中外学者Nature发现最早的神经系统

【字体: 时间:2013年10月18日 来源:生物通

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  大约一年前,侯先光教授等人发现解剖结构复杂的大脑进化比以前认为的要更早,并且在进化过程中并没有发生多大的改变。而这一新发现则表明mandibulates(包括甲壳类动物)和螯肢亚门(chelicerates)在5.20亿年已经出现了分支……

  

生物通报道:来自英国自然历史博物馆,云南大学等处的研究人员发表了题为“Chelicerate neural ground pattern in a Cambrian great appendage arthropod”的文章,在中国西南地区昆明附近著名的澄江区域,发现了一种3厘米长的动物(一英寸多一点)化石,这种动物具有已知最早的完整的神经系统。这一研究成果公布在10月17日Nature杂志上。

文章的通讯作者分别是云南大学的侯先光教授,以及英国自然历史博物馆的Gregory D. Edgecombe教授,其中侯先光教授主要从事澄江动物群的研究,是澄江生物群化石的发现者,现任云南大学教授,云南省古生物研究重点实验室主任。

前篇:云南大学最新Nature文章

神经系统具体特征

研究人员比较了这种化石的神经系统与马蹄蟹和蝎子的神经系统,毫无疑问的指出这一5.20亿年前的Alalcomenaeus属于螯肢亚门(chelicerates)。

而且这一化石还具有蝎子和蜘蛛大脑中具有的典型特征:三簇称为神经节的神经细胞相互融合,这不同于一些甲壳类动物,它们的神经节相隔很远,通过长神经连接,就像是绳梯中的每节梯子。

其它特征还包括大脑肠道开口的位置,以及大脑内外感光中心的设置。

在进一步的研究中,研究人员还利用这些特征与其它约150种特征,共同分析了节肢动物中的进化关系。“Greg将这些特征加入到了一个计算机分支系统学分析中,并提出问题:这个化石应该放置在系统树的哪个位置?”Strausfeld说,“我们认为它应该属于现代螯肢亚门”。

更进一步的研究探索

但这个故事并没有就此结束。

大约一年前,侯先光教授等人发现解剖结构复杂的大脑进化比以前认为的要更早,并且在进化过程中并没有发生多大的改变。

当时发现的化石属于延长抚仙湖虫(Fuxianhuia protensa),是云南澄江早寒武世三个新的大型节肢动物之一,是一种灭绝的节肢动物。研究人员发现延长抚仙湖虫的大脑每一侧上有三个视觉髓,这很可能与昆虫中出现的神经纤维横向模式有关,而且其大脑也由三个个融合分部组成,而软甲亚纲(branchiopods)只有两个分部的融合。

这指出,一旦大脑的基本设计已经进化出现,那么就不会发生太大的变化。相反,外围的一些元件,如眼睛,触角,其他附加物,感觉器官等就会发现巨大的多样化,以及功能上的专业化,不过这些都会输入到相同的基本环路中。

而“这一新发现则表明mandibulates(包括甲壳类动物)和螯肢亚门(chelicerates)在5.20亿年已经出现了分支,作为两种不同的进化轨迹,这也就是意味着,它们的共同祖先在此前更早的时间里就已经存在了,”Strausfeld说,“我们希望能进一步分析更早时间的化石,并在未来找到mandibulate和chelicerate的祖先,解析其神经细胞,目前我们不清楚这些动物来自于哪儿,现在终于有了搜索的方向。”

(生物通:张迪)

原文摘要:

Chelicerate neural ground pattern in a Cambrian great appendage arthropod

Preservation of neural tissue in early Cambrian arthropods has recently been demonstrated1, to a degree that segmental structures of the head can be associated with individual brain neuromeres. This association provides novel data for addressing long-standing controversies about the segmental identities of specialized head appendages in fossil taxa2, 3. Here we document neuroanatomy in the head and trunk of a ‘great appendage’ arthropod, Alalcomenaeus sp., from the Chengjiang biota, southwest China, providing the most complete neuroanatomical profile known from a Cambrian animal. Micro-computed tomography reveals a configuration of one optic neuropil separate from a protocerebrum contiguous with four head ganglia, succeeded by eight contiguous ganglia in an eleven-segment trunk. Arrangements of optic neuropils, the brain and ganglia correspond most closely to the nervous system of Chelicerata of all extant arthropods, supporting the assignment of ‘great appendage’ arthropods to the chelicerate total group4, 5. The position of the deutocerebral neuromere aligns with the insertion of the great appendage, indicating its deutocerebral innervation and corroborating a homology between the ‘great appendage’ and chelicera indicated by morphological similarities4, 6, 7. Alalcomenaeus and Fuxianhuia protensa1 demonstrate that the two main configurations of the brain observed in modern arthropods, those of Chelicerata and Mandibulata, respectively8, had evolved by the early Cambrian.

作者简介:

侯先光,男,汉,1949年3月出生,江苏丰县人,九三学社社员,博士,博士生导师,澄江生物群化石的发现者,现任云南大学教授,云南省古生物研究重点实验室主任。
教育及工作经历:
1962年至1968年徐州市第一中学初、高中。
1969年12月至1973年8月江苏生产建设兵团如东棉场。
1973年9月至1977年2月南京大学地质系。
1977年2月至1978年8月南京大学地质系任教。
1978年9月至1981年9月中国科学院南京地质古生物研究所攻读硕士学位。
1981年9月至1990年9月中国科学院南京地质古生物研究所工作,历任实习研究员、助理研究员。
1990年9月至1997年8月瑞典国家自然博物馆合作研究并在乌普萨拉大学攻读博士学位。期间晋升为研究员。
1997年5月在瑞典乌普萨拉大学古生物系获博士学位。
1997年8月至2000年8月南京地质古生物研究所工作,继续从事澄江动物化石群的研究工作。
2000年8月至今云南大学工作,云南大学云南省古生物研究重点实验室主任、云南大学学术、学位委员会委员、教授。
社会兼职:
1、云南省古生物研究重点实验室主任。
2、国际古生物学会前副主席。
3、云南大学学术委员会委员、学位委员会委员。
4、《古生物学报》、《地层学杂志》编委。
5、云南省第十届政协常委
6.云南省政府参事

科学研究:
研究方向:
主要从事澄江动物群的研究。
承担科研项目情况:
负责和承担国家自然科学基金重点项目和“973”等多个课题的研究。
1、 国家自然科学基金项目:“澄江动物群节肢动物演化关系研究”。
2.国家973项目:最古老的动物群落-澄江动物群研究和
“地史时期海陆生物多样性演变”。
3.国家自然科学基金重点项目:“早期节肢动物辐射及其环境研究”。
4.云南省基金重点项目:“节肢动物起源与演化”
学术贡献:
1984年7月,经过长期艰苦、细致野外工作,在云南省澄江县帽天山早寒武世地层内(5.3亿年前)发现了闻名于世的澄江动物化石群。该动物化石群的发现被世界科学界称为“二十世纪最惊人的发现之一”,世界科学家把该化石群评价为“永远是科学的大厦”,为早期生命科学研究开辟了一个重要的创新性研究领域。
发现澄江动物化石群后,每年在云南作了大量野外工作,进行了先期艰苦的开创性工作,开辟了一些澄江动物化石群新地点并作了详细的挖掘工作,极大地扩大了澄江动物化石群的分布范围,采集了数万块具有重要科学价值的保存软躯体化石标本。这些早期艰苦的工作,为全面、系统研究澄江动物化石群奠定了坚实基础。
作为发现者和早期艰苦工作的开辟者,对澄江动物化石群进行了全面、系统研究,描述发表了澄江动物化石群中绝大多数动物新属种,把发现该化石群所引起的国际轰动进一步提高到科学理论的认识水平。发表有关澄江动物化石群文章80余篇,其中SCI论文30余篇,国际会议论文5篇,专著4部,其中在国外出版英文专著3部,被SCI他人引用千次以上,侯先光发表的澄江动物化石群的研究专著被外国专家在《Nature》、《Science》等十多家国际著名刊物上发表书评,向世界加以介绍和推荐,使澄江动物化石群在国际上产生了重大影响。
侯先光的这一系列工作,使科学界对澄江动物化石群的科学意义、寒武纪生命大爆发有了一个较为全新和全面的认识,为全面揭示澄江动物化石群的科学意义和寒武纪生命大爆发特征做出了重要贡献。最古老的澄江动物化石群发现,对重新认识寒武纪生命大爆发和各动物门类的起源与演化理论有着极为重要意义。因此,2002年5月28日,江泽民总书记在“中国科学院第十一次院士大会和中国工程院第六次院士大会上的讲话”中,特别列举了云南澄江动物化石群的发现是我国基础科学研究领域中令人瞩目的重大成果之一。


由于云南澄江动物化石群的重要科学意义,带来了重大的社会影响和效益:
1. 1992年2月,澄江动物化石群入选联合国教科文组织《全球地质遗迹遴选名录》中东亚优先甲等(A级);
2. 1997年5月,澄江动物化石群首发地被云南省人民政府批准为省级自然保护区;
3. 1998年11月,澄江动物化石群首发地被云南省委、省政府批准为云南省爱国主义教育基地;
4. 2001年3月,澄江动物化石群首发地被国家首批为11个国家地质公园之一;
5. 温家宝总理于2004年对澄江动物化石群的保护作了三次重要批示,9月5日的批示为“要保护澄江化石群,保护世界化石宝库,保护这个极具科学价值的自然遗产”;
6.2009年10月,中华人民共和国成立六十周年之际,澄江动物群发现被评为新中国科技60年60大成果之一。
7.2011年1月,“澄江动物化石地”被列入中国2011年上报联合国遗产中心的唯一世界自然遗产项目。

荣誉奖励:

1. 1997年获香港“求是”科技基金会“求是”奖集体奖。
2. 1997年获中国科学院自然科学特等奖。
3. 1997年获中国科学院有突出贡献的中轻年专家荣誉称号。
4. 1998年获南京十大科技成果奖。
5. 1999年国务院颁发的政府特殊津贴。
6. 2003年获国家自然科学一等奖。
7. 2004年获何梁何利基金科学与技术进步奖。
8. 2004年获国家“五一”劳动奖章。
9. 2005年获全国先进工作者荣誉称号。
10. 2005年获云南省先进工作者荣誉称号。
11. 2006年获首届兴滇人才奖。
12. 2008年获国家引进国外智力贡献奖。
13. 2008年获十大地质科技成果奖。
14. 2008年中国十大科学发现。
 

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