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當我們吃魚時，是在吃自己的祖先嗎？

來源：科普中國

發布時間：2022-10-10

瀏覽次數：2472

版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

能夠在頂級期刊發表學術論文是許多科研人員的夢想，特別是《Nature》、《Science》這些在自然科學領域享有崇高聲譽的雜誌。

而就在 2022 年 9 月 29 日，中國科學院古脊椎動物與(yu) 古人類研究所朱敏院士團隊的古魚類學術論文，不僅(jin) 發表在《Nature》雜誌上，還是以封麵文章的形式發表，不僅(jin) 以封麵文章的形式發表，還是一下子連發 4 篇！這些研究成果的重要性可見一斑。

《自然》封麵展示了最新發現的 5 種誌留紀古魚新屬種的三維藝術複原，製圖：Heming Zhang

可能是因為(wei) 在新聞報道中，“從(cong) 魚到人”、“填補空白”這樣的字眼反複出現，這項基礎的科學研究也有幸引起了大家的關(guan) 注，在多個(ge) 媒體(ti) 平台登上了熱搜，還衍生出了“摸魚嚴(yan) 格來說是返祖現象”、“怪不得我是一條鹹魚！”等有趣的梗。

作為(wei) 科研團隊成員之一，我也收到了很多對這項成果的關(guan) 心和好奇，深感榮幸，今天就先回答一些網絡上大家感興(xing) 趣的問題，再試著結合大家的問題，聊聊在不需要專(zhuan) 業(ye) 星空体育官网入口网站基礎的情況下，如何理解這次的成果。下麵，就讓我們(men) 一起“吃瓜”吧！

對一些有趣問題的回答

首先，我收集了評論區一些點讚較高的問題，根據個(ge) 人的認識嚐試做一些回答。

問

當我們(men) 吃魚時，是吃自己的祖先嗎？

答

答案當然是否定的。人類與(yu) 現生魚類的關(guan) 係更類似於(yu) 在四億(yi) 年前分家的超遠房親(qin) 戚，我們(men) 在久遠過去的某個(ge) 節點一定擁有一個(ge) 共同的祖先，但人類和現生的魚類選擇了兩(liang) 條截然不同的道路，並各自演化到今天。我們(men) 與(yu) 現在日常食用魚類的“親(qin) 戚關(guan) 係”已經非常單薄了，在“輩分”上，說是平輩也不為(wei) 過。

問

為(wei) 什麽(me) 新聞裏古生物學家的工作場景經常在公路邊？這和我想的不一樣啊！

答

首先當然是方便，現代的野外工作總體(ti) 上是以車輛為(wei) 主要交通工具，在路上一邊開車一邊快速的“掃射”地層是很多地質人的常用技能。其次，在地質工作中有句老話叫做“逢溝必斷”，意思是總體(ti) 上呈水平沉積的地層總會(hui) 在深溝處破損，易發育斷層。雖然這句話在實際工作中不一定對，但斷麵的存在確實能讓我們(men) 更加輕易地對地層進行研究。這也是為(wei) 什麽(me) 古生物學家經常出現在建築工地與(yu) 公路等能露出岩層的地方。

問

除了這次的5條魚，還挖出了其它化石嗎？

答

除了本次見刊的五個(ge) 新物種外，還有同期發現的十餘(yu) 種全新的魚類屬種正處於(yu) 整理與(yu) 研究階段。在可預見的未來，相信會(hui) 有更多來自華南的研究成果進一步填補脊椎動物演化史的空白。

為(wei) 什麽(me) 說這項研究是“填補空白”？

約 200 年前，地質學家羅德裏克·默奇森（Roderick Murchison）將一套位於(yu) 威爾士與(yu) 英格蘭(lan) 邊界處的岩層命名為(wei) 了“誌留係”。他在這套岩層中發現了包括頜骨、棘刺與(yu) 鱗片在內(nei) 的一些魚類化石碎片，他認為(wei) 這些碎片是“它們(men) 所屬類群中最古老的”，並與(yu) 在上覆地層中發現的其他化石“截然不同”。

地質學家羅德裏克·默奇森，圖片來源：Wikipedia

隨著地質學的發展，人們(men) 越來越明顯地發現，誌留紀地層中稀少的魚類化石與(yu) 上覆的、被稱為(wei) “魚類時代”的泥盆紀地層中豐(feng) 富的魚類化石，在數量上有鮮明的對比。而誌留紀化石的稀缺也使得古生物學家所追求的生命進化圖譜上留下了大塊的空白。這也讓很多人對進化論產(chan) 生了質疑。

現代古生物學家基本認為(wei) ，脊椎動物的進化曆程最早可以追溯到約 5.39 億(yi) -5.20 億(yi) 年前的寒武紀生命大爆發。包括我們(men) 人類在內(nei) ，地球上現存 99.8% 的脊椎動物都具有頜骨（上巴上頜與(yu) 下巴），統稱為(wei) 有頜脊椎動物或有頜類。人類的很多器官以及身體(ti) 結構都能追溯到有頜類的出現伊始。

但一直以來，有頜脊椎動物的初期演化曆程總是缺乏完整的化石證據。科學家們(men) 曾經使用分子鍾等分子生物學手段，通過測算現生有頜類脊椎動物的遺傳(chuan) 差異，得出有頜類的分化節點最早不晚於(yu) 奧陶紀晚期（約 4.5 億(yi) 年前）。但正如前文所提到的，有頜脊椎動物在全球範圍內(nei) 的誌留係中十分少見，完整的化石更是屈指可數。

直到 2009 年，這一窘境才得以大大改善。情況的改善主要歸功於(yu) 中國科學院古脊椎動物與(yu) 古人類研究所在華南地區開展的長期野外調查，以及瀟湘動物群中大量誌留紀晚期（約 4.25 億(yi) 年前）化石的發現。

本次的四篇學術論文，就是集中報道了一批產(chan) 自重慶與(yu) 貴州交界處的新化石標本，使得這斷曾經模糊不清的歲月清晰起來，並且無可爭(zheng) 議地將有頜脊椎動物的起源向更深、更古老的地層推進，同時也厘清了一些標誌性的特征是如何演化的。

所以，大家會(hui) 在報道中看到的“填補關(guan) 鍵空白”這樣的說法，準確地說，是填補了全球誌留紀早期有頜類化石記錄這一“古生物學史上一個(ge) 頑固存在的重大空白”，首次為(wei) 有頜類的崛起與(yu) 最早期輻射分化提供確切證據。

4 篇論文的研究對象

是 5 條 4 億(yi) 多年的古魚

前文提到，本次的四篇學術論文集中報道了一批產(chan) 自重慶與(yu) 貴州交界處的新化石標本，確切地說，是 5 份 4 億(yi) 多年前的古魚化石。

本次集中發表物種一覽，圖片來自參考文獻[1]

首先，是來自貴州省石阡的雙列黔齒魚（Qianodus duplicis），因其齒旋上發育有一對主齒列而得名。

黔齒魚雖然僅(jin) 有一個(ge) 齒旋保存下來，但其排列清晰的、呈之字形單向生長的主齒單元與(yu) 交錯排列的側(ce) 生齒單元與(yu) 花鱗魚為(wei) 代表的疊瓦狀無頜類咽喉齒具有鮮明的區別，是無可爭(zheng) 議的有頜類。

說到齒旋，很多經常涉獵生物科普和遊戲亞(ya) 文化的同學可能第一時間想到了具有很高人氣的旋齒鯊。通過係統發育分析，黔齒魚也確實處於(yu) 軟骨魚的基幹位置，它與(yu) 旋齒鯊這類同樣擁有齒旋的物種之間是否具有更相近的演化關(guan) 係有待近一步研究。黔齒魚的發現將有頜類最早的牙齒化石記錄向曆史深處推進了 1400 萬(wan) 年。

黔齒魚的齒旋化石，可以清晰地看到呈之字形有序生長的兩(liang) 列主齒單元（橙色與(yu) 綠色），以及側(ce) 生齒單元（黃色）。比例尺為(wei) 0.5毫米。圖片來自參考文獻[2]

與(yu) 黔齒魚孤立的標本不同，同時發現的新塑梵淨山魚（Fanjingshania renovata）則擁有上千個(ge) 細碎的標本，包括鱗片、圍眶骨、不完整的鰓條骨、胸棘刺、前胸棘刺、腹棘刺、背棘刺、臀棘刺和中間棘等。通過細致與(yu) 長期的前期處理與(yu) 鏡下工作，研究人員通過共同的組織學特征、表麵紋飾、發育特征與(yu) 部分關(guan) 聯保存，從(cong) 上萬(wan) 個(ge) 比芝麻還小的微體(ti) 化石中將屬於(yu) 梵淨山魚的標本收集歸類。

研究團隊對微體(ti) 化石的處理。A：采集到的岩石標本需要進行衝(chong) 洗與(yu) 浸泡處理；B：在鏡下對前期處理後取得的碎片進行分選。圖片來自參考文獻[3]

梵淨山魚具有板狀齒質的組織學特征，這一特征之前僅(jin) 見於(yu) 早期的軟骨魚類。此外，梵淨山魚發育有肩帶與(yu) 中間棘等標誌性的解剖學特征。根據係統發育分析結果顯示，梵淨山魚屬於(yu) 軟骨魚—棘魚類—柵棘魚屬，它的發現將柵棘魚類的最早出現時間推到了誌留世蘭(lan) 多維列期，也揭示了最古老的鯊魚類的形態結構。

此外，梵淨山魚完備成熟的身體(ti) 結構也能從(cong) 側(ce) 麵說明硬骨魚幹群也應該在早誌留世就出現了，這樣才能與(yu) 軟骨魚和硬骨魚形態學分化時間保持一致。

研究團隊根據相同的組織學與(yu) 表麵紋飾等特征將梵淨山魚的身體(ti) 不同部位識別了出來。比例尺為(wei) 1毫米。圖片來自參考文獻[4]

正如前文提到的那樣，誌留紀的脊椎動物化石保存稀少造成的空白是研究者們(men) 必須跨越的險峻高山，而重慶市秀山縣“重慶特異埋藏化石庫”的發現則無異於(yu) 為(wei) 我們(men) 找到了一條捷徑。

重慶東(dong) 部位於(yu) 華南大陸邊緣的陸架，在誌留紀早期是一片被稱為(wei) “揚子古海”的溫暖濱、淺海環境，可謂生物的天堂，大量的魚類與(yu) 節肢動物在此繁衍生息。直到 4.36 億(yi) 年前，活躍的板塊運動引起了頻繁的地震，被掀起的泥沙迅速將潟湖與(yu) 河道等較小水域掩埋覆蓋，正在掙紮的魚類經過億(yi) 萬(wan) 年的時光變成了栩栩如生的化石，而這樣快速掩埋、保存完好的化石庫便被科研人員稱之為(wei) “特異埋藏”。大家可能聽說過的大名鼎鼎的“澄江生物群”等科研成果豐(feng) 富的化石庫，都屬於(yu) 特異埋藏。而本次的集中報道中，同樣有兩(liang) 篇學術論文來自這一新發現的“寶庫”。

“重慶特異埋藏化石庫”中發現的大量化石，反映出一個(ge) 欣欣向榮的動物群。A：沈氏棘魚（1a,1b）與(yu) 秀山魚（2a,2b）；B：大量保存的魚類化石；C、D：王氏修氏鱟（Hughmilleria wangi）化石。比例尺為(wei) 5毫米。圖片來自參考文獻[5]

長期以來，研究者們(men) 一直認為(wei) 相較於(yu) 硬骨魚類，軟骨魚類更原始，更加接近脊椎動物演化的原始形態，而硬骨魚類與(yu) 盾皮魚類都是起源自某種軟骨魚類。但近年來的一些研究也提出了不少反對意見，蠕紋沈氏棘魚（Shenacanthus vermiformis）的發現則徹底解決(jue) 了這一爭(zheng) 論。

沈氏棘魚不但擁有與(yu) 典型軟骨魚類-棘魚相似的解剖學特征，同時還具有盾皮魚所特有的、覆蓋於(yu) 肩帶和背部的大型骨片。這一反直覺的發現徹底改寫(xie) 了近百年來人們(men) 對生命演化樹的印象，意味著軟骨魚類的祖先來自於(yu) 擁有堅硬盔甲的盾皮魚類。

沈氏棘魚雖然擁有典型的棘魚身體(ti) 結構，卻在肩帶與(yu) 背部發育有巨大的骨片，這一特征將它與(yu) 盾皮魚類的祖先聯係在了一起。比例尺為(wei) 5毫米。圖片來自參考文獻[5]

而來自同篇報道的奇跡秀山魚（Xiushanosteus mirabilis）則讓我們(men) 對盾皮魚的早期演化擁有了更深的認識。

提到盾皮魚，絕大多數人腦海中第一印象都是生活在距離秀山魚約 2000 萬(wan) 年後的鄧氏魚。誠然，以鄧氏魚為(wei) 代表的盾皮魚類在泥盆紀中繁衍出了一個(ge) “魚口眾(zhong) 多”的大家族，盾皮魚類的起源仍然藏在厚厚的帷幕之中。

鄧氏魚複原圖與(yu) 人類體(ti) 型大小對比，圖片來源：Wikipedia

從(cong) 年代來說，秀山魚毫無疑問地比泥盆紀的盾皮魚類更加原始，而從(cong) 解剖學來看，秀山魚雜糅了若幹不同盾皮魚類群的特征，並不能歸類到目前任何已知的盾皮魚類群眾(zhong) 。如果我們(men) 將秀山魚與(yu) 泥盆紀盾皮魚類的特征羅列成圖，那麽(me) 它們(men) 的交集將必然包含更原始的盾皮魚類甚至有頜魚類的原始特征。因此，秀山魚的發現無疑是我們(men) 在黑暗中摸索有頜脊椎動物的起源時的一盞提燈，雖然它的光芒並不能讓照亮遠處的風景，但也足以照亮腳下的路。

秀山魚是目前已發現的最古老完整盾皮魚化石，擁有眾(zhong) 多有頜類的原始特征。比例尺為(wei) 5毫米。圖片來自參考文獻[5]

如果說上文中列舉(ju) 的各項對於(yu) 係統發育學的貢獻顯得有些佶屈聱牙，同樣來自“重慶特異埋藏化石庫”的靈動土家魚（Tujiaaspis vividus）則推動了一個(ge) 更具體(ti) 的科學問題：我們(men) 的四肢從(cong) 何而來？

與(yu) 之前出場的幾位屬於(yu) 有頜類的主角不同，土家魚所在的盔甲魚類屬於(yu) 無頜脊椎動物，並沒有頜骨的構造。盔甲魚屬於(yu) 甲胄魚類，以頭部完整巨大的頭甲為(wei) 特色，同時也是一個(ge) 具有濃厚“土著色彩”的類群，在全球範圍內(nei) 主要見於(yu) 中國南方與(yu) 越南等地區。

正如它們(men) 的名字那樣，科學家們(men) 發現的盔甲魚類化石絕大多數都是堅固且易於(yu) 保存的頭部，而柔軟的軀幹部分則十分罕見。得益於(yu) 特異埋藏的形成機製，靈動土家魚是世界上第一個(ge) 具有完整軀體(ti) 保存的盔甲魚類化石。

很多科學愛好者都知道，陸生生物的四肢來源於(yu) 肉鰭魚類的偶鰭（胸鰭與(yu) 臀鰭），但是，魚類的偶鰭又從(cong) 何而來呢？

通過近年來對分子生物學與(yu) 胚胎學的研究，研究者們(men) 發現奇鰭（背鰭）與(yu) 偶鰭擁有相同的基因調控機製，進而逐漸提煉出一個(ge) 假說，即偶鰭的起源與(yu) 奇鰭類似，都是從(cong) 一條縱貫全身的褶皺演化而來，這便是“鰭褶理論”。

在土家魚的腹部，我們(men) 發現了一對縱貫全身的腹側(ce) 鰭褶，這無疑是為(wei) 學界長期以來討論的附肢起源的“鰭褶理論”提供了關(guan) 鍵的證據。研究團隊進一步運用流體(ti) 力學對其進行了分析，計算流體(ti) 力學表明，在沒有標誌性的已分化偶鰭的情況下，鰭褶可以利用水流產(chan) 生升力來抵消自身重力，這一發現從(cong) 功能機製上提出了有關(guan) 脊椎動物成對附肢起源的新假說。

此外，需要說明的是，雖然屬於(yu) 無頜類，但以盔甲魚為(wei) 代表的甲胄魚類與(yu) 有頜類在演化上的親(qin) 緣關(guan) 係比起現生的無頜魚類（如盲鰻與(yu) 七鰓鰻）更近，現生的無頜類也絕非甲胄魚類的演化後代。