4億多年前這5種魚(yú)撥開(kāi)“從魚(yú)到人”關(guān)鍵演化的重重迷霧

　　中科院古脊椎所研究團(tuán)隊(duì)代表朱幼安副研究員、蓋志琨研究員、朱敏院士、盧靜研究員(從左至右)合影。中新社記者 孫自法 攝

　　中新網(wǎng)北京9月29日電 (記者 孫自法)包括人類在內(nèi)，地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動(dòng)物都具有頜骨(上頜與下巴)，統(tǒng)稱為有頜脊椎動(dòng)物或有頜類。有頜類的出現(xiàn)與崛起是“從魚(yú)到人”的脊椎動(dòng)物演化史上最關(guān)鍵的躍升環(huán)節(jié)之一，人類很多重要器官與身體構(gòu)型都可追溯到有頜類演化之初。

來(lái)自中國(guó)志留紀(jì)早期的五種新發(fā)現(xiàn)魚(yú)類藝術(shù)復(fù)原圖。張禾名 繪圖

　　“從魚(yú)到人”演化為何存在巨大空白?

　　這一最關(guān)鍵的躍升環(huán)節(jié)具體在何時(shí)、何地、如何發(fā)生?因化石實(shí)證的缺失而一直籠罩在重重迷霧之中。此前，有頜類直到志留紀(jì)(距今約4.44億年-4.19億年)晚期約4.25億年前才出現(xiàn)較完善的化石記錄，而分子鐘推斷有頜類起源時(shí)間不晚于4.5億年前的奧陶紀(jì)(距今約4.85億年-4.44億年)晚期，其早期演化因此存在一段綿延約3000萬(wàn)年、橫跨整個(gè)志留紀(jì)的巨大空白，也被譽(yù)為“從人到魚(yú)”演化探源的一個(gè)“幽靈支系”。

　　中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所(中科院古脊椎所)朱敏院士團(tuán)隊(duì)“十年磨一劍”，對(duì)重慶、貴州等地志留紀(jì)早期距今約4.4億年地層中首次發(fā)現(xiàn)的5種古魚(yú)化石，進(jìn)行詳細(xì)分析和深入研究，將有頜類牙齒最早化石證據(jù)、完整有頜類化石記錄分別前推1400萬(wàn)年和1100萬(wàn)年，從而填補(bǔ)了全球志留紀(jì)早期有頜類化石記錄的重要空白，并首次為有頜類的崛起與最早期輻射分化提供出確切證據(jù)。

　　由中國(guó)科學(xué)家完成的這項(xiàng)“從魚(yú)到人”探源研究重大突破成果一組四篇論文，北京時(shí)間9月28日夜間在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》集中上線發(fā)表，并于29日以封面文章形式同期出版。

朱敏院士科普解讀“從魚(yú)到人”探源研究最新成果。中新社記者 孫自法 攝

　　5種古魚(yú)化石研究有哪些重要發(fā)現(xiàn)?

　　朱敏院士在論文發(fā)表前夕接受采訪介紹說(shuō)，近十年來(lái)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)踏遍中國(guó)志留紀(jì)地層可能含魚(yú)的200多個(gè)地點(diǎn)，終于在華南志留紀(jì)早期地層中發(fā)現(xiàn)“重慶特異埋藏化石庫(kù)”和“貴州石阡化石庫(kù)”，發(fā)現(xiàn)大量特異埋藏保存的完整志留紀(jì)早期魚(yú)類化石，找到了解開(kāi)有頜類最初崛起與輻射分化之謎的“鑰匙”。

　　“貴州石阡化石庫(kù)”時(shí)代為約4.39億年前的志留紀(jì)早期，含有數(shù)量多、保存好的有頜類微體化石。其中，“雙列黔齒魚(yú)”化石的齒旋代表最古老的有頜類牙齒，將有頜類牙齒最早化石證據(jù)前推1400萬(wàn)年。“新塑梵凈山魚(yú)”棘刺的發(fā)現(xiàn)顯示，早在志留紀(jì)早期，原始軟骨魚(yú)類已演化出典型的柵棘魚(yú)形態(tài)，同時(shí)具有硬骨魚(yú)類的組織學(xué)特征。這些研究進(jìn)展，也讓奧陶紀(jì)、志留紀(jì)魚(yú)類鱗片和棘刺化石分類位置的長(zhǎng)期爭(zhēng)論塵埃落定。

　　約4.36億年前的“重慶特異埋藏化石庫(kù)”，是目前世界上唯一保存志留紀(jì)早期完整有頜類化石的特異埋藏化石庫(kù)，堪稱“魚(yú)類的黎明”。它是繼澄江生物群、熱河生物群之后，又一個(gè)在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的、為探索生命之樹(shù)演化重要節(jié)點(diǎn)提供大量關(guān)鍵證據(jù)的世界級(jí)特異埋藏化石庫(kù)，將完整有頜類的化石記錄前推1100萬(wàn)年，并將若干人類身體結(jié)構(gòu)的起源追溯到4.36億年前的化石魚(yú)類中。

　　朱敏指出，“重慶特異埋藏化石庫(kù)”中發(fā)現(xiàn)的古魚(yú)化石不僅數(shù)量眾多、種類齊全，而且保存十分完整、精美，讓人們得以一窺志留紀(jì)初期脊椎動(dòng)物特別是有頜類的全貌。其中，無(wú)頜的盔甲魚(yú)類“靈動(dòng)土家魚(yú)”為脊椎動(dòng)物成對(duì)附肢起源提供關(guān)鍵化石證據(jù);有頜的“蠕紋沈氏棘魚(yú)”是迄今所知最早的保存完好的軟骨魚(yú)，確證鯊魚(yú)是從“披盔戴甲”的祖先演化而來(lái);另一種有頜魚(yú)類“奇跡秀山魚(yú)”則糅合多個(gè)盾皮魚(yú)大類的特征，為探究有頜類生命之樹(shù)根部主要類群的起源，以及脊椎動(dòng)物頭骨演化提供了珍貴資料。

　　朱敏院士展示“從魚(yú)到人”探源研究成果論文的《自然》封面圖片。中新社記者 孫自法 攝

　　有頜類最新研究進(jìn)展有何意義與影響?

　　朱敏表示，“重慶特異埋藏化石庫(kù)”和“貴州石阡化石庫(kù)”及此次5種魚(yú)的發(fā)現(xiàn)和研究，在古生物學(xué)史上第一次大規(guī)模展示了志留紀(jì)魚(yú)群特別是有頜類的面貌，揭示出早期有頜類崛起的過(guò)程——最遲在4.4億年前，有頜類各大類群已經(jīng)在華南地區(qū)涌現(xiàn)并欣欣向榮，“可以說(shuō)，華南是有頜類在地球上崛起、輻射與分化的‘搖籃’和中心”;到志留紀(jì)晚期，更多樣、更大型的有頜類屬種出現(xiàn)并開(kāi)始擴(kuò)散到全球，開(kāi)啟了魚(yú)類登陸并最終演化成為人類的進(jìn)程。

　　研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用高精度CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)、性狀大數(shù)據(jù)分析、流體動(dòng)力學(xué)模擬等新技術(shù)新方法，對(duì)重慶、貴州兩處化石庫(kù)5種魚(yú)化石進(jìn)行研究，向世界首次展示出最早有頜類的牙齒、頭部、身體以及偶鰭的雛形等過(guò)去完全未知的最早有頜類身體結(jié)構(gòu)與解剖學(xué)信息，為解答“從魚(yú)到人”探源最初階段的一系列重要科學(xué)問(wèn)題提供確鑿證據(jù)，也改寫(xiě)了有頜脊椎動(dòng)物早期演化歷史的各個(gè)方面。

　　中國(guó)科學(xué)家在有頜類最早期分化、重要器官和身體構(gòu)型演化等重要科學(xué)問(wèn)題的探索中取得新進(jìn)展，刷新了傳統(tǒng)認(rèn)知。同時(shí)，這次將很多與人類相關(guān)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)追溯到4.4億年前的遠(yuǎn)古魚(yú)類，填補(bǔ)了“從魚(yú)到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)，既是對(duì)有頜類起源與崛起傳統(tǒng)認(rèn)知的更新，也進(jìn)一步夯實(shí)“從魚(yú)到人”的演化路徑。

　　對(duì)中國(guó)同行關(guān)于有頜類研究的最新進(jìn)展，國(guó)際古脊椎動(dòng)物學(xué)會(huì)前主席、澳大利亞弗林德斯大學(xué)約翰·朗(John Long)教授撰文稱，“這確實(shí)是令人驚嘆、改變演化格局的化石發(fā)現(xiàn)，改寫(xiě)了有頜脊椎動(dòng)物早期演化歷史的幾乎所有方面”。

科研人員展示本次研究的一件古魚(yú)化石標(biāo)本。中新社記者 孫自法 攝

　　未來(lái)如何進(jìn)一步開(kāi)展有頜類相關(guān)研究?

　　作為國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊，《自然》同期集中發(fā)表同一團(tuán)隊(duì)的四篇研究論文也頗為罕見(jiàn)，在朱敏院士看來(lái)，這一方面是他們團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期堅(jiān)守的一項(xiàng)收獲，另一方面也說(shuō)明國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)中國(guó)團(tuán)隊(duì)研究工作的認(rèn)可，同時(shí)體現(xiàn)出中國(guó)科學(xué)家在古生物研究領(lǐng)域具有重要的國(guó)際地位。

　　在本次取得重要突破成果基礎(chǔ)上，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)后續(xù)對(duì)有頜類研究有何規(guī)劃與安排?朱敏坦言，對(duì)志留紀(jì)早期的研究工作，目前報(bào)道出來(lái)的只是很小的一部分，重慶、貴州兩個(gè)化石庫(kù)發(fā)現(xiàn)的大量魚(yú)化石研究還會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間。

　　同時(shí)，在同時(shí)代的地層中，還要對(duì)有頜類化石開(kāi)展更廣泛的搜尋，目前包括分子鐘和零散的化石記錄，都指示有頜類起源其實(shí)可能發(fā)生在4.5億年前甚至更早，而本次研究的最古老有頜類化石是約4.39億年前，之間仍有很多化石記錄的空白，需要古生物學(xué)家到更老的、志留紀(jì)最早期甚至奧陶紀(jì)的地層里去搜尋，這也是今后富有挑戰(zhàn)性的野外工作領(lǐng)域。

　　朱敏指出，實(shí)際上還有很多環(huán)境背景方面的研究也需要開(kāi)展，幫助人們更好地認(rèn)識(shí)有頜類早期如何發(fā)生輻射演化：為什么在奧陶紀(jì)沒(méi)有發(fā)生輻射演化?而在志留紀(jì)早期發(fā)生輻射演化?華南當(dāng)時(shí)是什么樣的地質(zhì)環(huán)境?在奧陶紀(jì)晚期和志留紀(jì)早期，華南的環(huán)境有什么不同?對(duì)有頜類輻射演化有什么影響?

　　他認(rèn)為，“從魚(yú)到人”演化輻射未來(lái)仍然有很多科學(xué)問(wèn)題需要持續(xù)和深入研究，所以本次發(fā)現(xiàn)及研究取得的進(jìn)展，僅僅是“萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步”，后續(xù)還有非常重要的研究工作，也會(huì)進(jìn)一步帶來(lái)新的認(rèn)識(shí)，甚至更多的驚喜。

　　朱敏表示，科學(xué)研究是一個(gè)逐步探索的過(guò)程，“從魚(yú)到人”的探源，其實(shí)越往前追溯，未知的東西會(huì)越多，也對(duì)研究團(tuán)隊(duì)提出很多新的挑戰(zhàn)。可以預(yù)見(jiàn)，此次新發(fā)現(xiàn)的“重慶特異埋藏化石庫(kù)”和“貴州石阡化石庫(kù)”，未來(lái)還將繼續(xù)為解開(kāi)圍繞有頜類起源的更多謎團(tuán)不斷做出貢獻(xiàn)。(完)