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4.4億年前魚類化石,揭開生命演化奧秘(科技自立自強(qiáng))
填補(bǔ)脊椎動(dòng)物“從魚到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)
圖為重慶特異埋藏化石庫(kù)化石照片。 |
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地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動(dòng)物都具有上頜與下巴,這些器官是怎么演化來(lái)的?中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所朱敏團(tuán)隊(duì)在重慶、貴州等地約4.4億年前的志留紀(jì)早期地層中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)化石庫(kù),首次為有頜類的崛起與最早期輻射分化提供確切證據(jù),并據(jù)此取得一系列新發(fā)現(xiàn),填補(bǔ)了脊椎動(dòng)物“從魚到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)。
有頜類(有上頜與下巴的脊椎動(dòng)物)的出現(xiàn)與崛起是脊椎動(dòng)物演化史上最關(guān)鍵的躍升之一,人類的很多重要器官與身體構(gòu)型都可追溯到有頜類演化之初。然而,這一躍升具體發(fā)生在何時(shí)、何地,又是如何發(fā)生的?這些問題一直未能得到解答。
近期,中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所朱敏團(tuán)隊(duì)在我國(guó)重慶、貴州等地距今約4.4億年前的志留紀(jì)早期地層中發(fā)現(xiàn)“重慶特異埋藏化石庫(kù)”和“貴州石阡化石庫(kù)”,增添了我國(guó)又一個(gè)世界級(jí)的特異埋藏化石庫(kù),填補(bǔ)了全球志留紀(jì)早期有頜類化石記錄的空白,首次為有頜類的崛起與最早期輻射分化提供確切證據(jù)。
國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》于北京時(shí)間9月29日以封面文章形式同期發(fā)表團(tuán)隊(duì)的4篇學(xué)術(shù)論文,集中報(bào)道了這批有關(guān)有頜類起源與最早期演化的研究成果。
有頜類的早期演化曾經(jīng)存在至少3000萬(wàn)年的巨大空白
包括人類在內(nèi),地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動(dòng)物都具有頜骨(上頜與下巴),統(tǒng)稱為有頜脊椎動(dòng)物或有頜類。
朱敏說:“有頜類的出現(xiàn)是生命演化史上非常重要的一次躍升。有下巴就意味著有一張可以自由活動(dòng)的嘴,對(duì)于脊椎動(dòng)物從水里到陸地生活時(shí)攝取食物至關(guān)重要!
以前,科學(xué)家根據(jù)基因、胚胎等線索推測(cè),有頜類應(yīng)該起源于4.5億年前的奧陶紀(jì)晚期,而在志留紀(jì)應(yīng)該就已經(jīng)很繁盛了。但這種推測(cè)一直沒有被證實(shí)。因?yàn)橛蓄M類直到志留紀(jì)晚期(4.25億年前)才出現(xiàn)較完善的化石記錄,而分子鐘推斷的有頜類起源時(shí)間不晚于4.5億年前的奧陶紀(jì)晚期,因此,有頜類的早期演化存在一段至少綿延3000萬(wàn)年、橫跨整個(gè)志留紀(jì)的巨大空白,被稱為“古生物學(xué)史上一個(gè)頑固存在的重大空白”。
朱敏說:“由于這個(gè)空白的存在,盡管我們知道有頜類在志留紀(jì)已經(jīng)存在,但對(duì)它們到底長(zhǎng)什么模樣、有多大、處于什么生態(tài)位、彼此之間如何演化等問題一無(wú)所知,甚至不能確定志留紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)的零星棘刺、鱗片是否屬于有頜魚類!
化石實(shí)證的缺失使得有頜類的起源與崛起,這個(gè)脊椎動(dòng)物演化史中最關(guān)鍵的躍升之一,過去一直籠罩在迷霧之中。
近10年來(lái),朱敏團(tuán)隊(duì)探尋我國(guó)志留紀(jì)地層中可能含有魚類化石的200多個(gè)地點(diǎn),終于在華南志留紀(jì)早期地層中發(fā)現(xiàn)“重慶特異埋藏化石庫(kù)”和“貴州石阡化石庫(kù)”,以及其中大量特異埋藏保存的完整志留紀(jì)早期魚類化石,找到了破解有頜類最初崛起與輻射分化之謎的鑰匙。
魚類化石的發(fā)現(xiàn),有助于探尋牙齒、脖子等器官的起源
經(jīng)過對(duì)這兩個(gè)化石庫(kù)埋藏化石的挖掘、采集和研究,團(tuán)隊(duì)科研人員判定:“貴州石阡化石庫(kù)”時(shí)代為蘭多維列世(志留紀(jì)早期)埃隆期最晚期,約4.39億年前;“重慶特異埋藏化石庫(kù)”時(shí)代,為蘭多維列世特列奇期,約4.36億年前。
“貴州石阡化石庫(kù)”里含有數(shù)量多、保存好的有頜類微體化石。團(tuán)隊(duì)成員在其中發(fā)現(xiàn)了23枚志留紀(jì)早期的魚類牙齒化石標(biāo)本,長(zhǎng)度僅2.5毫米。科研人員通過高精度CT、三維復(fù)原以及組織學(xué)切片等技術(shù)手段對(duì)其中的雙列黔齒魚牙齒開展了細(xì)致研究。
朱敏介紹,“我們發(fā)現(xiàn)雙列黔齒魚的齒旋結(jié)構(gòu),不同于無(wú)頜類的咽喉齒和齒狀物,它擁有左右兩列鏡像對(duì)稱的初級(jí)齒單元,并呈‘之’字形排列,基本側(cè)面也還分布了一定數(shù)量的側(cè)生齒單元。齒旋彎曲的形狀和縱向的齒單元,也很好解釋了頜骨在牙槽內(nèi)的起源。”
雙列黔齒魚的齒旋代表最古老的有頜類牙齒,成為迄今為止有頜類出現(xiàn)的最早最直觀的證據(jù),將牙齒最早化石證據(jù)前推了1400萬(wàn)年。同時(shí),也印證了此前科學(xué)家們的推測(cè),志留紀(jì)早期就有有頜類了。
此外,科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)重要器官——脖子的起源。
在“重慶特異埋藏化石庫(kù)”里,朱敏團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一大批4.36億年前完整的奇跡秀山魚化石。
“這種魚也是有頜的,而且保存非常完整。這也將完整的有頜類化石記錄大大前推了1100萬(wàn)年! 團(tuán)隊(duì)成員朱幼安進(jìn)一步解釋說:“絕大多數(shù)的有頜類都有可以活動(dòng)的脖子關(guān)節(jié),無(wú)頜類則沒有。秀山魚作為有頜類的最初形態(tài),處于演化的中間狀態(tài)。它的頭甲中間有一道橫向的裂隙,使得頭能在呼吸和攝食時(shí)抬起和落下,這是更先進(jìn)的頸關(guān)節(jié)的雛形。人的頭與頸部相連的枕骨就是由秀山魚頭頂?shù)倪@道裂隙前的骨片演化而來(lái)的。”
“重慶特異埋藏化石庫(kù)”是目前世界上唯一保存志留紀(jì)早期完整有頜類化石的特異埋藏化石庫(kù),可以說是“魚類的黎明”。這是繼澄江生物群、熱河生物群之后,又一個(gè)在我國(guó)發(fā)現(xiàn)的、為探索生命之樹演化重要節(jié)點(diǎn)提供大量關(guān)鍵證據(jù)的世界級(jí)特異埋藏化石庫(kù)。
填補(bǔ)了“從魚到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)
此次發(fā)現(xiàn)在古生物學(xué)史上第一次大規(guī)模展示了志留紀(jì)魚群特別是有頜類的面貌,揭示了早期有頜類崛起的過程:最遲到4.4億年前,有頜類各大類群已經(jīng)在華南地區(qū)欣欣向榮;到志留紀(jì)晚期,更多樣、更大型的有頜類屬種出現(xiàn)并開始擴(kuò)散到全球,開啟了魚類登陸并最終演化成為人類的進(jìn)程。
朱敏說:“對(duì)新發(fā)現(xiàn)古魚類化石的研究,將很多與人類相關(guān)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)追溯到4.4億年前的遠(yuǎn)古魚類,填補(bǔ)了‘從魚到人’演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié),更新了對(duì)有頜類起源與崛起的傳統(tǒng)認(rèn)知,進(jìn)一步夯實(shí)了‘從魚到人’的演化路徑。”
國(guó)際古脊椎動(dòng)物學(xué)會(huì)前主席、澳大利亞弗林德斯大學(xué)教授約翰·朗撰文稱:“這確實(shí)是令人驚嘆、改變演化格局的化石發(fā)現(xiàn),改寫了有頜脊椎動(dòng)物早期演化歷史的幾乎所有方面!
可以預(yù)見,此次新發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)化石庫(kù),未來(lái)還將繼續(xù)為解開圍繞有頜類起源的重重謎團(tuán)持續(xù)作出貢獻(xiàn)。
《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2022年09月30日 14 版)
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