中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 馮麗）從蝸牛的殼、螃蟹的甲，到人類的骨頭——地球上動物的骨骼是如何長出來的？近日，西北大學(xué)張志飛教授團隊聯(lián)合國內(nèi)外專家研究發(fā)現(xiàn)，5億年前的化石里藏著動物最早由上皮組織控制骨骼生長的證據(jù)。這一成果刷新了人類對早期動物的認知，以亮點封面論文的形式發(fā)表在2025年第10期的美國地質(zhì)學(xué)會期刊——《地質(zhì)學(xué)》（GEOLOGY）。

目前已知最早的動物礦化骨骼記錄來源于約5.6億—5.2億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)時期，地球動物很可能在此時獲得了各種礦化能力。傳統(tǒng)觀點認為，動物骨骼的出現(xiàn)很可能與捕食者與被捕食者之間的“軍備競賽”有關(guān)，也就是人們常說的“防御天敵”，即在攻防之間演化出了攻擊用的利爪與牙齒，也形成了防御用的厚重殼體，但具體機制還不清晰。不僅“最早礦化骨骼為什么出現(xiàn)”這一重大科學(xué)問題沒有解決，“該時期動物如何控制骨骼形成”也一直是古生物界的難題。西北大學(xué)研究團隊對產(chǎn)自我國華北板塊寒武紀(jì)早期猴家山組的開腔骨骨片，開展了系統(tǒng)研究。團隊發(fā)現(xiàn)，這些骨片上存在大量以黏土礦物保存的多邊形結(jié)構(gòu)，如同“蜂巢”一般包覆整個開腔骨骨片。通過和現(xiàn)生貝殼對比，團隊發(fā)現(xiàn)：這些多邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與軟體動物珠母貝棱柱層間的有機質(zhì)框架，在大小、形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)上存在極大的相似性。

結(jié)合軟體動物有機質(zhì)框架的形成過程及形成機制，研究認為：疑難動物化石開腔骨類內(nèi)部的空腔，是屬于表皮細胞包圍形成的真體腔。這就意味著，5億年前的開腔骨化石具有現(xiàn)代真后生動物以表皮細胞形成上皮組織，進而控制外部骨骼礦化的能力。此前，專家認為，開腔骨可能跟海綿動物存在一定的相似性，具有親緣關(guān)系。而研究發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)開腔骨類與以中膠層造骨細胞形成礦化骨針、無任何組織分化的海綿類側(cè)生動物完全不同，因此完全否定了開腔骨類化石屬于或者與海綿動物親緣關(guān)系親近的傳統(tǒng)觀點。

評審專家認為，這一研究的最大亮點是將現(xiàn)代生物礦化原理應(yīng)用于早期殼體化石，并通過多學(xué)科的交叉研究方法揭示了寒武紀(jì)大爆發(fā)期間動物礦化顯微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，代表了真正的與礦化結(jié)構(gòu)相關(guān)的上皮組織在寒武紀(jì)大爆發(fā)期間的首次發(fā)現(xiàn)，表明在寒武紀(jì)大爆發(fā)的早期，即使是一些比較低等的疑難動物，已經(jīng)具有形成類似于現(xiàn)代高等動物復(fù)雜礦化骨骼的能力。