网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

脊椎动物的祖先竟有四只“眼睛”(院士讲科普)

0
分享至

徐 星


图①:约5.18亿年前昆明鱼类复原图。 丛培允供图 图②:松果体眼在鱼形脊椎动物中的演化示意图。 张思航供图


昆明鱼类标本照。 雷向通摄

千百年来,人类一直在追问“我们从哪里来”。在物种演化的历史长河中,有诸多意想不到的奥秘藏在化石之中。我国科学家通过对约5.18亿年前昆明鱼类化石的研究,发现早期脊椎动物竟拥有4只具备成像功能的“相机型眼”,为理解视觉系统的演化及脊椎动物的起源提供了全新视角。

本期“院士讲科普”,我们邀请中国科学院院士徐星,讲述早期脊椎动物视觉系统的独特之处,感受生命演化的智慧。

——编 者

脊椎动物主要包括鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类。对于现生脊椎动物来说,它们的视觉主要依靠结构精细的一对“相机型眼”完成,这是辨识外界环境、协调行为,顺利开展觅食、繁衍等生命活动最重要的感知系统之一。自达尔文时代以来,脊椎动物眼睛的起源和演化就一直吸引着科学家的关注。

我国科学家以翔实的形态学与化石分子信号证据揭示:距今约5.18亿年的昆明鱼类,其松果体复合体(松果体和副松果体的统称)是额外的两只具备完整成像功能的“相机型眼”。该研究成果历时12年,于今年在国际学术期刊《自然》上在线发表。这为理解脊椎动物视觉系统的演化,以及寒武纪大爆发时期动物门类之间激烈的“军备竞赛”提供了新的视角。

脊椎动物的松果体复合体,可能源于“第三只眼”

现生脊椎动物的视觉,主要来源于头部两侧一对精密的“相机型眼”,由球形晶状体、视网膜、虹膜和一组眼外肌组成。所谓“相机型眼”,是指晶状体将光线聚焦到半球形视网膜上,产生视觉信号,并通过视神经传递至大脑,其成像原理与相机相同。

在人类等哺乳动物的大脑中,有一个内分泌器官叫作“松果体”,主要承担合成并分泌褪黑素、调整昼夜节律等功能。但是,在鱼类、两栖类、爬行类等非哺乳类脊椎动物中,松果体和副松果体也具有简单的感光功能,一些蜥蜴还拥有松果体复合体演化而来的顶眼。因此,科学界存在脊椎动物的“第三只眼”假说,即松果体复合体的“祖先”可能是具有视觉功能的眼睛。现有的胚胎学证据也表明,脊椎动物的侧眼与松果体复合体均发育自相同的胚胎组织间脑,预示二者可能具有相同起源。

但近百年来,眼睛与松果体复合体之间的转化过程一直缺少关键证据,成为演化生物学领域悬而未决的重要科学问题。此外,脊椎动物在演化初期究竟用怎样的“眼睛”观察世界,也是探索寒武纪大爆发时期脊椎动物行为学与生态适应的关键盲点。

为寻求答案,我们团队联合云南大学古生物研究院研究员丛培允团队,对澄江生物群中发现的目前已知最早的脊椎动物——距今约5.18亿年的昆明鱼类新标本展开了多技术手段分析。

约5.18亿年前的昆明鱼类,长着“相机型眼”

观察昆明鱼类化石标本,可以发现其侧眼中间存在一对较小的黑色圆形结构。但如何确定侧眼及这对圆形结构是“相机型眼”?我们找到了两部分关键证据。

首先,团队通过能量色散X射线能谱、X射线光电子能谱和拉曼光谱等分析化石标本,确认昆明鱼类的这对黑色圆形结构以有机碳膜的形式保存。利用扫描电子显微镜等设备,将碳质区域放大10万倍,发现这些碳膜主要由大小为200纳米—1200纳米的椭圆形至长柱形微球体组成。

对比发现,这些微球体的形态、大小,与现生脊椎动物视网膜中的黑素体特征完全一致。现生脊椎动物眼球的各层膜中,同时存在卵形和圆柱形两种黑素体,正是脊椎动物典型视网膜色素上皮中黑素体的组合特征。研究还用双束电镜与透射电镜联用技术对微球体的超显微结构进行成像,发现这些微球体与黑素体具有类似的圈层结构。

从形态学的角度,我们找到了昆明鱼类侧眼可能存在视网膜的证据。但那些黑素体,有没有可能仅是细菌污染或其他有机质团块?

为了证实这些微球体与“眼睛”有关,团队使用高灵敏度的飞行时间二次离子质谱仪对有机碳膜的成分进行了分析,结果显示昆明鱼类化石中微球体样品的分子指纹与现生蛙类眼睛中的黑色素信号非常类似,且昆明鱼类的化石样品与其他潜在污染源样品不重合。这从化石化学分子信号层面证实,昆明鱼类侧眼和中间体中的微球体为视网膜中富含黑色素的黑素体。

另一个确认“相机型眼”的证据,是晶状体的发现。在昆明鱼类化石的侧眼及其中间的黑色圆形结构中,存在规则的、边缘清晰的圆形结构,该结构或保存为浮雕印痕,或表现为碳质差异富集区域。利用低角度光成像、扫描电镜、荧光显微镜等技术,研究者确认这一结构的形状、大小和相对位置,都与显生宙其他脊椎动物眼睛化石中保存的晶状体一致。

基于以上证据,我们判断,昆明鱼类侧眼之间的黑色结构为松果体眼,保存了富含黑素体的视网膜和晶状体,可能是具有成像功能的“相机型眼”。

研究脊椎动物的起源,让生命演化的拼图更完整

科学研究,总能发现“意外的惊喜”。在探索化石中如何保存神经组织的过程中,我们发现,脊椎动物的始祖原来有4只“眼睛”。这么多“眼睛”,有啥用?

想揭开这个谜底,我们需要关注寒武纪大爆发时期的地质背景。这一时代的重要特征是快速的环境变化和大量形态创新。其中,捕食关系的出现是推动动物感官系统演化的重要生态驱动力。

要知道,跟昆明鱼类同时代生活的大型捕食者,有体型超过1米的奇虾等动物,而昆明鱼类的长度通常只有2至3厘米,无论体型还是防御都处于劣势。4只“相机型眼”构成的复杂视觉系统,更利于应对生存压力。

而在后续演化中,尤其在向有颌类脊椎动物演化的过程中,早期脊椎动物松果体复合体的视觉功能逐渐退化,转变为调节昼夜节律的神经内分泌系统,即现代脊椎动物中的松果体。

这项研究对理解脊椎动物的起源具有重要意义。在5亿多年前,早期脊椎动物很可能已经存在现生脊椎动物类似的视觉生理结构。这也预示着,脊椎动物在澄江生物群出现之前,已经经历了复杂的演化过程,但目前这段演化历程仍处在未知状态。人类要回答“我们从哪里来”的问题,还需要开展更深入的研究。

我国脊椎动物化石资源非常丰富,从1929年北京周口店北京人头盖骨化石的发现,到近年来带羽毛恐龙化石的发现,经过几代人的坚持,我国学者为复原生命演化历史提供了大量重要数据,古生物学研究取得一个又一个重大突破。

随着技术的进步,CT、同步辐射等先进的成像手段,为获取更多化石内部信息提供了便利。未来,我们将通过学科交叉融合研究,努力把生命演化的拼图拼得更完整。

(作者为中国科学院院士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所所长、云南大学古生物研究院学术院长,本报记者张驰采访整理)

《 人民日报 》( 2026年06月06日 06 版)

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
苏州50岁女子不慎坠入公园深水区,不会游泳的她强压恐惧,仰漂近1小时;路过市民:起初以为是假人模特,看见手腕戴着手镯,立即报警

苏州50岁女子不慎坠入公园深水区,不会游泳的她强压恐惧,仰漂近1小时;路过市民:起初以为是假人模特,看见手腕戴着手镯,立即报警

扬子晚报
2026-08-18 15:53:06
善恶终有报,当年插足上位的她,如今终于尝到苦果了

善恶终有报,当年插足上位的她,如今终于尝到苦果了

傲傲讲历史
2026-07-09 03:52:42
中国强大到什么程度?断层式领先全世界

中国强大到什么程度?断层式领先全世界

混沌录
2026-08-17 22:28:09
杨幂自曝作息,晚八点入睡早五六点自然醒,从不内耗,“一睡就睡着,不是被迫的,是真的很享受”

杨幂自曝作息,晚八点入睡早五六点自然醒,从不内耗,“一睡就睡着,不是被迫的,是真的很享受”

台州交通广播
2026-08-18 09:55:46
U23国足+俱乐部双料助教!执教能力不输邵佳一和郑智,未来有望成国足主帅

U23国足+俱乐部双料助教!执教能力不输邵佳一和郑智,未来有望成国足主帅

兵哥篮球故事
2026-08-18 19:11:23
埃尔多安警告:如果局势需要,土耳其不会犹豫,将直接投入战争

埃尔多安警告:如果局势需要,土耳其不会犹豫,将直接投入战争

墨子翟的日记y
2026-08-18 18:30:03
RMC:齐达内9月17日公布法国队首份名单

RMC:齐达内9月17日公布法国队首份名单

懂球帝
2026-08-19 00:16:50
国家体育局标准:普通人俯卧撑能做多少算合格?很多人被自己骗了

国家体育局标准:普通人俯卧撑能做多少算合格?很多人被自己骗了

广西阿妹香香
2026-08-18 14:34:14
炸锅!马来西亚抓335个搞诈骗的,超九成来自中国,专骗中国人!

炸锅!马来西亚抓335个搞诈骗的,超九成来自中国,专骗中国人!

史之韵
2026-08-01 12:31:50
美国终于明白:当年炸毁中国大使馆,中国为什么不反击?

美国终于明白:当年炸毁中国大使馆,中国为什么不反击?

铁锤侃侃而谈
2026-07-18 17:01:34
跟三个40多岁的女人同居过之后,我算是看透了,别扯什么灵魂伴侣

跟三个40多岁的女人同居过之后,我算是看透了,别扯什么灵魂伴侣

i书与房
2026-06-24 07:55:08
新华社消息|外交部:反对澳方限制打压正常国际教育科研合作

新华社消息|外交部:反对澳方限制打压正常国际教育科研合作

新华社
2026-08-18 17:58:16
“开战即封门”绝非吓唬,中日一旦动手,93万在日中国人怎么办

“开战即封门”绝非吓唬,中日一旦动手,93万在日中国人怎么办

麓谷隐士
2026-08-19 00:10:03
8月17日黑海走廊切断!俄导弹摧毁西方货轮,近8000艘军运线作废

8月17日黑海走廊切断!俄导弹摧毁西方货轮,近8000艘军运线作废

影孖看世界
2026-08-18 23:41:45
河南省委书记针对高标准农田问题发声:深挖彻查

河南省委书记针对高标准农田问题发声:深挖彻查

看看新闻Knews
2026-08-17 22:25:02
遭全网抵制!拿没教养当个性的她,终于惹众怒,难怪连郝蕾都嫌弃

遭全网抵制!拿没教养当个性的她,终于惹众怒,难怪连郝蕾都嫌弃

皮皮电影
2026-08-16 09:45:19
曾经很火的鲈鱼,为啥吃的人越来越少了,鱼贩:5个原因太现实

曾经很火的鲈鱼,为啥吃的人越来越少了,鱼贩:5个原因太现实

小谈食刻美食
2026-07-25 08:54:45
郭德纲被立案调查,姜昆深夜发文,杨议连发多条视频被指落井下石

郭德纲被立案调查,姜昆深夜发文,杨议连发多条视频被指落井下石

娱慧
2026-08-18 17:25:27
年薪仅涨50万欧!曝31岁队长拒绝曼联续约合同 明夏或自由身离队

年薪仅涨50万欧!曝31岁队长拒绝曼联续约合同 明夏或自由身离队

我爱英超
2026-08-18 18:12:32
“性成瘾”是什么?患者自白:比烟瘾、酒瘾厉害多了,比戒毒还难

“性成瘾”是什么?患者自白:比烟瘾、酒瘾厉害多了,比戒毒还难

健康之光
2026-07-28 13:04:55
2026-08-19 00:52:49
金台资讯 incentive-icons
金台资讯
报道全球 传播中国 人民网股份有限公司
1590869文章数 201727关注度
往期回顾 全部

头条要闻

"国宝"把蟹塘当食堂每天吃掉三四万块 塘主:扛不住了

头条要闻

"国宝"把蟹塘当食堂每天吃掉三四万块 塘主:扛不住了

体育要闻

中国男篮,一直被质疑,永远被期待

娱乐要闻

蓝盈莹官宣新恋情

财经要闻

一场酒局献祭,掀开了杭州地产潜规则

科技要闻

英伟达的资本局:从AI卖铲人到AI央行

汽车要闻

试驾银河TT:兼顾操控与舒适,年轻人出行好搭子

态度原创

游戏
旅游
艺术
亲子
本地

《剑星》开发商新作规划曝光:3A大作与三上真司新作

旅游要闻

去年南极发内部信被骂上热搜,俞敏洪明年又要带队去北极了,定价10.98万起

艺术要闻

gmp新作:北京怀柔科学城城市客厅

亲子要闻

明明裂口只有一点点,唇裂手术却要切这么深|家长别被外表误导

本地新闻

邂逅活珊瑚的西沙,感受独属于国人的浪漫

无障碍浏览 进入关怀版