3月26日出版的英國《自然》雜誌以「Article」形式發表了一篇題為《最古老的完整保存的硬骨魚揭示原始有頜類的特徵組合》的文章。這是由中科院古脊椎所研究員朱敏帶領的早期脊椎動物課題組取得的最新成果,該成果為探索有頜類的早期分化以及硬骨魚類的起源提供了迄今為止最好、最完整的化石資料。
頜的出現是脊椎動物進化史上一個影響極為深遠的事件,在現生脊椎動物中,有頜類佔了99.7%以上,其中包括人類。從脊椎動物的進化上看,頜大大提高了脊椎動物的取食能力,為脊椎動物開闢了新的適應範圍和進化方向,從而無限擴充了這些動物的潛在能力,確立了它們的進化優勢。目前,僅有極少數無頜脊椎動物延續下來,比如七鰓鰻、盲鰻等,它們的口部呈圓盤狀,只能濾食食物,或以寄生方式存活。
一個直達人類的進化序列
早期的有頜脊椎動物分為四大類群,其中盾皮魚綱、棘魚綱已經滅絕,以鯊魚為代表的軟骨魚綱的物種,只佔了有頜類現生物種數量的2%。其餘的都隸屬於硬骨魚綱。
在4億多年前,硬骨魚綱向兩個方向輻射進化,一支是輻鰭魚亞綱,多為魚類,我國重要的淡水養殖魚青、草、鰱、鱅、鯉、鯽等皆屬於此亞綱中的真骨魚類。另一支是肉鰭魚亞綱,它構成了陸地脊椎動物進化的主線——從魚類到兩棲類,到爬行類,再到哺乳類,直至人類。傳統分類學上,這些陸地脊椎動物被分為兩棲綱、爬行綱、鳥綱和哺乳綱。20世紀60年代以來,新的分類思想要求一個自然分類單元應包括某一祖先及其衍生的所有後裔,傳統定義上的四足動物包括人類在內,也被包括在硬骨魚綱之中。因此,在脊椎動物進化史上,有頜類的早期分化以及硬骨魚綱的起源與早期分化佔有非常重要的位置。
然而,長期以來,由於魚類進化的年代久遠,化石資料零散、破碎,過渡類型的缺失,學術界在頜的進化過程、早期有頜魚類的形態、早期有頜類的進化序列、親緣關係等諸多問題上,有如「盲人摸象」。
中國的研究舉足輕重
在全球,早期硬骨魚類有兩個主要產地:一是波羅的海地區,另一個就是我國雲南曲靖地區。40多年前,瑞典、法國、德國等國古魚類學家早就對歐洲志留紀硬骨魚類化石進行了研究,他們的材料多為魚類鱗片和一些骨骼碎片,對於認識早期硬骨魚類「真面貌」幫助不大,再加上對波羅的海地區研究時間長,相對較為深入,所餘下的資源和研究潛力也相對很小。
從上世紀末以來,早期硬骨魚類的研究中心逐漸向我國轉移,從目前建立起的硬骨魚類分化圖表上可以看出,在我國發現的化石佔了絕大多數。目前,我國在這一研究領域中產出的成果已經佔到全球總量的70%~80%。
近10年來,在我國發現的斑鱗魚、無孔魚、彌曼魚、蝶柱魚等化石,使有頜類的早期分化、硬骨魚類的起源與早期分化研究出現轉機,再次成為國際進化生物學界關注的熱點。這些發現一經發表,就引發學術界對已有假說的重新審視和熱烈討論。
然而,由於早期化石保存得不完整,特徵的解釋存在很多不確定因素。1999年,朱敏等人曾在《自然》上發表的斑鱗魚就是一例。由於化石材料破碎,儘管研究人員依靠充足的證據將其合理地拼合修復起來,卻不足以讓所有人信服。再加上恢復後的斑鱗魚不同於過去人們見過的任何魚類,呈現出一種兼有不同時代、不同魚類特徵的「奇詭」組合,因此,學術界對這樣的結果也一直有所保留。
「要徹底澄清這些疑慮,最好的解決方案,就是在4億多年前的地層中尋找出一條完整的古魚。」朱敏對《科學時報》說。
尋找一條完整的古魚
2000年以後,隨著對硬骨魚類起源探索的升溫,瑞典等國科學家加大了在歐洲志留系中尋找硬骨魚類化石的力度。2007年,英國《自然》雜誌曾報導了他們的最新發現——兩件不完整的魚類上、下頜標本。早在1989年,中科院古脊椎所王念忠等就報導了在雲南曲靖志留系微體化石樣品中發現的兩類硬骨魚類鱗片化石。自此以後,古脊椎所在上千米厚的雲南曲靖志留紀地層中尋找更好、更完整魚類化石的努力就從未間斷過,但收效甚微。
鍥而不捨的努力終於得到了回報。2007年春,課題組成員趙文金博士帶隊測制曲靖志留系剖面過程中,發現了幾處具有魚類大化石的地點。隨即,朱敏帶隊對這些地點及周邊作了更細緻的考察,在重點層位組織了定點發掘,發現了大量的盾皮魚類化石,同時發現了一件完整的硬骨魚類下頜標本。2008年春,朱敏再次帶隊對發現下頜標本的層位進行了新一輪的發掘,以期能獲得一些志留紀硬骨魚的腦顱標本。工夫不負有心人,課題組除了發現大量分散保存的硬骨魚腦顱和上、下頜標本外,出人意料地發現了一件近乎完整的硬骨魚標本。
這是迄今為止全球最古老的保存完整的硬骨魚乃至有頜脊椎動物化石,也是志留紀唯一完整保存的有頜類,將最古老的近乎完整的硬骨魚化石記錄向前推進了約800萬年。
一幅更加詳細的
起源與進化圖
經過深入細緻的研究,朱敏等人將這條魚命名為夢幻鬼魚(Guiyu oneiros)。屬名來源於漢字「鬼」和「魚」,種名則取夢中的、幻想的之意,將其比喻為一條來自夢裡、擁有原始有頜脊椎動物夢幻特徵組合的古魚。
夢幻鬼魚匯集了有頜類的眾多原始特徵。這些特徵過去分別出現在有頜類的不同類群中,並被認為是某個類群的衍生特徵。
夢幻鬼魚所呈現的特徵組合證明,某些類群的衍生特徵其實只是有頜類的原始特徵。這些認識的改變,最終將對有頜類譜系關係的解釋產生深遠影響。鬼魚的內顱與肉鰭魚類尤其是斑鱗魚很相似,膜質骨上的脊狀紋飾則更接近於輻鰭魚類,背鰭及肩帶又具有與盾皮魚類、棘魚類以及軟骨魚類相似的棘刺。
夢幻鬼魚完整標本的發現,證實了朱敏等人此前對斑鱗魚的復原是正確的,明確了原始肉鰭魚類的頭後骨骼仍然保留著與原始有頜類相似的肩帶和背鰭棘刺。系統發育分析表明,夢幻鬼魚位於肉鰭魚類的基幹位置。它的出現指示了輻鰭魚類與肉鰭魚類最早的分化時間不晚於4.19億年前。
夢幻鬼魚的發現為我們勾勒出一幅更加詳細的硬骨魚類起源與早期進化圖譜。在3月26日出版的《自然》雜誌上,美國芝加哥大學邁克·科茲(Michael Coates)教授為這一成果撰寫了評述文章。文章稱,朱敏等為解開圍繞有頜類分化和硬骨魚類起源的重重謎團「提供了一條活靈活現的古魚」,「至關緊要的是,這條魚代表著人類遙遠祖先的一個分支,它不但罕見地被完整保存下來,而且出人意料地古老。它為脊椎動物進化的一個重大分歧事件——輻鰭魚類與肉鰭魚類的分化——提供了一個新的確鑿無疑的最近時間校正點,並將在志留紀地層中掀起新一輪的野外考察熱潮」。在這篇評述文章中,先後6處出現「出人意料」、「罕見」這樣的字眼。
《科學時報》 (2009-3-27 A2 國內)