在 5.2 亿年前的化石中发现最古老的神经系统

一种生活在寒武纪的类似甲壳纲动物的生物，留下了贯穿全身的中枢神经索，并带有可见的组织团块

一项新的研究表明，一种类似虾的古代生物化石，头部有盔甲，包含有史以来发现的最古老且保存最完好的神经系统，这可能有助于科学家破译今天活着的动物神经系统的进化。

这些非凡的遗骸属于昆明澄江虾，一种类似甲壳纲动物的生物，生活在 5.2 亿年前，即现在的华南地区。化石显示了一条长长的“绳索状”中枢神经索，它贯穿全身，并带有可见的神经组织团块，像串在绳子上的珠子。科学家们发现，甚至可以检测到单个的神经结构。

他们注意到，神经组织团块或神经节沿着中枢神经索逐渐变小，最小的团块是离昆明澄江虾头部最远的团块。研究人员还发现，神经节与成对的腿有关，腿的大小也随着它们沿着动物身体的延伸而减小。[神奇的化石：最早的动物器官图集]

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昆明澄江虾神经系统中的其他结构——数十条神经从身体下侧附近神经索的规则间隔处伸出——类似于在某些类型的现代蠕虫中发现的结构，但在现代节肢动物中却不存在，这为科学家提供了关于神经系统如何在这些相关谱系中不同生命形式进化时适应的线索。

昆明澄江虾的完整标本，神经索——一条黑暗的绳索状细丝——在左侧可见，靠近头盾。
图片来源：杨杰（中国云南大学）

节肢动物祖先

昆明澄江虾生活在寒武纪，地球生命迅速多样化的地质时期，它们属于一组被称为抚仙湖虫的节肢动物祖先。这些昆虫、蛛形纲动物和甲壳纲动物的前身具有盔甲状的头部和细长的分节身体，顶部有多对腿——每节有三到四对腿。研究报告的共同作者、英国剑桥大学动物学系的生物学家 Javier Ortega-Hernández 说，这些生物可能在海底爬行，用靠近头部的一对较大的肢体将食物舀入口中。

“一些最大的个体可以长达 15 厘米（6 英寸），它们至少有 80 条腿！” Ortega-Hernández 在一封电子邮件中告诉 Live Science。

但直到现在，人们对它们内部的样子知之甚少。化石通常为科学家提供骨骼、牙齿、贝壳和其他坚硬的有机结构的记录，而较软的组织通常会分解得太快而无法保存，并随着时间的推移而消失。但有时条件会盛行，从而保护更精细的器官，使其也能化石化。

Ortega-Hernández 说，在中国南方昆明的下沙坝地区，发现标本的地方，“世界闻名”，因为它保存了软体生物。他解释说，这些动物可能被埋在缺氧环境中的细小沉积物中，这将保护尸体免受食腐动物和微生物的侵害，从而减缓甚至阻止腐烂。

“最终，尸体被保存在化石记录中，有限的腐烂使惊人的形态细节得以保存，”他说。[照片：古代海怪是有史以来最大的节肢动物之一]

昆明澄江虾神经索和神经节（ga）的放大图，由纵向连结（cn）连接。
图片来源：刘宇（德国路德维希-马克西米利安大学）

“我们惊掉了下巴”

此前对这一时期的研究描述了提供这些节肢动物祖先大脑证据的化石，但这项研究是第一个描述来自这个古老时代的完整神经系统的研究，并且具有前所未有的细节水平，研究人员说。

当科学家们仔细观察神经节团块时，他们发现纤维的长度约为千分之五毫米——“小于人类头发的宽度”，Ortega-Hernández 说。

“当我们把标本放在显微镜下观察到侧面的细小神经时，我们惊掉了下巴，”他告诉 Live Science。“很难相信如此小的东西会与主神经索一起保存下来，但更令人难以置信的是，它们显示出一种独特的组织，这种组织在活着的节肢动物中是前所未有的。”

Ortega-Hernández 说，这种组织——神经索、神经节和沿着每一侧延伸的数十条神经——类似于现代节肢动物的神经系统。但是，在今天活着的节肢动物中，细小神经的数量明显较少，他补充道。

这些神经的数量在天鹅绒虫（节肢动物的近亲）中较高，这表明这一特征可以追溯到这两个群体最后共同的祖先。

Ortega-Hernández 说：“节肢动物的功能变得更加专业化后，它们有可能通过减少神经数量来使其神经系统更有效率，”他补充说，这只是一种假设。“但这将是未来研究中一个有趣的话题，”他说。

这些发现于今天（2 月 29 日）在线发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。