지구는 46억년 전에 형성되었고, 어둡고 빛이 없는 환경에서 생명체는 5억년 이상 전 캄브리아기까지 약 40억년의 긴 진화역사를 겪었다. 척추동물을 포함한 거의 모든 동물이 단 몇백만 년 만에 빠르게 현장에 등장한 컬러행성. 기본적으로 현대 동물과 동일한 일련의 생물들이 '집단적으로 나타나' 다양한 종류의 동물들이 등장하는 번영하는 장면을 형성했다. 공존했다. 이 급속한 생명 진화 사건을 "캄브리아기 폭발"이라고 합니다.
캄브리아기 폭발은 다윈의 진화론에 큰 도전을 제기했으며 100년 이상 고생물학자들에게 수수께끼가 된 주요 미스터리가 되었습니다.
최근 우리나라 윈난성의 '성강 동물군'에서 또 다른 중요한 과학적 발견이 이루어졌습니다. 바로 5억년 전의 '유니콘 새우'입니다. 이는 고생물학계에 파장을 일으켰고, 생물학적 진화의 예측을 다시 한번 세계에 확인해주었다. "기린 새우"의 발견 뒤에는 과학 연구자들의 10년 이상의 고된 연구가 있었습니다.
고대 신화에서 상서로운 짐승 기린은 사자 머리, 뿔, 호랑이 눈, 엘크 몸, 용 비늘, 소 꼬리를 결합한 동물이라고합니다. 생물학적 관점에서 볼 때, 여러 동물의 신체적 특성이 결합된 동물을 '키메라 동물'이라고 합니다.
유니콘 새우 복원 지도
11월 4일, 베이징 산리허로에 위치한 중국과학원 회의실에서 난징 지질고생물학 연구소의 연구원들이 중국 과학원이 모든 사람에게 공개 캄브리아기의 "유니콘"을 보여줍니다. 새우처럼 보이고 눈이 다섯 개 있고 포식적인 "앞다리", 딱딱한 피부, 여러 부분으로 구성된 몸통, 분할된 다리... 결합되어 있습니다. 절지동물의 조상형과 진성절지동물의 다양한 물리적 특성을 발견하여 "장기린새우"로 명명되었습니다.
캄브리아기 폭발연구그룹(왼쪽부터: Zhao Fangchen, Zhu Maoyan, Huang Diying, Zeng Han)
캄브리아기 폭발연구소 연구원 Zhu Maoyan이 이끄는 캄브리아기 폭발연구그룹 중국과학원 남고과과, 절지동물의 기원에 대한 미스터리를 밝힌 이 과도기종은 청장 동물군에서 발견되어 '캄브리아기 폭발의 미스터리'를 풀 수 있는 핵심 화석이 됐다. 베이징 시간으로 11월 5일 0시, 이 최신 연구 결과가 영국 잡지 네이처에 게재됐다.
Chengjiang Fossil Group은 "다윈의 퍼즐"에 도전합니다.
1859년 다윈이 "종의 기원"을 완성했을 때 그는 아마도 "새우"가 실제로 문제를 해결할 것이라고는 상상하지 못했을 것입니다. 그가 평생을 바쳐 만든 퍼즐. 답변자는 중국 과학자였습니다. 중국과학원 남부고대과학연구소 연구원인 자오팡첸(Zhao Fangchen)은 "저는 멘토의 멘토로부터 이 질문에 답하기 시작했고 지금도 여전히 답하고 있습니다."라고 언급하면서 매우 자랑스러워했습니다.
다윈의 원래 혼동은 "5억 4천만년"이었습니다. 5억 3천만년 전, 고생대 초기에 캄브리아기의 생명체 폭발이 있었습니다. 많은 동물들이 갑자기 화석 기록에 나타났지만, 초기 암석층에는 뚜렷한 조상이 없었습니다 ."
100년 이상 동안 이 문제는 여러 세대의 중국 및 외국 과학자들을 당황하게 했습니다. 1984년까지 윈난성 청장(Chengjiang)의 모천산(Maotian Mountain) 근처에서 중국 과학원 남부 고대 과학 연구소의 과학자들은 약 5억 2천만년 전으로 거슬러 올라가는 청장(Chengjiang) 동물 화석 그룹을 발견했습니다. 당시 보조 연구원이었던 Hou Xianguang은 망치로 "멋진 고생물학의 세계"를 두드렸습니다. 이 생물들은 크기가 몇 밀리미터에 불과했고 크기가 수십 밀리미터 이상인 것도 있었습니다. , 그리고 일부는 스펀지와 같았습니다. 벌레, 해파리, 새우, 모자, 꽃, 원반... 5억년 이상의 큰 변화 이후, 이 가장 원시적인 해양 동물의 부드러운 신체 구조는 다양한 형태와 형태로 완전히 보존되었습니다. 형태를 띠고 실물과 유사합니다. 이는 세계 최초의 발견이며 가장 오래되고 가장 잘 보존된 동물 화석입니다. 청장에서 발견된 동물화석은 '20세기 가장 놀라운 발견 중 하나'로 평가되기도 했습니다.
청장 동물군의 생태학적 복원(양딩화 그림)
자오팡첸은 상대적으로 지루한 과학 대중화를 생생하고 흥미롭게 만들었다. 발음하기 어렵습니다. 그 뒤에는 전임자들의 노고가 있습니다.
“Chengjiang 동물군에서 유래한 주요 발견이 계속 나타나고 있습니다. 여기서 중국과 외국 고생물학자들은 식물계의 조류, 무척추동물의 절지동물 및 완족류를 포함하여 고대부터 약 300종, 20개 이상의 동물 범주를 발견했습니다. 등이 있으며, 그 중 가장 유명한 것은 아노말로카리스 완전한 화석의 발견이다.” 그는 무의식적으로 목소리를 높여 “1990년대 나의 멘토의 멘토는 천준위안이다. 그와 그의 동료들은 지금까지 가장 완전한 아노말로카리스 화석을 발견했습니다. "
이런 종류의 새우를 '최초의 바다 괴물'이라고 부릅니다. 손잡이가 달린 한 쌍의 거대한 눈, 먹이를 빠르게 잡는 데 사용되는 한 쌍의 거대하고 분할된 앞다리, 그릇 모양의 송곳니가 있는 입, 그리고 아름다운 대형 꼬리 부채를 가지고 있으며, 개별 크기는 최대 2미터가 넘습니다. 당시 대부분의 다른 동물은 평균 크기가 몇 밀리미터에서 수 센티미터에 불과했지만 당시 해양 먹이 사슬의 최고 포식자였습니다.
이 '새우'의 발견은 전 세계적으로 열띤 토론을 촉발시켰습니다. 왜 그렇게 인기가 있습니까? 당시 스웨덴 지방 신문에서도 이 발견을 재인쇄하여 보도하고 있었습니다.
그러나 아노말로카리스는 '다윈의 혼란'을 해결할 열쇠라고 볼 수는 없다"고 자오팡첸은 손가락으로 수천만년에 걸친 사건을 재빠르게 연결했다. 청장에서의 화석 발견 동물상은 척추뼈를 포함하여 동물을 포함한 거의 모든 현대 동물 문이 5억 3천만년 전에 나타났음을 보여줍니다. 캄브리아기 대폭발 초기에 절지동물은 지구상에서 가장 성공적인 동물 중 하나였습니다. '캄브리아기의 별'로 알려진 삼엽충과 아노말로카리스부터 오늘날 우리 주변에 살고 있는 나비, 게, 새우, 거미 등은 모두 분할된 몸체와 부속지를 가진 절지동물이다. 오늘날 지구상에서 개체수가 가장 많은 동물은 절지동물로 동물계 종 다양성의 약 80%를 차지하며 바다, 육지, 공중 등 다양한 환경에서 발견된다.
그렇다면 절지동물은 어떻게 진화했나요? 그들의 조상은 어떻게 생겼나요? 풍부한 절지동물 화석은 "다윈의 혼란"의 "해결사"가 되었습니다. 조팡첸(Zhao Fangchen)은 절지동물 진화의 현대 대표자들입니다. 그들은 모두 딱딱한 표피, 치유된 머리 껍질, 다관절 몸통, 분할된 다리를 가지고 있습니다. '진화나무'를 그리면 아노말로카리스는 나무 밑부분에 위치하는데, 절지동물의 특징을 갖고 있지만 몸이 분절되어 있지 않고, 딱딱한 표피나 다른 형태도 없는 것이 사실이다. 절지 동물. "가운데에 있는 우뚝 솟은 나무 줄기는 둘 사이의 메울 수 없는 진화적 간격을 나타냅니다. Zhao Fangchen의 입에 있는 이 간격은 또한 "절지동물의 기원에 대한 미스터리"를 탐구하는 데 중요한 누락된 고리가 되었습니다. 새로 발견된 유니콘 새우는 이 과정의 일부입니다.
30년간의 '봉투잡기' 탐사 끝에 새로운 종 발견
발견 후 '간격'을 어떻게 메울 것인가? 『종의 기원』에서 다윈의 예측은 그 해결책을 이렇게 지적하고 있다. “모든 현존하는 종과 멸종된 종 사이에는 상상할 수 없을 정도로 많은 수의 중간종과 과도기 종이 있을 것이다. 내 이론이 맞다면, 그들은 지구상에서 살아남았음에 틀림없다.
다윈의 진화론에 따르면 '기원의 미스터리'를 풀고 싶다면 과학자들은 동물 범주의 기원에서 중간 조상 화석을 찾아 부족한 공백을 메워야 한다.
1984년 이후 여러 세대의 과학자들은 청장(Chengjiang) 동물군에 대한 연구를 결코 포기하지 않았습니다. 30년이 넘는 '봉투잡기' 탐사를 통해 청장(Chengjiang) 화석 연구가 세계에 알려졌습니다.
당시 석사 과정을 밟고 있던 Zhao Fangchen은 2004년 초, 멘토인 Zhu Maoyan과 함께 윈난성 성장으로 가서 첫 과학 시험을 치렀습니다.
"지질 연구의 최우선 과제는 현장 작업입니다." Zhu Maoyan이 아직 학생이었을 때 그의 교사 Chen Junyuan은 교사가 된 후에도 항상이 말을 입에 담았습니다. 자오팡첸.
현장 화석 수집 현장
"듣는 것도 중요하지만 진정한 이해는 황야에 있습니다." Zhao Fangchen은 야생 환경이 아무리 가혹하더라도 Zhu 선생님은 항상 열정으로 가득 차 현장 작업에 뛰어 들었습니다.
그는 종종 10km 이상을 걸어야 하지만 다른 사람의 손을 떠나지 않고 직접 샘플을 운반할 것입니다. 천 마디 말보다 하나의 예가 바로 이것이 여러 세대의 과학 연구자들이 뛰어난 현장 역량을 키워온 방법입니다.
"매일 저는 뜨거운 태양 아래서 몇 킬로미터, 심지어는 10킬로미터 이상을 걷습니다. 때로는 절벽에 올라 샘플을 채취해야 하고, 바위 속에 숨겨져 있는 화석을 두드려서 캐기도 합니다." 조방진은 "사실 우리는 '노크'라는 동작을 매일 반복한다. 망치로 때릴 때마다 무슨 일이 일어날지 모른다. 때릴 때마다 느낌이 조금 더 온다"고 웃었다. 바위에서 나오는 절묘한 화석을 볼 때까지 희망적입니다." 공개.
현장 과학 연구 현장에서 자오 팡첸(오른쪽에서 첫 번째)
20kg의 무거운 짐을 들고 힘든 하루를 보낸 후 산 아래로 화석이 떨어지자 Zhao Fangchen의 다리가 떨리기 시작했습니다. "우리는 지난 몇 킬로미터를 걸었습니다. , 정말 지쳤지만 내 마음은 꿀처럼 느껴집니다." Zhao Fangchen은 얼굴에 미소를 지으며 말했습니다.
모든 노력은 보상을 받을 것입니다. 2005년 자오팡첸(趙芳陣) 등은 정량적인 화석 수집을 진행하던 중 50제곱미터가 넘는 구덩이, 깊이가 2미터가 넘는 구덩이를 발굴했다. "놀라운 점은 그 구덩이에 수만 개의 화석 개체가 묻혀 있다는 것입니다."
황록색 진흙 셰일로 형성된 이 '화석 구덩이'에서 그는 퇴적암의 미세상을 관찰한 결과 다음과 같은 사실을 발견했습니다. 아름다운 화석을 보존하고 있는 이 암석층은 폭풍으로 인한 응집성 진흙이 빠르게 퇴적되면서 형성되었습니다. 그는 캄브리아기 동안 이곳의 생물들이 폭우나 쓰나미를 겪었을 가능성이 가장 높다고 추측했습니다. “땅에서 가져온 퇴적물은 중력에 의해 분류되어 미세한 진흙을 형성했고, 작은 동물 무리가 빠르게 묻혔습니다. 수백만년의 속성발생과 지질변화를 거쳐 화석이 형성되었고, 5억 2천만년이 되어서야 다시 발견되었습니다."
유니콘 새우 화석
수많은 복원과 정리를 위해 화석 표본을 다시 가져왔습니다. 모서리가 잘린 화석이 Zhao Fangchen의 관심을 끌었습니다. 화석의 노출된 모서리에는 작은 투구 모양의 머리와 작은 가시로 덮인 한 쌍의 구부러진 "앞발톱"이 희미하게 드러났습니다. "이것은 바로 우리에게 아노말로카리스를 생각나게 하는 매우 특별한 한 쌍의 앞 부속지입니다." Zhao Fangchen은 화석 발견을 회상하며 흥분된 어조로 말했습니다. "이 '발톱' 한 쌍도 아노말로카리스와 비슷합니다. , 그리고 각 마디마다 작은 가시가 나 있다. 그러나 머리의 특성으로 볼 때 당시 보고된 아노말로카리스와는 다르다."
기린새우 화석
조방천 즉시 화석을 수리하기 시작했습니다. 수리가 진행됨에 따라 황록색 바위 위에 이상한 "작은 새우"가 점차 나타났습니다. 아노말로카리스처럼 한 쌍의 가시가 있는 "앞 발톱" 외에도 여러 개의 몸체와 여러 개의 가지가 나 있었습니다. 딱딱해진 피부... "모든 것처럼 보이지만 전혀 아무것도 아닌 것 같습니다. 고대 동물인 아노말로카리스의 특성을 가지고 있으며, 지금 우리가 먹는 새우와도 비슷합니다..." 조방천은 농담 반으로 말했다. 우리는 캄브리아기의 '4가지 다른 종'을 발견했을지도 모릅니다." 그러나 최종적으로 제시된 새우의 몸체가 불완전했기 때문에 그는 여전히 같은 동물의 더 많은 화석을 찾아야 합니다.
이것은 아마도 새로운 종일 것입니다! 그의 추측을 확인하기 위해 Zhao Fangchen은 "기도 사냥 길"을 시작했습니다. 그 후 10여년 동안 그는 쿤밍 주변의 거의 모든 캄브리아기 층서학적 화석 생산 지역을 방문하고 동일한 형태의 다른 화석 표본 4개를 수집했으며 자연사 박물관에서도 잘 보존된 화석을 발견했습니다. "청장 동물상에서 이런 종류의 '4개 같은' 동물 화석은 정말 드물고, 6개도 발견되는 경우가 매우 드뭅니다. 가장 작은 것은 약 1센티미터에 불과하고, 박물관에서 수집한 화석이 가장 큽니다. , 7센티미터여야 합니다. 가장 완벽하고 절묘한 것은 '화석 채굴장'에서 분류된 것입니다." Zhao Fangchen은 이 화석을 부드럽게 들어올렸습니다. 손바닥 크기의 황록색 암석 위에 " 작은 새우"는 보라색-빨간색 몸체를 가지고 있었습니다. 명확하게 보입니다.
현미경을 사용하여 이 5cm 크기의 '새우'의 구조를 연구하던 중 그와 그의 동료들은 새로운 발견을 했습니다. '새우'의 헬멧 같은 머리에는 눈만 있습니다! Zhao Fangchen은 이 다섯 개의 눈이 두 줄로 배열되어 있으며, 한 쌍의 큰 눈은 앞쪽에 있고 다른 세 개의 눈은 뒤쪽에 배열되어 있다고 설명했습니다. "이 특징은 캄브리아기의 절지동물 조상에서 볼 수 있습니다. 가장 전형적인 것입니다. '캄브리아기 괴물' - 오파빈 바다전갈.”
하지만 이러한 형태학적 구조를 화석으로 보는 것만으로는 부족하다. 연구팀은 또한 '작은 새우'의 이러한 구조가 실제인지 확인할 필요가 있다. 연구팀은 다양한 기술적 수단을 사용하여 각 화석에 대한 상세한 해부학적 연구를 수행했습니다.
기린 새우는 생물학적 진화에 대한 강력한 증거를 추가합니다
연구가 진행됨에 따라 "새우"의 복원 사진도 지속적으로 개선되고 있으며 Zhao가 이미지를 하나씩 촬영하고 있습니다. 팡첸 집에 돌아왔을 때 딸아이는 “아빠, 이게 뭐예요?”라고 호기심을 불러일으켰습니다.
기린 새우 스케치
"이것은 캄브리아기의 '기린'입니다. 보시다시피, 발톱인 눈이 5개 있고 신경 조직과 연결되어 있습니다.. ...." 자오팡첸이 컴퓨터를 꺼냈다. 화면에는 붉은색 에너지 스펙트럼 분석 이미지가 있었고, 밝은 빛의 점들이 교차해 구부러진 '파이프'를 형성했다. "이 긴 것이 그 창자다."
화석 중에서 동물의 눈, 내장, 소화샘, 신경조직 등 연체구조는 대개 보존이 가장 어렵다. "이러한 연체 구조의 존재를 입증하려면 주사 전자 현미경과 에너지 스펙트럼 분석을 사용하여 화석의 원소 차이를 확인해야 합니다." Zhao Fangchen은 화석의 절묘한 보존 상태가 풍부한 정보를 제공했다고 말했습니다. , 그리고 에너지 스펙트럼 분석을 통해 "새우" 몸체 전체의 원소 분포가 컴퓨터에 표시됩니다. 소화 시스템은 주로 탄소에 의해 보존되며, 분해 속도와 같은 요인으로 인해 탄소는 소화 시스템의 원래 형태를 유지하면서 "원위치"로 유지됩니다.
기린새우가 밝혀낸 절지동물의 기원과 초기 진화에 대한 새로운 모델(Zeng Han의 그림)
원소 분포 이미지를 획득하여 현대 유기체의 해부학적 구조와 비교했습니다. , 기존 절지동물과 결합하여 절지동물의 형태학적 특성을 알고, "작은새우"의 소화기관과 신경계의 분포 위치를 파악합니다. "척추동물과 달리 절지동물의 소화 시스템은 등에 있고 신경계는 복부에 있습니다." Zhao Fangchen은 요소 분포 지도를 가리키며, 요소는 여러 가지로 뻗어나가며 연결되어 있습니다. 눈, 다리, 팔다리, 부속지 등. 비교 해부학적 연구에 따르면 "작은 새우"의 몸은 25개 부분으로 나누어져 있으며 각 부분에는 패들 모양의 바깥쪽 다리를 포함하여 한 쌍의 이중 다리가 있습니다. 머리는 헬멧을 쓴 것 같으며, 다섯 개의 눈은 정면을 바라보고 있으며, 머리 밑 부분에는 작은 가시로 덮여 있는 한 쌍의 발톱 모양의 부속물이 있어 ''의 정체성을 나타낸다. 포식자".
몸은 절지동물의 명백한 특징을 가지고 있지만 머리에는 절지동물 조상의 형태학적 구조가 내장되어 있습니다. 이 이상한 "작은 새우"는 중국 전통 신화에 나오는 "4가지 다른" 동물과 같습니다. 이 짐승은 "기린"과 유사하며 몸에는 다양한 동물의 형태적 특징이 통합되어 있습니다. 따라서 Zhao Fangchen과 다른 사람들은 그것을 "Zhang's Kirin Shrimp"라고 명명했습니다. "Zhang's"는 박물관의 화석 기증자에게 경의를 표하는 것입니다.
유니콘 새우의 진화적 위치는 어디인가? 다윈이 예측한 '과도기' 화석인가요?
오랜 진화사에서 기린새우의 중요성을 밝히기 위해 연구팀의 한 젱한(Zeng Han) 박사는 수만 점의 절지동물 화석을 다년간 관찰하고 연구해 왔다. 기본적으로 중국의 Chengjiang 동물군과 캐나다의 Burgess Shale은 "절지동물 기원 및 초기 진화" 분야의 20개 이상의 형태학적 데이터 세트를 통합하고 81개 분류군 및 다양한 모델과 매개변수를 사용하여 283자 진화 트리 재구성이 수행되었습니다. “계통발생 분석 결과는 기린 새우의 진화적 위치가 진절지동물의 뿌리, 즉 아노말로카리스와 다른 진절지동물 사이에 있다는 것을 일관되게 보여줍니다.
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"유니콘 새우는 다윈의 진화론이 예측한 중요한 과도기 화석을 대표하며 생물학적 진화론에 강력한 증거를 추가합니다. "11월 5일, 여러 세대의 과학자들의 노력이 응축된 연구 결과가 국제적으로 유명한 저널에 발표되어 전 세계의 주목을 받았습니다. Zhao Fangchen은 멈추지 않고 Chengjiang의 현장 과학 연구 현장으로 돌아가 더 많은 것을 찾으려고 노력했습니다. "다윈의 혼란"에 대한 답변 "미스터리의 답변. 팀의 최근 발견을 축하하기 위해 그는 자신의 위챗 아바타를 딸이 그린 '기린 그림'으로 변경했습니다. 그는 초등학생인 딸이 학교는 그의 연구에 매우 관심이 있었습니다. "미래에는 이 리틀 다윈이 이 거대한 진화의 나무에 대한 더 많은 비밀을 밝혀낼 수 있기를 바랍니다..."