研究表明夹层堆叠的圆柱赋予腕足动物外壳以强度和灵活性
研究表明夹层堆叠的圆柱赋予腕足动物外壳以强度和灵活性。鸣谢:uux.cn/Gaumut，CC BY-SA 3.0，通过维基共享
（神秘的地球uux.cn）据eLife：研究人员已经揭示了被称为磷酸盐壳或舌形腕足动物的小型海洋贝类外壳中生物矿化柱状柱的进化。
今天发表在eLife评论预印本上的这项研究，被编辑们描述为基于确凿证据对我们理解腕足动物柱状壳的作用和进化的重要贡献。
寒武纪，大约5亿年前的一个地质时期，产生了地球历史上最激烈的生命进化爆发。在此期间，一些海洋物种发展出了生物矿化的外壳结构。在生物矿化中，生物控制的矿化产生有机-无机复合骨骼——在这种情况下是贝壳——这在这些早期物种的生存和适应中发挥了至关重要的作用。
其中一个物种是腕足动物，它们的上下表面有硬壳(腹瓣和背瓣)。这使它们看起来像蛤蜊，尽管它们没有血缘关系。寒武纪时期腕足动物出现并迅速扩散。一个被称为舌形腕足动物的亚种，由于其轻质外壳具有强度和韧性的独特组合而特别令人感兴趣。
“这些品质被认为是由磷酸钙和有机基质排列成柱状单元的堆叠三明治所带来的，这是早期舌形腕足动物所特有的，”主要作者张志良解释说，他是中国科学院南京地质古生物研究所古生物学和地层学国家重点实验室和澳大利亚悉尼麦考瑞大学的教授。
“尽管对活贝壳和化石贝壳进行了广泛的研究，但大多数研究都集中在碳酸盐壳动物上。因此，人们对舌形腕足动物如何进化出这些柱状外壳的了解较少。”
为了深入了解生物矿化柱的进化和多样性，张(Z.L. Zhang)及其同事研究了一些最早的舌形腕足动物家族的化石:原腕足动物科、舌腕足动物科和肢腕足动物科。化石样品取自中国南部陕西南部和湖北西部的寒武纪2系水井沱组——该地区被广泛认为是舌形腕足动物的起源和早期扩散中心之一。
Eoobolidae通常被认为是已知最古老的舌形腕足动物，因此研究小组从详细检查它们的外壳开始。他们发现微小的柱状物一个接一个地堆叠在一起，形成了外壳的第二层，这是一种“堆叠三明治模型”这种夹层建筑通过用有机材料填充柱子之间的空间来增加外壳的韧性、灵活性和抗裂能力——类似于建筑中常用的柱子和钢筋混凝土。
作者表示，这种高效而经济的外壳结构可能是寒武纪大爆发期间舌状腕足动物广泛分布的原因。
发现早期Eoobolidae的柱状体相对较小，其壳的次生层发育不良，仅由两到三个夹层单元组成。这导致约30微米的壳厚度。在后来的Eoobolidae中，夹层单元的数量增加到10个，导致外壳厚度约为50微米，但柱状物本身的大小保持不变。
与齿颚鱼科相比，舌颚鱼科具有更发达的壳结构。柱子更大，研究小组观察到多达20个三明治单位。这导致壳厚度大约为70微米。这种较厚的外壳使得舌鳎科可以长到原鳎科的两倍大。
在所有被研究的寒武纪舌状动物中，尖吻鱼似乎具有最复杂的壳结构。就高度和直径而言，柱状体的大小显示出大约是原鳐科和舌鳐科的10倍。它们也有大约30个夹层单元，导致外壳厚得多，超过300微米。
在Eoobolidae和Lingulellotretidae中，研究小组注意到堆叠的柱状物在它们的底部和腹部外壳周围更加发达。这种发展使身体的一个称为假间区的区域升高到壳层之上，为消化系统提供了更大的空间，同时也为舌鳎科的消化系统提供了一些保护。
在棘鲷科，这种发展甚至更加明显，这可能增加了腹壳的高度和强度。在壳的生长过程中建立了一种新颖的体表——小而平的圆锥形。
这些发现有一些明显的局限性。例如，根据eLife公共评论，舌形腕足动物外壳结构的早期记录目前是不完整的。此外，腕足动物中磷酸盐生物矿化的起源在动物进化中仍然是一个更大的谜。
作者表示，因此需要对保存更好的磷酸盐外壳腕足动物化石以及更古老的祖先腕足动物(干细胞群)的外壳超微结构进行更多研究，以更好地了解这些动物的起源、进化和生物矿化功能。
“我们所看到的柱状外壳结构的连续性描绘了一幅Eoobolida，Lingulellotretidae和Acrotretidae之间可能持续进化的画面，”合著者，中国西安西北大学教授张总结道。
“具有堆叠夹层模型的柱状外壳可能在舌形腕足动物的进化中发挥了重要作用。这可能解释了寒武纪后半期磷酸盐壳顶足类的繁盛，以及这一腕足类群体持续繁盛到大生物多样化事件的原因。”
