從魚到人，藏著我們的身世之謎（院士講科普）

鈍齒宏頜魚化，發(fā)現(xiàn)于云南曲靖志留紀(jì)晚期（約4.23億年前）地層中，全長1米有余，是當(dāng)時最大的魚類。從完整的頭顱化石中可以看到，嘴里交錯長著小帽狀的“齒墊”，上面密布小牙。

全長僅3厘米的重慶始骨魚化石，發(fā)現(xiàn)于重慶秀山志留紀(jì)早期（約4.36億年前）地層中，從頭到尾完整保存，是目前已知最古老的硬骨魚類化石。

以上圖片均為趙鋼攝

網(wǎng)友：之前聽過一種說法——人類是由魚變的。有證據(jù)能證明嗎？億萬年前的魚長什么樣，和現(xiàn)在的魚有啥不同？

編輯：“從魚到人”，是古生物學(xué)家從石頭里一點點敲出來的真相，有著豐富的化石證據(jù)。長達(dá)5億年的演化史，藏著陸地脊椎動物的身世之謎，是人類探索生命起源最具吸引力的話題之一。經(jīng)過10余年野外發(fā)掘與室內(nèi)研究，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團(tuán)隊，在前不久發(fā)現(xiàn)了距今4.36億年前的硬骨魚類化石，并揭示兩種原始硬骨魚類的形態(tài)及頜、牙齒、腦顱等部位的重要特征，相關(guān)成果在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。本期“院士講科普”，我們邀請朱敏院士，解讀億萬年前的硬骨魚化石，填補“從魚到人”演化鏈條中曾缺失的關(guān)鍵信息。

為什么說魚是人類的祖先

人類的祖先是猿還是魚？

“正確答案是，猿和魚都是我們的祖先。相較于猿，魚類更早，‘從魚到人’演化長達(dá)5億年。”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員朱敏說，包括人類在內(nèi)，所有四足動物（陸地脊椎動物）都源自遠(yuǎn)古的魚類祖先。

其演化脈絡(luò)大致為：從無頜魚類開始，歷經(jīng)原始有頜魚類、硬骨魚類，之后，又出現(xiàn)了一類肉鰭魚，它們的魚鰭不是薄薄一片，而是肉厚、骨頭硬，里面的骨骼排列，與人類手臂、腿骨十分相似。

有頜類的出現(xiàn)與崛起是“從魚到人”演化史中最關(guān)鍵的躍升之一。“最早的脊椎動物沒有上下頜。”朱敏介紹，在奧陶紀(jì)，演化史上發(fā)生一次重大革新——頜的出現(xiàn)，讓動物能夠主動捕食、撕咬和咀嚼，極大擴展了食物范圍。

如今，地球上現(xiàn)存絕大多數(shù)的脊椎動物都具有頜骨——也就是有上頜和下巴，并被統(tǒng)稱為有頜脊椎動物或有頜類。

有頜魚類包含四大類群，其中兩類已經(jīng)滅絕，剩余的兩類，一類是以鯊魚為代表的軟骨魚，一類是硬骨魚。

“可以說，硬骨魚類是脊椎動物演化的主干，其現(xiàn)存的兩大支系輻鰭魚類和肉鰭魚類，占據(jù)了水中與陸地的廣闊生態(tài)位。”朱敏說，“其中輻鰭魚類演化出3萬多個物種，包括我們?nèi)粘Ｋ姷慕^大多數(shù)魚類；肉鰭魚類中的一支則在泥盆紀(jì)登陸，演化出包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的所有四足動物。”

硬骨魚類又起源于什么呢？過去學(xué)界所知的硬骨魚化石大多是泥盆紀(jì)已經(jīng)特化的輻鰭魚類與肉鰭魚類，而這兩大類群分異前的原始硬骨魚類（硬骨魚類干群）化石信息則缺失。

輻鰭魚類與肉鰭魚類的最近共同祖先形態(tài)如何？最早的硬骨魚是否已經(jīng)擁有后來硬骨魚的主要特征？“這些問題都無法通過研究現(xiàn)生物種或出現(xiàn)時代較晚的硬骨魚類化石來回答。”朱敏說，要解開這些謎題，必須找到缺失的兩大類群分異前的原始硬骨魚類（硬骨魚類干群）化石信息。

原始硬骨魚化石現(xiàn)身，解開半個世紀(jì)前的謎題

20世紀(jì)下半葉，古魚類學(xué)家張彌曼在云南曲靖發(fā)現(xiàn)原始肉鰭魚類化石楊氏魚。自此，學(xué)界將目光聚焦在中國南方，希望在這里找到確鑿的硬骨魚類干群化石證據(jù)。

1999年，朱敏就與團(tuán)隊在曲靖地區(qū)考察和挖掘。但直到2012年，他們才逐漸發(fā)現(xiàn)硬骨魚類干群化石的蛛絲馬跡。

“那一年，我們在云南曲靖志留紀(jì)晚期的地層中發(fā)現(xiàn)了零散的硬骨魚類下頜，最長的接近20厘米。”朱敏說。這些下頜內(nèi)側(cè)長著一排小丘狀的凸起。當(dāng)時推測，這些凸起是特化的牙齒，能夠壓碎硬殼食物，因此科研人員將這種硬骨魚命名為鈍齒宏頜魚，并認(rèn)為它屬于肉鰭魚類。

隨后，在云南曲靖、重慶秀山等地，相繼又有一些重要的硬骨魚類干群化石不斷現(xiàn)身。

經(jīng)過10余年野外發(fā)掘與室內(nèi)研究，朱敏團(tuán)隊取得了兩大關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：一是在重慶秀山志留紀(jì)早期地層中，發(fā)現(xiàn)了全球已知最早的完整硬骨魚化石——重慶始骨魚；二是在云南曲靖志留紀(jì)晚期地層中，通過高分辨率CT成像技術(shù)，詳細(xì)解析了志留紀(jì)最大的脊椎動物——鈍齒宏頜魚的完整頭部結(jié)構(gòu)和牙齒形態(tài)，解開了困擾學(xué)界半個世紀(jì)的齒墊歸屬謎題。

齒墊是什么？“研究發(fā)現(xiàn)，宏頜魚牙齒排列為內(nèi)外兩列，之前發(fā)現(xiàn)的小丘狀凸起，實際上是內(nèi)齒列的獨特齒座，上面還長著帶密集小齒的齒墊，這種奇特的結(jié)構(gòu)，是硬骨魚類的原始齒列特征。”朱敏說，宏頜魚關(guān)聯(lián)的齒墊與齒座結(jié)構(gòu)，解開了半個世紀(jì)前在波羅的海志留紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)的零散齒墊化石著生之謎，明確其歸屬于早期硬骨魚類的內(nèi)齒列。

身長僅3厘米的小魚，改寫演化家譜

重慶始骨魚生活于4.36億年前，全長僅3厘米，頭尾卻完整保存，不僅早于過去已知的硬骨魚類大化石，而且比過去已知最早的硬骨魚微體化石還要早。

“這種小型古魚兼具原始與進(jìn)步特征：身體呈流線形，只有一個背鰭，這些特征都接近早期輻鰭魚類，但沒有硬骨魚特有的鱗質(zhì)鰭條，且有僅見于軟骨魚和盾皮魚的臀鰭棘刺。”朱敏說，“始骨魚的發(fā)現(xiàn)證明，硬骨魚類重要特征形成的時間，遠(yuǎn)比我們此前所認(rèn)知的更早。”

與之形成鮮明對比的是，發(fā)現(xiàn)于云南曲靖志留紀(jì)晚期地層中的鈍齒宏頜魚，全長超過1米，是志留紀(jì)最大的脊椎動物。團(tuán)隊經(jīng)過近10年時間，經(jīng)過數(shù)十次嘗試，使用先進(jìn)的成像技術(shù)和計算機三維重建和復(fù)原，還原了其完整的頭部三維結(jié)構(gòu)和深藏內(nèi)部的解剖特征。

系統(tǒng)發(fā)育分析確定，重慶始骨魚、鈍齒宏頜魚均屬于過去了解甚少的硬骨魚類干群，代表了輻鰭魚與肉鰭魚分異前的原始類型。

“這兩個原始硬骨魚類的發(fā)現(xiàn)，豐富了有頜類早期輻射演化的認(rèn)知，明確了早期硬骨魚頜與牙齒的演化軌跡。”朱敏說，志留紀(jì)的2000萬年中，硬骨魚類已經(jīng)非常多樣化，演化出較大的體形，成為生態(tài)系統(tǒng)中的頂級掠食者，并分化出肉鰭魚類和輻鰭魚類，為它們后續(xù)成為地球上最繁盛的脊椎動物類群，以及“從魚到人”奠定了基礎(chǔ)。

此次成果進(jìn)一步證實，我國南方是硬骨魚乃至整個有頜脊椎動物起源的搖籃。不過，在“從魚到人”的演化鏈條中，仍有大量缺失的環(huán)節(jié)等待填補。未來，對志留紀(jì)有頜脊椎動物的持續(xù)研究，將推動學(xué)界破解更多“從魚到人”早期演化歷程中的重要科學(xué)問題。

來源：人民日報