大約5.4億年前的寒武紀是進化“怪物”的鼎盛時期,。當時的海洋是大量無脊椎動物的搖籃,，它們生有裝甲一般的體節(jié)和復眼，和以令人驚訝的方式排列的無數條腿。然而在所有這些多樣性之中卻潛藏著生物學的微光，從而將寒武紀生物與現(xiàn)代動物聯(lián)系起來,。
在寒武紀動物園中有一種無脊椎小動物，名為撫仙湖蟲,。作為來自云南省澄江化石遺址的中國保存最完美的,、5.2億年前的動物群的一部分，這種11厘米長的無脊椎動物是最早的節(jié)肢動物之一,。正如英國倫敦自然歷史博物館的古生物學家Gregory Edgecombe及其同事在10月11日出版的《自然》雜志上報告的那樣,，其中一個樣本可能含有早期神經解剖學特征的痕跡。
與其他澄江化石一樣,，撫仙湖蟲的尸體被快速埋藏到低氧的環(huán)境中,，從而保護它們免遭細菌的侵襲。這種高分辨率的保存有時甚至包括內臟器官的細節(jié),。在Edgecombe及其同事分析的一具撫仙湖蟲化石中,，這種動物微妙的神經解剖學特征以一種富含鐵的褐色化石的形式被保存下來。Edgecombe說：“通過它的大小,，我們意識到這是一個腦組織,，它的輪廓和位置能夠與甲殼綱動物——例如玻璃蝦——的大腦相媲美。”
這個節(jié)肢動物的大腦由3個部分構成,，它們都會聚在口的前端,，并且在眼柄中留有神經組織的痕跡。Edgecombe表示,，這具化石的神經解剖學特征與現(xiàn)代昆蟲以及一些甲殼綱動物具有驚人的相似性,，意味著撫仙湖蟲“相當復雜的大腦”已經進化出處理高分辨率視覺信息的能力。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了這樣一種理論,，即視覺的進化促成了發(fā)生在捕食者與被捕食者之間的一場寒武紀“軍備競賽”,。考慮到假設的撫仙湖蟲的視覺能力,，以及在其他相關物種的消化道中發(fā)現(xiàn)的另一種節(jié)肢動物——三葉蟲的片段,，Edgecombe推測，寒武紀的節(jié)肢動物可能是一種視覺敏銳的捕食動物,。
在這么早的時代出現(xiàn)的一個復雜大腦“肯定向我們拋出了一個預料之外的問題”,。Edgecombe提出，諸如無脊椎動物的神經解剖學特征到底是一個早期節(jié)肢動物的特性,，還是因為敏銳視覺的優(yōu)勢而采用與現(xiàn)代節(jié)肢動物類似的方式進化的結果,。他表示：“偉大之處在于我們能夠通過一些新的數據——來自一個我們之前真的很少觸及的源頭（腦化石），來解決這些問題,。”
瑞典烏普薩拉大學的古生物學家Graham Budd想要看看其他的化石并加以對比,。但他指出，“所有的細節(jié)都符合”這是一個撫仙湖蟲大腦殘留物的推斷,。這一大腦的復雜結構并沒有讓Budd感到吃驚,。他強調：“無論何時，一個復雜的視覺系統(tǒng)開始進化,，顯然就有一個強大的選擇壓力來優(yōu)化神經系統(tǒng)對它進行支持,。”最重要的是，他認為,，化石為研究人員帶來了早期節(jié)肢動物大腦的“真實數據”,，按照之前關于大腦如何進化的假設，這就像“把一只貓拋到鴿舍中一樣”,。Budd說：“這太刺激了,。”
但并非所有人都同意在撫仙湖蟲化石中保存的結構可以進行明確的闡釋。按照德國萊比錫大學專門研究節(jié)肢動物神經解剖學的Georg Mayer的觀點：“這些材料的保存確實完美,，但其中的暗斑很可能代表了一種神經殘留物,、肌肉和消化系統(tǒng)的混合物。”
但是Mayer表示：“寒武紀節(jié)肢動物具有復雜的身體特征,，那么為什么它們就不能生有復雜的大腦呢,？”不論這個特殊的化石是否包含著一個大腦，古生物學家認為撫仙湖蟲和它的寒武紀“軍團”已經具有了能夠在其復雜而危險的環(huán)境中導航的神經系統(tǒng),。隨著時間的推移,，研究人員在更多的標本中將能夠更好地調查這些生物進化出大腦是否就反映了寒武紀的視覺“軍備競賽”,。
中國云南省澄江動物群主要埋藏在澄江境內撫仙湖東岸的山地丘陵區(qū)。距省會昆明63公里,，距澄江縣城11公里,。經十多年的采集和發(fā)掘，埋藏面積約為18平方公里,。作為研究地球早期生命演化的動物化石寶庫,，澄江動物群被國際古生物學界譽為“20世紀最驚人的科學發(fā)現(xiàn)”,澄江已被譽為“世界古生物圣地”。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/nature11495
PMC:
PMID:
Complex brain and optic lobes in an early Cambrian arthropod
Xiaoya Ma, Xianguang Hou, Gregory D. Edgecombe & Nicholas J. Strausfeld
The nervous system provides a fundamental source of data for understanding the evolutionary relationships between major arthropod groups. Fossil arthropods rarely preserve neural tissue. As a result, inferring sensory and motor attributes of Cambrian taxa has been limited to interpreting external features, such as compound eyes or sensilla decorating appendages, and early-diverging arthropods have scarcely been analysed in the context of nervous system evolution. Here we report exceptional preservation of the brain and optic lobes of a stem-group arthropod from 520 million years ago (Myr ago), Fuxianhuia protensa, exhibiting the most compelling neuroanatomy known from the Cambrian. The protocerebrum of Fuxianhuia is supplied by optic lobes evidencing traces of three nested optic centres serving forward-viewing eyes. Nerves from uniramous antennae define the deutocerebrum, and a stout pair of more caudal nerves indicates a contiguous tritocerebral component. Fuxianhuia shares a tripartite pre-stomodeal brain and nested optic neuropils with extant Malacostraca and Insecta, demonstrating that these characters were present in some of the earliest derived arthropods. The brain of Fuxianhuia impacts molecular analyses that advocate either a branchiopod-like ancestor of Hexapoda or remipedes and possibly cephalocarids as sister groups of Hexapoda. Resolving arguments about whether the simple brain of a branchiopod approximates an ancestral insect brain or whether it is the result of secondary simplification has until now been hindered by lack of fossil evidence. The complex brain of Fuxianhuia accords with cladistic analyses on the basis of neural characters, suggesting that Branchiopoda derive from a malacostracan-like ancestor but underwent evolutionary reduction and character reversal of brain centres that are common to hexapods and malacostracans. The early origin of sophisticated brains provides a probable driver for versatile visual behaviours, a view that accords with compound eyes from the early Cambrian that were, in size and resolution, equal to those of modern insects and malacostracans.
