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2025年07月15日
國(guó)際刊號(hào):ISSN1004-3799 國(guó)內(nèi)刊號(hào):CN14-1155/G2 郵發(fā)代號(hào):22-101

4.4億年前魚(yú)類化石,,揭開(kāi)生命演化奧秘

——填補(bǔ)脊椎動(dòng)物“從魚(yú)到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)

2022-09-30 16:40:17 來(lái)源:人民網(wǎng)作者:吳月輝

原標(biāo)題:4.4億年前魚(yú)類化石,,揭開(kāi)生命演化奧秘(科技自立自強(qiáng)) 填補(bǔ)脊椎動(dòng)物“從魚(yú)到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)

圖為重慶特異埋藏化石庫(kù)化石照片,。

中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所供圖

核心閱讀

地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動(dòng)物都具有上頜與下巴,這些器官是怎么演化來(lái)的,?中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)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(kù),,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(dòng)物“從魚(yú)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(dòng)物)的出現(xiàn)與崛起是脊椎動(dòng)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(wèn)題一直未能得到解答,。

近期,,中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所朱敏團(tuán)隊(duì)在我國(guó)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(kù)”和“貴州石阡化石庫(kù)”,,增添了我國(guó)又一個(gè)世界級(jí)的特異埋藏化石庫(kù),,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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》于北京時(shí)間929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(wàn)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(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。

朱敏說(shuō):“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(dòng)的嘴,,對(duì)于脊椎動(dòng)物從水里到陸地生活時(shí)攝取食物至關(guān)重要?!?/span>

以前,,科學(xué)家根據(jù)基因、胚胎等線索推測(cè),,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(cè)一直沒(méi)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(wàn)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(shuō):“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(duì)它們到底長(zhǎng)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(wèn)題一無(wú)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(yú)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(dòng)物演化史中最關(guān)鍵的躍升之一,,過(guò)去一直籠罩在迷霧之中。

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

魚(yú)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(guò)對(duì)這兩個(gè)化石庫(kù)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(kù)”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(kù)”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(kù)”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(yú)類牙齒化石標(biāo)本,,長(zhǎng)度僅2.5毫米??蒲腥藛T通過(guò)高精度CT,、三維復(fù)原以及組織學(xué)切片等技術(shù)手段對(duì)其中的雙列黔齒魚(yú)牙齒開(kāi)展了細(xì)致研究。

朱敏介紹,,“我們發(fā)現(xiàn)雙列黔齒魚(yú)的齒旋結(jié)構(gòu),,不同于無(wú)頜類的咽喉齒和齒狀物,它擁有左右兩列鏡像對(duì)稱的初級(jí)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(yú)的齒旋代表最古老的有頜類牙齒,,成為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(wàn)年。同時(shí),也印證了此前科學(xué)家們的推測(cè),,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,。

“重慶特異埋藏化石庫(kù)”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(yú)化石。

“這種魚(yú)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(wàn)年?!?團(tuán)隊(duì)成員朱幼安進(jìn)一步解釋說(shuō):“絕大多數(shù)的有頜類都有可以活動(dòng)的脖子關(guān)節(jié),,無(wú)頜類則沒(méi)有,。秀山魚(yú)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(yú)頭頂?shù)倪@道裂隙前的骨片演化而來(lái)的,?!?/span>

“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),可以說(shuō)是“魚(yú)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(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),。

填補(bǔ)了“從魚(yú)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(yú)群特別是有頜類的面貌,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。

朱敏說(shuō):“對(duì)新發(fā)現(xiàn)古魚(yú)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(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),更新了對(duì)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(yú)到人’的演化路徑,。”

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)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(xiě)了有頜脊椎動(dòng)物早期演化歷史的幾乎所有方面?!?/span>

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


【編輯:關(guān)俊龍】