科技日报记者 陆成宽
5亿年化石破解动物骨骼起源之谜。记者10日获悉，通过分析江苏徐州出土的、5亿年前的小壳化石，西北大学等单位的科研人员，在化石骨片上首次看清了由表皮细胞形成的“网状结构”，证实在寒武纪时期早期动物就已经掌握了利用表皮细胞控制骨骼生长的高级技能，改写了我们对动物演化的认识。相关研究成果发表于地学领域顶级期刊《地质学》。
地球上绝大多数动物，包括人类在内，都有骨骼。像珊瑚、蛤蜊这类动物通常长着用于防护的外骨骼，而海星、鱼类和各种脊椎动物则拥有支撑身体的内骨骼。虽然这些骨骼的形成方式可能不同，但都是在皮肤或身体内部组织控制下长出来的硬质结构。
动物最早是什么时候开始长骨头的呢？目前发现的最早记录在五亿多年前的寒武纪大爆发时期。传统观点认为，动物长出硬骨头，很可能主要源于两个原因，一是捕食者和猎物之间愈演愈烈的生存竞争，二是当时海洋环境的变化。
动物最早为什么会长出硬骨头？它们是怎样控制骨骼生长的？这两个关键问题至今仍是困扰古生物学家的难题。“主要原因是，寒武纪初期那些保存了外壳形状的小化石，多为磷酸盐化内核。它们无法告诉我们控制早期骨骼生长的机制，以及这种控制方式是否和现代动物一样。”论文通讯作者、西北大学教授张志飞坦言，目前关于化石中控制骨骼生长的组织，是如何起源与发育的研究极为稀少，亟须找到新的化石证据和提出新的理论。
在这项研究中，科研人员利用扫描电镜、显微计算机断层扫描、透射电子显微镜等技术，对江苏徐州发现的、距今约5.1亿年的开腔骨化石骨片进行了高精度解析。他们在这些骨片表面和内部发现了大量由黏土矿物保存的“多边形网格”。这些网格与现代珍珠贝等软体动物贝壳中控制矿物生长的“有机质框架”惊人相似。
进一步分析表明，这些网状结构正是由开腔骨的表皮细胞构建而成。矿物质正是在这些“细胞画出的格子”里有规律地沉淀，形成了骨骼。这与现代软体动物造壳的方式如出一辙，证明开腔骨已具备利用表皮组织精密控制骨骼生长的高级能力。
对于这项研究，审稿专家给予了高度评价：“它巧妙运用现代生物矿化理论，结合多种高精尖成像技术，首次在寒武纪大爆发早期化石中发现了直接控制骨骼生长的表皮组织。这表明，即使那些看似‘低等’的早期动物，也已掌握构建复杂骨骼的高级能力。”
