世界上四肢动物有几个共同点。脊柱。两侧对称。我们大多数人在四肢末端有五个手指(或者在鸟类的情况下,曾经有五个手指)。动物中这些手指何时以及如何出现一直是个谜。古生物学家刚刚在一条生活在3.8亿年前的鱼的鳍中发现了这种解剖特征的最早证据。这些原始的指骨可能看起来并不起眼,但它们标志着脊椎动物进化中最重要的转变之一。
"我们在所有脊椎动物的手是如何首次形成的起源上取得了重大突破,"澳大利亚弗林德斯大学的古生物学家约翰·朗告诉ScienceAlert。"这是我们第一次毫无疑问地在任何已知鱼的鳍中发现了带有鳍刺的手指。鳍中的可动手指就像大多数动物手中的指骨一样,"他在一份声明中说。
从水生鱼类到四肢动物(四足动物)的转变是进化史上最重要的转变之一,但我们的知识中存在显著的空白。其中一个空白是鱼类从深水区出现并在较浅水域觅食的点——这被认为是爬上陆地之前的中间步骤。为了完成这个转变,动物需要一些对于爬行非常关键的东西——那就是手和脚,以及所有的手指。
这里引入了一个被称为Elpistostege watsoni的古代叶鳍鱼的标本。它是一种类似于四足动物的鱼,属于被称为Elpistostegalia的目,位于通向四足动物的祖先线上;我们对四足动物出现的理解很大程度上依赖于我们对那个目的了解。
(Cloutier等人,Nature,2020)
但elpistostegalian化石记录一直相当稀少,胸鳍骨骼解剖结构不完整。直到2010年,在加拿大魁北克省米瓜沙的Escuminac Formation中发现了一具几乎完整的1.57米(5.15英尺)的E. watsoni化石骨架。
朗和他的同事,加拿大里穆斯基大学魁北克分校的古生物学家理查德·克劳捷,一直在仔细研究这些化石骨骼,看看它们能告诉我们关于这种神秘动物的什么信息。这篇论文是系列论文中的第一篇,描述了这对搭档及其团队如何使用CT扫描来发现鳍的骨骼解剖结构。
"我们专注于在鳍中发现指骨,因为这是一个非常壮观的发现——第一例毫无疑问的(没有争议的)有手指骨的鱼,"朗告诉ScienceAlert。"一旦我们将Elpistostege的鳍骨与陆地动物的臂和手骨进行了比较,就变得很清楚,这些小指骨在进化意义上与陆地动物(如我们)手中的指骨(如指骨)相同。"
比较早期四足动物的肢解剖。(理查德·克劳捷和约翰·朗)
这些骨头并不是真正的手指,因为它们像手套一样藏在鳍内,不能自由移动。鳍仍然保留了外部覆盖的鳍刺骨,称为鳞片;E. watsoni除非失去了这些,否则手指将无法自由移动。但这确实证实了该动物是鱼类和四足动物之间的中间体。尽管有些人认为手指和腕骨可能仅限于四足动物,但我们有其他暗示;例如,早在1892年,就在叶鳍鱼中发现了类似于四足动物的肱骨、桡骨和尺骨的排列。
"手指的起源与鱼在浅水中支撑其重量或短时间上岸的能力有关。鳍中增加的小骨头数量允许更多的灵活性平面,通过鳍分散其重量,"克劳捷解释道。"研究揭示的其他特征涉及上臂骨或肱骨的结构,这也显示了与早期两栖动物共享的特征。Elpistostege不一定是我们的祖先,但它是我们能找到的最接近真正的'过渡化石',即鱼类和四足动物之间的中间体。"
该团队描述化石的下一步工作将集中在头部和颅骨部分,与早期四足动物进行比较,以进一步追踪那些进化联系。
"这确实是一个非常惊人的标本,"朗说。
这项研究已发表在《自然》杂志上。