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“从鱼到人”探源再获重大突破 志留纪古鱼化石填补演化空白

2026-03-05 09:30

来源:中国网·中国发展门户网

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中国网/中国发展门户网讯(记者 王振红)2026年3月5日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队卢静、朱幼安研究员等人在国际期刊《自然》杂志以封面文章形式同期发表两篇论文,报道了硬骨鱼类起源研究的最新成果。

图为Nature封面。始骨鱼(中)和宏颌鱼三维复原。(制作:中国科学院古脊椎所拟石古生物可视化实验室)

研究团队发现了已知最早的硬骨鱼类化石,揭示了两种原始硬骨鱼类的形态及颌、牙齿、脑颅等重要特征。分析显示,这两者均属于过去了解甚少的硬骨鱼类干群,代表了肉鳍鱼类和辐鳍鱼类这两大支系分开之前,最为原始的硬骨鱼类。中国科学院院士、古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏表示,“相关研究填补了‘从鱼到人’演化历程中的空白,显示我国为早期脊椎动物演化的‘东方摇篮’。”

图为中国科学院院士、古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏。中国网 王振红摄

硬骨鱼类是脊椎动物演化的主干,其现存两大支系辐鳍鱼类和肉鳍鱼类,占据了水中与陆地的广阔生态位。其中辐鳍鱼类演化出三万多个物种,包括我们日常所见的绝大多数鱼类;肉鳍鱼类中的一支则在泥盆纪登陆,演化出包括人类在内的所有四足动物。

然而,硬骨鱼类的起源长期以来迷雾重重,核心难题在于,过去学界所知道的硬骨鱼化石大多是泥盆纪已经特化的辐鳍鱼与肉鳍鱼类,而这两大类群分异前的原始硬骨鱼类(硬骨鱼类干群)化石信息缺失,导致学界始终无法确知辐鳍鱼类和肉鳍鱼类的最近共同祖先形态。

图为重庆始骨鱼化石(蓝色箭头所指)。中国网 王振红摄

经过十余年野外发掘与室内研究,研究团队取得了两大关键发现:一是在重庆秀山志留纪早期地层中,发现了全球已知最早的完整硬骨鱼化石——重庆始骨鱼;二是在云南曲靖志留纪晚期地层中,通过高分辨率CT成像技术,详细解析了志留纪最大的脊椎动物——钝齿宏颌鱼的完整头部结构和牙齿形态,揭开了困扰学界半个世纪的“齿垫”归属谜题。

图为钝齿宏颌鱼化石。中国网 王振红摄

图为始骨鱼化石及复原。a.始骨鱼照片;b.始骨鱼标本线图;c.始骨鱼复原线稿;d.始骨鱼三维复原灰模。

重庆始骨鱼生活于4.36亿年前,全长仅3厘米,但却头尾完整保存,不仅早于过去已知的硬骨鱼类大化石,而且比过去已知最早的硬骨鱼微体化石还要早。这种小型古鱼兼具原始与进步特征:身体呈流线形,只有一个背鳍和棘鳞等特征接近早期辐鳍鱼类,但没有硬骨鱼特有的鳞质鳍条,且有仅见于软骨鱼和盾皮鱼的臀鳍棘刺。“始骨鱼的发现证明,硬骨鱼类的核心特征组合形成的时间,远比此前认知更早。”朱敏说。

图为钝齿宏颌鱼化石及高精度CT重建。a.宏颌鱼照片;b.宏颌鱼三维重建;c.宏颌鱼头部骨片复原线图;d.宏颌鱼头部骨片位置复原;e.前上颌骨放大,显示与全颌盾皮鱼类相似的面板与腭板结构;f.下颌局部放大,显示着生在齿座上的齿垫结构。

与之形成鲜明对比的是发现于云南曲靖志留纪晚期约4.23亿年前地层中的钝齿宏颌鱼,全长超过1米,是志留纪最大的脊椎动物,团队经过近10年时间,经过数十次尝试,使用先进的成像技术和计算机三维重建和复原,还原了其完整的头部三维结构和深藏内部的解剖特征。

图为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员卢静画图解释宏颌鱼牙齿排列。中国网 王振红摄

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员卢静说,研究发现,宏颌鱼牙齿排列为内外两列,内齿列的“齿垫”与独特齿座关联,证实为硬骨鱼类的原始齿列特征。同时,宏颌鱼关联的齿垫与齿座结构解开了半个世纪前在波罗的海志留纪地层中发现的零散齿垫化石着生之谜,明确了这类奇特牙齿的归属。

图为早期有颌类形态演化,显示始骨鱼和宏颌鱼在硬骨鱼类干群位置。

系统发育分析确定地将两种古鱼置于硬骨鱼类干群,代表了辐鳍鱼与肉鳍鱼分异前的原始类型,揭示了硬骨鱼类,即辐鳍鱼类(包括今日大多数鱼类)与肉鳍鱼类(人类和四足动物也属于该支系)的最近共同祖先形态。朱敏指出,“这两个原始硬骨鱼类的发现丰富了有颌类早期辐射演化的认知,否定了‘硬骨鱼祖先更接近肉鳍鱼’的推测,明确了早期硬骨鱼颌与牙齿的演化轨迹。”

朱敏表示,此次成果进一步证实,我国华南地区是硬骨鱼乃至整个有颌脊椎动物起源的“摇篮”。“未来,对我国独一无二的志留纪有颌脊椎动物的持续研究,将推动学界重新认识‘从鱼到人’早期演化历程中的一系列关键飞跃。”

图为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队野外发掘。赵钢 摄

始骨鱼论文第一作者为朱幼安(中国科学院古脊椎所)和陈阳(重庆地质研究院/重庆古生物研究院),通讯作者为卢静和朱敏(中国科学院古脊椎所)。宏颌鱼论文第一作者为卢静和朱敏(可持续发展大数据国际研究中心/中国科学院古脊椎所),通讯作者为Per E. Ahlberg(乌普萨拉大学)和朱敏。

图为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱幼安研究员展示钝齿宏颌鱼化石。赵钢 摄

图为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队野外发掘。赵钢 摄

图为化石研究。赵钢 摄

【责任编辑:马骅】
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