硬骨魚綱外骨骼腰帶結構被證實

2020-11-26 科學網

 

作為陸地脊椎動物的祖先,遠古魚類的演化與四足動物的起源、人類的由來密切相關,而帶骨在有頜脊椎動物的演化過程中經歷了顯著的變化——從魚類演化到四足動物,鰭退化,四肢出現,帶骨的功能也逐漸增強。

 

中科院古脊椎所研究員朱敏等人通過對夢幻鬼魚和斑鱗魚這兩種早期魚類的腰帶演化進行研究,在國際上首次揭示了硬骨魚綱的外骨骼腰帶結構。4月3日,相關成果發表在最新一期的《公共科學圖書館—綜合》上。

 

目前人們已知的是,魚類有兩對偶鰭,適於在水中遊動,而陸地脊椎動物的四肢就是由魚類偶鰭演化而來。四肢通過帶骨、肌肉、韌帶等構造與脊柱連接,其中身體前部的帶骨為肩帶,後部為腰帶。

 

作為有頜脊椎動物的典型特徵,長期以來,帶骨的結構與功能是學術界關注的一個重點。例如,根據腰帶的不同形態,恐龍被劃分為蜥臀類和鳥臀類,而人類的直立行走也伴隨著腰帶結構的相應改變。

 

一般認為,腰帶與肩帶為系列同源關係。然而,從現生硬骨魚綱(包括輻鰭魚類、肺魚類、空棘魚類以及所有陸地脊椎動物)的發育上看,肩帶是複合來源,既有來源於內骨骼的肩胛烏喙骨,也有來源於外骨骼的匙骨、鎖骨等。與之形成鮮明對照的是,硬骨魚綱的腰帶無一例外都是內骨骼來源,沒有外骨骼成分的加入。

 

這種差異反映了具有系列同源關係的兩組構造遵循著不同的演化路線,那麼它們是從演化樹的哪個節點開始分道揚鑣的呢?這一問題僅憑對現生生物的研究已無法回答。

 

同時,遺憾的是,迄今為止已發現的魚類化石,存在很多「缺陷」。根據化石記錄很難推測硬骨魚綱腰帶的來源,並直接影響到相關問題的探討。

 

隨著我國近年來斑鱗魚、無孔魚、蝶柱魚、夢幻鬼魚等一系列化石的發現,硬骨魚綱起源與早期演化研究被不斷注入新的活力。

 

尤其是具有傳奇色彩的夢幻鬼魚化石,代表著魚類演化的一個關鍵性節點。在2009年化石傳世前,這種形態的魚只出現在學者對「生命演化路線」的構想中,夢幻鬼魚的出現,證實了以往人們對演化的構想。

 

為揭示早期硬骨魚類腰帶的結構,近年來,朱敏等人對夢幻鬼魚和斑鱗魚材料進行了重新研究,並多次開展新的野外發掘。終於在2010年,他們又發現了一件保存完好的夢幻鬼魚新標本。

 

該標本雖然頭部缺失,但是頭後部分保存十分精美。新標本的肩帶保存了兩側的匙骨、鎖骨以及一件菱形的間鎖骨。與斑鱗魚相同,夢幻鬼魚發育的肩胛烏喙骨緊附於匙骨內側面。

 

引人注目的是,鬼魚新標本上具有一件腹視的右側腰帶外骨骼,呈自然狀態保存。基於對鬼魚腰帶外骨骼的認識,朱敏等人對斑鱗魚頭後骨骼進行了重新整理,發現了與鬼魚腰帶外骨骼相似的骨片,並且內側與其癒合的內骨骼上還具有與肩帶相似的復基鰭關節。這表明斑鱗魚的腰帶與肩帶結構相似,也說明鬼魚的腰帶很可能同樣具有復基鰭關節。

 

在此之前,國際學術界普遍認為,硬骨魚綱的腰帶與肩帶結構不同、不具有外骨骼成分。這一最新的研究成果,則改變了學界對魚類帶骨演化的傳統觀點,為研究有頜類的早期分化、探討腰帶與肩帶在發育上的同源關係,提供了新的重要資料。(來源:中國科學報 洪蔚)

 

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