历经一年跨国辩论，中国团队改写头足动物演化史
历经一年跨国辩论，中国团队改写头足动物演化史
2005年，还在读博士的郭俊锋，收到授课老师、长安大学地球科学与资源学院教授裴先治的邀请，前往陕西汉中镇巴开展5.2亿年前水井沱组地层野外调查。因学业繁忙，他遗憾未能参与。多年来，这次错失的野外考察一直让他念念不忘。
2022年夏天，得知老师再次组织跨学科团队赴镇巴开展联合考察，已是长安大学教授的郭俊锋第一时间应允。
2023年，团队从该地层化石中识别出特殊的内嵌管状结构，经国内外专家联合认定，这是目前全球发现最早的头足动物化石。该研究不仅将头足动物可靠化石记录向前推进3000万年，还提出“外套膜皱缩形成体管”的全新演化机制，破解了学界长期存在的头足动物化石记录与分子钟推演结果存在巨大鸿沟的难题。
7月29日，这项成果刊发于《自然》。《自然》资深编辑Henry Gee称，来自中国寒武纪早期的始角石，拨开了头足动物起源的迷雾。
“开盲盒”
郭俊锋向《中国科学报》介绍，头足动物是现代海洋中最为聪慧的无脊椎动物，独特的浮力调控结构，更是为人类潜艇仿生技术提供了重要灵感。长期以来，它们的祖先形态与早期演化路径，一直是古生物学界的重点谜题。由于软体组织极难保存，远古头足动物躯体结构的化石记录极度稀缺，学界只能聚焦其专属关键结构——体管，追溯其演化历程。
体管是贯穿头足动物躯体的管状结构，可调控外界水体与头足动物体内的气、液交换、调节浮力，是区分头足动物与其他软体动物的核心演化特征，也是化石分类鉴定的重要依据。
2022年首次赴镇巴考察时，跨学科团队核心目标是厘清5.38亿至5.1亿年间化石的时空分布与演化规律，补充此前湖北宜昌岩家河生物群的研究空白。考察结束后，郭俊锋带回44块岩石样品。
同年9月，团队完成样品预处理，检出大量常见寒武纪管状化石。受限于模糊的内部结构和固有认知，团队当时并未识别出头足动物特征，但这批样品有效完善了团队对管状化石地层演化规律的认知。
2023年，郭俊锋带着团队8人再次前往，逐层精细勘察地层。
团队在陕南镇巴水井沱组地层进行采样。长安大学供图
论文第一作者、长安大学博士后宋祖晨回忆，整个采样过程更像是在“开盲盒”，团队成员拿着放大镜在岩石上仔细观察，直到在河道中发现一块暴露出化石密集层的岩石，立即决定带回实验室。
山坡岩层铺满苔藓，化石痕迹很难辨认。河道岩石经常年流水冲刷，层理完整、地层边界清晰，是理想勘探点位，但河道石块质地坚硬光滑，使用地质锤难以敲开。团队只能联系当地村民动用钻机钻孔取材，多次往返运输，累计运回数吨岩石样品。
直到敲开破损标本，借助超深显微镜，团队成员才第一次看到一格格规整梯状隔壁与完整内嵌管状结构。郭俊锋当场判定，这是从未被学界报道过的全新化石结构，标本拥有极高的科研价值。
长达一年的跨国辩论
陕西始角石复原图。长安大学供图
团队将这一全新化石命名为“陕西始角石”。 这枚化石体型微小，仅有毫米级，外壳呈直锥状，底部钝圆，口部强烈倾斜，外表看起来平平无奇，和众多同时期发现的管状类化石并没有区别，然而内部却别有洞天。
“以往出土的头足化石多为厘米至米级壳体，这枚毫米级微型化石完整留存原始分节体管、隔壁结构，记录下头足动物尚未完全演化成型的隐秘早期阶段。”宋祖晨解释，隔壁相当于壳体分隔房间的墙体，体管是连通所有腔室的管道，二者配合调节浮力，支撑头足动物高效游动。
长久以来，学界公认的经典理论认为，头足动物体管由隔壁衍生而来，形成顺序固定为隔壁、隔壁孔、隔壁颈、连接环，最终发育为体管，并依靠隔壁完成气液交换。但本次发现的化石标本结构特殊，体管呈分段封闭状态，不存在传统理论必需的隔壁孔，经典演化理论无法解释其形成机制。
成果初稿完成后，团队与国外合作者展开了长达一年的激烈辩论。国外合作者提出诸多质疑，其中核心争议集中在化石内部体管从何而来：国际学界普遍认为体管应在隔壁完成穿孔后才演化形成，而本次研究标本中分隔体管的隔壁是封闭式的，这很难用传统观点解释。
面对质疑，团队不断升级观测手段，先后使用显微镜、电镜、超高精度显微设备反复观测，同时梳理海量古今文献佐证观点。最终，团队提出全新解读：体管连接口部的节段膨大，一定代表了软体所“居住”的场所，后续节段凝缩直至壳体底部；这说明体管是包裹软体的外套膜结构在生长过程中凝缩延伸，并伴随着被隔壁分隔所形成。
依托充足化石实证，团队搭建全新演化路径：多隔壁直管壳—具分节体管直管壳—“成熟”头足类。 数十年来，学界对头足动物起源问题提出软舌螺起源、类单板动物起源等多种假说，然而始终缺少关键体管化石佐证。陕西始角石的出现，为“头足动物源自直管壳动物”提供直接化石证据，分段封闭体管也证实，体管由外套膜凝缩形成，隔壁贯通结构是后期演化产物。
此次发现大幅补齐了头足动物演化的时间缺口，将可靠化石记录从4.9亿年前推至5.2亿年前，极大缩小了化石实证与5.33至5.35亿年分子钟推演结果的差距。
同时，这一发现刷新了学界对寒武纪生命大爆发的认知，证明这场生命演化事件不仅是门类级别的“造门运动”，门下细分类群的分化在寒武纪早期已同步启动。
仍需探索“未解之谜”
在郭俊锋看来，寒武纪早期大量管状疑难化石仅留存粗略外壳，很难判定真实生物属性，是当前该古生物研究领域的最大阻碍。想要突破瓶颈，科研人员必须深耕野外，精准寻找特殊埋藏地层，耐下心来搜寻能保存软躯体细节的珍贵化石。