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“袖珍邊城魚”復(fù)原圖。課題組供圖

■本報記者 韓揚眉

遠古生物總能為人類認識自己、了解自己提供“蛛絲馬跡”。例如，人類牙齒的形成或許就與數(shù)億年前的一種魚有關(guān)。

近日，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員朱敏團隊在重慶秀山縣發(fā)現(xiàn)了一條完整保存的全新志留紀(jì)有頜魚類“袖珍邊城魚”，其為頜與牙齒的早期演化提供了新實證。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《當(dāng)代生物學(xué)》。秀山縣也成為目前全球第二個發(fā)現(xiàn)較多完整志留紀(jì)有頜類的化石點。

跨越千萬年的演化“謎團”

包括人類在內(nèi)的99.8%的脊椎動物都具有頜骨，即上頜和下巴，也被統(tǒng)稱為有頜類。

“頜的出現(xiàn)是生命演化史最重要的躍升之一，古生物學(xué)界非常關(guān)注有頜魚類的起源和早期演化?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧弧⒅袊茖W(xué)院古脊椎動物與古人類研究所副研究員朱幼安告訴《中國科學(xué)報》。

有頜類的起源可以追溯到4.44億年前的奧陶紀(jì)。然而，直到2000多萬年后的泥盆紀(jì)才開始大量出現(xiàn)有頜類化石，其間的志留紀(jì)有頜魚類化石僅有零散的鱗片和棘刺，這使得有頜類在這段長達數(shù)千萬年的演化歷史中成為了一段“無字天書”。

朱幼安指出，長期以來，人們不清楚最早期的有頜類到底是什么形態(tài)，也不清楚像硬骨魚類、軟骨魚類這樣流線型的靈活魚類，是如何從“身披甲胄”的無頜甲胄魚，以及雖然已經(jīng)演化出頜，但身體前半部分仍然覆蓋著外骨骼“盔甲”的盾皮魚類演化而來的。

自2007年起，朱敏帶領(lǐng)團隊在云南曲靖發(fā)現(xiàn)了志留紀(jì)瀟湘脊椎動物群，其中包括大量完整保存的有頜魚類。這使得中國成為目前唯一發(fā)現(xiàn)較多志留紀(jì)有頜類完整化石的國家，為全面認識有頜類的早期身體結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵實證資料。團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了占據(jù)演化關(guān)鍵位置的“初始全頜魚”“長吻麒麟魚”。

“但是，由于全世界僅發(fā)現(xiàn)這一個地方有完整保存的志留紀(jì)有頜魚類，便有一種觀點認為，這些魚的形態(tài)不過是在局限地域里非常特化的結(jié)果，那樣的話，這些化石的信息就沒有那么重要了?！敝煊装舱f。

為了找到更多的志留紀(jì)有頜魚類化石，探究這個問題的真相，多年來，研究團隊幾乎踏遍全國范圍的志留紀(jì)地層，與各地地質(zhì)調(diào)查部門深入合作，終于在秀山縣有了發(fā)現(xiàn)。

尋找第二個“家”

4.23億年前的志留紀(jì)晚期，也被稱為羅德洛世。彼時，華南古陸漂泊在赤道附近的大洋之中，海水沿著曲折凹凸的海岸線侵入陸架，形成若干巨大的海灣或內(nèi)海，這些淺海成為早期水中生命的“庇護所”。

那時，處在湘渝之交的秀山地區(qū)便位于華南古陸北緣一個比當(dāng)今渤海還要大的內(nèi)海之中。河流在這里匯入內(nèi)海，帶來了大量養(yǎng)分，并孕育了豐富的生命，河口和灘涂的半咸水中生長大量的原始植物，其間生活著無頜的盔甲魚類、海蝎和最早的有頜魚類。它們的遺骸被河流不斷帶來的泥沙覆蓋，并在漫長的地質(zhì)時間內(nèi)變成了化石。

2019年底，團隊成員、重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院博士后李強在秀山洪安邊城附近沿“川河蓋天路”踏勘志留紀(jì)含魚地層，在羅德洛統(tǒng)小溪組中意外發(fā)現(xiàn)了一塊完整對半開的有頜魚類化石。

這正是袖珍邊城魚的正型標(biāo)本！

這一地層過去還從未報道過完整的有頜魚類。團隊成員們驚喜萬分，李強和朱幼安等人迅速對這塊化石展開了詳細研究。

“盡管保存非常完整，但研究這塊化石并不容易，許多微小結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近粉砂巖粒度保存精度的上限，特別是埋在圍巖內(nèi)部的骨片形態(tài)，經(jīng)過多次高精度CT掃描，才通過沿骨片裂開的、只有幾微米寬的細微縫隙重建出來?！敝煊装舱f。

邊城魚的外骨骼骨甲模式和之前在曲靖瀟湘動物群中發(fā)現(xiàn)的麒麟魚接近，顯示它與麒麟魚、全頜魚、志留魚同屬全頜盾皮魚類。這證明該類群在當(dāng)時的華南包括印支地塊廣泛分布，因此它們的一些關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)信息在厘清有頜類早期演化，特別是硬骨魚、軟骨魚等起源上顯得非常重要。

重要的袖珍“獵手”

全頜盾皮魚類是中國特有的一類早期有頜魚類，與現(xiàn)代有頜脊椎動物，即硬骨魚類和軟骨魚類共同祖先的起源密切相關(guān)。

研究團隊通過系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)，邊城魚保存了下頜和下頜齒，它的下頜與全頜魚的邊緣頜骨十分相似，但其內(nèi)側(cè)有發(fā)達的口內(nèi)葉，其上可見5個較大的圓錐狀齒。這些齒的生長和排列形式與其他盾皮魚類，特別是節(jié)甲魚類的齒突相似。

因此，邊城魚的頜骨可能比全頜魚和麒麟魚更原始。這意味著它是現(xiàn)代魚類與節(jié)甲魚類等傳統(tǒng)定義的盾皮魚類頜骨及牙齒的一個過渡狀態(tài)，為現(xiàn)代有頜類，包括我們?nèi)祟愵M骨和牙齒的起源和演化提供了重要化石實證。

讓研究團隊感到欣喜的是，邊城魚化石保存相當(dāng)完整，比如在盾皮魚類中很少發(fā)現(xiàn)完整的鰭，邊城魚就保存了這部分結(jié)構(gòu)。它的鰭有發(fā)達鱗片覆蓋的肉質(zhì)“柄”狀部分，而鰭條部分則只有外側(cè)狹窄的一圈。這與常見魚類的透明、折扇狀魚鰭十分不同。

“有意思的是，邊城魚‘體形很小’，化石只有2厘米長，活著時整條魚可能也只有約4厘米長，但牙齒很大。邊城魚可能是十分兇猛的袖珍‘獵手’，以生活環(huán)境內(nèi)的其他小動物，如米氏海蝎、秀山盾魚、牙形動物等為食?！敝煊装舱f。

目前，盡管完整的全頜盾皮魚類只在中國發(fā)現(xiàn)，但新發(fā)現(xiàn)提供的比較解剖學(xué)證據(jù)顯示，上世紀(jì)末在越南志留紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)的零星盾皮魚類骨片也應(yīng)屬于全頜盾皮魚類，指示印支地塊和華南地塊在志留紀(jì)有非常密切的古地理聯(lián)系。

朱幼安表示，袖珍邊城魚只是邊城動物群報道的第一條有頜魚類。他們在同一層位還發(fā)現(xiàn)了其他有頜類和無頜類的化石，并在重慶志留紀(jì)地層其他地點也發(fā)現(xiàn)了重要化石，目前正在挖掘研究當(dāng)中。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.05.053