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新研究關鍵環節 “從魚到人”是歷時5億多年的演化

新科技
TIME
2022-10-25 09:02
科技日報網
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  這些新發現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欣欣向榮;到了志留紀晚期,更多樣、更大型的有頜類屬種出現并開始擴散到全球,開啟了魚類登陸并最終演化成為人類的進程。

  朱敏 中國科學院古脊椎動物與古人類研究所

  一直以來,生命的起源和演化都是科學研究的重大課題之一。脊椎動物的起源和演化更是關系到人類從何而來,因此廣受關注。

  近日,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊在《自然》上以封面文章的形式同期發表四篇論文,集中報道了他們對有頜類的起源與最早期輻射分化的最新研究進展。

  論文刊出不久,“我國科學家證實人類是從魚進化來的”這一話題就登上了微博熱搜榜首,“從魚到人”的演化史引發輿論熱議。不少網友驚呼:人類的祖先不是猴子嗎?怎么變成魚了?難道教科書又要改了?

  人類的祖先到底是猿還是魚?我們該如何理解“人類是從魚進化來的”?這四篇論文究竟研究了哪些內容?為此,科技日報記者采訪了有關專家。

  “從魚到人”是歷時5億多年的演化

  “我們一般認為,人類有一個共同的祖先。這種認識是有偏頗的,在人類演化歷程中的不同階段,其實我們有很多個祖先?!敝袊茖W院古脊椎所副研究員朱幼安說,“具體來說,猿和魚都是我們的祖先。相對于猿來說,魚類是我們更早的祖先,也是包括猿在內所有脊椎動物的共同祖先?!?/p>

  對此,朱敏解釋道,“從魚到人”的演化并不是從魚直接變成人,而是一個長達5億多年的演化史。演化史中間經歷了多次重大的演化事件,其中,頜的起源與有頜類的崛起稱得上最關鍵的躍升之一。

  然而,這一躍升究竟是如何發生的,一直困擾著古生物學界。有頜類化石直到4.19億年前的泥盆紀之初才大量出現,然而分子生物學資料卻證明,有頜類的起源時間應早于約4.5億年前。

  “這就意味著,有頜類的早期演化存在至少3000萬年的化石記錄空白,這一階段橫跨奧陶紀晚期和志留紀絕大部分?!敝煊装蔡寡?。

  事實上,志留紀是地球生命演化的關鍵階段。在志留紀的兩千萬年中發生了奧陶紀末大滅絕之后的復蘇、維管植物登陸、大氣含氧量上升等對生命史具有深遠影響的重大事件。

  但是,志留紀的魚類化石長期以來一直非常稀少。全球發現的志留紀魚類主要是無頜的“甲胄魚類”,有頜類在這個時代難覓蹤影。之前從來沒有找到過志留紀早期完整的有頜脊椎動物化石,甚至沒有找到過哪怕是部分關聯的骨骼?;瘜嵶C的缺失使得學界長期以來只能通過間接證據和微體化石來推測、猜想有頜類的起源與早期演化過程。由于缺失蘊含豐富形態和解剖學信息的大化石,有頜類的起源和最早期演化一直籠罩在迷霧之中。

  為尋找相關的化石證據,朱敏團隊花了近十年的時間在全國進行走訪。功夫不負有心人,他們在華南志留紀早期地層中,發現了重慶特異埋藏化石庫和貴州石阡化石庫。

  古魚化石解答一系列重要科學問題

  “在這兩個化石庫里,我們發現了五條魚的化石。它們填補了全球志留紀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了確切證據,讓解答‘從魚到人’最初階段的一系列重要科學問題成為可能?!敝烀魪娬{。

  朱敏介紹,這五條古魚分別是發現于貴州石阡化石庫的雙列黔齒魚和新塑梵凈山魚,發現于重慶特異埋藏化石庫的靈動土家魚、蠕紋沈氏棘魚和奇跡秀山魚。

  研究團隊采用新技術、新方法對這些魚類化石進行了詳細研究,發現了最早有頜類的牙齒、頭部、身體以及偶鰭的雛形。這些是過去完全未知的最早有頜類的身體結構與解剖學信息。這次的發現在有頜類最早期的分化、重要器官和身體構型演化等重要科學問題的探索中取得了新進展,刷新了諸多傳統認知。

  通過對4.39億年前的雙列黔齒魚開展細致的研究,研究人員發現了最早有頜類牙齒的生長結構和發育特征?!爸玖艏o早期黔齒魚的發現是非常罕見的,雙列黔齒魚的齒旋代表了最早的有頜類牙齒,將牙齒的最早化石記錄前推了1400萬年?!敝烀粽f。

  同時,系統發育分析表明,黔齒魚隸屬軟骨魚類全群,支持了在約4.85至4.5億年前的奧陶紀生物大輻射時期已出現有頷類脊椎動物的認知。

  而鯊魚在4.4億年前的近親——新塑梵凈山魚則代表了最早的具有關聯結構的有頜類。新塑梵凈山魚揭開了古老鯊魚近親的神秘面紗,將軟骨魚類的最早出現時間前推至志留紀早期。研究結果還表明,硬骨魚類干群在志留紀早期也應該已經出現。

  更重要的是,梵凈山魚的發現表明,早在志留紀早期,軟骨魚類干群就已經演化出典型的柵棘魚形態,同時具有硬骨魚類的組織學特征,為有頜類在志留紀早期就開始了輻射演化提供了強有力的支持,也使得有關奧陶紀、志留紀魚類鱗片和棘刺化石分類位置的爭論有了明確的答案。

  新發現首次大規模展示有頜類面貌

  在重慶特異埋藏化石庫里,研究人員找到了世界上第一個具有完整身體保存的盔甲魚類化石,并給它取了一個非常生動的名字——靈動土家魚。

  靈動土家魚的發現首次完整地揭示出盔甲魚類身體的全貌?!坝绕淞钊梭@訝的是,我們在靈動土家魚的腹部發現一對縱貫全身的腹側鰭褶,從頭后部一直延伸到尾尖?!敝袊茖W院古脊椎所研究員蓋志琨說,“這是一個巨大的驚喜,因為之前人們一直認為盔甲魚類沒有成對的偶鰭?!?/p>

  蓋志琨表示,這一發現不僅為100多年前的“鰭褶理論”提供了最為關鍵的化石證據,而且與現代分子發育生物學的數據高度吻合。古生物化石證據與發育生物學的交叉印證,使得脊椎動物成對附肢的起源研究與頜起源研究一樣成為演化—發育生物學的又一個經典案例。

  重慶特異埋藏化石庫發現的蠕紋沈氏棘魚是一種軟骨魚類?!拔覀儼l現的保存完好的蠕紋沈氏棘魚,實現了中國志留紀—泥盆紀軟骨魚類大化石發現零的突破。不僅如此,蠕紋沈氏棘魚也是世界上目前發現最早的保存完好的軟骨魚類大化石。來自中國的蠕紋沈氏棘魚化石已經成為了揭示軟骨魚類起源的決定性證據?!敝煊装步榻B。

  研究顯示,蠕紋沈氏棘魚既具有典型軟骨魚類的身體構型,同時還擁有類似盾皮魚類的、過去從未在任何軟骨魚類中發現的包圍肩帶的大塊膜質骨甲。這證明,軟骨魚類是由“戴盔披甲”的祖先演化而來的。

  奇跡秀山魚屬于盾皮魚類。朱幼安說,奇跡秀山魚在時代上比較靠近有頜類的起源時間點,并不能被歸到任何過去已知的盾皮魚類類群中,而是糅合了多個盾皮魚大類的特征。因此,它與后來其它盾皮魚類共享的特征,很可能是有頜類的原始特征。

  在朱敏看來,這些新發現在古生物學史上第一次大規模展示了志留紀魚群特別是有頜類的面貌,并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在華南地區欣欣向榮;到了志留紀晚期,更多樣、更大型的有頜類屬種出現并開始擴散到全球,開啟了魚類登陸并最終演化成為人類的進程。


THE END
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