一天4篇Nature! 中科院朱敏院士团队“从鱼到人”探源研究取得重大突破

“颌”是指可以上下开闭的嘴巴；而颌骨就是指上颌与下巴。大约在4.5亿年前，一些原始脊椎动物发育出了上下颌，从而提高了取食和环境适应能力。随后，有颌脊椎动物迅速向广阔的生态位辐射演化，演化出了包括人类在内的绝大多数脊椎动物。有颌类的出现与崛起是“从鱼到人”的脊椎动物演化史上最关键的跃升之一。然而，这一跃升具体发生在何时、何地，又是如何发生？长期以来，科学家们由于缺乏关键的化石证据，一直无法重建有颌脊椎动物的早期演化史。

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作者：Lily

9月29日，英国《自然》（Nature）杂志以封面文章形式同期发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队的4篇学术论文。这4篇论文集中报道了一批有关有颌类起源与最早期演化的研究成果；这些发现填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白，首次为有颌类崛起与最早期辐射分化提供确切证据。

国际古脊椎动物学会前主席、澳大利亚弗林德斯大学教授John Long撰文表示，这些发现改写了有颌脊椎动物早期演化历史的几乎所有方面。

最新发现的5种志留纪古鱼新属种的三维艺术复原图。

从上到下分别为蠕纹沈氏棘鱼、新塑梵净山鱼、双列黔齿鱼、灵动土家鱼和奇迹秀山鱼。 （拟石科技制图）

一个三千万年的巨大空白

01

地球上现存99.8%的脊椎动物（包括人类在内）都具有颌骨，统称为有颌脊椎动物或有颌类。有颌类的出现与崛起是“从鱼到人” 的脊椎动物演化史上最为关键的跃升之一，而人类的很多重要器官与身体构型都可追溯到有颌类演化初期。

根据分子钟的推断，有颌类起源时间不晚于奥陶纪晚期（4.5亿年前），但目前比较完善的有颌类化石记录仅可追溯到志留纪晚期（4.25亿年前）。由此，有颌类的早期演化存在着一段至少横跨三千万年的巨大空白。

这个巨大空白被古脊椎动物学巨擘阿尔弗雷德·罗美尔称为“古生物学史上一个顽固存在的重大空白”。尽管我们知道有颌类在志留纪已经存在，但对它们到底长什么模样，有多大，处于什么生态位，彼此之间如何演化等问题一无所知。

化石证据的缺失使得有颌类的起源与崛起一直被笼罩在重重迷雾之中。有颌类在其出现的前三千万年一直是一个“幽灵支系”。

两个化石群

02

近十年来，朱敏院士团队踏遍我国志留纪地层可能含鱼的二百多个地点，终于在华南志留纪早期地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”，发现大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石，找到了破解有颌类崛起与最初辐射分化之谜的钥匙。

“贵州石阡化石库”时代为志留纪兰多维列世埃隆期最晚期，约4.39亿年前，含有数量多、保存好的有颌类微体化石，其中含有所有有颌脊椎动物中已知最古老的牙齿。

“重庆特异埋藏化石库”时代为志留纪兰多维列世特列奇期，约4.36亿年前，是目前世界上唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库，堪称“鱼类的黎明”。

这是继澄江生物群、热河生物群之后，又一个在我国发现的、为探索生命之树演化重要节点提供大量关键证据的世界级特异埋藏化石库，将完整有颌类的化石记录前推了1100万年，将若干人类身体结构的起源追溯到4.36亿年前的化石鱼类中。

重庆特异埋藏化石库中发现的古鱼化石不仅数量众多、种类齐全，而且保存十分完整、精美，我们得以一窥志留纪初期脊椎动物特别是有颌类的全貌。

五条鱼

03

这次的研究成果展示了一批保存完好的鱼类化石。研究人员使用高精度CT、流体动力学模拟、性状大数据分析等新技术新方法，向世界首次展示出最早有颌类的牙齿、头部、身体以及偶鳍的雏形等过去完全未知的最早有颌类身体结构与解剖学信息，为解答 “从鱼到人” 探源最初阶段的一系列重要科学问题提供了确凿证据。

奇迹秀山鱼三维复原（拟石科技制作）

1.有颌的奇迹秀山鱼 （Xiushanosteus mirabilis）

命名故事：秀山以发现地命名；奇迹指志留纪早期完整有颌鱼类奇迹般的发现。

蠕纹沈氏棘鱼三维复原（拟石科技制作）

2. 有颌的蠕纹沈氏棘鱼（Shenacanthus vermiformis）

命名故事：沈氏是为了纪念著名作家沈从文，化石发现地在他最著名的小说《边城》原型附近；蠕纹指这条鱼大块骨板上蠕虫状纹饰。

灵动土家鱼正型标本照片（彭礼健摄）及解释性素描（史爱娟绘）

3.无颌的灵动土家鱼 （Tujiaaspis vividus）

命名故事：属名“土家”主要取自化石发现地湘西土家族苗族自治州和秀山土家族苗族自治县中的土家族；而种名“灵动”，则取自该鱼在死后埋藏的时候恰好保存了一个“鲤鱼跃龙门”的姿态，非常灵动。

双列黔齿鱼三维复原（拟石科技制作）

4.有颌的双列黔齿鱼（Qianodus duplicis）

命名故事：属名中“Qian”取自贵州省简称“黔”的拼音，-odus是希腊语牙齿的后缀；种名“duplicis” 源自拉丁语duplex，相当于英语中的double，意指该属种的齿旋具有一对主齿列。

新塑梵净山鱼三维复原（拟石科技制作

5. 新塑梵净山鱼（Fanjingshania renovata）

命名故事：属名Fanjingshania源自佛教名山梵净山，与化石发现点同处黔东北，种名renovata是英文renewal的拉丁语化，译为“新塑”，意指这个物种膜质骨骼的再生发育机制。

填补“从鱼到人”演化史缺失

04

“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的发现在古生物学史上第一次大规模展示了志留纪鱼群特别是有颌类的面貌，揭示了早期有颌类崛起的过程：最迟到4.4亿年前，有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣；到志留纪晚期，更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球，开启了鱼类登陆并最终演化成为人类的进程。

对“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的化石研究，将很多与人类相关的解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类，填补了“从鱼到人”演化史上缺失的最初始环节，更新了人们对有颌类起源与崛起的传统认知，进一步夯实了“从鱼到人”的演化路径。

可以预见， “重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”未来还将继续为解开围绕有颌类起源的重重谜团做出持续贡献。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05136-8

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05166-2

http://app.myzaker.com/news/article.php?pk=6334f6f18e9f0961e56ae9b1&f=zaker_live

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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