它從遠古來:「麒麟魚」揭秘人類頜骨來源之謎—新聞—科學網

2020-11-25 科學網

 

人都要吃飯,長有上下頜的嘴巴是人類進食、呼吸、交流的重要器官,也是從魚到人全部有頜脊椎動物的共同特徵。人的上下頜骨構造並不複雜,然而實際上,它們經過了曲折複雜的演化歷程,才變成今天的樣子。

但是,人類頜骨的起源問題卻始終是個謎團。早在11年前,美國《科學》雜誌就將「翼、鰭與面孔如何發育演化」定為125個最具挑戰性的科學問題之一。

10月21日,《科學》雜誌報導了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員朱敏與瑞典烏普薩拉大學阿爾伯格聯合團隊的一項最新成果,科學家在一條4.23億年前的小魚身上,發現了新的秘密。這一最新成果,為描繪面孔如何發育演化添上了濃重的一筆。

古魚「王國」重見天日

大約4.19至3.59億年前的泥盆紀被稱為「魚類時代」。那時,形形色色的魚類遊弋在地球的各處水域,而身體覆蓋著大塊骨板的盾皮魚類則是當之無愧的統治者。其中最有名的就是史前超級掠食者——鄧氏魚。鄧氏魚體長可達10米,上下頜武裝著刀片狀的鋒利骨板,擁有液壓剪一般的強大咬合力,以各種大型魚類為食。

然而,隨著魚類時代的落幕,鄧氏魚和其他盾皮魚類在泥盆紀末期突然絕滅。成為演化的「死胡同」,它們留下的生存空間被更進步的硬骨魚類和軟骨魚類瓜分。

多少年來,古生物學家一直在試圖弄清楚這些類群之間的演化關係,進而理清人類遠祖的譜系,但卻只能通過一鱗半爪的零碎材料試圖還原這段歷史。找到完整保存的古魚,是全球古生物學家夢寐以求的「聖杯」。

志留紀到泥盆紀時的中國南方是漂泊在赤道附近的孤洲,雲南處於這片大陸的南部。雲南曲靖志留紀晚期的瀟湘動物群時代古老,保存精美,種類繁多,形態奇特,堪稱失落的古魚「王國」。這讓科學家燃起了新的希望。

怪魚「麒麟」

經過數年持續發掘,瀟湘動物群的多樣性遠超朱敏等人最初的預料,他們發現這個古魚「王國」曾經繁榮一時,主要組成是全頜盾皮魚類。「它們長著硬骨魚模式的上下頜,身體其他地方卻保持著典型盾皮魚的樣子,顯示硬骨魚類由盾皮魚類直接演化而來。」朱敏說,「這徹底顛覆了對魚類時代各大類群間演化關係的傳統認識。

隨著發掘的深入,朱敏等人在瀟湘動物群中發現了一種全新的全頜盾皮魚——長吻麒麟魚。

麒麟魚的名字一語雙關,既以發現地曲靖市麒麟區命名,也寓意它像傳說中龍頭、鹿角、麋身、牛尾的神獸麒麟一樣,集多個類群的特徵於一身。

「麒麟魚的頭既有點像海豚,又有點像鱘魚,前端有前伸的扁平吻突,之後是隆起的『額頭』,口和鼻孔都位於腹面。它的軀體呈長長的箱形,底部平坦。」朱敏說,「在志留紀曲靖的海灣中,它們大概聚集成群,在水底緩慢遊動,用吻部翻起泥沙,尋找蠕蟲和有機碎屑為食。」

麒麟魚體型不大,活著時體長約20釐米,外表也不太起眼。但朱敏等人卻在這條小魚身上找到了一條關鍵的演化線索。

撥開迷霧

典型的盾皮魚有三對簡單的膜質頜骨,稱為「原頜狀態」,而硬骨魚有內外兩個系列的複雜膜質頜骨,稱為「全頜狀態」。此前的研究表明,人類的主要頜骨可以追溯到全頜狀態中。兩種狀態間存在著寬闊的演化鴻溝,推測其間可能產生過大的重組。

朱敏等人使用高精度CT掃描和計算機三維重建技術對麒麟魚化石進行了細緻研究。他們發現,麒麟魚具有一副「不完全的全頜」,其頜骨處於全頜魚和其他更原始盾皮魚類之間的過渡狀態。

「這表示從原頜到全頜的演化是漸進的過程,而非過去認為的那樣,產生過巨大的重組。」朱敏認為,麒麟魚為還原頜的早期演化歷程提供了重要證據。

根據這一發現,他們提出了從原頜狀態到全頜狀態的演化新理論:盾皮魚類的三對內側頜部骨骼向外位移,變成了全頜狀態中的三對外側邊緣頜骨。因此,人類的頜骨可以向前一直追溯到更古老的遠祖——原頜盾皮魚類中。

北美古脊椎動物學會主席、澳大利亞弗林德斯大學教授約翰·朗評論稱,這一關鍵突破「掃除了我們在脊椎動物頜演化認識上一個大的盲區」,來自中國的系列發現「正改變盾皮魚類已經滅絕的認識,盾皮魚類成為理解脊椎動物的身體結構如何在久遠的過去一步步演化而來的關鍵」。

越來越多的證據顯示,盾皮魚類並非原始、笨拙、早已絕滅的演化「死胡同」。正是盾皮魚類奠定了後來脊椎動物的演化藍圖,它們中的一支——全頜盾皮魚類——成為包括人類在內徵服了今日地球水域和陸地的硬骨脊椎動物的直系祖先。

而瀟湘動物群這個四億多年前失落的「古魚王國」,還將持續為盾皮魚類乃至整個脊椎動物的早期演化史補上更多的殘簡斷章。

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