欧强 韩健 舒德干: 从“多子多福”到“优生优育” ——寒武纪节肢动物孵育策略之演化权衡

发布时间：2020-05-06     作者：[科学研究院]    阅读：57次

   孟子曰：“鱼，我所欲也；熊掌，亦我所欲也。二者不可得兼，舍鱼而取熊掌者也”。我们常常面临“鱼和熊掌不可兼得”的处境，需要在得与失之间进行权衡、取舍。权衡的法则遍行于生命世界中。每一个生命体所能获取的资源（能量、时间、空间等）都是有限的，它需要“权衡”有限资源的充分利用，分配到身体各种性状，以达到个体生存、繁殖乃至精神层面的最佳状态。以我们人类为例，作为父母，通常需要在后代的数量和质量之间进行权衡——如果大量生育、粗放地抚养众多后代，则对每个孩子投资不足，导致部分后代营养不良甚至夭折、或成年后生存状况不佳；如果仅生育、精心培养少数后代，可保障每个孩子都有较高的存活率及生活质量。

        近期，我校地球科学与资源学院欧强教授与西北大学、云南大学、玉溪师范学院等科研机构通过对寒武纪节肢动物孵育繁殖行为的研究，联合报道了已知最早的演化权衡现象。研究论文发表于综合性期刊《科学·进展》（Science Advances）。权衡在现代生物的生命史策略演化中扮演着关键的角色，是现代生物学家研究的重要课题，但在化石记录中一直难觅踪影，本项研究将生物演化权衡的起源追溯到了寒武纪早期。

         瓦普塔虾科（Waptiidae）为节肢动物一个已绝灭的原始类群，与现代海洋甲壳动物亲缘关系很近。它们的化石记录在中国华南寒武纪早期的澄江生物群以及加拿大寒武纪中期的布尔吉斯页岩生物群都有发现。2016年，国外学者报道了布尔吉斯页岩中“菲尔德瓦普塔虾”（Waptia fieldensis）携卵现象，论证了瓦普塔虾有类似现代甲壳动物的孵育行为。本次研究人员基于澄江生物群中另一种瓦普塔虾“卵形川滇虫”（Chuandianella ovata）1020枚化石标本的观察，发现其中4枚保存了精美的受精卵，部分卵还保存有胚胎的证据。这些卵被母体携带在左右双瓣壳内表面，在它们孵化过程中提供物理性保护并保障营养物质及氧气供应，使后代获得最大的成活率。

　　研究人员发现，卵形川滇虫携带的卵数量普遍多（最多者总数达100颗以上），但直径普遍小（均为~0.5毫米）；形成鲜明对比的是，菲尔德瓦普塔虾携带的卵普遍都少（最多者仅为25颗卵），但直径都很大（普遍>2毫米）。研究人员认为，这种鲜明的对比揭露了这两种近缘瓦普塔虾类的繁殖策略发生了明显的改变，可能反映了它们在自然选择作用下对寒武纪不同生态环境的适应性演化。它们在后代的数量-质量之间进行了“权衡”——“多子多福”兴于寒武纪早期，而“优生优育”则在寒武纪中期受到青睐。研究者展现了演化权衡在寒武纪泛甲壳类动物干群中的清晰记录，论证了权衡机制自寒武纪以来就一直普遍作用于生命演化当中；此外，寒武纪节肢动物在繁殖策略上的演化权衡，对于该门类走向巨大成功，可能扮演了重要的角色。

　　上述研究成果发表于国际学术期刊《Science Advances》：Ou, Q.*, Vannier, J., Yang X.F., Chen, A.L.*, Mai H.J., Shu, D.G., Han, J., Fu, D.J., Wang, R., Mayer, G., 2020. Evolutionary trade-off in reproduction of Cambrian arthropods. Science Advances. 6, eaaz3376. DOI: 10.1126/sciadv.aaz3376, 2020. [IF=13.267]

　　全文链接：https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/18/eaaz3376.full.pdf