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改写有颌脊椎动物早期演化历史 “从鱼到人”关键证据被发现
2022-10-01 14:27:54   来源:化石网   评论:0 点击:

五种志留纪古鱼类新属种的艺术复原图,从上到下分别为蠕纹沈氏棘鱼、新塑梵净山鱼、双列黔齿鱼、灵动土家鱼和奇迹秀山鱼。(中科院古脊椎所供图)重庆特异埋藏化石库。(中科院古脊椎所供图 图)(化石网整理)据

五种志留纪古鱼类新属种的艺术复原图,从上到下分别为蠕纹沈氏棘鱼、新塑梵净山鱼、双列黔齿鱼、灵动土家鱼和奇迹秀山鱼。(中科院古脊椎所供图)
 
 
重庆特异埋藏化石库。(中科院古脊椎所供图/图)
 
(化石网整理)据南方周末(特约撰稿 鞠强):生命的起源和演化是当代科学的重大课题之一,其中脊椎动物的起源和演化更是关系人类从何而来,因此备受关注。经过长期的探索,古生物学家借助化石证据和现代技术手段已经逐步了解了4亿多年来脊椎动物的演化历程,但其中一些关键的环节仍然缺失。在世界各地寻找新的化石证据并进行研究,成为古生物学家完成生命演化拼图的努力方向。
 
2022年9月29日,由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士领导的研究团队在国际著名科学期刊《自然》(Nature)上以封面文章的形式同期发表4篇论文,集中报道了他们对有颌脊椎动物(有颌类)起源与最早期演化的最新重要研究进展。
 
研究团队在重庆、贵州等地志留纪早期(距今约4.4亿年)的地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,使我国又多了一个世界级的特异埋藏化石库,填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白,首次为有颌类的最早期崛起与辐射分化提供了确切的证据。
 
这个团队采用新技术、新方法对这些鱼类化石进行了详细研究,向世界首次展示出最早的有颌类的牙齿、头部、身体以及偶鳍的雏形等过去完全未知的身体结构与解剖学信息,回答了有颌类最早期分化、重要器官和身体构型演化等重要的科学问题,改写了有颌类早期演化的历史,刷新了古生物学界对“从鱼到人”最初阶段的认知。
 
五种古鱼上新
 
在这次公布的研究进展中,朱敏领导的研究团队展示了5种远古鱼类。其中,贵州石阡化石库的时代为志留纪早期兰多维列世埃隆期最晚期,距今约4.39亿年,含有数量多、保存好的有颌类微体化石。研究人员在论文中介绍了来自贵州的2种古鱼。双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)名字中的“黔”即贵州的简称,它的齿旋代表已知最古老的有颌类牙齿,将最早的牙齿化石证据前推了1400万年。新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)的发现地距离梵净山不远,它的棘刺的发现显示,早在志留纪早期,原始软骨鱼类已经演化出典型的栅棘鱼形态,同时具有硬骨鱼类的组织学特征。这些发现让围绕奥陶纪、志留纪鱼类鳞片和棘刺化石分类位置的长期争论尘埃落定。
 
重庆特异埋藏化石库的时代为兰多维列世特列奇期,距今约4.36亿年,是目前世界上唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库,也是继澄江生物群、热河生物群之后,在我国发现的又一个为探索生命之树演化重要节点提供大量关键证据的世界级特异埋藏化石库,将完整有颌类的化石记录前推了1100万年,并将若干人类身体结构的起源追溯到4.36亿年前的化石鱼类中。重庆特异埋藏化石库中发现的古鱼化石不仅数量众多、种类齐全,而且保存十分完整、精美,我们得以一窥志留纪初期脊椎动物特别是有颌类的全貌。
 
研究人员这次报告了在重庆特异埋藏化石库中发现的3种古鱼。无颌的盔甲鱼类——灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)为脊椎动物成对附肢的起源提供了关键的化石证据。有颌的蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)是迄今所知最早的保存完好的软骨鱼,它既具有典型软骨鱼类的身体构型,同时还拥有类似盾皮鱼类的、过去从未在任何软骨鱼类中发现的包围肩带的大块膜质骨甲,证明软骨鱼类由“戴盔披甲”的祖先演化而来。
 
在重庆特异埋藏化石库中,数量最多的化石来自另一种有颌鱼类,即奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)。它糅合了多个盾皮鱼大类的特征,其颅顶甲型式为盾皮鱼向硬骨鱼演化过程中颅顶甲骨片的变化提供了重要信息,为探究有颌类生命之树根部主要类群的起源和脊椎动物头骨的演化提供了珍贵资料。
 
本次在《自然》上公布的这些新发现的远古鱼类首次揭示了有颌脊椎动物在志留纪早期的大分化,同时极为罕见地展示了最早期有颌类的全身结构和重要解剖学信息。国际古脊椎动物学会前主席、澳大利亚弗林德斯大学教授约翰·朗(John Long)这样评价这4篇论文所展示的研究工作:“这确实是令人惊叹、改变演化格局的化石发现,改写了有颌脊椎动物早期演化历史的几乎所有方面。”
 
从鱼到人的历程
 
19世纪初,法国生物学家艾蒂安·若弗鲁瓦·圣伊莱(Etienne Geoffroy Saint-Hilaire)最早注意到生活在尼罗河中的一种鱼和人类以及其他陆地动物的身体结构拥有一系列共同点。1859年,达尔文出版了《物种起源》,生命进化的观念自此逐渐深入人心。经过许多代学者的努力,一幅“生命之树”的图景渐次清晰地展现在我们眼前。圣伊莱的观察得到了证实和解释:人类和现代鱼类的共同之处来源于二者共同的远古祖先,这个祖先就是生活在4亿多年前的某种早期鱼类。因此,脊椎动物的演化历史可以简单概括为“从鱼到人”。
 
在古生物学家的字典里,“鱼”的含义和我们通常的认识相去甚远。过去,鱼是除四足动物外所有脊椎动物的统称,包含地质历史时期中许多形形色色的鱼形动物。颌是可上下开合的口腔器官。根据有没有颌,我们可以将鱼分为无颌鱼类和有颌鱼类。颌的出现大大增强了脊椎动物的摄食和呼吸能力,使脊椎动物成为整个动物界中唯一出现较多巨大体型物种的主要动物类群。
 
无颌鱼类包括七鳃鳗、盲鳗和已灭绝的“甲胄鱼类”;而有颌鱼类即为传统林奈分类法中的鱼纲,分为盾皮鱼类、棘鱼类、硬骨鱼类和软骨鱼类四个形态大类。在演化的漫长历史中,硬骨鱼类和软骨鱼类存活至今,而盾皮鱼类和棘鱼类则先后在晚泥盆世和晚二叠世灭绝。
 
盾皮鱼类是最原始的有颌脊椎动物,在泥盆纪(距今约4.19亿—3.59亿年)相当成功,统治着地球上的海洋、河流和湖泊。棘鱼类在泥盆纪则是“配角”。大多数棘鱼体型较小,显著特征是在除尾鳍外的各鱼鳍前,都有一根大型的骨质棘刺。现在,我们只能在化石中找寻这些鱼类曾经存在过的痕迹。
 
软骨鱼类包括鲨鱼、鳐鱼和银鲛等。它们的骨骼大部分由软骨构成,化石记录主要是零散的牙齿和鳞片,完整的化石很少,因此这次发现的蠕纹沈氏棘鱼化石非常难得。硬骨鱼类是脊椎动物演化的主干,可分为辐鳍鱼类和肉鳍鱼类,它们分别征服了地球的水域和陆地。辐鳍鱼类(因具有辐条状鱼鳍而得名)几乎包含所有现存的鱼类,这类鱼的特点是长着透明的折扇状鱼鳍,控制鳍的肌肉并不直接延伸到鱼鳍上。肉鳍鱼正好相反,它们被称为肉鳍鱼是因为它们的鳍尤其是成对的胸鳍和腹鳍有发达的肉质部分,里面有坚固的骨骼支撑。我们人类其实就是一种“超级改进版”的肉鳍鱼——用“腹鳍”四处行走,用“胸鳍”打开这篇文章。
 
回溯志留纪
 
有颌类包括人类和绝大多数脊椎动物,占现存脊椎动物的99.8%。颌与有颌类的起源是生命演化史上最大的跃升之一,然而这一跃升具体是如何发生的却一直困扰着古生物学界。
 
此前,有颌类化石直到泥盆纪之初(4.19亿年前)才大量出现,泥盆纪也因此得名“鱼类时代”,但分子生物学资料表明,有颌类起源时间应早于约4.5亿年前。这样,有颌类的早期演化存在一段至少长达3000万年、横跨奥陶纪晚期和志留纪绝大部分时期的巨大记录空白。著名古生物学家阿尔弗雷德·罗美尔(Alfred Romer)就把志留纪有颌类化石的缺失称为“古生物学史上一个持续的重大空白”。
 
朱敏院士从20世纪80年代开始从事古鱼类学研究。2007年,他和同行在云南曲靖志留纪晚期地层中发现了存在大量有颌类化石的潇湘脊椎动物群(因为化石在潇湘水库附近发现而得名)。2009年,朱敏等人在《自然》上公布了他们对潇湘动物群的研究成果,展示了志留纪的一种硬骨鱼——梦幻鬼鱼(Guiyu oneiros),第一次近乎完整地呈现了硬骨鱼类祖先的原型,为探讨有颌类各大类群的相互关系提供了关键资料。2013年,朱敏等人在《自然》上公布了另一个重大发现。同样是在潇湘脊椎动物群中,他们发现了初始全颌鱼(Entelognathus primordialis),这个发现为盾皮鱼类与硬骨鱼类之间的密切亲缘关系提供了强有力的证据,大大加深了对有颌类主要类群间演化关系的认识。
 
我们常用沧海桑田来形容时间久远的地质变迁,梦幻鬼鱼和初始全颌鱼的发现正是非常形象的例子。今天的曲靖位于云贵高原中部,但在4亿多年前,这里却是一片温暖的海洋。当时地球的海陆格局与今天截然不同:冈瓦纳古陆位于地球南半球,而今天的“中国”分成南北两块——华北板块和华南-塔里木板块,后者紧邻冈瓦纳古陆的北缘,位于今天的赤道地区,曲靖就在这个板块上。因此,朱敏等人在潇湘动物群中发现的古鱼类当时是生活在热带温暖的海洋中。
 
在研究过程中,朱敏带领团队除了探索曲靖这座宝库外,也把目光投向华南地区更广大的区域,坚持在华南地区开展野外调查工作。近十年来,这个团队踏遍我国志留纪地层可能含鱼的两百多个地点,终于在华南志留纪早期地层中发现重庆特异埋藏化石库和贵州石阡化石库,获得了大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石,找到了解开有颌类最初崛起与辐射分化之谜的钥匙。
 
破译演化密码
 
两个新发现的化石宝库给古生物学家带来了巨大的惊喜,但鱼化石个体小、骨骼轻薄等因素也对他们的研究提出了挑战。而且,对于这些全新的属种,许多奇特的结构缺乏较近属种的解剖学比较。因此,这个研究团队历时近三年,使用高精度CT扫描、精细三维重建、扫描电镜元素分析、全光位图像、多元统计分析在内的多种手段对这些化石开展了细致的研究,终于从中获得了大量珍贵的解剖学信息。
 
重庆特异埋藏化石库和贵州石阡化石库的发现在古生物学史上第一次大规模展示了志留纪鱼群特别是有颌类的面貌,揭示了早期有颌类崛起的过程:最迟到4.4亿年前,有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣;到志留纪晚期,更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球,开启了鱼类登陆并最终演化成人类的进程。
 
朱敏领导的研究团队对重庆特异埋藏化石库和贵州石阡化石库的化石研究,将很多与人类相关的解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类,填补了“从鱼到人”演化史上缺失的最初始环节,更新了对有颌类起源与崛起的传统认知,进一步夯实了“从鱼到人”的演化路径。两个化石库的发掘和研究工作目前仍在进行之中,对它们的进一步研究将继续改变我们对颌起源与有颌类最早期演化的认识,有望为解开围绕有颌类起源的重重谜团作出持续贡献。
 
这些远古的鱼类尘封在化石中已达4亿多年之久。与此相比,人类这个物种的历史只是弹指一瞬。但正是依靠古生物学家的长期努力,这些化石得以重见天日。他们使用现代研究方法和技术,补齐失落的环节,还原演化的历程。这一条条外形奇怪的远古鱼类,也许能够给出“人类从何而来”这个问题的终极答案。(原标题:古鱼身上的秘密)
 
相关:人类的祖先是条鱼?科学家回应:并非今天的鱼类,可以放心食用
 
 
人类的鱼祖先发现者:网友清蒸吃掉的也是有颌鱼但并不是我们的祖先
 
 
一次打闹发现通往人类祖先化石大门的钥匙,一类有颌鱼以沈从文命名
 
 
人类祖先曾不足3厘米长,曾是1米长的“海蝎子”猎物
 
(化石网整理)据:北京青年报:9月29日,一条名为“我国科学家证实人类是从鱼进化来的”的词条登上微博热搜,记者了解到,这条热搜其实是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队的一项最新科研成果。
 
不少网友看到热搜后评论称,之前都说人是从猿进化而来的,怎么现在又说是从鱼进化来的呢?还有网友提问:“难道中午我清蒸吃掉的是自己的祖先?”
 
“从目前的研究来看,这次发现的鱼生活在大约4.4亿年前,属于有颌鱼,它们确实是我们的祖先,但它们也同时是绝大多数脊椎动物的祖先,比如我们熟悉的十二生肖,它们的祖先也都是有颌鱼。今天的我们和十二生肖里的动物都相当于进化树上的树枝,而往根源推导,最终汇聚到的一根主要枝干就是有颌鱼。”此次发现团队的主要成员之一、中科院古脊椎所副研究员朱幼安29日下午告诉记者。
 
朱幼安介绍,包括人类在内,地球上现存99.8%的脊椎动物都具有颌骨(上颌与下巴),有颌类的出现与崛起是“从鱼到人”的脊椎动物演化史上最关键的跃升之一,人类的很多重要器官与身体构型都可追溯到有颌类演化之初。找到有颌鱼出现早期的样子,有助于我们了解人类的起源和演化之路。
 
但长期以来,这条有颌鱼类起源和演化之路最开始的一段有大约3000万年的时间,我们对其了解处于完全的空白之中。朱幼安表示,此次研究团队先后发现了“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,其中发现的有颌鱼化石为我们填补了1000多万年的空白。
 
但朱幼安坦言,这些有颌鱼化石的发现绝非一帆风顺,团队成员从15年前就开始了相关工作,不断积累相关的资料,最终在2019年才找到富含有颌鱼化石的区域。
 
朱幼安表示,虽然有颌鱼的后辈中,包括了蓝鲸、大象这类巨无霸,以及人类、恐龙在内的地球霸主,但4.4亿年前的有颌鱼只有不到3厘米长,还生活在当时的水中霸主“海蝎子”的阴影之中。但由于拥有强大的演化潜力,有颌鱼用了从演化角度来看很短的时间,就成为了当时地球上的顶级掠食者,并且奠定了包括我们人类在内后辈们的地位,其贡献值得人类的研究与铭记。
 
记者:为何此次发现的有颌鱼被称作人类的祖先?
 
朱幼安:我们今天对上颌和下巴在内的颌骨见怪不怪,但其实在生物演化的历程中,颌骨的出现至关重要。颌骨的出现改善了动物的捕食能力,今天的一些无颌鱼,比如七鳃鳗,只能靠像吸盘一样的嘴去吸东西。而且由于没有颌骨,它们的呼吸效率也不高,只能生活在激流里,以便获取更多的氧气,而且因为呼吸效率的限制,它们的体型也长不大。
 
实际上,包括人类在内,大多数大型动物都是有颌类,颌骨的特征都可以追溯到大约4.4亿年前的志留纪早期,那个时候首次出现有颌鱼,由此开始,后来演化出了牙齿、成对鼻孔、内耳水平半规管、胸鳍和腹鳍等多个此前无颌鱼没有的器官。正是这些器官使我们有颌类取得了竞争的优势,今天包括人类在内,地球上现存99.8%的脊椎动物都是有颌鱼的后代。
 
记者:对于有网友担心,中午不小心把祖先清蒸吃掉了的说法,你怎么看?
 
朱幼安:这当然是网友们的一句玩笑话。严谨地说的话,这次发现的有颌鱼非常接近今天鱼类和人类的共同祖先,这个共同祖先长得像鱼,但它生活的年代距今已经4亿多年了,也并不是今天的鱼类。所以网友清蒸的鱼虽然也是有颌类,但不是我们的祖先,最多是我们很远很远的远亲,可以放心食用。
 
记者:此次发现登上了世界顶级科研刊物《自然》的封面,为何这个发现如此重要?
 
朱幼安:人类演化之路上有几个关键的节点非常值得我们关注,像这次有颌鱼从无颌鱼中演化出来就是一次关键的节点,后来有颌鱼的一支告别海洋,登上了陆地,又是一次关键的节点,类似的节点还有不少。
 
但在演化之路上,越是重要的节点,其演化速度越快。一些关键节点的演化可能只以10万年或者100万年来计算,这个时段相比40多亿年的地球历史来说,只是很短的一瞬间。我们的工作类似于拍摄体育照片,一场足球比赛虽然有九十分钟,但关键的进球或者犯规都只是一瞬间,我们就是要尽可能抓拍到那一个瞬间,让照片接近发生那一刻的样子。
 
我们之前对有颌鱼类演化的前3000万年都没有任何了解,而这次发现把这个3000万年空白缩短到了1000多万年,这相当于虽然没有最终拍到进球,但拍到了球星起脚射门的瞬间,对我们鱼祖先演化之路重要事件的了解迈出了大大一步。
 
记者:请介绍一下这次有颌鱼化石是如何发现的?
 
朱幼安:化石的发现得益于大量的前期铺垫工作,甚至要追溯到很多已经离世的地质学前辈,很多前辈专家走遍中国,确认了国内不同地区的地层属于哪个地质时代,我们因此已经知道哪里有志留纪早期的地层,这大大缩小了寻找的范围。
 
另一方面,我所在的团队有老师从15年前就开展了相关的工作,从2017年开始,我们收集了更多的信息。到了2019年9月的一天,我们团队的成员李强博士在山里寻找化石,当日下了一天的雨,大家翻山越岭,都很劳累,但没找到什么东西。李强博士给朱敏老师打电话报告,朱敏老师就在地图软件上看了看,发现附近有个地方新修了公路,可能会露出新发掘的石头,就建议大家到那边试试。
 
团队几个人员到了朱敏老师指出的地方,爬上了山,为了对抗疲劳,互相打闹时看到了路边有一堆石头,是刚从山崖上滚下来的,大家敲开这些石头,结果找到了完整的有颌鱼化石,不过这批化石出自志留纪晚期,距离有颌鱼出现已经有比较长的时间了。但这次发现激励了大家继续在周边区域寻找,过了一年,2020年时我们就在附近找到了志留纪早期的无颌鱼化石。
 
很快,到了2020年10月份,我们就找到了大量保存完整的有颌鱼化石,也就是我们这次发布的成果之一。
 
其实我们后来也很庆幸,团队成员在打闹时发现的有颌鱼化石属于粉砂岩,质地很像粉笔,当时也在下雨,如果我们晚到了一些,化石可能就化为粉末泥浆了。
 
记者:找到化石后,如何确认它属于有颌鱼呢?
 
朱幼安:这些化石非常小,我们要把化石拿到显微镜下,用钢针一点点进行清理,每次剔掉一粒沙子大小的围岩,然后反复观察比较这些化石的细节,寻找和确定其是否具有有颌鱼类标志性特征,确认这些化石是否为有颌鱼。
 
记者:这次发现的部分有颌鱼都有非常中国风的名字,比如沈氏棘鱼、梵净山鱼、秀山鱼等,这些名字是如何命名的?
 
朱幼安:这是希望能够通过命名,向世界传播一些我们中国的文化。在我们的研究中,志留纪的一些时代分期,都是用英国威尔士的地名命名的,我虽然没去过威尔士,却对那里的很多小镇的名字如数家珍。这次我们用梵净山、秀山等地名,土家这样的民族名命名发现的鱼类,就是希望国际上更多人能够借机了解一下中国的地名和背后的文化。
 
沈氏棘鱼得名于文学家沈从文先生,我们发现沈氏棘鱼的地方位于重庆、湖南交界处,临近边城古镇,再加上朱敏老师很喜欢沈从文的作品,我们就把这种鱼命名为沈氏棘鱼了。
 
记者:能够从你的视角来想象一下,4.4亿年前,这次发现有颌鱼的地方大概是怎样的景象。
 
朱幼安:那个时候,从四川、重庆到江苏南京都是一片海,由于河流汇入,带来了很多养分,这里有充足的浮游生物,这些浮游生物也是鱼的美食。因此这里生活了很多的有颌鱼和无颌鱼。
 
但这片海很浅,往往只有几米深,鱼一般都很小,我们这次发现的有颌鱼化石最长的不到3厘米。当时这片海里还生活着“海蝎子”,属于螯肢动物,体长可达1米左右,用钳子等捕食我们的祖先,我们的祖先整日生活在这些“海蝎子”的阴影之下。
 
但有颌类动物有巨大的演化优势,这意味着它们能适应更多的环境,有着更好的发展潜力。事实就是,过了大约1000万年,有颌鱼中有些就已经成为了当时地球上的顶级掠食者了,这个地位延伸到它的后辈霸王龙,也一直延伸到我们人类。
 
相关:4.4亿年前鱼类化石,揭开生命演化奥秘
 
(化石网整理)据人民日报(记者 吴月辉):核心阅读:地球上现存99.8%的脊椎动物都具有上颌与下巴,这些器官是怎么演化来的?中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏团队在重庆、贵州等地约4.4亿年前的志留纪早期地层中发现两个化石库,首次为有颌类的崛起与最早期辐射分化提供确切证据,并据此取得一系列新发现,填补了脊椎动物“从鱼到人”演化史上缺失的最初始环节。
 
有颌类(有上颌与下巴的脊椎动物)的出现与崛起是脊椎动物演化史上最关键的跃升之一,人类的很多重要器官与身体构型都可追溯到有颌类演化之初。然而,这一跃升具体发生在何时、何地,又是如何发生的?这些问题一直未能得到解答。
 
近期,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏团队在我国重庆、贵州等地距今约4.4亿年前的志留纪早期地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,增添了我国又一个世界级的特异埋藏化石库,填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白,首次为有颌类的崛起与最早期辐射分化提供确切证据。
 
国际学术期刊《自然》于北京时间9月29日以封面文章形式同期发表团队的4篇学术论文,集中报道了这批有关有颌类起源与最早期演化的研究成果。
 
有颌类的早期演化曾经存在至少3000万年的巨大空白
 
包括人类在内,地球上现存99.8%的脊椎动物都具有颌骨(上颌与下巴),统称为有颌脊椎动物或有颌类。
 
朱敏说:“有颌类的出现是生命演化史上非常重要的一次跃升。有下巴就意味着有一张可以自由活动的嘴,对于脊椎动物从水里到陆地生活时摄取食物至关重要。”
 
以前,科学家根据基因、胚胎等线索推测,有颌类应该起源于4.5亿年前的奥陶纪晚期,而在志留纪应该就已经很繁盛了。但这种推测一直没有被证实。因为有颌类直到志留纪晚期(4.25亿年前)才出现较完善的化石记录,而分子钟推断的有颌类起源时间不晚于4.5亿年前的奥陶纪晚期,因此,有颌类的早期演化存在一段至少绵延3000万年、横跨整个志留纪的巨大空白,被称为“古生物学史上一个顽固存在的重大空白”。
 
朱敏说:“由于这个空白的存在,尽管我们知道有颌类在志留纪已经存在,但对它们到底长什么模样、有多大、处于什么生态位、彼此之间如何演化等问题一无所知,甚至不能确定志留纪地层中发现的零星棘刺、鳞片是否属于有颌鱼类。”
 
化石实证的缺失使得有颌类的起源与崛起,这个脊椎动物演化史中最关键的跃升之一,过去一直笼罩在迷雾之中。
 
近10年来,朱敏团队探寻我国志留纪地层中可能含有鱼类化石的200多个地点,终于在华南志留纪早期地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,以及其中大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石,找到了破解有颌类最初崛起与辐射分化之谜的钥匙。
 
鱼类化石的发现,有助于探寻牙齿、脖子等器官的起源
 
经过对这两个化石库埋藏化石的挖掘、采集和研究,团队科研人员判定:“贵州石阡化石库”时代为兰多维列世(志留纪早期)埃隆期最晚期,约4.39亿年前;“重庆特异埋藏化石库”时代,为兰多维列世特列奇期,约4.36亿年前。
 
“贵州石阡化石库”里含有数量多、保存好的有颌类微体化石。团队成员在其中发现了23枚志留纪早期的鱼类牙齿化石标本,长度仅2.5毫米。科研人员通过高精度CT、三维复原以及组织学切片等技术手段对其中的双列黔齿鱼牙齿开展了细致研究。
 
朱敏介绍,“我们发现双列黔齿鱼的齿旋结构,不同于无颌类的咽喉齿和齿状物,它拥有左右两列镜像对称的初级齿单元,并呈‘之’字形排列,基本侧面也还分布了一定数量的侧生齿单元。齿旋弯曲的形状和纵向的齿单元,也很好解释了颌骨在牙槽内的起源。”
 
双列黔齿鱼的齿旋代表最古老的有颌类牙齿,成为迄今为止有颌类出现的最早最直观的证据,将牙齿最早化石证据前推了1400万年。同时,也印证了此前科学家们的推测,志留纪早期就有有颌类了。
 
此外,科学家们还发现了另一个重要器官——脖子的起源。
 
在“重庆特异埋藏化石库”里,朱敏团队发现了一大批4.36亿年前完整的奇迹秀山鱼化石。
 
“这种鱼也是有颌的,而且保存非常完整。这也将完整的有颌类化石记录大大前推了1100万年。” 团队成员朱幼安进一步解释说:“绝大多数的有颌类都有可以活动的脖子关节,无颌类则没有。秀山鱼作为有颌类的最初形态,处于演化的中间状态。它的头甲中间有一道横向的裂隙,使得头能在呼吸和摄食时抬起和落下,这是更先进的颈关节的雏形。人的头与颈部相连的枕骨就是由秀山鱼头顶的这道裂隙前的骨片演化而来的。”
 
“重庆特异埋藏化石库”是目前世界上唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库,可以说是“鱼类的黎明”。这是继澄江生物群、热河生物群之后,又一个在我国发现的、为探索生命之树演化重要节点提供大量关键证据的世界级特异埋藏化石库。
 
填补了“从鱼到人”演化史上缺失的最初始环节
 
此次发现在古生物学史上第一次大规模展示了志留纪鱼群特别是有颌类的面貌,揭示了早期有颌类崛起的过程:最迟到4.4亿年前,有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣;到志留纪晚期,更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球,开启了鱼类登陆并最终演化成为人类的进程。
 
朱敏说:“对新发现古鱼类化石的研究,将很多与人类相关的解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类,填补了‘从鱼到人’演化史上缺失的最初始环节,更新了对有颌类起源与崛起的传统认知,进一步夯实了‘从鱼到人’的演化路径。”
 
国际古脊椎动物学会前主席、澳大利亚弗林德斯大学教授约翰·朗撰文称:“这确实是令人惊叹、改变演化格局的化石发现,改写了有颌脊椎动物早期演化历史的几乎所有方面。”
 
可以预见,此次新发现的两个化石库,未来还将继续为解开围绕有颌类起源的重重谜团持续作出贡献。
 
相关:人类是从鱼进化来的?!网友自嘲:“可我为什么还要学游泳”
 
 
志留纪早期五种古鱼的三维复原图。(中科院古脊椎动物与古人类研究所供图)
 
 
志留纪兰多维列世重庆生物群生态复原图。(中科院古脊椎动物与古人类研究所供图)
 
(化石网整理)据新华视点(记者 张泉):9月29日,话题#我国科学家证实人类是从鱼进化来的#冲上微博热搜榜首位置,有网友自嘲:“可我为什么还要学游泳”,16个字的热搜话题无法详细解释,我国科学家这一发现的详细过程和具体重大意义。
 
新华社记者就此采访了科研团队——
 
我国科学家近期在重庆、贵州等地约4.4亿年前的志留纪早期地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,首次为有颌脊椎动物的崛起与最早期辐射分化提供了确切证据,并据此取得一系列新发现,刷新了对有颌类早期演化历史的传统认知。
 
该研究由中科院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队完成,相关成果形成4篇学术文章,28日在国际学术期刊《自然》同期在线发表。
 
包括人类在内,地球上现存99.8%的脊椎动物都具有颌骨,有颌类的出现与崛起是脊椎动物演化史上最关键的跃升之一。然而,这一跃升具体发生在何时、何地?又是如何发生的?科学界长期以来缺乏古生物学证据,有颌类的早期演化存在一段至少3000万年的巨大空白。
 
重庆、贵州两地化石库的发现填补了这一空白。“贵州石阡化石库”含有数量多、保存好的有颌类微体化石,“重庆特异埋藏化石库”的古鱼化石不仅数量众多、种类齐全,而且保存十分完整、精美。研究团队应用高精度CT、性状大数据分析等新技术新方法,向世界首次展示出最早有颌类的牙齿、头部等身体结构与解剖学信息。
 
其中,双列黔齿鱼的齿旋将有颌类牙齿最早化石证据前推了1400万年;有颌的蠕纹沈氏棘鱼是迄今所知最早的保存完好的软骨鱼,确证了鲨鱼是从“披盔戴甲”的祖先演化而来;有颌鱼类奇迹秀山鱼糅合了多个盾皮鱼大类的特征,为探究有颌类“生命之树”根部主要类群的起源,以及脊椎动物头骨演化提供了珍贵资料。
 
朱敏介绍,此次发现第一次大规模展示了志留纪鱼群特别是有颌类的面貌,揭示了早期有颌类崛起的过程:最迟到4.4亿年前,有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣;到志留纪晚期,更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球。
 
“可以预见,‘重庆特异埋藏化石库’和‘贵州石阡化石库’未来还将继续为解开有颌类起源的重重谜团做出持续贡献。”朱敏说。
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化石发现过程颇有几分“运气”
 
据北京日报客户端报道,科学家在接受采访时表示,此次化石被发现的过程还颇有几分“运气”因素:2019年,科研团队在重庆沿着一处新修盘山公路仔细搜寻,在路边一处凌乱的岩石堆,地质锤一次不经意的敲击,找到了打开这一鱼类化石“宝库”的钥匙。
 
一块仅有巴掌大的化石石板上,数十条鱼类化石清晰可辨、活灵活现。“我们从没有期望,在这么古老的地层里发现这么完整、精美的化石标本。”朱敏感慨道。
 
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(化石网整理)据看看新闻Knews:中国科学院古脊椎动物与古人类研究朱敏院士领衔的科研团队,经过多年的野外考察与研究,揭示了有颌脊椎动物起源与早期演化的重要信息,在"从鱼到人"的探源研究领域取得重要突破。
 
系列科研成果填补了全球志留纪早期有颌类化石记录这一古生物学史上的重大空白,首次为有颌类的崛起,提供确切证据。相关科研成果9月29日在国际学术期刊《自然》杂志在线发表。
 
据介绍,从鱼到人的演化过程长达5亿年左右,先后经历了最早的无颌类演化变成有颌类、肉鳍鱼类,之后登上陆地,变成两栖类和哺乳动物,最终演化成人类,这样一个漫长的过程。有颌脊椎动物占目前全球脊椎动物物种数的99.8%以上,人类也是其中之一。
 
中科院院士中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏说:“我们人类的一些解剖学的结构,比如我们的眼睛,我们的鼻子,我们的嘴巴,包括我们的下巴、上颌,实际上往前追溯,都会追溯到这个鱼类身上去。”
 
近10年来,朱敏院士团队先后在重庆、贵州等地的志留纪早期地层中,发现了距今约4.39亿至4.36亿年的鱼类化石。包括无颌的盔甲鱼类"灵动土家鱼"、盾皮鱼类的"奇迹秀山鱼"、软骨鱼类的"蠕纹沈氏鱼"等。
 
其中在重庆地区的重要化石发现,是目前世界唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库。这是继澄江生物群、热河生物群之后,又一个在我国发现的、为探索"生命之树"演化重要节点,提供大量关键证据的世界级化石库,将完整有颌脊椎动物的化石记录,向前推进了1100万年。
 
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国际顶级学术期刊《Nature》封面论文
 
(化石网整理)据重庆发布:包括人在内,地球上现存99.8%的脊椎动物,都有上颌和下巴,被统称为有颌类。
 
人类很多重要器官与身体构型都可追溯到有颌类演化之初。然而这些演化是在何时、何地、如何发生?古生物学家们一直在寻找证据和答案。
 
9月28日,中国科学院召开“从鱼到人”探源研究重大成果新闻发布会,由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队、重庆市规划和自然资源局等单位合作的4篇学术论文,作为《自然》杂志封面文章发表,该研究在有颌类起源与早期演化研究方向再次取得重大突破,改写有颌脊椎动物早期演化历史,“从鱼到人”关键证据被发现。
 
此前,因化石实证的缺失,使得有颌类的起源与崛起,让“从鱼到人”这个脊椎动物演化史中最关键跃升一直笼罩在重重迷雾之中,有颌类在其出现的前三千万年一直是一个“幽灵支系”。
 
为寻找相关的化石实证,近10年来,朱敏团队踏遍中国志留纪地层可能含鱼的200多个地点,终于在华南志留纪早期地层中,发现了“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”。
 
其中,位于重庆秀山的“重庆特异埋藏化石库”距今约4.36亿年,是目前世界上唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库,存有大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石,找到了破解有颌类最初崛起与辐射分化之谜的“钥匙”。
 
研究团队应用高精度CT、性状大数据分析、流体动力学模拟等新技术新方法,向世界首次展示出最早有颌类的牙齿、头部、身体以及偶鳍的雏形等,这些都是过去完全未知的最早有颌类身体结构与解剖学信息,为解答“从鱼到人”探源最初阶段的一系列重要科学问题提供了确凿证据,改写了有颌脊椎动物早期演化历史的各个方面。
 
朱敏表示,“重庆特异埋藏化石库”中发现的古鱼化石不仅数量众多、种类齐全,而且保存十分完整、精美,让人们得以一窥志留纪初期脊椎动物特别是有颌类的全貌。
 
●无颌的盔甲鱼类“灵动土家鱼”为脊椎动物成对附肢起源提供关键化石证据;
 
●有颌的“蠕纹沈氏棘鱼”是迄今所知最早的保存完好的软骨鱼,确证鲨鱼是从“披盔戴甲”的祖先演化而来;
 
●有颌鱼类“奇迹秀山鱼”则糅合多个盾皮鱼大类的特征,为探究有颌类生命之树根部主要类群的起源,以及脊椎动物头骨演化提供了珍贵资料。
 
灵动土家鱼
 
为脊椎动物成对附肢起源提供关键证据
 
灵动土家鱼生活于4.36亿年前,是一种没有颌部的盔甲鱼,身长约6厘米,其头甲保存了奇特的侧线系统。
 
灵动土家鱼的身体得以完整保存,这在盔甲鱼中属于首例。从身体部分,可以观测到其体侧成对的连续鳍褶。研究表明,这些连续鳍褶是包括人类在内的四足动物四肢的雏形。
 
蠕纹沈氏棘鱼
 
确证鲨鱼从“披盔戴甲”祖先演化而来
 
蠕纹沈氏棘鱼,生活于4.36亿年前,身长约3厘米,是一种软骨鱼类,也是我国首次发现的软骨鱼类大化石,还是世界上目前发现最早的关联保存的软骨鱼类大化石。
 
蠕纹沈氏棘鱼具有一个非常特殊的包围肩带的大块膜质骨甲,这一特征此前被认为是盾皮鱼类独有的特征,在其他软骨鱼类中从未发现过,确证了软骨鱼类是从“披盔戴甲”的祖先——盾皮鱼类演化而来。这也意味着,看似柔韧灵活的鲨鱼、鳐鱼等软骨鱼类,竟然有“戴盔披甲”的直系祖先。
 
奇迹秀山鱼
 
人类枕骨由盾皮鱼头顶骨片演化而来
 
奇迹秀山鱼,生活于4.36亿年前,身长约3厘米。不同于以往任何一种盾皮鱼类,它糅合了多个盾皮鱼大类的特征,其颅顶甲型式为从盾皮鱼式向硬骨鱼式演化过程中的一个中间状态。
 
秀山鱼虽然是有颌类,但它的颈部几乎不能活动。所有秀山鱼标本均显示它的头甲中间有一道横向的裂隙,在功能上代偿不可动的颈关节,使得头能在呼吸和摄食时抬起与落下。这道裂隙将在硬骨鱼中形成新的头——颈界线,使得其后的骨片从颅顶分离出去,人类头部与颈部相连的枕骨即由秀山鱼头顶这道裂隙前的骨片(中央片,或称后顶骨)演化而来。

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