化石解决了蜕皮动物神经系统的谜团

随着地球被遗忘的角落里栖息着如此多的难以捉摸的生物，科学家们总是埋头于构成动物王国结构之谜的研究中。

这个谜团的一个重要部分是了解某些动物如何从数百万年前的祖先进化出独特的特征；对于 Ecdysozoa 这一类动物来说，围绕它们神经系统古代进化的争论，如今已经在一项发表在《Science Advances》上的新研究的帮助下得到了解决。 thanks to a new study published in Science Advances。

什么是 Ecdysozoans？

Ecdysozoa 是一类动物，包括节肢动物（昆虫、甲壳类）、线虫和其他蠕虫状生物。Ecdysozoan 动物的一个决定性特征是蜕皮，即蜕下覆盖身体如同保护性盔甲的角质层（外骨骼）的过程。

然而，最近科学家们更关注 Ecdysozoa 的内部结构，特别是与它们神经系统起源不明有关的问题。这项新研究解决了关于这一谜团的紧迫问题。

以前，科学家们不确定腹神经索（无脊椎动物中枢神经系统的重要组成部分）在 Ecdysozoans 中是如何形成的。然而，对 Scalidophora（Ecdysozoa 在海洋环境中发现的一个亚群）的寒武纪（距今 5.41 亿至 4.85 亿年前）化石的仔细研究，揭示了这些动物神经系统结构的来源。

神经系统之谜

Ecdysozoans 的中枢神经系统，包括大脑和腹神经索，过去一直让科学家们感到困惑。这是因为该类群中的一些门拥有不同排列的腹神经索；这在 Scalidophora 的动物中很明显，包括阴茎虫、铠甲轮虫和动吻虫。

阴茎虫只有一个腹神经索，而铠甲轮虫和动吻虫则有成对的神经索。这引发了一个问题：所有 Ecdysozoan 动物的共同祖先是否拥有单个或成对的腹神经索？研究人员还对铠甲轮虫和动吻虫尽管在某个时候走向了不同的进化路线，但却与节肢动物拥有相似的神经系统设计的原因感兴趣。

与共同祖先的联系

对化石的调查为研究人员提供了他们一直在寻找的答案。他们研究了代表早期寒武纪宽川铺生物群和澄江生物群的祖先 Scalidophorans 的化石，以及 Ottoia prolifica（一种古老的阴茎虫状蠕虫）；研究人员在这些生物的腹侧发现了与现代阴茎虫中看到的单个腹神经索非常相似的结构。

基于这一发现，线虫和泛节肢动物（包括节肢动物、缓步动物（水熊虫）和有爪动物（环节蠕虫））也从一个可能拥有单一神经索的共同祖先进化而来。

“这促使我们提出，所有 Ecdysozoans 的共同祖先都拥有单一的腹神经索，”伦敦玛丽女王大学生物学家 Chema Martin-Durán 在一份新闻稿中说。in a press release。“在节肢动物、铠甲轮虫和动吻虫中观察到的成对神经索很可能是独立进化的，代表了派生的特征。”

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分节身体的优势

一些 Ecdysozoans 共有的另一个重要特征是分节身体，这在铠甲轮虫、动吻虫和泛节肢动物中都有发现。这种身体构造为这些动物提供了巨大的优势；一项关于节肢动物分节的 2019 年研究将这种特征描述为“‘瑞士军刀式’的附肢特化”，它允许节肢动物执行各种各样的功能，最终帮助它们在多种环境中生存。“‘Swiss-Army knife’-like specialization of appendages”

新研究的研究人员声称，这种结构构建可能与神经系统修改协同进化。

“成对神经索的出现可能促进了运动协调性的提高，尤其是在分节动物中，”西班牙马德里胡安·卡洛斯国王大学海洋生物学家 María Herranz 在声明中说。“在前寒武纪-寒武纪过渡时期，神经系统和肌肉系统的变化可能与附肢的发展有关，从而实现了更复杂的运动。”

有了 Ecdysozoans 的这个更新的视角，科学家们现在对这些动物的进化历史有了更清晰的认识，特别是关于它们的神经系统在各种谱系分化之前是如何首次出现的。