揭開生命演化奧秘的竟然是4.4億年前的魚類化石

地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動物都具有上頜與下巴，這些器官是怎么演化來的？中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所朱敏團(tuán)隊(duì)在重慶、貴州等地約4.4億年前的志留紀(jì)早期地層中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)化石庫，首次為有頜類的崛起與最早期輻射分化提供確切證據(jù)，并據(jù)此取得一系列新發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了脊椎動物“從魚到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)。

有頜類（有上頜與下巴的脊椎動物）的出現(xiàn)與崛起是脊椎動物演化史上最關(guān)鍵的躍升之一，人類的很多重要器官與身體構(gòu)型都可追溯到有頜類演化之初。然而，這一躍升具體發(fā)生在何時(shí)、何地，又是如何發(fā)生的？這些問題一直未能得到解答。

近期，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所朱敏團(tuán)隊(duì)在我國重慶、貴州等地距今約4.4億年前的志留紀(jì)早期地層中發(fā)現(xiàn)“重慶特異埋藏化石庫”和“貴州石阡化石庫”，增添了我國又一個(gè)世界級的特異埋藏化石庫，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確切證據(jù)。

國際學(xué)術(shù)期刊《自然》于北京時(shí)間9月29日以封面文章形式同期發(fā)表團(tuán)隊(duì)的4篇學(xué)術(shù)論文，集中報(bào)道了這批有關(guān)有頜類起源與最早期演化的研究成果。

有頜類的早期演化曾經(jīng)存在至少3000萬年的巨大空白

包括人類在內(nèi)，地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動物都具有頜骨（上頜與下巴），統(tǒng)稱為有頜脊椎動物或有頜類。

朱敏說：“有頜類的出現(xiàn)是生命演化史上非常重要的一次躍升。有下巴就意味著有一張可以自由活動的嘴，對于脊椎動物從水里到陸地生活時(shí)攝取食物至關(guān)重要?！?/p>

以前，科學(xué)家根據(jù)基因、胚胎等線索推測，有頜類應(yīng)該起源于4.5億年前的奧陶紀(jì)晚期，而在志留紀(jì)應(yīng)該就已經(jīng)很繁盛了。但這種推測一直沒有被證實(shí)。因?yàn)橛蓄M類直到志留紀(jì)晚期（4.25億年前）才出現(xiàn)較完善的化石記錄，而分子鐘推斷的有頜類起源時(shí)間不晚于4.5億年前的奧陶紀(jì)晚期，因此，有頜類的早期演化存在一段至少綿延3000萬年、橫跨整個(gè)志留紀(jì)的巨大空白，被稱為“古生物學(xué)史上一個(gè)頑固存在的重大空白”。

朱敏說：“由于這個(gè)空白的存在，盡管我們知道有頜類在志留紀(jì)已經(jīng)存在，但對它們到底長什么模樣、有多大、處于什么生態(tài)位、彼此之間如何演化等問題一無所知，甚至不能確定志留紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)的零星棘刺、鱗片是否屬于有頜魚類。”

化石實(shí)證的缺失使得有頜類的起源與崛起，這個(gè)脊椎動物演化史中最關(guān)鍵的躍升之一，過去一直籠罩在迷霧之中。

近10年來，朱敏團(tuán)隊(duì)探尋我國志留紀(jì)地層中可能含有魚類化石的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”和“貴州石阡化石庫”，以及其中大量特異埋藏保存的完整志留紀(jì)早期魚類化石，找到了破解有頜類最初崛起與輻射分化之謎的鑰匙。

魚類化石的發(fā)現(xiàn)，有助于探尋牙齒、脖子等器官的起源

經(jīng)過對這兩個(gè)化石庫埋藏化石的挖掘、采集和研究，團(tuán)隊(duì)科研人員判定：“貴州石阡化石庫”時(shí)代為蘭多維列世（志留紀(jì)早期）埃隆期最晚期，約4.39億年前；“重慶特異埋藏化石庫”時(shí)代，為蘭多維列世特列奇期，約4.36億年前。

“貴州石阡化石庫”里含有數(shù)量多、保存好的有頜類微體化石。團(tuán)隊(duì)成員在其中發(fā)現(xiàn)了23枚志留紀(jì)早期的魚類牙齒化石標(biāo)本，長度僅2.5毫米。科研人員通過高精度CT、三維復(fù)原以及組織學(xué)切片等技術(shù)手段對其中的雙列黔齒魚牙齒開展了細(xì)致研究。

朱敏介紹，“我們發(fā)現(xiàn)雙列黔齒魚的齒旋結(jié)構(gòu)，不同于無頜類的咽喉齒和齒狀物，它擁有左右兩列鏡像對稱的初級齒單元，并呈‘之’字形排列，基本側(cè)面也還分布了一定數(shù)量的側(cè)生齒單元。齒旋彎曲的形狀和縱向的齒單元，也很好解釋了頜骨在牙槽內(nèi)的起源。”

雙列黔齒魚的齒旋代表最古老的有頜類牙齒，是迄今為止有頜類出現(xiàn)的最早最直觀的證據(jù)，將牙齒最早化石證據(jù)前推了1400萬年。同時(shí)，也印證了此前科學(xué)家們的推測，志留紀(jì)早期就有有頜類了。

此外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)重要器官——脖子的起源。

在“重慶特異埋藏化石庫”里，朱敏團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一大批4.36億年前完整的奇跡秀山魚化石。

“這種魚也是有頜的，而且保存非常完整。這也將完整的有頜類化石記錄大大前推了1100萬年?！?團(tuán)隊(duì)成員朱幼安進(jìn)一步解釋說：“絕大多數(shù)的有頜類都有可以活動的脖子關(guān)節(jié)，無頜類則沒有。秀山魚作為有頜類的最初形態(tài)，處于演化的中間狀態(tài)。它的頭甲中間有一道橫向的裂隙，使得頭能在呼吸和攝食時(shí)抬起和落下，這是更先進(jìn)的頸關(guān)節(jié)的雛形。人的頭與頸部相連的枕骨就是由秀山魚頭頂?shù)倪@道裂隙前的骨片演化而來的?！?/p>

“重慶特異埋藏化石庫”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，可以說是“魚類的黎明”。這是繼澄江生物群、熱河生物群之后，又一個(gè)在我國發(fā)現(xiàn)的、為探索生命之樹演化重要節(jié)點(diǎn)提供大量關(guān)鍵證據(jù)的世界級特異埋藏化石庫。

填補(bǔ)了“從魚到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)

此次發(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)魚群特別是有頜類的面貌，揭示了早期有頜類崛起的過程：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；到志留紀(jì)晚期，更多樣、更大型的有頜類屬種出現(xiàn)并開始擴(kuò)散到全球，開啟了魚類登陸并最終演化成為人類的進(jìn)程。

朱敏說：“對新發(fā)現(xiàn)古魚類化石的研究，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)古魚類，填補(bǔ)了‘從魚到人’演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)，更新了對有頜類起源與崛起的傳統(tǒng)認(rèn)知，進(jìn)一步夯實(shí)了‘從魚到人’的演化路徑?！?/p>

國際古脊椎動物學(xué)會前主席、澳大利亞弗林德斯大學(xué)教授約翰·朗撰文稱：“這確實(shí)是令人驚嘆、改變演化格局的化石發(fā)現(xiàn)，改寫了有頜脊椎動物早期演化歷史的幾乎所有方面?！?/p>

可以預(yù)見，此次新發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)化石庫，未來還將繼續(xù)為解開圍繞有頜類起源的重重謎團(tuán)持續(xù)作出貢獻(xiàn)。

（來源：人民網(wǎng)）