地球上的动物如何演化出支撑身体的骨骼？动物最早由上皮组织控制骨骼生长的证据，近日被我国科研团队在5亿年前的化石中首次发现。西北大学张志飞教授团队联合国际学者，对华北板块寒武纪早期猴家山组的开腔骨骨片展开系统研究，相关成果以亮点封面论文形式发表于国际权威期刊《GEOLOGY》，为破解早期动物骨骼演化之谜提供了关键证据。
现代生物学研究表明，原口动物（如珊瑚、软体动物）与后口动物（如棘皮动物、脊椎动物）的骨骼矿化机制虽存在差异，但均由上皮组织或结缔组织控制形成。然而，动物何时获得这种“组织控制长硬壳”的能力，以及最早矿化骨骼的出现机制，一直是古生物学界的未解之谜。传统观点认为，骨骼演化可能与寒武纪时期捕食者与被捕食者间的“军备竞赛”有关——防御性厚重壳体与攻击性利爪、牙齿的协同演化推动了骨骼的形成，但具体机制尚不明确。
寒武纪早期（约5.6—5.2亿年前）是已知最早的动物矿化骨骼记录时期，但此前发现的骨骼化石多仅保存壳体形态，缺乏揭示骨骼形成控制机制的细节证据。西北大学团队研究的开腔骨骨片，来自华北寒武系第四阶猴家山组，其微小尺寸（仅300μm）与复杂结构为研究提供了新突破口。
研究团队通过扫描电镜、显微CT、聚焦离子束联用及透射电镜能谱分析等技术手段，发现开腔骨骨片表面覆盖着由黏土矿物保存的多边形有机质框架结构。这一“蜂巢”状结构包裹磷酸盐化内核，外被磷灰石质外模。进一步对比现生软体动物珠母贝的棱柱层有机质框架后，团队发现两者在形态、大小及显微结构上高度相似，均由表皮细胞分泌形成，并发育有细胞间的棱和柱状结构。这表明，开腔骨的矿化骨骼同样形成于多边形有机框架中，其空腔属于表皮细胞包围形成的真体腔。
结合软体动物有机质框架的形成机制，研究证实，5亿年前的开腔骨已具备现代真后生动物通过上皮组织控制外部骨骼矿化的能力。这一发现直接否定了此前认为开腔骨与海绵动物亲缘关系密切的传统观点——海绵类侧生动物通过中胶层造骨细胞形成矿化骨针，无任何组织分化，而开腔骨的多边形网状结构及其显微特征表明其属于真后生动物。
动物四大组织（上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织）的出现是真后生动物的典型特征。寒武纪开腔骨化石中上皮组织多边形网状结构的发现，不仅为早期动物骨骼演化提供了直接证据，更表明在寒武纪大爆发早期，即使是一些低等疑难动物，也已具备形成复杂矿化骨骼的能力。评审专家指出，该研究通过多学科交叉方法，将现代生物矿化原理应用于早期壳体化石，首次揭示了寒武纪大爆发期间动物矿化显微结构的复杂性，代表了与矿化结构相关的上皮组织的首次发现。
