4.4億年前魚(yú)類(lèi)化石，揭開(kāi)生命演化奧秘（科技自立自強(qiáng)）

　　填補(bǔ)脊椎動(dòng)物“從魚(yú)到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)

　　本報(bào)記者 吳月輝

　　核心閱讀

　　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(lèi)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(lèi)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(yú)到人”演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)。

　　有頜類(lèi)（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(lèi)的很多重要器官與身體構(gòu)型都可追溯到有頜類(lèi)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(wèn)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(lèi)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(lèi)化石記錄的空白，首次為有頜類(lèi)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(lèi)起源與最早期演化的研究成果。

　　有頜類(lèi)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(lèi)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(chēng)為有頜脊椎動(dòng)物或有頜類(lèi)。

　　朱敏說(shuō)：“有頜類(lèi)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(lèi)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(méi)有被證實(shí)。因?yàn)橛蓄M類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(chēng)為“古生物學(xué)史上一個(gè)頑固存在的重大空白”。

　　朱敏說(shuō)：“由于這個(gè)空白的存在，盡管我們知道有頜類(lèi)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(wèn)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(yú)類(lèi)。”

　　化石實(shí)證的缺失使得有頜類(lèi)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(guò)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(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)化石，找到了破解有頜類(lèi)最初崛起與輻射分化之謎的鑰匙。

　　魚(yú)類(lèi)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(guò)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(lèi)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(yú)類(lèi)牙齒化石標(biāo)本，長(zhǎng)度僅2.5毫米。科研人員通過(guò)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(yú)牙齒開(kāi)展了細(xì)致研究。

　　朱敏介紹，“我們發(fā)現(xiàn)雙列黔齒魚(yú)的齒旋結(jié)構(gòu)，不同于無(wú)頜類(lèi)的咽喉齒和齒狀物，它擁有左右兩列鏡像對(duì)稱(chēng)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(yú)的齒旋代表最古老的有頜類(lèi)牙齒，成為迄今為止有頜類(lèi)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(lèi)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(yú)化石。

　　“這種魚(yú)也是有頜的，而且保存非常完整。這也將完整的有頜類(lèi)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(shuō)：“絕大多數(shù)的有頜類(lèi)都有可以活動(dòng)的脖子關(guān)節(jié)，無(wú)頜類(lèi)則沒(méi)有。秀山魚(yú)作為有頜類(lèi)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(yú)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(lèi)化石的特異埋藏化石庫(kù)，可以說(shuō)是“魚(yú)類(lèi)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(shù)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(yú)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(yú)群特別是有頜類(lèi)的面貌，揭示了早期有頜類(lèi)崛起的過(guò)程：最遲到4.4億年前，有頜類(lèi)各大類(lèi)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(lèi)屬種出現(xiàn)并開(kāi)始擴(kuò)散到全球，開(kāi)啟了魚(yú)類(lèi)登陸并最終演化成為人類(lèi)的進(jìn)程。

　　朱敏說(shuō)：“對(duì)新發(fā)現(xiàn)古魚(yú)類(lèi)化石的研究，將很多與人類(lèi)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(yú)類(lèi)，填補(bǔ)了‘從魚(yú)到人’演化史上缺失的最初始環(huán)節(jié)，更新了對(duì)有頜類(lèi)起源與崛起的傳統(tǒng)認(rèn)知，進(jìn)一步夯實(shí)了‘從魚(yú)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(chēng)：“這確實(shí)是令人驚嘆、改變演化格局的化石發(fā)現(xiàn)，改寫(xiě)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(jiàn)，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(kāi)圍繞有頜類(lèi)起源的重重謎團(tuán)持續(xù)作出貢獻(xiàn)。