作者:丁佳 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/10/21 14:31:41
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它从远古来:“麒麟鱼”揭秘人类颌骨来源之谜

 

人都要吃饭,长有上下颌的嘴巴是人类进食、呼吸、交流的重要器官,也是从鱼到人全部有颌脊椎动物的共同特征。人的上下颌骨构造并不复杂,然而实际上,它们经过了曲折复杂的演化历程,才变成今天的样子。

但是,人类颌骨的起源问题却始终是个谜团。早在11年前,美国《科学》杂志就将“翼、鳍与面孔如何发育演化”定为125个最具挑战性的科学问题之一。

10月21日,《科学》杂志报道了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏与瑞典乌普萨拉大学阿尔伯格联合团队的一项最新成果,科学家在一条4.23亿年前的小鱼身上,发现了新的秘密。这一最新成果,为描绘面孔如何发育演化添上了浓重的一笔。

古鱼“王国”重见天日

大约4.19至3.59亿年前的泥盆纪被称为“鱼类时代”。那时,形形色色的鱼类游弋在地球的各处水域,而身体覆盖着大块骨板的盾皮鱼类则是当之无愧的统治者。其中最有名的就是史前超级掠食者——邓氏鱼。邓氏鱼体长可达10米,上下颌武装着刀片状的锋利骨板,拥有液压剪一般的强大咬合力,以各种大型鱼类为食。

然而,随着鱼类时代的落幕,邓氏鱼和其他盾皮鱼类在泥盆纪末期突然绝灭。成为演化的“死胡同”,它们留下的生存空间被更进步的硬骨鱼类和软骨鱼类瓜分。

多少年来,古生物学家一直在试图弄清楚这些类群之间的演化关系,进而理清人类远祖的谱系,但却只能通过一鳞半爪的零碎材料试图还原这段历史。找到完整保存的古鱼,是全球古生物学家梦寐以求的“圣杯”。

志留纪到泥盆纪时的中国南方是漂泊在赤道附近的孤洲,云南处于这片大陆的南部。云南曲靖志留纪晚期的潇湘动物群时代古老,保存精美,种类繁多,形态奇特,堪称失落的古鱼“王国”。这让科学家燃起了新的希望。

怪鱼“麒麟”

经过数年持续发掘,潇湘动物群的多样性远超朱敏等人最初的预料,他们发现这个古鱼“王国”曾经繁荣一时,主要组成是全颌盾皮鱼类。“它们长着硬骨鱼模式的上下颌,身体其他地方却保持着典型盾皮鱼的样子,显示硬骨鱼类由盾皮鱼类直接演化而来。”朱敏说,“这彻底颠覆了对鱼类时代各大类群间演化关系的传统认识。

随着发掘的深入,朱敏等人在潇湘动物群中发现了一种全新的全颌盾皮鱼——长吻麒麟鱼。

麒麟鱼的名字一语双关,既以发现地曲靖市麒麟区命名,也寓意它像传说中龙头、鹿角、麋身、牛尾的神兽麒麟一样,集多个类群的特征于一身。

“麒麟鱼的头既有点像海豚,又有点像鲟鱼,前端有前伸的扁平吻突,之后是隆起的‘额头’,口和鼻孔都位于腹面。它的躯体呈长长的箱形,底部平坦。”朱敏说,“在志留纪曲靖的海湾中,它们大概聚集成群,在水底缓慢游动,用吻部翻起泥沙,寻找蠕虫和有机碎屑为食。”

麒麟鱼体型不大,活着时体长约20厘米,外表也不太起眼。但朱敏等人却在这条小鱼身上找到了一条关键的演化线索。

拨开迷雾

典型的盾皮鱼有三对简单的膜质颌骨,称为“原颌状态”,而硬骨鱼有内外两个系列的复杂膜质颌骨,称为“全颌状态”。此前的研究表明,人类的主要颌骨可以追溯到全颌状态中。两种状态间存在着宽阔的演化鸿沟,推测其间可能产生过大的重组。

朱敏等人使用高精度CT扫描和计算机三维重建技术对麒麟鱼化石进行了细致研究。他们发现,麒麟鱼具有一副“不完全的全颌”,其颌骨处于全颌鱼和其他更原始盾皮鱼类之间的过渡状态。

“这表示从原颌到全颌的演化是渐进的过程,而非过去认为的那样,产生过巨大的重组。”朱敏认为,麒麟鱼为还原颌的早期演化历程提供了重要证据。

根据这一发现,他们提出了从原颌状态到全颌状态的演化新理论:盾皮鱼类的三对内侧颌部骨骼向外位移,变成了全颌状态中的三对外侧边缘颌骨。因此,人类的颌骨可以向前一直追溯到更古老的远祖——原颌盾皮鱼类中。

北美古脊椎动物学会主席、澳大利亚弗林德斯大学教授约翰·朗评论称,这一关键突破“扫除了我们在脊椎动物颌演化认识上一个大的盲区”,来自中国的系列发现“正改变盾皮鱼类已经灭绝的认识,盾皮鱼类成为理解脊椎动物的身体结构如何在久远的过去一步步演化而来的关键”。

越来越多的证据显示,盾皮鱼类并非原始、笨拙、早已绝灭的演化“死胡同”。正是盾皮鱼类奠定了后来脊椎动物的演化蓝图,它们中的一支——全颌盾皮鱼类——成为包括人类在内征服了今日地球水域和陆地的硬骨脊椎动物的直系祖先。

而潇湘动物群这个四亿多年前失落的“古鱼王国”,还将持续为盾皮鱼类乃至整个脊椎动物的早期演化史补上更多的残简断章。

 
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2016/10/21 14:54:21 zhongxirui
鱼,人类的祖先。
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