树状动物:多细胞动物起源的新物种

1986年7月下旬,澳大利亚海洋学研究船富兰克林号(ORV Franklin)在澳洲东南部海域进行着一次例行的海洋生物调查。和往常一样,他们抛下的耙底器,从大约300米深的海底,打捞上来了大量的底栖生物。科研人员们照例对这些生物样品进行了清洗、过筛和分拣。其中,有十几个长的像蘑菇样小东西混在在大量的动物样品中,并没有引起大家太多的关注。它们被标为“非濒危物种”,然后就被福尔马林固定,然后浸泡在了酒精里保存。在随后几年的科考中,这些小东西再也没有被发现过,而静静躺在酒精中的这批样品,就这样一睡就是20多年。

树状动物

然而,它们终于引起了人们的注意。我们都知道,排除种类繁多的昆虫类,在其他动物中发现一个新的属都是极为困难的事情。而这些不起眼的小东西,则有可能是一个新的动物门!并且,它也许是地球上最早出现的多细胞动物类群中的一员。在它们那大小不足1厘米的微小身躯背后,可能隐藏着一个关于地球生命演化的惊天秘密。

怪异的模样

这批生物标本,粗看上去就像是小个的蘑菇——基部具有一个柄,柄的上部具有一个盘状的“盖”。在盖子中,还有着众多呈二叉分支的树状的纹路。因此科学家们用“Dendrogram”(树状)一词为它们命名了一个新的属“Dendrogramma”,同时还建立的新的科“Dendrogrammatidae”,所以姑且将它们称作“树状动物”。依靠树状分支数量以及柄长度的不同,这批样品能被分为两个种,即D. enigmatica和D. discoides。
通过对这些样品的染色和电镜观察,科学家们发现,这些树状的分支,其实和“柄”中的通道相互连接,构成了一个分布于动物体内的连续的管道系统,而整个管道系统的开口在柄的末端。由此可见,这很可能就是树状动物分支的消化管道。在开口的部位,还有2-3个突出的“唇部”,科学家们推测,这些底栖的树状动物可能是依靠唇部分泌的粘液来捕获微生物为食。

通过对样品的切片观察,科学家们发现了一个更有意思的现象。在整个树状动物体内,只有其表皮和管道内壁是分别由一层细胞构成的,而它那半透明的身体的主体部分,则是由胶质纤维构成、不含有细胞结构的!正是这一发现,让树状动物的身世扑朔迷离了起来。

神秘的身世

在动物的演化历史上,有几个重要的里程碑事件。首先,多细胞动物的出现,让更复杂的动物个体出现成为了可能;随后,动物体出现了两个胚层,内外胚层的分化让位于不同位置的细胞构成了行使不同功能的组织,为今后器官的出现的打下了基础;再往后,两侧对称的出现让动物第一次区分出了“左右”,更是进一步提高了动物的运动和感知能力。

对于树状动物来说,它显然是一种多细胞动物,并且显微观察显示它具有表皮和胃皮两层细胞,中间相隔的是厚厚的胶质层,这符合两胚层动物的特征。但是,它还尚未表现出两侧对称的特征。因此科学家将它定义为一类“多细胞、两胚层、非两侧对称”动物。

在现存已知的生物中,符合这一定义的动物包括这几个类群:海绵动物(Porifera,对,就是海绵宝宝所属的类群)、扁盘动物(Placozoa)、刺胞动物(Cnidaria)以及栉水母动物(Ctenophora)。然而,海绵动物和扁盘动物尽管具有双胚层,但分化并不显著,也缺乏具有特定形态的消化管道。而以水螅、水母和珊瑚为代表的刺胞动物,以及以发光闻名的栉水母动物则和树状动物具有一些类似的特征,如都有中胶层的存在、也具有只有一个开口的消化系统(在腔肠动物中被称为消化循环腔)。不过除此之外,树状动物和它们的差异还是巨大的。首先,刺胞动物具有能够发射刺丝的刺细胞,而栉水母类则具发射缠绕粘线的粘细胞,但树状动物则缺乏这些结构;其次,从目前的观察结果看,在树状动物上还没有观察到这两类动物具有的诸如感觉囊、缘膜孔以及神经系统等结构。由此可见,树状动物可能和栉水母类有较近的关系,但仍是具有独立特征的一个类群。在分类学上,刺胞动物和栉水母动物分属于两个门,因此,科学家们倾向于将树状动物列为一个区别于前两者的一个单独的门。

争议尚存:最古老的多细胞动物,究竟是什么?

可能发现一个新的动物的门固然让人兴奋,但是,树状动物带给人们的惊喜不只如此,它所处的演化位置具有更为重要的意义。那么,树状动物究竟处于什么位置呢?这要取决于那些处于进化树最基部的动物们的系统关系。

在传统上,人们认为最早从进化树上分出的侧枝是海绵动物,因为它具有特殊的胚层反转现象而不同于现今的任何动物。随后分支出的是变形虫集群样的扁盘动物。而和包括人类在内的两侧对称动物关系最接近的,则是通常被合称为腔肠动物(Coelenterata)的刺胞动物和栉水母动物。如果是这样,树状动物可被视为一类特化的、和腔肠动物关系很近的新类群。

然而,一些新的研究显示进化树的根基也许和传统的认识不同。这让树状动物的价值变得不仅仅是一个新的门这么简单。一些研究者们认为,栉水母类由于其独特的结构特征和化石证据,或许是最先从多细胞动物的主干上分支了出来。这一假说被称为“栉水母优先”假说(‘Ctenophora-first’ hypothesis)。那么,如果这一假说成立的话,树状动物则很有可能同样成为从进化树最基部分离出的侧支,换句话说,树状动物可能代表了最古老的多细胞动物形态。

有意思的是,同样在澳洲南部地层中,存在着一群在地球动物演化史上占有重要地位的动物群化石——埃迪卡拉动物群。而在埃迪卡拉动物群中的一些化石,和树状动物有着极为类似的形态特征。例如艾迪卡拉动物群中的一类三叶水母(Trilobozoid medusoids)类群,也具有类似的树状分支型结构。埃迪卡拉动物群生活于距今约6亿年前的前寒武纪时期,当时它们也生活于深海的海床上。如果排除环境引起的趋同效应,那么,树状动物可能代表了埃迪卡拉动物群的一个孑遗类群。而树状动物自身和栉水母类的较近关系,则表明埃迪卡拉动物群中的一些类群,如上面说到的三叶水母类,属于真正的多细胞动物(即排除海绵动物和扁盘动物外的所有现生多细胞动物),而并不像之前认为的那样,整体代表了一个在演化方向上失败的多细胞动物类群。这将让人们对最原始多细胞动物的演化史以及埃迪卡拉动物群所处的位置产生颠覆性的认识。

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