【科技日?qǐng)?bào)】新研究揭秘“從魚(yú)到人”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

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靈動(dòng)土家魚(yú)三維復(fù)原圖

新塑梵凈山魚(yú)三維復(fù)原圖

奇跡秀山魚(yú)三維復(fù)原圖

　　這些新發(fā)現(xiàn)揭示了早期有頜類崛起的過(guò)程——最遲到4.4億年前，有頜類各大類群已經(jīng)欣欣向榮；到了志留紀(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。

　　一直以來(lái)，生命的起源和演化都是科學(xué)研究的重大課題之一。脊椎動(dòng)物的起源和演化更是關(guān)系到人類從何而來(lái)，因此廣受關(guān)注。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所朱敏院士團(tuán)隊(duì)在《自然》上以封面文章的形式同期發(fā)表四篇論文，集中報(bào)道了他們對(duì)有頜類的起源與最早期輻射分化的最新研究進(jìn)展。

　　論文刊出不久，“我國(guó)科學(xué)家證實(shí)人類是從魚(yú)進(jìn)化來(lái)的”這一話題就登上了微博熱搜榜首，“從魚(yú)到人”的演化史引發(fā)輿論熱議。不少網(wǎng)友驚呼：人類的祖先不是猴子嗎？怎么變成魚(yú)了？難道教科書(shū)又要改了？

　　人類的祖先到底是猿還是魚(yú)？我們?cè)撊绾卫斫狻叭祟愂菑聂~(yú)進(jìn)化來(lái)的”？這四篇論文究竟研究了哪些內(nèi)容？為此，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了有關(guān)專家。

　　“從魚(yú)到人”是歷時(shí)5億多年的演化?

　　“我們一般認(rèn)為，人類有一個(gè)共同的祖先。這種認(rèn)識(shí)是有偏頗的，在人類演化歷程中的不同階段，其實(shí)我們有很多個(gè)祖先。”中國(guó)科學(xué)院古脊椎所副研究員朱幼安說(shuō)，“具體來(lái)說(shuō)，猿和魚(yú)都是我們的祖先。相對(duì)于猿來(lái)說(shuō)，魚(yú)類是我們更早的祖先，也是包括猿在內(nèi)所有脊椎動(dòng)物的共同祖先。”

　　對(duì)此，朱敏解釋道，“從魚(yú)到人”的演化并不是從魚(yú)直接變成人，而是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)5億多年的演化史。演化史中間經(jīng)歷了多次重大的演化事件，其中，頜的起源與有頜類的崛起稱得上最關(guān)鍵的躍升之一。

　　然而，這一躍升究竟是如何發(fā)生的，一直困擾著古生物學(xué)界。有頜類化石直到4.19億年前的泥盆紀(jì)之初才大量出現(xiàn)，然而分子生物學(xué)資料卻證明，有頜類的起源時(shí)間應(yīng)早于約4.5億年前。

　　“這就意味著，有頜類的早期演化存在至少3000萬(wàn)年的化石記錄空白，這一階段橫跨奧陶紀(jì)晚期和志留紀(jì)絕大部分。”朱幼安坦言。

　　事實(shí)上，志留紀(jì)是地球生命演化的關(guān)鍵階段。在志留紀(jì)的兩千萬(wàn)年中發(fā)生了奧陶紀(jì)末大滅絕之后的復(fù)蘇、維管植物登陸、大氣含氧量上升等對(duì)生命史具有深遠(yuǎn)影響的重大事件。

　　但是，志留紀(jì)的魚(yú)類化石長(zhǎng)期以來(lái)一直非常稀少。全球發(fā)現(xiàn)的志留紀(jì)魚(yú)類主要是無(wú)頜的“甲胄魚(yú)類”，有頜類在這個(gè)時(shí)代難覓蹤影。之前從來(lái)沒(méi)有找到過(guò)志留紀(jì)早期完整的有頜脊椎動(dòng)物化石，甚至沒(méi)有找到過(guò)哪怕是部分關(guān)聯(lián)的骨骼。化石實(shí)證的缺失使得學(xué)界長(zhǎng)期以來(lái)只能通過(guò)間接證據(jù)和微體化石來(lái)推測(cè)、猜想有頜類的起源與早期演化過(guò)程。由于缺失蘊(yùn)含豐富形態(tài)和解剖學(xué)信息的大化石，有頜類的起源和最早期演化一直籠罩在迷霧之中。

　　為尋找相關(guān)的化石證據(jù)，朱敏團(tuán)隊(duì)花了近十年的時(shí)間在全國(guó)進(jìn)行走訪。功夫不負(fù)有心人，他們?cè)谌A南志留紀(jì)早期地層中，發(fā)現(xiàn)了重慶特異埋藏化石庫(kù)和貴州石阡化石庫(kù)。

　　　古魚(yú)化石解答一系列重要科學(xué)問(wèn)題?

　　“在這兩個(gè)化石庫(kù)里，我們發(fā)現(xiàn)了五條魚(yú)的化石。它們填補(bǔ)了全球志留紀(jì)早期有頜類化石記錄的空白，首次為有頜類的崛起與最早期輻射分化提供了確切證據(jù)，讓解答‘從魚(yú)到人’最初階段的一系列重要科學(xué)問(wèn)題成為可能。”朱敏強(qiáng)調(diào)。

　　朱敏介紹，這五條古魚(yú)分別是發(fā)現(xiàn)于貴州石阡化石庫(kù)的雙列黔齒魚(yú)和新塑梵凈山魚(yú)，發(fā)現(xiàn)于重慶特異埋藏化石庫(kù)的靈動(dòng)土家魚(yú)、蠕紋沈氏棘魚(yú)和奇跡秀山魚(yú)。

　　研究團(tuán)隊(duì)采用新技術(shù)、新方法對(duì)這些魚(yú)類化石進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)了最早有頜類的牙齒、頭部、身體以及偶鰭的雛形。這些是過(guò)去完全未知的最早有頜類的身體結(jié)構(gòu)與解剖學(xué)信息。這次的發(fā)現(xiàn)在有頜類最早期的分化、重要器官和身體構(gòu)型演化等重要科學(xué)問(wèn)題的探索中取得了新進(jìn)展，刷新了諸多傳統(tǒng)認(rèn)知。

　　通過(guò)對(duì)4.39億年前的雙列黔齒魚(yú)開(kāi)展細(xì)致的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)了最早有頜類牙齒的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和發(fā)育特征。“志留紀(jì)早期黔齒魚(yú)的發(fā)現(xiàn)是非常罕見(jiàn)的，雙列黔齒魚(yú)的齒旋代表了最早的有頜類牙齒，將牙齒的最早化石記錄前推了1400萬(wàn)年。”朱敏說(shuō)。

　　同時(shí)，系統(tǒng)發(fā)育分析表明，黔齒魚(yú)隸屬軟骨魚(yú)類全群，支持了在約4.85至4.5億年前的奧陶紀(jì)生物大輻射時(shí)期已出現(xiàn)有頷類脊椎動(dòng)物的認(rèn)知。

　　而鯊魚(yú)在4.4億年前的近親——新塑梵凈山魚(yú)則代表了最早的具有關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的有頜類。新塑梵凈山魚(yú)揭開(kāi)了古老鯊魚(yú)近親的神秘面紗，將軟骨魚(yú)類的最早出現(xiàn)時(shí)間前推至志留紀(jì)早期。研究結(jié)果還表明，硬骨魚(yú)類干群在志留紀(jì)早期也應(yīng)該已經(jīng)出現(xiàn)。

　　更重要的是，梵凈山魚(yú)的發(fā)現(xiàn)表明，早在志留紀(jì)早期，軟骨魚(yú)類干群就已經(jīng)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，為有頜類在志留紀(jì)早期就開(kāi)始了輻射演化提供了強(qiáng)有力的支持，也使得有關(guān)奧陶紀(jì)、志留紀(jì)魚(yú)類鱗片和棘刺化石分類位置的爭(zhēng)論有了明確的答案。

　　新發(fā)現(xiàn)首次大規(guī)模展示有頜類面貌?

　　在重慶特異埋藏化石庫(kù)里，研究人員找到了世界上第一個(gè)具有完整身體保存的盔甲魚(yú)類化石，并給它取了一個(gè)非常生動(dòng)的名字——靈動(dòng)土家魚(yú)。

　　靈動(dòng)土家魚(yú)的發(fā)現(xiàn)首次完整地揭示出盔甲魚(yú)類身體的全貌。“尤其令人驚訝的是，我們?cè)陟`動(dòng)土家魚(yú)的腹部發(fā)現(xiàn)一對(duì)縱貫全身的腹側(cè)鰭?cǎi)蓿瑥念^后部一直延伸到尾尖。”中國(guó)科學(xué)院古脊椎所研究員蓋志琨說(shuō)，“這是一個(gè)巨大的驚喜，因?yàn)橹叭藗円恢闭J(rèn)為盔甲魚(yú)類沒(méi)有成對(duì)的偶鰭。”

　　蓋志琨表示，這一發(fā)現(xiàn)不僅為100多年前的“鰭?cǎi)蘩碚摗碧峁┝俗顬殛P(guān)鍵的化石證據(jù)，而且與現(xiàn)代分子發(fā)育生物學(xué)的數(shù)據(jù)高度吻合。古生物化石證據(jù)與發(fā)育生物學(xué)的交叉印證，使得脊椎動(dòng)物成對(duì)附肢的起源研究與頜起源研究一樣成為演化—發(fā)育生物學(xué)的又一個(gè)經(jīng)典案例。

　　重慶特異埋藏化石庫(kù)發(fā)現(xiàn)的蠕紋沈氏棘魚(yú)是一種軟骨魚(yú)類。“我們發(fā)現(xiàn)的保存完好的蠕紋沈氏棘魚(yú)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)志留紀(jì)—泥盆紀(jì)軟骨魚(yú)類大化石發(fā)現(xiàn)零的突破。不僅如此，蠕紋沈氏棘魚(yú)也是世界上目前發(fā)現(xiàn)最早的保存完好的軟骨魚(yú)類大化石。來(lái)自中國(guó)的蠕紋沈氏棘魚(yú)化石已經(jīng)成為了揭示軟骨魚(yú)類起源的決定性證據(jù)。”朱幼安介紹。

　　研究顯示，蠕紋沈氏棘魚(yú)既具有典型軟骨魚(yú)類的身體構(gòu)型，同時(shí)還擁有類似盾皮魚(yú)類的、過(guò)去從未在任何軟骨魚(yú)類中發(fā)現(xiàn)的包圍肩帶的大塊膜質(zhì)骨甲。這證明，軟骨魚(yú)類是由“戴盔披甲”的祖先演化而來(lái)的。

　　奇跡秀山魚(yú)屬于盾皮魚(yú)類。朱幼安說(shuō)，奇跡秀山魚(yú)在時(shí)代上比較靠近有頜類的起源時(shí)間點(diǎn)，并不能被歸到任何過(guò)去已知的盾皮魚(yú)類類群中，而是糅合了多個(gè)盾皮魚(yú)大類的特征。因此，它與后來(lái)其它盾皮魚(yú)類共享的特征，很可能是有頜類的原始特征。

　　在朱敏看來(lái)，這些新發(fā)現(xiàn)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，并揭示了早期有頜類崛起的過(guò)程——最遲到4.4億年前，有頜類各大類群已經(jīng)在華南地區(qū)欣欣向榮；到了志留紀(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。

　　（原載于《科技日?qǐng)?bào)》 2022-10-25 05版 前沿）