权衡（Trade-offs）在现代生物的生命史策略演化中扮演着重要的角色。生物学家将近缘物种之间出现的表型此消彼长的可塑性演化规律称为“演化权衡”。权衡法则遍行于生命世界，是现代生物学家研究的重要课题，但在化石记录中一直难觅踪影。
近日，我校地球科学与资源学院、早期生命演化实验室欧强教授与西北大学舒德干教授、韩健研究员等通过对隶属瓦普塔虾科（Waptiidae）的一千多枚寒武纪原始节肢动物的研究，将生物“演化权衡”自然法则的起源追溯到了寒武纪早期。该成果发表于美国综合性学术期刊《科学·进展》（Science Advances）。
瓦普塔虾科（Waptiidae）为泛甲壳类节肢动物一个已绝灭的原始类群，与现代海洋甲壳动物亲缘关系很近。它们的化石记录在中国华南寒武纪早期的澄江生物群以及加拿大寒武纪中期的布尔吉斯页岩生物群都有发现。2016年，国外****报道了布尔吉斯页岩中“菲尔德瓦普塔虾”（Waptia fieldensis）携卵现象，论证了瓦普塔虾有类似现代甲壳动物的孵育行为。欧强团队基于澄江生物群“卵形川滇虫”（Chuandianella ovata）1020枚化石标本观察，论证了该物种与菲尔德瓦普塔虾的亲缘关系非常近，并发现其中4枚保存了受精卵，部分卵内还保存有胚胎的证据。母体将卵携带在左右双瓣甲壳的内表面，在孵化过程中提供物理性保护并保障营养物质及氧气供应，使后代获得最大的成活率。
此外，研究人员发现，卵形川滇虫携带的卵数量普遍多（最多者总数达100颗以上），但直径普遍小（均为~0.5毫米）；与此形成鲜明对比的是，菲尔德瓦普塔虾携带的卵普遍少（最多者仅为25颗卵），但直径普遍大于2毫米。这两种孵育性状（卵径-卵数）明显的负相关性指示了这两种瓦普塔虾的繁殖策略发生了明显的改变（图1），反映了它们在自然选择作用下对寒武纪不同时期、不同生态环境的适应性演化。
相比卵形川滇虫，菲尔德瓦普塔虾携带的卵明显硕大，两者单个卵的体积相差约60倍。卵大者，卵黄含量更多。卵黄内含有丰富的蛋白质、脂肪、矿物质和维生素，是母体提供给后代胚胎发育所需的营养物质。因此，菲尔德瓦普塔虾的卵营养储备更丰富，胚胎发育更好，幼体则更健康，存活率也更高。从演化角度来看，这两个近缘节肢动物在后代的数量-质量之间进行了“权衡”——“多子多福”兴于寒武纪早期，而“优生优育”则在寒武纪中期受到青睐（图2）。该研究展现了演化权衡在寒武纪节肢动物中的清晰记录，论证了权衡机制自寒武纪以来就一直普遍作用于生命演化当中；此外，寒武纪节肢动物在繁殖策略上的演化权衡，对于该门类走向巨大成功，可能扮演了重要角色。
图1.卵形川滇虫（Chuandianella ovata）与菲尔德瓦普塔虾（Waptia fieldensis）的孵育行为。（A,B）卵形川滇虫（ELEL-SJ081254A）及线条解释图。（C,D）菲尔德瓦普塔虾（ROMIP 63357）及卵簇局部放大。（E,F）菲尔德瓦普塔虾（ROMIP 63354）及卵簇局部放大
图2.寒武纪两种瓦普塔虾类节肢动物在孵育繁殖策略上表现出演化权衡。上为寒武纪早期的卵形川滇虫，下为寒武纪中期的菲尔德瓦普塔虾。（欧强 设计/王晓东 绘制）
上述研究成果发表于国际学术期刊《Science Advances》：Ou, Q.*, Vannier, J., Yang X.F., Chen, A.L.*, Mai H.J., Shu, D.G., Han, J., Fu, D.J., Wang, R., Mayer, G., 2020. Evolutionary trade-off in reproduction of Cambrian arthropods. Science Advances. 6, eaaz3376. DOI: 10.1126/sciadv.aaz3376, 2020. [IF=13.267]
全文链接：https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/18/eaaz3376.full.pdf
附件20200501120120628148.pdf(17.799091MB)
