5月19日，《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所朱敏課題組盧靜等與英國(guó)牛津大學(xué)同行合作完成的研究成果。借助高精度CT掃描技術(shù)，他們對(duì)4.1億年前的晨曉彌曼魚(yú)腦顱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新研究，揭示了彌曼魚(yú)內(nèi)顱具有典型的輻鰭魚(yú)類特征，如側(cè)顱管與噴水管，為解開(kāi)輻鰭魚(yú)類起源謎團(tuán)提供了最新證據(jù)。該研究還發(fā)現(xiàn)“整列層”結(jié)構(gòu)不但見(jiàn)于肉鰭魚(yú)類，也存在于某些早期輻鰭魚(yú)類，修訂了“整列層”是肉鰭魚(yú)類特有結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)假說(shuō)。
硬骨魚(yú)類是脊椎動(dòng)物演化的主干。硬骨魚(yú)類分兩大支系，即肉鰭魚(yú)類和輻鰭魚(yú)類。大約在3.8億年前的晚泥盆世，肉鰭魚(yú)類開(kāi)始登上陸地，演化出包括人類在內(nèi)的陸地脊椎動(dòng)物。然而，留在水中的肉鰭魚(yú)類逐漸式微，輻鰭魚(yú)類成為地球水域的征服者。今天的輻鰭魚(yú)類擁有龐大的物種數(shù)（32219種，約占脊椎動(dòng)物物種總數(shù)的一半），占領(lǐng)了從雨后水塘到深海火山口的各種生態(tài)環(huán)境。我們?nèi)粘＝佑|到的形形色色的魚(yú)類，絕大多數(shù)屬于輻鰭魚(yú)類。
據(jù)盧靜介紹，晚志留世至早泥盆世（約4.3億年前到4億年前）是硬骨魚(yú)類演化的關(guān)鍵階段，肉鰭魚(yú)類和輻鰭魚(yú)類也在這一時(shí)期分道揚(yáng)鑣。在地質(zhì)歷史上，這是一個(gè)動(dòng)蕩不安的時(shí)代，地球環(huán)境在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了多次改變。舊的生物類群衰落下去，創(chuàng)造了新的演化機(jī)會(huì)。長(zhǎng)著上下頜的魚(yú)類朝著不同方向發(fā)展出許多新的類群，奠定了之后四億年中脊椎動(dòng)物演化的基礎(chǔ)。“魚(yú)類的時(shí)代”開(kāi)始了。
然而，輻鰭魚(yú)類在這一時(shí)期留下的化石卻極其稀少。過(guò)去對(duì)最早期輻鰭魚(yú)類的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自3.9-3.8億年前的鱈鱗魚(yú)化石，這是一種長(zhǎng)可超過(guò)半米、體型流線、長(zhǎng)著大的口裂和鋒利牙齒的掠食者。它在歐洲和北美都留下數(shù)量眾多、保存完好的化石材料�？墒�，鱈鱗魚(yú)已經(jīng)擁有了輻鰭魚(yú)類的絕大多數(shù)典型特征，跟輻鰭魚(yú)類與肉鰭魚(yú)類的最近共同祖先相比，它們之間還存在相當(dāng)大的一段缺口。在過(guò)去至今的一百多年古生物學(xué)史中，這一缺口一直是困擾學(xué)界的一個(gè)大謎團(tuán)。
盧靜等人的研究結(jié)果表明，填補(bǔ)這個(gè)演化缺口，解開(kāi)輻鰭魚(yú)類起源謎團(tuán)的關(guān)鍵證據(jù)也許已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。
據(jù)文章通訊作者朱敏介紹，晚志留世到早泥盆世，我國(guó)的云南東部還是一片處于赤道附近的熱帶淺海，這片水域成為了早期硬骨魚(yú)類的演化搖籃。4.1億年前生活在這里的曲靖西屯動(dòng)物群中，占據(jù)統(tǒng)治地位的是多種多樣的早期肉鰭魚(yú)類，它們的數(shù)量和種類都很多，可能以體型較小的盔甲魚(yú)和盾皮魚(yú)類為食。這些肉鰭魚(yú)類中有斑鱗魚(yú)、楊氏魚(yú)、奇異魚(yú)等一系列古生物學(xué)的“明星物種”，為研究肉鰭魚(yú)類的早期演化提供了獨(dú)一無(wú)二的窗口。
西屯動(dòng)物群的化石證據(jù)表明，在硬骨魚(yú)演化的早期，各個(gè)類群的分野并沒(méi)有那么明顯。比如像斑鱗魚(yú)那樣的肉鰭魚(yú)類，同時(shí)也具有一些輻鰭魚(yú)類的特征。這說(shuō)明西屯動(dòng)物群已經(jīng)相當(dāng)接近輻鰭魚(yú)類和肉鰭魚(yú)類演化道路的分歧點(diǎn)。
進(jìn)入21世紀(jì)，古脊椎所早期脊椎動(dòng)物課題組在持續(xù)多年的野外工作中，陸續(xù)找到了幾塊不太起眼的頭顱化石，在數(shù)量和保存完好程度上都無(wú)法與斑鱗魚(yú)、楊氏魚(yú)等明星物種相比。然而，它即將為輻鰭魚(yú)類的起源提供重要的證據(jù)。這條魚(yú)就是最初被歸入肉鰭魚(yú)類的晨曉彌曼魚(yú)。
晨曉彌曼魚(yú)的正型標(biāo)本是一片薄薄的“凸”字形骨片，魚(yú)活著的時(shí)候，它構(gòu)成腦顱的頂蓋。骨片的表面有無(wú)數(shù)的細(xì)孔，這種帶細(xì)孔的硬組織結(jié)構(gòu)被稱為“整列層”，一直被認(rèn)為是早期肉鰭魚(yú)類獨(dú)有的特征。最早曾把彌曼魚(yú)歸入肉鰭魚(yú)類，主要依據(jù)的就是整列層的存在。然而，原始肉鰭魚(yú)類的腦顱分為前后兩個(gè)部分，而彌曼魚(yú)的腦顱卻和原始輻鰭魚(yú)類一樣渾然一體。彌曼魚(yú)的歸屬因此成為學(xué)界懸而未決的一個(gè)問(wèn)題。要確定彌曼魚(yú)的歸屬，還必須尋找更多的證據(jù)。
把骨片翻過(guò)來(lái)后，露出層層疊疊、像丘陵等高線般復(fù)雜而不規(guī)則的、已經(jīng)石化的構(gòu)造，這些構(gòu)造代表了四億年前古老魚(yú)類的腦腔、血管、神經(jīng)和內(nèi)耳等精細(xì)結(jié)構(gòu)的形態(tài)。利用高精度CT技術(shù)對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行的研究表明，彌曼魚(yú)還具有好幾種輻鰭魚(yú)類才有的特征，而最關(guān)鍵的證據(jù)來(lái)自它的噴水孔——人類耳道的前身。
《莊子》中有則神話：混沌是上古的帝神，沒(méi)有七竅；他的朋友倏和忽給他鑿出七竅，鑿?fù)昊煦缇退懒�。頭顱上的孔竅攸關(guān)性命，在演化史上也基本保持著穩(wěn)定，人的眼、鼻、口，在脊椎動(dòng)物歷史的早期就都出現(xiàn)并已初具雛形。只有耳朵是個(gè)例外，它經(jīng)歷了最大的演化重組和改變。
我們的耳孔，在原始水生脊椎動(dòng)物中叫做噴水孔，由靠前的一對(duì)鰓孔演化而來(lái)。噴水孔名不副實(shí)，和噴水沒(méi)有多大關(guān)系，它的功能在于呼吸和感覺(jué)。鯊魚(yú)和鰩魚(yú)的噴水孔里有用來(lái)輔助平衡感的感覺(jué)器官，同時(shí)也可以用來(lái)吸入新鮮的水流�，F(xiàn)生的多鰭魚(yú)在缺氧的水體中生活，會(huì)利用頭頂部的噴水孔，像鼻孔那樣吸進(jìn)空氣。魚(yú)類登上陸地之后，噴水孔變成了連接內(nèi)耳和外界聲源的通道，成為我們聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)不可缺少的一部分。
相當(dāng)一部分輻鰭魚(yú)類的噴水孔和其他魚(yú)類都不一樣，它在腦顱頂蓋的底部形成了一段骨質(zhì)的封閉管道，稱作噴水管。彌曼魚(yú)的腦顱化石上也顯示了同樣的特征。此外，它的腦顱在內(nèi)耳部分還有一個(gè)特殊的空腔，這也是只有輻鰭魚(yú)類才有的特征。在現(xiàn)生的鱘魚(yú)（屬于較原始的輻鰭魚(yú)類）中，這個(gè)空腔用來(lái)容納造血器官。憑借這些新證據(jù)，盧靜等人將彌曼魚(yú)歸入到了輻鰭魚(yú)類，彌曼魚(yú)也因此成為目前已知最原始、也是最早的輻鰭魚(yú)類，它將輻鰭魚(yú)類最早的沒(méi)有爭(zhēng)議的化石記錄向前推了2千萬(wàn)年。
在“魚(yú)類時(shí)代”剛剛拉開(kāi)帷幕的那個(gè)紀(jì)元中，水中生活著多種多樣古怪的硬骨魚(yú)類，最早的輻鰭魚(yú)類也許就在其中，只是外表很可能與后來(lái)的典型輻鰭魚(yú)類不太一樣。隨著更多更完整的原始硬骨魚(yú)類化石材料的發(fā)現(xiàn)，輻鰭魚(yú)類，這些地球水域征服者的起源，將會(huì)變得越來(lái)越清晰。
該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目與科技部“973”項(xiàng)目的支持。
圖1 晨曉彌曼魚(yú)腦顱結(jié)構(gòu)CT重建模型。A，彌曼魚(yú)顱頂甲（背視）；B，彌曼魚(yú)內(nèi)顱（腹視）；C，彌曼魚(yú)腦腔背視；D，晚泥盆世輻鰭魚(yú)Mimipiscs腦腔背視（盧靜供圖）。
圖2 晨曉彌曼魚(yú)生態(tài)復(fù)原圖(澳大利亞Flinders大學(xué)Brian Choo繪制)。
圖3 晨曉彌曼魚(yú)所在分支系統(tǒng)圖。綠色示意輻鰭魚(yú)類，藍(lán)色示意肉鰭魚(yú)類（盧靜供圖）。
