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寻找古鱼类研究的“圣杯”

发布时间:2016-11-01 13:47 来源:中青在线 作者:朱幼安

  生态复原图:在4.23亿年前志留纪古海洋中畅游的麒麟鱼。杨定华/绘

  日前,一则题为“4.23亿年前古鱼揭秘人类颌骨来源”的新闻出现在各大媒体首页。一条形状古怪的小鱼,将人类的颌骨来源追溯到最原始的有颌脊椎动物中。不过,这只是一连串科学新发现中的一环,并且还将有新的成果加入,继续补上更多的演化篇章。

  纵观整个生命演化史,重大演化事件往往是飞跃式的,在地质时间的尺度下转瞬即逝,因而很难在化石记录中保存下来。这就造成了许多演化的“缺环”,时代越是久远,这些缺环也就越多越大。这给追溯生命演化历程带来了很大困难。

  人类的面孔、四肢等构造是如何演化而来的?这是《科学》杂志2005年公布的125个最具挑战性的科学问题之一,而要追溯人类身体基本构造和主要组分的演化,就需要回到遥远的过去,我们的鱼形祖先还生活在水中的时候。人类身体的演化蓝图,就是在那时定稿的。

  泥盆纪(大约4.19至3.59亿年前)被称为“鱼类的时代”,那时,形形色色的古怪鱼类占据着地球的江河湖海。我们已经知道,其中有一种称为硬骨鱼类的鱼儿离开水域,演化出包括人类在内的陆地脊椎动物。人类面部的主要骨骼,全都可以一一追溯到最原始的硬骨鱼中。然而,硬骨鱼类又是如何起源的呢?

  回答这些问题十分困难。以往的早期鱼类化石多发现于泥盆纪地层中,那时各大类群早已分化,一些重大演化事件已经完成,缺少处于中间状态的过渡化石。而向鱼类时代之前的更遥远的志留纪追溯,脊椎动物的演化历史已经湮灭不清。

  长期以来,科学家们只能通过一鳞半爪的零碎材料,盲人摸象式地试图还原人类鱼形先祖在志留纪的演化历史。在志留纪地层中找到完整保存的古鱼,是世界各国古生物学家们梦寐以求的“圣杯”。

  上世纪90年代,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的朱敏研究了云南曲靖早泥盆世的一种硬骨鱼类斑鳞鱼。他发现斑鳞鱼的形态很原始,有些地方隐约与披盔戴甲、早已灭绝的盾皮鱼类相似。它们之间会不会存在演化上的承继关系呢?

  这在当时是一个很新鲜的理论。盾皮鱼类在“鱼类时代”曾经繁盛一时,然而传统上认为,它们已经在泥盆纪末全部绝灭,成为演化的死胡同,留下的生存空间被更进步的硬骨鱼类和软骨鱼类瓜分。因此,过去学者们对它们并不太关注。

  更何况,在鱼类时代,盾皮鱼类和硬骨鱼类已经变得十分不同,就以面部的主要骨骼为例,长期以来认为在这两大类间并没有同源关系。

  尽管困难重重,朱敏没有放弃这个想法。他知道要探索硬骨鱼类的起源,仅仅靠现有的泥盆纪化石是不够的,必须到更古老的志留纪地层中去,寻找那座古鱼类研究的“圣杯”。

  4亿多年前的志留纪到泥盆纪时期,云南曲靖地区是一处丰饶的河口海湾。随着海陆更迭,古老的海湾早已变成起伏的山峦和片片农田。古代的海底泥沙形成了层层叠叠,横跨志留纪、泥盆纪的连续沉积。在这地质的万卷书中,保存了生命演化的珍贵信息。

  朱敏和他的团队已经在曲靖地区工作了近30年。在一连串的丰硕成果背后,是不懈的探索和辛勤劳动。鱼类的骨骼经过数亿年时光的埋藏、石化,地质变迁和风化侵蚀,颜色、轮廓都和普通的石头差不多,要找到有重大研究价值的化石,他们只能靠多年积累经验和多跑多看。

  带着研究斑鳞鱼时提出的问题,朱敏团队一直着力在曲靖地区的志留纪地层中寻找鱼类化石。年复一年的翻山越岭,寻寻觅觅起初并没有带来收获,直到2007年,他们才终于在曲靖潇湘水库附近找到了一块完整的鱼类下巴。

  一开始,他们还没有意识到这块下巴代表着怎样丰富的化石宝藏。经过数年的全力野外工作,他们才发现,附近的岩层中蕴含了许多种保存精美、形态怪异的古鱼化石,过去从未在世界其他地方找到过相似的种类。世界上独一无二完整保存了志留纪有颌脊椎动物化石的潇湘动物群,志留纪失落的古鱼“王国”,重见天日了。

  当完整、精美的志留纪古鱼化石呈现在研究者眼前时,一切风霜辛劳都得到了回报。他们应用了多种最新的技术手段,特别是给化石做X光断层扫描,并对内部结构进行计算机三维重建,最大程度地“榨取”了这些化石中蕴藏的信息。

  2009年发表的原始硬骨鱼类梦幻鬼鱼形态比斑鳞鱼更加原始,盾皮鱼特征也更加明显。2013年,他们报道了初始全颌鱼,它被称为“令人瞠目结舌的古鱼”,代表了一个全新的盾皮鱼大类——全颌盾皮鱼类,它们长着盾皮鱼类的典型身体和硬骨鱼类的颌骨,确定无疑地证明硬骨鱼类由盾皮鱼类直接演化而来。斑鳞鱼种下的猜想最终被证实了。

  今年10月21日,他们又在《科学》杂志上报道了最新发现的全颌盾皮鱼类——长吻麒麟鱼,这条鱼显示,硬骨鱼类的颌骨与盾皮鱼类的颌部骨板其实就是一回事,人类的颌骨和面部的其他骨骼一样,可以向前一直追溯到更原始的盾皮鱼类中。

  古鱼类研究的“圣杯”被找到了吗?对科学家来说,找到一整个动物群的完整志留纪古鱼化石并不意味着大功告成。要进一步理清人类远祖的谱系,搞清楚我们的身体是如何从那些早已作古的、奇形怪状的鱼形祖先演化来的,还有很多工作要做。志留纪古鱼化石的“圣杯”也许只是一把钥匙,随着研究的深入,学者们终将打开重关深锁,一步步逼近“我们从何而来”这一古生物学终极问题的答案。

【责任编辑:于璧嘉】
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