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國際

蜘蛛祖先來自海洋?寒武紀化石神經系統推翻陸地起源說

明日科學

更新於 07月25日04:05 • 發布於 07月25日04:00 • 高 詩豪

一項發表於《Current Biology》的最新國際研究,徹底顛覆了蛛形綱動物(如蜘蛛、蠍子)僅於陸地上分化的長期假設。來自美國亞利桑那大學Nicholas Strausfeld教授領導的團隊,運用先進影像技術,分析了5億多年前寒武紀珍稀節肢動物Mollisonia symmetrica的腦部和中樞神經系統,發現其腦區與現生蜘蛛高度相似,而並非近親鱟類的排列方式,暗示蛛形動物起源於海洋,並於早期就已展現獨特的神經構造。

Mollisonia symmetrica這類古老生物外觀上頗似早期鱟類,身體分為前方「甲殼」與後方分節軀幹。但研究團隊透過哈佛大學動物學博物館館藏標本,結合多角度、高倍數及偏振光拍攝與現代成像技術,首度辨認出其腦與神經系統細節。Mollisonia的腦區呈放射狀,支配五對分節附肢,這種排列與現生蜘蛛、蠍子的前體(前體區prosoma)神經節極為類似,且其腦區前後分布方向,恰與鱟、昆蟲、甲殼類等現生節肢動物相反。

蛛形動物起源於海洋,早期已有獨特神經構造

圖展示了寒武紀古生物 Mollisonia 樣本的腦部與神經系統化石影像,以及科學家根據掃描數據所繪製的解剖重建圖。透過先進的成像技術,研究團隊辨識出Mollisonia腦部的細微結構(A、B圖),並將這些神經組織分段標示、數位化重建(C、D圖)。這些發現證實Mollisonia腦部與現生蜘蛛等陸生蛛形綱動物相似,支持蛛形綱祖先源自古代海洋、之後才演化登陸的新觀點。圖/Nick Strausfeld

更關鍵的是,這種「翻轉」式腦區,不僅與蛛形動物一致,也意味著蛛形動物祖先早在海洋時代就已具備獨特神經系統,可能促進其在日後陸地上的敏捷獵捕、製網與逃脫掠食者等行為。統計比較115項古今節肢動物神經和解剖特徵後,Mollisonia被明確歸為現代蛛形綱動物的姊妹群,強化了其海洋起源的證據。

圖比較了三種節肢動物的腦部結構:鱟(左)、寒武紀化石Mollisonia(中)、現生蜘蛛(右)。可以看到,Mollisonia 的三大腦區(綠色、洋紅色、藍色)排列順序和現生蜘蛛一致,但與鱟正好相反。這一發現證實了蛛形綱(如蜘蛛、蠍子)腦部的獨特結構,支持牠們源自海洋、而非陸地的演化路徑,也說明蛛形綱在神經系統上與其他古生節肢動物的顯著差異。圖/Nick Strausfeld

該研究也推測,正是這類海洋蛛形動物在早期陸地掠食,刺激了昆蟲等動物演化出飛行能力(如翅膀),成為生態競爭關鍵。這項發現不僅改寫了蛛形綱演化史,也有助未來解讀節肢動物多樣性與神經系統演化的關鍵過程。

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http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:Nick StrausfeldCC BY 4.0)

圖片來源:Nick Strausfeld (CC BY 4.0)

參考論文:
1、Cambrian origin of the arachnid brainCurrent Biology

延伸閱讀:
1、140年謎團解開:巨型「南極海蜘蛛」的繁殖策略

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