Nature：中国团队解开谜团，1.6亿年前的化石揭示了带刺蠕虫的起源

A Jurassic acanthocephalan illuminates the origin of thorny-headed worms

侏罗纪化石揭示了轮虫和寄生棘头类动物之间的关键进化联系，解决了……

　　

侏罗纪化石Juracanthocephalus揭示了轮虫和寄生性棘头虫之间的一个关键进化联系，解决了关于它们起源和解剖学的争论。

来自中国科学院南京地质古生物研究所的研究团队在中国内蒙古的1.6亿年历史的道虎沟生物群中发现了一种名为Juracanthocephalus的棘头虫化石。这一发现发表在《Nature》杂志上。

棘头虫，也被称为有刺头虫或棘头虫，是一种生活在海洋和陆地环境中的内寄生生物。这些在医学上重要的寄生虫感染了广泛的宿主，包括人类、猪、狗、猫和鱼类。

它们以细长的蠕虫状身体和覆盖着倒钩的可伸缩吻部为特征，这些倒钩帮助它们附着在宿主的消化道上。尽管它们曾被认为是一个独立的动物门，但它们独特且高度特化的解剖结构引发了关于其进化关系的持续争论。

Juracanthocephalus的背散射扫描电子显微镜（BSE）图像（a）、多种元素浓度的叠加图像（b）以及来自能量色散X射线光谱学的碳元素图（c）。比例尺，2.0毫米。来源：南京地质古生物研究所

形态学研究曾暗示棘头虫与多个类群之间存在联系，例如扁形动物门（Platyhelminthes，扁虫）、阴茎虫门（Priapulida，阴茎虫）或轮虫门（Rotifera，轮虫）。然而，分子系统发育证据强烈支持棘头虫是轮虫门内的一个高度衍生的亚群。尽管如此，寄生性棘头虫和自由生活的轮虫之间的形态差异仍然非常显著。

棘头虫化石记录的挑战

此外，棘头虫的化石记录异常稀少，因为它们的身体柔软——比硬体生物更难被化石保存——且栖息地隐蔽。直到现在，已知的化石证据仅包括在白垩纪晚期鳄形类动物粪便化石中发现的四个疑似棘头虫卵。由于缺乏身体化石，棘头虫的起源和早期进化因此仍不甚明了。

利用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱学（EDS），研究团队对Juracanthocephalus进行了详细的解剖分析，并更新了蠕虫类动物的形态矩阵，以支持全面的系统发育分析。

简化后的Gnathifera类群的谱系图，其中Juracanthocephalus以红色显示。来源：南京地质古生物研究所

结果显示，Juracanthocephalus代表了自由生活的有颚轮虫和无颚内寄生棘头虫之间的过渡形态，填补了进化上的空白。这一发现提供了首个直接的化石证据，有助于解开棘头虫起源的长期谜团。

独特的解剖结构和身体特征

Juracanthocephalus的身体呈纺锤形，分为吻部、颈部和躯干。吻部装备有强烈角质化的、略微弯曲的钩子，而躯干的腹面有38条横向的、毛刷状的梳状结构——这一特征与现代棘头虫相似。吻部可能保存了一个消化道，尽管在躯干中没有清晰可见的肠道。化石的末端显示出一个类似于雄性棘头虫的囊状结构。

值得注意的是，Juracanthocephalus有一个由成簇的、类似牙齿的单元组成的颚装置，这些颚呈收敛的成对排列，且向后逐渐增大。这种结构与Gnathifera类群中发现的结构极为相似，Gnathifera包括颚口虫纲（Gnathostomulida）、微颚纲（Micrognathozoa）和合毛亚门（Syndermata，包括轮虫和棘头虫）。

基于50%多数规则自展共识树的系统发育树。当Juracanthocephalus被纳入矩阵时，结果显示Seisonidea是Juracanthocephalus + 所有现存棘头虫的姐妹群（a）；当Juracanthocephalus被排除在形态矩阵之外时，结果显示Seisonidea是所有其他轮虫的姐妹群（b）。来源：南京地质古生物研究所

为了确定Juracanthocephalus的系统发育位置，研究团队编制了一个更新后的形态矩阵，涵盖了现存和已灭绝的蠕虫类动物。分析显示Juracanthocephalus是一种棘头虫的干群成员，是所有现存棘头虫的姐妹群。这一发现与分子系统发育分析一致，后者将棘头虫置于轮虫门内（包括单毛亚纲、轮虫亚纲和Seisonidea）。

轮虫关系中的竞争性假说

然而，棘头虫在轮虫门内的确切位置仍然存在争议，分子和形态学研究提出了六个竞争性的假说。当Juracanthocephalus被排除在形态矩阵之外时，结果显示Seisonidea是所有其他轮虫的姐妹群，这与之前的形态学分析一致，但与分子数据相矛盾。

相反，将Juracanthocephalus纳入矩阵时，Seisonidea被定位为Juracanthocephalus和所有现存棘头虫的姐妹群，这调和了形态学和分子系统发育分析。

Juracanthocephalus的发现为理解棘头虫的进化创新和身体结构提供了重要的参考。它的带钩吻部和较大的体型表明，它在侏罗纪时期是一种内寄生生物。此外，这一化石暗示棘头虫可能起源于陆地环境，并且在中侏罗纪之前从轮虫分化出来。

这项研究强调了过渡化石在阐明动物身体结构的激进形态变化中的重要性。尽管分子系统发育学已经彻底改变了我们对进化关系的理解，但Juracanthocephalus突出了化石证据在重建生命历史中不可或缺的作用。