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【光明網】南京古生物所等揭秘一億年前介形蟲的有性生殖行爲
2020-10-09 | 编辑: | 【

2020930 來源:光明網

介形蟲是具有雙瓣殼的水生微型甲殼類動物,在地球上生存了近5億年。地層中保存了較爲豐富的介形蟲雙瓣殼化石,其軟體部分通常不易保存。近期,中國、德國和英國的研究團隊,利用高分辨率顯微斷層掃描技術,研究産于白垩紀緬甸琥珀中保存有軟軀體的介形蟲化石標本,發現一億年前介形蟲利用巨型精子進行有性生殖的行爲。

介形蟲是自奧陶紀以來地質記錄中最豐富的節肢動物化石之一,其大小通常在1毫米左右。介形蟲化石具有生物地層學意義,是油氣勘探中不可或缺的化石門類之一,在古環境重建和生物演化研究中扮演重要角色。大多數介形蟲化石只保存鈣化的殼,軟體部分(附肢和身體等)通常難以保存,而這些軟體結構能夠提供重要的古行爲學信息,如生殖行爲。

近日,中國科學院南京地质古生物研究所现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队博士王贺和研究员王博等,与德国和英国科研人员合作,首次报道产于白垩纪缅甸琥珀中保存有软躯体的介形虫化石。该枚琥珀重0.676克,長17.5毫米、寬13.5毫米、厚4毫米,共保存39個介形蟲化石標本。介形蟲個體最大0.59毫米,最小0.24毫米,這些介形蟲歸屬于三個不同類群,含有從幼年到成年的較完整的發育序列。通過與現生介形類的生活環境對比,研究人員認爲這些介形蟲當時生活在靠近海邊的瀉湖環境中。

研究人員利用高分辨率顯微斷層掃描技術(顯微CT)分析其中的11個標本,通過高精度三維圖像重建工作,精細還原這些介形蟲的殼體和軟軀體(包括附肢、抱握器、曾克氏器〔精子泵〕、半陰莖、儲精囊、卵和巨型精子)的形態特征。基于化石功能形態學分析和現生介形蟲的形態和生態學觀察,發現其中一類化石介形蟲在進行有性生殖時,雄性通過鈎狀抱握器抓住雌性並將半陰莖伸入雌性個體內,交配中,雄性通過曾克氏器(精子泵)將巨型精子送入雌性體內。曾克氏器因其具有發達的肌肉和螺紋狀的刺,易從現生個體中發現。巨型精子儲存在雌性儲精囊內,隨後,精子開始具有活性完成受精過程。

該研究首次在白垩紀介形蟲化石中發現現介形蟲的巨型精子,其長度至少相當于介形蟲體長的三分之一;也是已知最早的動物精子記錄,將其化石記錄至少提前5000萬年。研究表明,與現代介形蟲有性生殖相關的生殖器官(如抱握器、曾克氏器等)至少在白垩紀中期就已形成,其形態特征在一億年間未發生改變;介形蟲的這種利用巨型精子進行有性生殖行爲在一億年前就已存在,爲生殖行爲的演化停滯現象提供實例;該種包含巨型精子的複雜生殖行爲提高介形蟲交配的成功率,促進非海相介形類在晚中生代的輻射演化。

相關研究成果以2020 Exceptional preservation of reproductive organs and giant sperm in Cretaceous ostracods爲題,在線發表在《皇家學會會刊-B輯》(Proceedings of the Royal Society B)上。研究工作獲得中科院、科技部和國家自然科學基金委的資助。南京古生物所項目聘用人員吳素萍協助完成顯微CT實驗,助理工程師楊定華繪制生態複原圖。

图1 不同介形虫的三维复原图

图2 介形虫有性生殖器官对比图(左为化石,右为现代类群):a和b:抱握器;c和d:卵的横截面;e和f:精子泵;g和h:介形虫的精子;i和j:半阴茎;k和l:介形虫精子细节结构

图3 介形虫交配行为复原图(杨定华绘制)








 
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