中澳科學家通過對一種生活在4億年前叫做「盾皮魚」的魚類化石研究發現，這種遠古魚類有著和人類一樣的頜骨。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所和澳大利亞國立大學的科學家通力合作，用全新的研究方法，在探索從魚到人的演化問題上取得了重大進展。
他們通過顯微CT、計算機重建和高精度3D列印，對一塊在澳大利亞首都坎培拉附近發現的盾皮魚化石，進行了6倍大小的還原。「這是我們第一次把3D列印技術用到古魚類研究中。」中科院古脊椎動物與古人類研究所副研究員盧靜說，「新的研究把盾皮魚類這種過去一直被認為是一個演化旁支的脊椎動物，拉回到了人類演化的主幹中。」
列印一條3D的魚
整個古生物學建立在對化石與現生生物細緻入微的觀察和比較之上，不反覆擺弄這些化石和現生標本，研究根本無從談起。
走進盧靜的辦公室，絲毫感受不到古生物學的氣息，而完全像一個現代化的設計工作室：計算機屏幕上顯示著多彩酷炫的數字建模，柜子和桌子上放著許許多多不同大小的精細模型。
▲3D列印的澳大利亞早泥盆世盾皮魚類頜部模型。
盧靜是研究化石魚類腦顱結構的專家，她所研究的化石標本大都很小，並且非常脆弱。在研究的過程中，即使對這些標本進行了加固，且操作過程極為小心翼翼，但多年使用之後，標本還是會遭受一定的損傷。難上加難的是，很多重要的結構深藏在化石內部，很難觀察到。所以，究竟是要保護標本還是深入研究標本，兩者一度有所矛盾。
正因存此顧慮，盧靜等人最近研究的一件來自澳大利亞的罕見精美魚類化石，足足塵封了30年———這就是發現於澳大利亞早泥盆世的盾皮魚類巴坎魚科化石。
此前，一般印象中的魚化石是像圖畫一樣扁平保存的骨架，但這件魚化石保存了立體的原貌，各部位之間只有輕微移位。在它的頭顱深處，甚至可以看到許多精密的血管和神經通路，以及容納腦的腔體。所有這些珍貴信息都包含在一個只有桌球大小的鈣質結核中。學者們一直很想了解這些骨頭之間的位置關係和精細的解剖結構，但又難以在不破壞化石的前提下探查。
對古魚進行虛擬解剖
近年來，在古生物學界興起的X光顯微斷層掃描和計算機重建技術，為重啟對這件精美化石的研究提供了機會。
X光的波長短，穿透力強，其光束因而能穿透化石，「照亮」其內部結構。更進一步，研究者可以根據掃描所得圖像，在計算機中對這些結構的立體形態進行數字建模。
但是，隨著研究的深入，學者們不僅想看到一目了然的結構形態，更想知道特定結構之間精確的關聯和接觸關係。針對這一難點，盧靜和澳大利亞國立大學的研究人員首次在這一領域應用了一項時髦的新技術———3D列印。
▲研究人員用三維軟體對原始盾皮魚進行虛擬解剖。
其實，古生物學家過去也使用石膏和樹脂複製化石模型來輔助研究工作。不過，3D列印技術的功能要強大得多。
這次，盧靜等人使用了一臺最新型號的大型高解析度3D印表機，把計算機中重建的標本內部結構都分解開來，並分別列印成比原化石放大許多倍、但仍十分精細並完全忠實於建模原貌的實體模型。利用這些可以隨意、反覆擺弄的模型，他們就可以像傳統解剖學家用刀剪解剖動物一樣 (其實，這一技術同樣可以並已經應用在對現生生物的形態解剖學研究中)，對化石內部的精細結構進行分割、拼合、比較等研究。如此一來，就完全不會對化石本身造成損傷。
盧靜和她的同事們對這條已經死去4億年的魚頭部細小的骨片、上下頜關節、細密的血管和分支神經，進行了準確的復原。
盾皮魚雖然體形不大，身長約25釐米，但卻屬於比較兇猛的捕食動物，而且與泥盆紀晚期稱霸海洋的鄧氏魚也可能有很近的親緣關係。過去人們曾經以為，這個被稱為盾皮魚的類群都是魚類早期演化的滅絕旁支，但包括本次研究在內的越來越多的證據顯示，盾皮魚是最原始的有上下頜的魚類，它們和人類的水生魚類祖先演化密切相關。
▲用三維軟體重建的原始盾皮魚圖像。澳大利亞科學院供圖
4億年前的泥盆紀早期，澳大利亞的地理位置十分靠近中國，兩地的魚類化石也很相似。但澳大利亞發現的盾皮魚化石，頜的內部結構比在中國發現的盾皮魚化石保存得更加完好。
科學家推測，人類的魚類祖先在之前某一時期起源於中國南方大陸沿海，並在之後的幾千萬年中經過澳大利亞，擴散到世界各地，開啟了「魚類的時代」。其中的一支最終演化成包括人類在內的所有陸地脊椎動物。
應用新技術對中澳兩地化石進行全面、仔細的研究和對比，有望找到有關上述理論的更多證據，更清晰地還原人類的魚類祖先曾經的形態和史詩般的演化歷程。