中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最古老的“夢幻鬼魚”
不詳 ?佚名 ? 2009年07月03日 ? ?科學(xué)前沿
中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最古老的
“夢幻鬼魚”
不久前出版的英國《自然》雜志發(fā)表了一篇題為《最古老的完整保存的硬骨魚揭示原始有頜類的特征組合》的文章。這是由中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的朱敏研究員所帶領(lǐng)的早期脊椎動物課題組取得的最新科研成果。他們的研究為探索有頜類的早期分化以及硬骨魚類的起源提供了迄今為止最好、最完整的化石資料。
演化環(huán)節(jié)的化石十分稀少
新發(fā)現(xiàn)的這條夢幻鬼魚將有頜脊椎動物幾大類群的特征匯于一身，大大填充了它們之間的形態(tài)學(xué)鴻溝，第一次近乎完整地呈現(xiàn)了有頜脊椎動物祖先可能具有的特征組合。同期配發(fā)的美國芝加哥大學(xué)邁克·科茲（Michael Coates）教授的評述文章稱，朱敏等為解開圍繞有頜類分化和硬骨魚類起源的重重謎團(tuán)“提供了一條活靈活現(xiàn)的古魚”。“至關(guān)緊要的是，這條魚代表著人類遙遠(yuǎn)祖先的一個分支，它不但罕見地被完整保存下來，而且出人意料的古老。它為脊椎動物進(jìn)化的一個重大分歧事件（輻鰭魚類與肉鰭魚類的分化）提供了一個新的確鑿無疑的最近時間校正點(diǎn)，將會掀起新一輪的在志留紀(jì)地層中的野外考察熱潮?！?nbsp;
頜的出現(xiàn)是脊椎動物演化史上的一個影響極為深遠(yuǎn)的事件，大大提高了脊椎動物的取食與適應(yīng)能力。在現(xiàn)生脊椎動物中，有頜脊椎動物的種數(shù)占99.7%以上，其中以鯊魚為代表的軟骨魚綱占了不到2%，其余皆隸屬硬骨魚綱。在地質(zhì)歷史上，有頜類還有兩個已經(jīng)滅絕的大類群（盾皮魚綱和棘魚綱）。硬骨魚綱沿兩個方向輻射演化，一支是輻鰭魚亞綱（包括多鰭魚類、鱘類、雀鱔類、弓鰭魚類和真骨魚類，我國重要的淡水養(yǎng)殖魚“青、草、鰱、鳙、鯉、鯽、鳊”等皆屬真骨魚類的鯉科）；另一支是肉鰭魚亞綱（包括空棘魚類、肺魚類和陸地脊椎動物）。在現(xiàn)生脊椎動物中，兩大亞綱的種數(shù)各占約49%。毫無疑問，有頜類的早期分化以及硬骨魚綱的起源與早期分化在脊椎動物演化史上占有非常重要的位置。
然而，直到上世紀(jì)末，這些演化環(huán)節(jié)的化石記錄依然十分稀少。肉鰭魚類與輻鰭魚類之間，以及硬骨魚類與其他有頜類之間均存在著巨大的形態(tài)學(xué)鴻溝。過渡類型的缺失使得上述問題的探索長期停滯不前，疑點(diǎn)重重，研究者往往處于一種“盲人摸象”的狀態(tài)。過去十年，這些鴻溝由于早泥盆世化石（如斑鱗魚、無孔魚、彌曼魚、舌鱗魚等）的新發(fā)現(xiàn)得以縮小，有頜類的早期分化、硬骨魚類的起源與早期分化逐漸成為國際演化生物學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)，相關(guān)研究成果在《自然》、《科學(xué)》等雜志上屢有報道。在這些新發(fā)現(xiàn)中，中國的化石材料舉足輕重，一經(jīng)報道就引發(fā)了學(xué)術(shù)界對已有假說的重新審視和熱烈討論。不過，由于早期化石保存得不完整，多數(shù)早泥盆世魚類都是由零散材料拼合到一起進(jìn)行研究，所以對特征的解釋存在很多不確定因素，這會直接影響到對演化格局的重建。尤其是當(dāng)恢復(fù)出來的古魚完全不同于過去任何見過的魚類，學(xué)術(shù)界就會有一定的疑慮和保留。要徹底澄清這些疑慮，最好的解決方案就是在4億多年前的地層中尋找出一條完整的古魚。為此，朱敏等在云南曲靖、昭通等地組織了多次發(fā)掘，雖然有很多化石新發(fā)現(xiàn)，但未找到一條完整的古魚始終是大家心中的一個缺憾。此外，現(xiàn)有資料表明，有頜類的早期分化發(fā)生在比泥盆紀(jì)更老的地質(zhì)年代，要厘清早期硬骨魚類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系以及有頜類各大類群間的關(guān)系，在更老的地層中尋找化石已成必然。國際學(xué)術(shù)界也將目光不約而同地投向了志留紀(jì)地層。
保存完整的最古老的有頜脊椎動物化石
早期脊椎動物在志留紀(jì)時已開始分化，但化石記錄主要以低等的無頜類（口為圓盤，沒有上、下頜，如現(xiàn)生的七鰓鰻、盲鰻等，靠寄生或?yàn)V食生活）為主。相形之下，有頜類化石十分稀少，并以分散保存的鱗片和棘刺化石為主，如在我國南方和塔里木盆地發(fā)現(xiàn)的蒙古魚類和中華棘魚類。志留紀(jì)盾皮魚類僅在中國和越南被發(fā)現(xiàn)。志留紀(jì)硬骨魚類化石更為罕見，全球只有兩個主要產(chǎn)地，一是波羅的海地區(qū)，另一個就是云南曲靖。瑞典、法國、德國等多國古魚類學(xué)家早在40多年前就對歐洲志留紀(jì)硬骨魚類化石進(jìn)行了研究，他們的材料皆為魚類微體化石，包括鱗片和一些骨骼碎片，因此對于我們認(rèn)識硬骨魚類的祖先特征幫助不大。本世紀(jì)初，隨著對硬骨魚類起源問題探索的升溫，瑞典等國科學(xué)家加大了在歐洲志留紀(jì)中尋找硬骨魚類化石的力度，2007年在《自然》雜志上報道了他們的最新發(fā)現(xiàn)—兩件不完整的魚類上、下頜標(biāo)本。中國志留紀(jì)硬骨魚類化石的發(fā)現(xiàn)也開始于對魚類微體化石的研究。早在1989年，王念忠、董致中先生就報道了在云南曲靖志留紀(jì)微體化石樣品中發(fā)現(xiàn)的兩類硬骨魚類鱗片化石。自此以后，古脊椎所早期脊椎動物課題組在上千米厚的云南曲靖志留紀(jì)地層中尋找更好、更完整魚類化石的努力就從未間斷過，但收效甚微。
這種鍥而不舍的努力在2007年開始得到回報。2007年春，課題組成員趙文金博士帶隊(duì)測制曲靖志留紀(jì)剖面過程中，發(fā)現(xiàn)了幾處具有魚類大化石的地點(diǎn)。隨即，朱敏帶隊(duì)對這些地點(diǎn)及周邊做了更細(xì)致的考察，在重點(diǎn)層位組織了定點(diǎn)發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了大量的盾皮魚類化石，同時發(fā)現(xiàn)了一件完整的硬骨魚下頜標(biāo)本。2008年4～5月，朱敏再次帶隊(duì)對發(fā)現(xiàn)下頜標(biāo)本的層位進(jìn)行了新一輪的發(fā)掘，以期能獲得一些志留紀(jì)硬骨魚的腦顱標(biāo)本。功夫不負(fù)有心人，課題組除了發(fā)現(xiàn)大量分散保存的硬骨魚腦顱和上、下頜標(biāo)本外，出人意料地發(fā)現(xiàn)了一件近乎完整的硬骨魚標(biāo)本。朱敏等對這些硬骨魚類標(biāo)本進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，并將其命名為夢幻鬼魚（Guiyu oneiros）。屬名來源于漢字“鬼”和“魚”，種名則取“夢中”、“幻想”之意，喻其是一條來自夢里、擁有原始有頜脊椎動物夢幻特征組合的古魚。這是迄今為止全球最古老的保存完整的硬骨魚乃至有頜脊椎動物化石，也是志留紀(jì)唯一完整保存的有頜類，將最古老的近乎完整的硬骨魚化石記錄向前推進(jìn)了約800萬年。
夢幻鬼魚匯集了有頜類的眾多原始特征。這些特征過去分別出現(xiàn)在有頜類的不同類群中，并被認(rèn)為是某個類群的進(jìn)步特征。夢幻鬼魚所呈現(xiàn)的特征組合證明，某些類群的進(jìn)步特征其實(shí)只是有頜類的原始特征。這些認(rèn)識的改變，最終將對有頜類各類群之間演化關(guān)系的解釋產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。鬼魚的內(nèi)顱與肉鰭魚類尤其是斑鱗魚很相似，膜質(zhì)骨上的脊?fàn)罴y飾則更接近于輻鰭魚類，背鰭及肩帶又具有與盾皮魚類、棘魚類以及軟骨魚類相似的棘刺。1999年，朱敏等通過零散骨片材料對斑鱗魚進(jìn)行了復(fù)原，推測斑鱗魚的背鰭及肩帶具有與盾皮魚類、棘魚類以及軟骨魚類相似的棘刺。斑鱗魚出人意料的特征組合需要完整的標(biāo)本來加以檢驗(yàn)。夢幻鬼魚完整標(biāo)本的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了之前對斑鱗魚的復(fù)原是正確的，明確了原始肉鰭魚類的頭后骨骼仍然保留著與原始有頜類相似的肩帶和背鰭棘刺。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，夢幻鬼魚位于肉鰭魚類的基干位置，代表了最原始的肉鰭魚。它的出現(xiàn)指示了輻鰭魚類與肉鰭魚類最早的分化時間不晚于4.19億年前。
夢幻鬼魚的發(fā)現(xiàn)為我們勾勒出一幅更加詳細(xì)的硬骨魚類起源與早期演化圖譜。作為最古老的完整保存的硬骨魚類乃至有頜脊椎動物化石，鬼魚的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步填充了硬骨魚類和其他有頜類之間的形態(tài)學(xué)鴻溝，也解開了原始肉鰭魚類頭后骨骼鑲嵌演化的謎團(tuán)。
此項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委員會、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目和中國科學(xué)院的大力支持。
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