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举世闻名的5亿3千万年前的帽天山页岩特异埋藏动物群保存了形态分异度很高、处于不同演化阶段的节肢动物,为研究寒武纪大爆发和节肢动物形体模式多样性的发生提供了最为珍贵的物质依据.该研究从发育生物学角度对节肢动物口后附肢、口前附肢和头的起源和演化可能的分子机制进行探索:第一、附肢演化的基因背景:Hox基因参与附肢发育的D-V轴调控事件与P-D轴调控事件的时间不同,其中D-V轴调控事件早于P-D轴调控事件.可能由于Dll基因参与D-V轴调控作用导致附肢外肢的形成;后来Hox基因和其他特异发育调控基因(例如hth基因,exd基因和dac基因)以及Notch信号路径参与附肢发育,导致叶足状内肢向具关节内肢的演化.内肢腿节的减少可能与Notch信号路径(包括其配位子SER和DL及其靶基因fj)和ss基因及其下游靶基因bab基因的参与表达有关.由于新的下游靶基因的参与和Hox基因作为转录因子对不同下游靶基因进行特异性调控进一步导致内肢形态多样性的产生.腿基形成的发育生物学机制尚不清楚,可能是通过hth基因、exd基因相应的功能突变导致部分肢节愈合,后来又与Hox基因相互作用共同调控特异性下游靶基因来实现的.第二、口前附肢的分子演化机制:长鞭形触角状前附肢的发生可能是通过调控与关节形成和生长有关的基因(例如Notch信号路径、bric a brac"bab"基因等)和触角特异性靶基因的表达来实现的.大附肢发生的基因背景尚不完全清楚,一种可能是由于Hox基因参与所引起形态的突变,另一种可能是由于其他未知发育调控分子的参与使原来前附肢中Dll基因、dac基因和hth基因间相互作用的方式发生变化,从而使前附肢获得腿肢特异性发育程序.第三、头区起源和演化的分子机制:节肢动物干支类群的头区由眼节和触角节所组成.节肢动物冠支类群头区除了眼节和触角节之外,在口后还有三个或三个以上的体节.以上复合型头区的形成可能与原躯干前端体节发育机制的改变有关.发育生物学研究认为头区体节(特别是前部几个头节)的发育机制与躯干体节的发育机制明显不同,并且Hox基因表达区域的前端界限在演化过程中沿不同体节的变化可能与躯干体节转变为头区体节有关.一旦复合型头区形成,Hox基因的表达和调控作用明显分为头和躯干两个不同的表达区域,由于在复合型头区形成的早期阶段Hox基因表达重叠区较宽,附肢在不同分区未表现出形态的特异化,随着Hox基因表达区逐渐出现体节特异化,导致特异性附肢的出现,即现生节肢动物各类群头区专用于取食的特异化口器(如大颚和小颚等).该研究不仅为古生物学、演化生物学和发育生物学的进一步合作研究做了探索性工作,而且为古生物学和发育生物学提出许多新的前沿性研究课题.