从大白鲨到人类,长着上下嘴巴的脊椎动物被称为有颌类,占现生脊椎动物物种数的99.7%。有颌类包括四大类群:盾皮鱼纲、棘鱼纲、硬骨鱼纲和软骨鱼纲,其中前两个纲业已全部灭绝。搞清楚这些大支系之间的亲缘关系,特别是弄清作为陆生脊椎动物乃至人类直系祖先的硬骨鱼类的起源,硬骨鱼纲和软骨鱼纲共同祖先的特征组合,是重建有颌类演化之树的关键。
9月25日,英国《自然》杂志在线报道了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏研究员领导的国际古生物学家团队在早期脊椎动物演化方面取得的最新进展。朱敏等人在中国云南省古老的志留纪地层中发现了一条保存完好的古鱼,并将其命名为初始全颌鱼。这条鱼虽然在其他方面都保持着盾皮鱼纲的身体形态,但却已经演化出硬骨鱼纲的典型颌部结构或面部特征,是古生物学家梦寐以求的,介于这两大类群之间的“缺失环节”。
过去,科学家对早期有颌类的了解主要集中在泥盆纪,因为有颌类的化石记录直到这个时代才变得丰富起来,泥盆纪也因此被称为“鱼类时代”。然而,从泥盆纪一开始,有颌类四大类群不仅已经全部演化出来,而且彼此形态已经极为不同。新发现的全颌鱼生活在距今4.2亿年前冈瓦纳大陆北缘的近岸水域中,体长约30厘米,身体扁平,靠着在水底笨拙地游来游去,搜寻柔软的食物,如藻类、水母和生物碎屑等等为生。
它生活的环境中已经存在相当大的掠食者,全颌鱼必须小心翼翼地避开它们。脊椎动物的骨骼可分为内外两大骨骼系统。最原始的颌由无颌脊椎动物的鳃弓演化而来。原始的上颌骨称为腭方软骨,下颌骨称为麦氏软骨,它们都属于内骨骼系统,其简单的构造不能完全胜任咬合、剪切和研磨等等功能。因此,随着有颌脊椎动物的演化,属于外骨骼系统的骨头不断被整合入颌部结构,使得颌更坚固,更灵活,适应多种多样的需要。
外骨骼介入颌部结构的模式,是有颌类四大类群间的根本区别之一。据朱敏研究员介绍,“基于现有证据,特别是全颌鱼所提供的全新信息,我们使用被称为分支系统分析的方法,对大量早期有颌脊椎动物进行了综合研究,提出了最新的有颌类演化谱系。在这一谱系中,盾皮鱼类被确证不再是一个单系或自然类群,而只是一系列较原始有颌脊椎动物的集合,而除盾皮鱼类外的所有有颌脊椎动物,却很有可能拥有共同的祖先,从而构成一个单系类群。
全颌鱼跟硬骨鱼纲与软骨鱼纲的共同祖先很有可能长得差不多”。全颌鱼的发现实际上告诉我们,有颌脊椎动物的共同祖先向两个方向发展:一支保留并改进了盾皮鱼类的大型外骨骼骨片,这就是硬骨鱼类;另一支则丢失了大型外骨骼,代之以细小的鳞片和小块骨片,其中较原始的类群构成棘鱼,而软骨鱼类是由棘鱼中的一支演化而来。