這些新發(fā)現揭示了早期有頜類(lèi)崛起的過(guò)程——最遲到4.4億年前,有頜類(lèi)各大類(lèi)群已經(jīng)欣欣向榮;到了志留紀晚期,更多樣、更大型的有頜類(lèi)屬種出現并開(kāi)始擴散到全球,開(kāi)啟了魚(yú)類(lèi)登陸并最終演化成為人類(lèi)的進(jìn)程。
朱敏 中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所
一直以來(lái),生命的起源和演化都是科學(xué)研究的重大課題之一。脊椎動(dòng)物的起源和演化更是關(guān)系到人類(lèi)從何而來(lái),因此廣受關(guān)注。
近日,中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所朱敏院士團隊在《自然》上以封面文章的形式同期發(fā)表四篇論文,集中報道了他們對有頜類(lèi)的起源與最早期輻射分化的最新研究進(jìn)展。
論文刊出不久,“我國科學(xué)家證實(shí)人類(lèi)是從魚(yú)進(jìn)化來(lái)的”這一話(huà)題就登上了微博熱搜榜首,“從魚(yú)到人”的演化史引發(fā)輿論熱議。不少網(wǎng)友驚呼:人類(lèi)的祖先不是猴子嗎?怎么變成魚(yú)了?難道教科書(shū)又要改了?
人類(lèi)的祖先到底是猿還是魚(yú)?我們該如何理解“人類(lèi)是從魚(yú)進(jìn)化來(lái)的”?這四篇論文究竟研究了哪些內容?為此,科技日報記者采訪(fǎng)了有關(guān)專(zhuān)家。
“從魚(yú)到人”是歷時(shí)5億多年的演化
“我們一般認為,人類(lèi)有一個(gè)共同的祖先。這種認識是有偏頗的,在人類(lèi)演化歷程中的不同階段,其實(shí)我們有很多個(gè)祖先?!敝袊茖W(xué)院古脊椎所副研究員朱幼安說(shuō),“具體來(lái)說(shuō),猿和魚(yú)都是我們的祖先。相對于猿來(lái)說(shuō),魚(yú)類(lèi)是我們更早的祖先,也是包括猿在內所有脊椎動(dòng)物的共同祖先?!?/p>
對此,朱敏解釋道,“從魚(yú)到人”的演化并不是從魚(yú)直接變成人,而是一個(gè)長(cháng)達5億多年的演化史。演化史中間經(jīng)歷了多次重大的演化事件,其中,頜的起源與有頜類(lèi)的崛起稱(chēng)得上最關(guān)鍵的躍升之一。
然而,這一躍升究竟是如何發(fā)生的,一直困擾著(zhù)古生物學(xué)界。有頜類(lèi)化石直到4.19億年前的泥盆紀之初才大量出現,然而分子生物學(xué)資料卻證明,有頜類(lèi)的起源時(shí)間應早于約4.5億年前。
“這就意味著(zhù),有頜類(lèi)的早期演化存在至少3000萬(wàn)年的化石記錄空白,這一階段橫跨奧陶紀晚期和志留紀絕大部分?!敝煊装蔡寡?。
事實(shí)上,志留紀是地球生命演化的關(guān)鍵階段。在志留紀的兩千萬(wàn)年中發(fā)生了奧陶紀末大滅絕之后的復蘇、維管植物登陸、大氣含氧量上升等對生命史具有深遠影響的重大事件。
但是,志留紀的魚(yú)類(lèi)化石長(cháng)期以來(lái)一直非常稀少。全球發(fā)現的志留紀魚(yú)類(lèi)主要是無(wú)頜的“甲胄魚(yú)類(lèi)”,有頜類(lèi)在這個(gè)時(shí)代難覓蹤影。之前從來(lái)沒(méi)有找到過(guò)志留紀早期完整的有頜脊椎動(dòng)物化石,甚至沒(méi)有找到過(guò)哪怕是部分關(guān)聯(lián)的骨骼?;瘜?shí)證的缺失使得學(xué)界長(cháng)期以來(lái)只能通過(guò)間接證據和微體化石來(lái)推測、猜想有頜類(lèi)的起源與早期演化過(guò)程。由于缺失蘊含豐富形態(tài)和解剖學(xué)信息的大化石,有頜類(lèi)的起源和最早期演化一直籠罩在迷霧之中。
為尋找相關(guān)的化石證據,朱敏團隊花了近十年的時(shí)間在全國進(jìn)行走訪(fǎng)。功夫不負有心人,他們在華南志留紀早期地層中,發(fā)現了重慶特異埋藏化石庫和貴州石阡化石庫。
古魚(yú)化石解答一系列重要科學(xué)問(wèn)題
“在這兩個(gè)化石庫里,我們發(fā)現了五條魚(yú)的化石。它們填補了全球志留紀早期有頜類(lèi)化石記錄的空白,首次為有頜類(lèi)的崛起與最早期輻射分化提供了確切證據,讓解答‘從魚(yú)到人’最初階段的一系列重要科學(xué)問(wèn)題成為可能?!敝烀魪娬{。
朱敏介紹,這五條古魚(yú)分別是發(fā)現于貴州石阡化石庫的雙列黔齒魚(yú)和新塑梵凈山魚(yú),發(fā)現于重慶特異埋藏化石庫的靈動(dòng)土家魚(yú)、蠕紋沈氏棘魚(yú)和奇跡秀山魚(yú)。
研究團隊采用新技術(shù)、新方法對這些魚(yú)類(lèi)化石進(jìn)行了詳細研究,發(fā)現了最早有頜類(lèi)的牙齒、頭部、身體以及偶鰭的雛形。這些是過(guò)去完全未知的最早有頜類(lèi)的身體結構與解剖學(xué)信息。這次的發(fā)現在有頜類(lèi)最早期的分化、重要器官和身體構型演化等重要科學(xué)問(wèn)題的探索中取得了新進(jìn)展,刷新了諸多傳統認知。
通過(guò)對4.39億年前的雙列黔齒魚(yú)開(kāi)展細致的研究,研究人員發(fā)現了最早有頜類(lèi)牙齒的生長(cháng)結構和發(fā)育特征?!爸玖艏o早期黔齒魚(yú)的發(fā)現是非常罕見(jiàn)的,雙列黔齒魚(yú)的齒旋代表了最早的有頜類(lèi)牙齒,將牙齒的最早化石記錄前推了1400萬(wàn)年?!敝烀粽f(shuō)。
同時(shí),系統發(fā)育分析表明,黔齒魚(yú)隸屬軟骨魚(yú)類(lèi)全群,支持了在約4.85至4.5億年前的奧陶紀生物大輻射時(shí)期已出現有頷類(lèi)脊椎動(dòng)物的認知。
而鯊魚(yú)在4.4億年前的近親——新塑梵凈山魚(yú)則代表了最早的具有關(guān)聯(lián)結構的有頜類(lèi)。新塑梵凈山魚(yú)揭開(kāi)了古老鯊魚(yú)近親的神秘面紗,將軟骨魚(yú)類(lèi)的最早出現時(shí)間前推至志留紀早期。研究結果還表明,硬骨魚(yú)類(lèi)干群在志留紀早期也應該已經(jīng)出現。
更重要的是,梵凈山魚(yú)的發(fā)現表明,早在志留紀早期,軟骨魚(yú)類(lèi)干群就已經(jīng)演化出典型的柵棘魚(yú)形態(tài),同時(shí)具有硬骨魚(yú)類(lèi)的組織學(xué)特征,為有頜類(lèi)在志留紀早期就開(kāi)始了輻射演化提供了強有力的支持,也使得有關(guān)奧陶紀、志留紀魚(yú)類(lèi)鱗片和棘刺化石分類(lèi)位置的爭論有了明確的答案。
新發(fā)現首次大規模展示有頜類(lèi)面貌
在重慶特異埋藏化石庫里,研究人員找到了世界上第一個(gè)具有完整身體保存的盔甲魚(yú)類(lèi)化石,并給它取了一個(gè)非常生動(dòng)的名字——靈動(dòng)土家魚(yú)。
靈動(dòng)土家魚(yú)的發(fā)現首次完整地揭示出盔甲魚(yú)類(lèi)身體的全貌?!坝绕淞钊梭@訝的是,我們在靈動(dòng)土家魚(yú)的腹部發(fā)現一對縱貫全身的腹側鰭褶,從頭后部一直延伸到尾尖?!敝袊茖W(xué)院古脊椎所研究員蓋志琨說(shuō),“這是一個(gè)巨大的驚喜,因為之前人們一直認為盔甲魚(yú)類(lèi)沒(méi)有成對的偶鰭?!?/p>
蓋志琨表示,這一發(fā)現不僅為100多年前的“鰭褶理論”提供了最為關(guān)鍵的化石證據,而且與現代分子發(fā)育生物學(xué)的數據高度吻合。古生物化石證據與發(fā)育生物學(xué)的交叉印證,使得脊椎動(dòng)物成對附肢的起源研究與頜起源研究一樣成為演化—發(fā)育生物學(xué)的又一個(gè)經(jīng)典案例。
重慶特異埋藏化石庫發(fā)現的蠕紋沈氏棘魚(yú)是一種軟骨魚(yú)類(lèi)?!拔覀儼l(fā)現的保存完好的蠕紋沈氏棘魚(yú),實(shí)現了中國志留紀—泥盆紀軟骨魚(yú)類(lèi)大化石發(fā)現零的突破。不僅如此,蠕紋沈氏棘魚(yú)也是世界上目前發(fā)現最早的保存完好的軟骨魚(yú)類(lèi)大化石。來(lái)自中國的蠕紋沈氏棘魚(yú)化石已經(jīng)成為了揭示軟骨魚(yú)類(lèi)起源的決定性證據?!敝煊装步榻B。
研究顯示,蠕紋沈氏棘魚(yú)既具有典型軟骨魚(yú)類(lèi)的身體構型,同時(shí)還擁有類(lèi)似盾皮魚(yú)類(lèi)的、過(guò)去從未在任何軟骨魚(yú)類(lèi)中發(fā)現的包圍肩帶的大塊膜質(zhì)骨甲。這證明,軟骨魚(yú)類(lèi)是由“戴盔披甲”的祖先演化而來(lái)的。
奇跡秀山魚(yú)屬于盾皮魚(yú)類(lèi)。朱幼安說(shuō),奇跡秀山魚(yú)在時(shí)代上比較靠近有頜類(lèi)的起源時(shí)間點(diǎn),并不能被歸到任何過(guò)去已知的盾皮魚(yú)類(lèi)類(lèi)群中,而是糅合了多個(gè)盾皮魚(yú)大類(lèi)的特征。因此,它與后來(lái)其它盾皮魚(yú)類(lèi)共享的特征,很可能是有頜類(lèi)的原始特征。
在朱敏看來(lái),這些新發(fā)現在古生物學(xué)史上第一次大規模展示了志留紀魚(yú)群特別是有頜類(lèi)的面貌,并揭示了早期有頜類(lèi)崛起的過(guò)程——最遲到4.4億年前,有頜類(lèi)各大類(lèi)群已經(jīng)在華南地區欣欣向榮;到了志留紀晚期,更多樣、更大型的有頜類(lèi)屬種出現并開(kāi)始擴散到全球,開(kāi)啟了魚(yú)類(lèi)登陸并最終演化成為人類(lèi)的進(jìn)程。