探索的重大谜题。古虫动物门作为由原口动物向后口动物过渡的环节，很可能代表着后口动物亚界的原始分支，为探索后口动物起源及早期演化等科学问题带来曙光，使后口动物的起源有了实质性的进展；其咽鳃裂构造的出现，大大提高了排水及摄食等基本新陈代谢过程，为后口动物逐步走向多样化奠定了基础。

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2016-03-04

李金淑(1990-)，女，山东泰安人，在读硕士研究生，主攻方向：古生物学与地层学。

P534.41

B

1004-1184(2016)04-0257-02