中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏團隊在魚類登陸研究領域取得的新進展, 研究成果9月4日線上發表在《自然—生態學與進化》上。 研究團隊在寧夏青銅峽發現了一種3.7億前的古魚——周氏鴻魚, 該魚體長達到1.5米, 兼具根齒魚類、希望螈類和四足動物的特徵, 揭示了魚類適應陸地生活的特徵曾多次出現, 魚類登陸進程遠比過去所認識的要複雜得多。
包括人類在內, 所有陸地脊椎動物(四足動物)的共同祖先均可追溯到在3億多年前的泥盆紀登陸的魚類。 一百多年來的化石發現和深入研究,
朱敏等在寧夏青銅峽發現的泥盆紀古魚打破了上述演化架構, 給魚類登陸的圖景籠罩了一團疑雲。 寧夏青銅峽與中甯交界的石峽溝剖面出露中國北方經典的泥盆紀含魚地層, 曾發現中國最早的四足動物化石——潘氏中國螈。 2002年, 朱敏、趙文金、賈連濤等陪同瑞典烏普薩拉大學教授Per Ahlberg考察石峽溝剖面, 在採石場的陡壁上意外地發現一排化石的斷面。 在採石工人的幫助下, 他們從陡壁上取下了大約一米見方的厚重砂岩,
鴻魚生活的晚泥盆世, 在歐洲、北美、澳大利亞的水域中存在許多代表四足動物幹群不同分支的大型肉鰭魚, 而真正的四足動物及其近親希望螈類也已出現。 在詳細研究後, 朱敏等發現鴻魚身上集合了諸多類群的特徵。 鴻魚在肩帶以及肩胛骨與前肢骨的關節結構上, 與希望螈類以及原始四足動物表現出相似性。 鴻魚第一節脊椎骨與頭骨之間已經出現枕關節,
鴻魚又具有很多根齒魚類的特徵, 如上顳骨與外顳骨接觸, 肩帶強壯且有一個高的鎖骨棘, 薄圓鱗, 前上頜骨面葉很高等, 足以將其歸入這個類群之中。 根齒魚類是大型掠食性魚類, 最大的根齒魚體長可達7米, 被稱為“石炭紀水怪”。 二百多年前, 蘇格蘭愛丁堡附近的石炭紀煤層中就發現了屬於根齒魚類的巨大牙齒。 早期古生物學家理查·歐文、赫胥黎以及阿加西等都曾研究過根齒魚類, 並曾就此有過激烈的論戰。 上世紀,
鴻魚呈現的鑲嵌特徵對這一架構提出了新挑戰。 到底是根齒魚類還是骨鱗魚類是四足動物的“近親”?魚類登陸進程再生疑雲。 朱敏等對四足動物幹群開展細緻、深入的特徵分析, 建立了一個包括33個四足動物幹群成員, 5個外類群, 169個特徵的特徵矩陣。 基於貝葉斯分析與最簡約法分析獲得了兩種不同的四足動物幹群系統發育關係框架, 其中最主要的差別在於根齒魚類的位置。貝葉斯分析所得到的結果仍然支持根齒魚類在四足動物幹群中的原始位置。在這一框架下,鴻魚所具有的鑲嵌特徵反映了根齒魚類與希望螈類-四足動物之間發生了大量的趨同,魚類適應陸地生活的特徵曾多次出現。最簡約法分析所得到的結果則復活了根齒魚類在魚類登陸進程中所處的中心地位,鴻魚所具有的特徵指示了這三個類群之間的密切親緣關係,鴻魚與根齒魚類是最接近希望螈類和四足動物的魚類。
依據現有的化石資料,還很難在這兩種理論中做出選擇。但無論是哪種情況,鴻魚的發現證明過去大大低估了四足動物支系的形態分異度和生物地理分區水準,泥盆紀的根齒魚類和骨鱗魚類向著適應登陸生活發生過顯著的平行演化,這些分屬不同類群的大型淺水捕食魚類都曾各自嘗試過向陸地拓展,但最終只有一支取得了成功。
該研究工作獲得國家自然科學基金委員會重點專案和中科院前沿科學重點研究專案的資助。
鴻魚正型標本照片與素描(朱敏供圖)
鴻魚骨骼復原圖(朱敏供圖)
鴻魚分類位置(朱敏供圖)
鴻魚生態復原圖,在泥盆紀古湖泊中與寧夏魚和槳麟魚相伴
其中最主要的差別在於根齒魚類的位置。貝葉斯分析所得到的結果仍然支持根齒魚類在四足動物幹群中的原始位置。在這一框架下,鴻魚所具有的鑲嵌特徵反映了根齒魚類與希望螈類-四足動物之間發生了大量的趨同,魚類適應陸地生活的特徵曾多次出現。最簡約法分析所得到的結果則復活了根齒魚類在魚類登陸進程中所處的中心地位,鴻魚所具有的特徵指示了這三個類群之間的密切親緣關係,鴻魚與根齒魚類是最接近希望螈類和四足動物的魚類。依據現有的化石資料,還很難在這兩種理論中做出選擇。但無論是哪種情況,鴻魚的發現證明過去大大低估了四足動物支系的形態分異度和生物地理分區水準,泥盆紀的根齒魚類和骨鱗魚類向著適應登陸生活發生過顯著的平行演化,這些分屬不同類群的大型淺水捕食魚類都曾各自嘗試過向陸地拓展,但最終只有一支取得了成功。
該研究工作獲得國家自然科學基金委員會重點專案和中科院前沿科學重點研究專案的資助。
鴻魚正型標本照片與素描(朱敏供圖)
鴻魚骨骼復原圖(朱敏供圖)
鴻魚分類位置(朱敏供圖)
鴻魚生態復原圖,在泥盆紀古湖泊中與寧夏魚和槳麟魚相伴