而来自同篇报道的奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)则让我们对盾皮鱼的早期演化拥有了更深的认识 。 提到盾皮鱼 , 绝大多数人脑海中第一印象都是生活在距离秀山鱼约 2000 万年后的邓氏鱼 。 诚然 , 以邓氏鱼为代表的盾皮鱼类在泥盆纪中繁衍出了一个“鱼口众多”的大家族 , 盾皮鱼类的起源仍然藏在厚厚的帷幕之中 。
邓氏鱼复原图与人类体型大小对比 , 图片来源:Wikipedia从年代来说 , 秀山鱼毫无疑问地比泥盆纪的盾皮鱼类更加原始 , 而从解剖学来看 , 秀山鱼杂糅了若干不同盾皮鱼类群的特征 , 并不能归类到目前任何已知的盾皮鱼类群众 。 如果我们将秀山鱼与泥盆纪盾皮鱼类的特征罗列成图 , 那么它们的交集将必然包含更原始的盾皮鱼类甚至有颌鱼类的原始特征 。 因此 , 秀山鱼的发现无疑是我们在黑暗中摸索有颌脊椎动物的起源时的一盏提灯 , 虽然它的光芒并不能让照亮远处的风景 , 但也足以照亮脚下的路 。
秀山鱼是目前已发现的最古老完整盾皮鱼化石 , 拥有众多有颌类的原始特征 。 比例尺为5毫米 。 图片来自参考文献[5
如果说上文中列举的各项对于系统发育学的贡献显得有些佶屈聱牙 , 同样来自“重庆特异埋藏化石库”的灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)则推动了一个更具体的科学问题:我们的四肢从何而来?与之前出场的几位属于有颌类的主角不同 , 土家鱼所在的盔甲鱼类属于无颌脊椎动物 , 并没有颌骨的构造 。 盔甲鱼属于甲胄鱼类 , 以头部完整巨大的头甲为特色 , 同时也是一个具有浓厚“土著色彩”的类群 , 在全球范围内主要见于中国南方与越南等地区 。 正如它们的名字那样 , 科学家们发现的盔甲鱼类化石绝大多数都是坚固且易于保存的头部 , 而柔软的躯干部分则十分罕见 。 得益于特异埋藏的形成机制 , 灵动土家鱼是世界上第一个具有完整躯体保存的盔甲鱼类化石 。 很多科学爱好者都知道 , 陆生生物的四肢来源于肉鳍鱼类的偶鳍(胸鳍与臀鳍) , 但是 , 鱼类的偶鳍又从何而来呢?通过近年来对分子生物学与胚胎学的研究 , 研究者们发现奇鳍(背鳍)与偶鳍拥有相同的基因调控机制 , 进而逐渐提炼出一个假说 , 即偶鳍的起源与奇鳍类似 , 都是从一条纵贯全身的褶皱演化而来 , 这便是“鳍褶理论” 。 在土家鱼的腹部 , 我们发现了一对纵贯全身的腹侧鳍褶 , 这无疑是为学界长期以来讨论的附肢起源的“鳍褶理论”提供了关键的证据 。 研究团队进一步运用流体力学对其进行了分析 , 计算流体力学表明 , 在没有标志性的已分化偶鳍的情况下 , 鳍褶可以利用水流产生升力来抵消自身重力 , 这一发现从功能机制上提出了有关脊椎动物成对附肢起源的新假说 。 此外 , 需要说明的是 , 虽然属于无颌类 , 但以盔甲鱼为代表的甲胄鱼类与有颌类在演化上的亲缘关系比起现生的无颌鱼类(如盲鳗与七鳃鳗)更近 , 现生的无颌类也绝非甲胄鱼类的演化后代 。
土家鱼是罕见保存有躯体部分的盔甲鱼化石 , 其纵贯全身的褶皱让科学家对探寻附肢的起源提供了明确的证据 。 比例尺为4毫米 。 图片来自参考文献[6
最后 , 请允许我引用同样出自本期《Nature》的评述 , 密歇根大学教授马特·弗里德曼(Matt Friedman)的文字作为本文的结尾:“无论在理论发展上还是在时间线的完善上 , 一个令人振奋的早期有颌类演化研究新时代已经到来 , 而我们正处在它的起点 。 ”
参考文献:
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出品|科普中国作者|罗彦超 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所监制|中国科普博览
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