五亿年前的动物大脑—资环-喀斯特实验室古生物团队发现

寒武纪凯里生物群节肢动物祖先中枢神经系统化石

  8月19日，贵州大学资环学院古生物中心赵元龙教授领衔的研究组与中科院南京古生物所，上海应用物理所，西班牙巴塞罗那大学和英国皇家学会同行组成的团队一起在Cell 子刊Current Biology(IF=10.834)上发表题为“Leanchoiliidae reveals the ancestral organization of the stem euarthropod brain”的学术论文。这一研究工作通过显微荧光显微镜和能谱等多种手段分析化石软组织的元素分布，揭示了5亿多年前寒武纪凯里生物群真节肢动物基干类群Leanchoiliidae 的脑部结构，为探索节肢动物—这一地球上分异度最高的动物类群的大脑和腹神经索的演化过程提供了宝贵的化石实证。这是自1982年赵元龙教授发现凯里生物群以来，研究团队对其中节肢动物化石解剖学研究取得的阶段性进展。

图一：凯里生物群Leanchoiliidae（林乔利虫科）中枢神经系统化石及复原

两标本头部中枢神经显示出前脑、中脑和后脑的分化

由于节肢动物消化系统叠覆于神经系统上，并且两者埋藏过程和化石化机制未有定论。对其埋藏学的研究一直缺乏理论基础，研究团队提出C, Ca和P可在消化和神经系统中富集（图二），可采用解剖学特征来区分两者。

图二：凯里生物群林乔利虫科动物神经系统和消化系统化石

（通过XRF和能谱分析显示出C, Ca和P在两个系统中富集）

图三：节肢动物中枢神经系统演化树

泛节肢动物大脑结构相对简单，端脑（红色）控制触角或捕食肢；真节肢动物林乔利虫首次出现由头部神经节膨大形成的三分脑，端脑控制中眼和唇板；现代节肢动物前、中、后脑逐渐愈合

这一早期节肢动物重要演化过渡环节化石的发现是真节肢动物三分脑原始类型的实证。这一脑部结构雏形是寒武纪之后五亿年地球节肢动物头部中枢神经结构演化的蓝图。研究厘定出节肢动物大脑分步演化的模式（图三），是十年来古神经生物学领域的重要进展。

凯里生物群节肢动物神经系统化石的发现为古生物中心研究团队进行下一步早期节肢动物古行为学研究奠定了坚实的解剖学基础。

  本研究受到国家自然科学基金青年项目（41902003）支持。资环学院古生物中心成员兰天是本文的第一作者和第一通讯作者。

Lan et al., Leanchoiliidae reveals the ancestral organization of the stem euarthropod brain, Current Biology (2021),https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.07.048.

论文链接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)01038-1