地球上的動物如何演化出支撐身體的骨骼？動物最早由上皮組織控制骨骼生長的證據，近日被我國科研團隊在5億年前的化石中首次發現。西北大學張志飛教授團隊聯合國際學者，對華北板塊寒武紀早期猴家山組的開腔骨骨片展開系統研究，相關成果以亮點封面論文形式發表于國際權威期刊《GEOLOGY》，為破解早期動物骨骼演化之謎提供了關鍵證據。

現代生物學研究表明，原口動物（如珊瑚、軟體動物）與后口動物（如棘皮動物、脊椎動物）的骨骼礦化機制雖存在差異，但均由上皮組織或結締組織控制形成。然而，動物何時獲得這種“組織控制長硬殼”的能力，以及最早礦化骨骼的出現機制，一直是古生物學界的未解之謎。傳統觀點認為，骨骼演化可能與寒武紀時期捕食者與被捕食者間的“軍備競賽”有關——防御性厚重殼體與攻擊性利爪、牙齒的協同演化推動了骨骼的形成，但具體機制尚不明確。

寒武紀早期（約5.6—5.2億年前）是已知最早的動物礦化骨骼記錄時期，但此前發現的骨骼化石多僅保存殼體形態，缺乏揭示骨骼形成控制機制的細節證據。西北大學團隊研究的開腔骨骨片，來自華北寒武系第四階猴家山組，其微小尺寸（僅300μm）與復雜結構為研究提供了新突破口。

研究團隊通過掃描電鏡、顯微CT、聚焦離子束聯用及透射電鏡能譜分析等技術手段，發現開腔骨骨片表面覆蓋著由黏土礦物保存的多邊形有機質框架結構。這一“蜂巢”狀結構包裹磷酸鹽化內核，外被磷灰石質外模。進一步對比現生軟體動物珠母貝的棱柱層有機質框架后，團隊發現兩者在形態、大小及顯微結構上高度相似，均由表皮細胞分泌形成，并發育有細胞間的棱和柱狀結構。這表明，開腔骨的礦化骨骼同樣形成于多邊形有機框架中，其空腔屬于表皮細胞包圍形成的真體腔。

結合軟體動物有機質框架的形成機制，研究證實，5億年前的開腔骨已具備現代真后生動物通過上皮組織控制外部骨骼礦化的能力。這一發現直接否定了此前認為開腔骨與海綿動物親緣關系密切的傳統觀點——海綿類側生動物通過中膠層造骨細胞形成礦化骨針，無任何組織分化，而開腔骨的多邊形網狀結構及其顯微特征表明其屬于真后生動物。

動物四大組織（上皮組織、結締組織、肌肉組織和神經組織）的出現是真后生動物的典型特征。寒武紀開腔骨化石中上皮組織多邊形網狀結構的發現，不僅為早期動物骨骼演化提供了直接證據，更表明在寒武紀大爆發早期，即使是一些低等疑難動物，也已具備形成復雜礦化骨骼的能力。評審專家指出，該研究通過多學科交叉方法，將現代生物礦化原理應用于早期殼體化石，首次揭示了寒武紀大爆發期間動物礦化顯微結構的復雜性，代表了與礦化結構相關的上皮組織的首次發現。