从鱼到人探源研究取得重大突破

作者: 张文韬

来源: 科学大院

发布日期: 2022-09-30

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队的4篇学术论文在《自然》杂志封面发表,揭示了有颌类起源与最早期演化的研究成果,填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白,首次为有颌类崛起与最早期辐射分化提供确切证据。

如果没有颌,生命将不可想象;没有它,巨大的噬人鲨、凶残的恐龙、狰狞的剑齿虎和喋喋不休的人类将一无是处。颌的起源可能是脊椎动物进化史上最为重要和意义深远的一次演化事件。颌就是可以上下开闭的嘴巴。颌骨就是上颌与下巴。4.5亿年前,一些原始的脊椎动物发育出了上下颌,大大提高了取食和适应能力。有颌脊椎动物迅速向更广阔的生态位辐射演化,演化出包括人类在内的绝大多数脊椎动物。

可以说,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。然而,这一跃升具体发生在何时、何地、又是如何发生?长期以来缺乏关键的化石证据,科学家很难对有颌脊椎动物的早期演化史进行重建。

9月29日,英国《自然》杂志以封面文章形式同期发表中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队的4篇学术论文,集中报道了一批有关有颌类起源与最早期演化的研究成果,填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白,首次为有颌类崛起与最早期辐射分化提供确切证据。包括人类在内,地球上现存99.8%的脊椎动物都具有颌骨,统称为有颌脊椎动物或有颌类。

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。然而,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三千万年、横跨整个志留纪的巨大空白。

近十年来,朱敏团队踏遍我国志留纪地层可能含鱼的二百多个地点,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”,发现大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石,找到了破解有颌类崛起与最初辐射分化之谜的钥匙。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。这次的研究成果展示了批保存完好的鱼类化石。

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。

“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为人类的进程。

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。

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