能夠在頂級(jí)期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文是許多科研人員的夢(mèng)想，特別是《Nature》、《Science》這些在自然科學(xué)領(lǐng)域享有崇高聲譽(yù)的雜志。

而就在 2022 年 9 月 29 日，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所朱敏院士團(tuán)隊(duì)的古魚(yú)類(lèi)學(xué)術(shù)論文，不僅發(fā)表在《Nature》雜志上，還是以封面文章的形式發(fā)表，不僅以封面文章的形式發(fā)表，還是一下子連發(fā) 4 篇!這些研究成果的重要性可見(jiàn)一斑。

《自然》封面展示了最新發(fā)現(xiàn)的 5 種志留紀(jì)古魚(yú)新屬種的三維藝術(shù)復(fù)原，制圖：Heming Zhang可能是因?yàn)樵谛侣剤?bào)道中，“從魚(yú)到人”、“填補(bǔ)空白”這樣的字眼反復(fù)出現(xiàn)，這項(xiàng)基礎(chǔ)的科學(xué)研究也有幸引起了大家的關(guān)注，在多個(gè)媒體平臺(tái)登上了熱搜，還衍生出了“摸魚(yú)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是返祖現(xiàn)象”、“怪不得我是一條咸魚(yú)!”等有趣的梗。

作為科研團(tuán)隊(duì)成員之一，我也收到了很多對(duì)這項(xiàng)成果的關(guān)心和好奇，深感榮幸，今天就先回答一些網(wǎng)絡(luò)上大家感興趣的問(wèn)題，再試著結(jié)合大家的問(wèn)題，聊聊在不需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)的情況下，如何理解這次的成果。下面，就讓我們一起“吃瓜”吧!

1、對(duì)一些有趣問(wèn)題的回答

首先，我收集了評(píng)論區(qū)一些點(diǎn)贊較高的問(wèn)題，根據(jù)個(gè)人的認(rèn)識(shí)嘗試做一些回答。

問(wèn)：當(dāng)我們吃魚(yú)時(shí)，是吃自己的祖先嗎?

答：答案當(dāng)然是否定的。人類(lèi)與現(xiàn)生魚(yú)類(lèi)的關(guān)系更類(lèi)似于在四億年前分家的超遠(yuǎn)房親戚，我們?cè)诰眠h(yuǎn)過(guò)去的某個(gè)節(jié)點(diǎn)一定擁有一個(gè)共同的祖先，但人類(lèi)和現(xiàn)生的魚(yú)類(lèi)選擇了兩條截然不同的道路，并各自演化到今天。我們與現(xiàn)在日常食用魚(yú)類(lèi)的“親戚關(guān)系”已經(jīng)非常單薄了，在“輩分”上，說(shuō)是平輩也不為過(guò)。

問(wèn)：為什么新聞里古生物學(xué)家的工作場(chǎng)景經(jīng)常在公路邊?這和我想的不一樣啊!

答：首先當(dāng)然是方便，現(xiàn)代的野外工作總體上是以車(chē)輛為主要交通工具，在路上一邊開(kāi)車(chē)一邊快速的“掃射”地層是很多地質(zhì)人的常用技能。其次，在地質(zhì)工作中有句老話叫做“逢溝必?cái)?rdquo;，意思是總體上呈水平沉積的地層總會(huì)在深溝處破損，易發(fā)育斷層。雖然這句話在實(shí)際工作中不一定對(duì)，但斷面的存在確實(shí)能讓我們更加輕易地對(duì)地層進(jìn)行研究。這也是為什么古生物學(xué)家經(jīng)常出現(xiàn)在建筑工地與公路等能露出巖層的地方。

問(wèn)：除了這次的5條魚(yú)，還挖出了其它化石嗎?

答：除了本次見(jiàn)刊的五個(gè)新物種外，還有同期發(fā)現(xiàn)的十余種全新的魚(yú)類(lèi)屬種正處于整理與研究階段。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，相信會(huì)有更多來(lái)自華南的研究成果進(jìn)一步填補(bǔ)脊椎動(dòng)物演化史的空白。

2、為什么說(shuō)這項(xiàng)研究是“填補(bǔ)空白”?

約 200 年前，地質(zhì)學(xué)家羅德里克·默奇森(Roderick Murchison)將一套位于威爾士與英格蘭邊界處的巖層命名為了“志留系”。

他在這套巖層中發(fā)現(xiàn)了包括頜骨、棘刺與鱗片在內(nèi)的一些魚(yú)類(lèi)化石碎片，他認(rèn)為這些碎片是“它們所屬類(lèi)群中最古老的”，并與在上覆地層中發(fā)現(xiàn)的其他化石“截然不同”。

隨著地質(zhì)學(xué)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越明顯地發(fā)現(xiàn)，志留紀(jì)地層中稀少的魚(yú)類(lèi)化石與上覆的、被稱(chēng)為“魚(yú)類(lèi)時(shí)代”的泥盆紀(jì)地層中豐富的魚(yú)類(lèi)化石，在數(shù)量上有鮮明的對(duì)比。

而志留紀(jì)化石的稀缺也使得古生物學(xué)家所追求的生命進(jìn)化圖譜上留下了大塊的空白。這也讓很多人對(duì)進(jìn)化論產(chǎn)生了質(zhì)疑。

現(xiàn)代古生物學(xué)家基本認(rèn)為，脊椎動(dòng)物的進(jìn)化歷程最早可以追溯到約 5.39 億-5.20 億年前的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。包括我們?nèi)祟?lèi)在內(nèi)，地球上現(xiàn)存 99.8% 的脊椎動(dòng)物都具有頜骨(上巴上頜與下巴)，統(tǒng)稱(chēng)為有頜脊椎動(dòng)物或有頜類(lèi)。人類(lèi)的很多器官以及身體結(jié)構(gòu)都能追溯到有頜類(lèi)的出現(xiàn)伊始。

但一直以來(lái)，有頜脊椎動(dòng)物的初期演化歷程總是缺乏完整的化石證據(jù)。科學(xué)家們?cè)?jīng)使用分子鐘等分子生物學(xué)手段，通過(guò)測(cè)算現(xiàn)生有頜類(lèi)脊椎動(dòng)物的遺傳差異，得出有頜類(lèi)的分化節(jié)點(diǎn)最早不晚于奧陶紀(jì)晚期(約 4.5 億年前)。但正如前文所提到的，有頜脊椎動(dòng)物在全球范圍內(nèi)的志留系中十分少見(jiàn)，完整的化石更是屈指可數(shù)。

直到 2009 年，這一窘境才得以大大改善。情況的改善主要?dú)w功于中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所在華南地區(qū)開(kāi)展的長(zhǎng)期野外調(diào)查，以及瀟湘動(dòng)物群中大量志留紀(jì)晚期(約 4.25 億年前)化石的發(fā)現(xiàn)。

本次的四篇學(xué)術(shù)論文，就是集中報(bào)道了一批產(chǎn)自重慶與貴州交界處的新化石標(biāo)本，使得這斷曾經(jīng)模糊不清的歲月清晰起來(lái)，并且無(wú)可爭(zhēng)議地將有頜脊椎動(dòng)物的起源向更深、更古老的地層推進(jìn)，同時(shí)也厘清了一些標(biāo)志性的特征是如何演化的。

所以，大家會(huì)在報(bào)道中看到的“填補(bǔ)關(guān)鍵空白”這樣的說(shuō)法，準(zhǔn)確地說(shuō)，是填補(bǔ)了全球志留紀(jì)早期有頜類(lèi)化石記錄這一“古生物學(xué)史上一個(gè)頑固存在的重大空白”，首次為有頜類(lèi)的崛起與最早期輻射分化提供確切證據(jù)。

3、4篇論文的研究對(duì)象是5條4億多年的古魚(yú)

前文提到，本次的四篇學(xué)術(shù)論文集中報(bào)道了一批產(chǎn)自重慶與貴州交界處的新化石標(biāo)本，確切地說(shuō)，是 5 份 4 億多年前的古魚(yú)化石。

本次集中發(fā)表物種一覽，圖片來(lái)自參考文獻(xiàn)[1]首先，是來(lái)自貴州省石阡的雙列黔齒魚(yú)(Qianodus duplicis)，因其齒旋上發(fā)育有一對(duì)主齒列而得名。黔齒魚(yú)雖然僅有一個(gè)齒旋保存下來(lái)，但其排列清晰的、呈之字形單向生長(zhǎng)的主齒單元與交錯(cuò)排列的側(cè)生齒單元與花鱗魚(yú)為代表的疊瓦狀無(wú)頜類(lèi)咽喉齒具有鮮明的區(qū)別，是無(wú)可爭(zhēng)議的有頜類(lèi)。

說(shuō)到齒旋，很多經(jīng)常涉獵生物科普和游戲亞文化的同學(xué)可能第一時(shí)間想到了具有很高人氣的旋齒鯊。通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育分析，黔齒魚(yú)也確實(shí)處于軟骨魚(yú)的基干位置，它與旋齒鯊這類(lèi)同樣擁有齒旋的物種之間是否具有更相近的演化關(guān)系有待近一步研究。

黔齒魚(yú)的發(fā)現(xiàn)將有頜類(lèi)最早的牙齒化石記錄向歷史深處推進(jìn)了 1400 萬(wàn)年。

黔齒魚(yú)的齒旋化石，可以清晰地看到呈之字形有序生長(zhǎng)的兩列主齒單元(橙色與綠色)，以及側(cè)生齒單元(黃色)。比例尺為0.5毫米。

與黔齒魚(yú)孤立的標(biāo)本不同，同時(shí)發(fā)現(xiàn)的新塑梵凈山魚(yú)(Fanjingshania renovata)則擁有上千個(gè)細(xì)碎的標(biāo)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(guò)細(xì)致與長(zhǎng)期的前期處理與鏡下工作，研究人員通過(guò)共同的組織學(xué)特征、表面紋飾、發(fā)育特征與部分關(guān)聯(lián)保存，從上萬(wàn)個(gè)比芝麻還小的微體化石中將屬于梵凈山魚(yú)的標(biāo)本收集歸類(lèi)。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)微體化石的處理。A：采集到的巖石標(biāo)本需要進(jìn)行沖洗與浸泡處理;B：在鏡下對(duì)前期處理后取得的碎片進(jìn)行分選。

梵凈山魚(yú)具有板狀齒質(zhì)的組織學(xué)特征，這一特征之前僅見(jiàn)于早期的軟骨魚(yú)類(lèi)。此外，梵凈山魚(yú)發(fā)育有肩帶與中間棘等標(biāo)志性的解剖學(xué)特征。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示，梵凈山魚(yú)屬于軟骨魚(yú)—棘魚(yú)類(lèi)—柵棘魚(yú)屬，它的發(fā)現(xiàn)將柵棘魚(yú)類(lèi)的最早出現(xiàn)時(shí)間推到了志留世蘭多維列期，也揭示了最古老的鯊魚(yú)類(lèi)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。

此外，梵凈山魚(yú)完備成熟的身體結(jié)構(gòu)也能從側(cè)面說(shuō)明硬骨魚(yú)干群也應(yīng)該在早志留世就出現(xiàn)了，這樣才能與軟骨魚(yú)和硬骨魚(yú)形態(tài)學(xué)分化時(shí)間保持一致。

研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)相同的組織學(xué)與表面紋飾等特征將梵凈山魚(yú)的身體不同部位識(shí)別了出來(lái)。比例尺為1毫米。

正如前文提到的那樣，志留紀(jì)的脊椎動(dòng)物化石保存稀少造成的空白是研究者們必須跨越的險(xiǎn)峻高山，而重慶市秀山縣“重慶特異埋藏化石庫(kù)”的發(fā)現(xiàn)則無(wú)異于為我們找到了一條捷徑。

重慶東部位于華南大陸邊緣的陸架，在志留紀(jì)早期是一片被稱(chēng)為“揚(yáng)子古海”的溫暖濱、淺海環(huán)境，可謂生物的天堂，大量的魚(yú)類(lèi)與節(jié)肢動(dòng)物在此繁衍生息。直到 4.36 億年前，活躍的板塊運(yùn)動(dòng)引起了頻繁的地震，被掀起的泥沙迅速將潟湖與河道等較小水域掩埋覆蓋，正在掙扎的魚(yú)類(lèi)經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的時(shí)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(kù)便被科研人員稱(chēng)之為“特異埋藏”。

大家可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)的大名鼎鼎的“澄江生物群”等科研成果豐富的化石庫(kù)，都屬于特異埋藏。而本次的集中報(bào)道中，同樣有兩篇學(xué)術(shù)論文來(lái)自這一新發(fā)現(xiàn)的“寶庫(kù)”。

“重慶特異埋藏化石庫(kù)”中發(fā)現(xiàn)的大量化石，反映出一個(gè)欣欣向榮的動(dòng)物群。A：沈氏棘魚(yú)(1a,1b)與秀山魚(yú)(2a,2b);B：大量保存的魚(yú)類(lèi)化石;C、D：王氏修氏鱟(Hughmilleria wangi)化石。比例尺為5毫米。

長(zhǎng)期以來(lái)，研究者們一直認(rèn)為相較于硬骨魚(yú)類(lèi)，軟骨魚(yú)類(lèi)更原始，更加接近脊椎動(dòng)物演化的原始形態(tài)，而硬骨魚(yú)類(lèi)與盾皮魚(yú)類(lèi)都是起源自某種軟骨魚(yú)類(lèi)。

但近年來(lái)的一些研究也提出了不少反對(duì)意見(jiàn)，蠕紋沈氏棘魚(yú)(Shenacanthus vermiformis)的發(fā)現(xiàn)則徹底解決了這一爭(zhēng)論。沈氏棘魚(yú)不但擁有與典型軟骨魚(yú)類(lèi)-棘魚(yú)相似的解剖學(xué)特征，同時(shí)還具有盾皮魚(yú)所特有的、覆蓋于肩帶和背部的大型骨片。

這一反直覺(jué)的發(fā)現(xiàn)徹底改寫(xiě)了近百年來(lái)人們對(duì)生命演化樹(shù)的印象，意味著軟骨魚(yú)類(lèi)的祖先來(lái)自于擁有堅(jiān)硬盔甲的盾皮魚(yú)類(lèi)。

沈氏棘魚(yú)雖然擁有典型的棘魚(yú)身體結(jié)構(gòu)，卻在肩帶與背部發(fā)育有巨大的骨片，這一特征將它 與盾皮魚(yú)類(lèi)的祖先聯(lián)系在了一起。比例尺為5毫米。

而來(lái)自同篇報(bào)道的奇跡秀山魚(yú)(Xiushanosteus mirabilis)則讓我們對(duì)盾皮魚(yú)的早期演化擁有了更深的認(rèn)識(shí)。提到盾皮魚(yú)，絕大多數(shù)人腦海中第一印象都是生活在距離秀山魚(yú)約 2000 萬(wàn)年后的鄧氏魚(yú)。

誠(chéng)然，以鄧氏魚(yú)為代表的盾皮魚(yú)類(lèi)在泥盆紀(jì)中繁衍出了一個(gè)“魚(yú)口眾多”的大家族，盾皮魚(yú)類(lèi)的起源仍然藏在厚厚的帷幕之中。

從年代來(lái)說(shuō)，秀山魚(yú)毫無(wú)疑問(wèn)地比泥盆紀(jì)的盾皮魚(yú)類(lèi)更加原始，而從解剖學(xué)來(lái)看，秀山魚(yú)雜糅了若干不同盾皮魚(yú)類(lèi)群的特征，并不能歸類(lèi)到目前任何已知的盾皮魚(yú)類(lèi)群眾。如果我們將秀山魚(yú)與泥盆紀(jì)盾皮魚(yú)類(lèi)的特征羅列成圖，那么它們的交集將必然包含更原始的盾皮魚(yú)類(lèi)甚至有頜魚(yú)類(lèi)的原始特征。

因此，秀山魚(yú)的發(fā)現(xiàn)無(wú)疑是我們?cè)诤诎抵忻饔蓄M脊椎動(dòng)物的起源時(shí)的一盞提燈，雖然它的光芒并不能讓照亮遠(yuǎn)處的風(fēng)景，但也足以照亮腳下的路。

如果說(shuō)上文中列舉的各項(xiàng)對(duì)于系統(tǒng)發(fā)育學(xué)的貢獻(xiàn)顯得有些佶屈聱牙，同樣來(lái)自“重慶特異埋藏化石庫(kù)”的靈動(dòng)土家魚(yú)(Tujiaaspis vividus)則推動(dòng)了一個(gè)更具體的科學(xué)問(wèn)題：我們的四肢從何而來(lái)?與之前出場(chǎng)的幾位屬于有頜類(lèi)的主角不同，土家魚(yú)所在的盔甲魚(yú)類(lèi)屬于無(wú)頜脊椎動(dòng)物，并沒(méi)有頜骨的構(gòu)造?？佐~(yú)屬于甲胄魚(yú)類(lèi)，以頭部完整巨大的頭甲為特色，同時(shí)也是一個(gè)具有濃厚“土著色彩”的類(lèi)群，在全球范圍內(nèi)主要見(jiàn)于中國(guó)南方與越南等地區(qū)。

正如它們的名字那樣，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的盔甲魚(yú)類(lèi)化石絕大多數(shù)都是堅(jiān)固且易于保存的頭部，而柔軟的軀干部分則十分罕見(jiàn)。得益于特異埋藏的形成機(jī)制，靈動(dòng)土家魚(yú)是世界上第一個(gè)具有完整軀體保存的盔甲魚(yú)類(lèi)化石。很多科學(xué)愛(ài)好者都知道，陸生生物的四肢來(lái)源于肉鰭魚(yú)類(lèi)的偶鰭(胸鰭與臀鰭)，但是，魚(yú)類(lèi)的偶鰭又從何而來(lái)呢?

通過(guò)近年來(lái)對(duì)分子生物學(xué)與胚胎學(xué)的研究，研究者們發(fā)現(xiàn)奇鰭(背鰭)與偶鰭擁有相同的基因調(diào)控機(jī)制，進(jìn)而逐漸提煉出一個(gè)假說(shuō)，即偶鰭的起源與奇鰭類(lèi)似，都是從一條縱貫全身的褶皺演化而來(lái)，這便是“鰭?cǎi)蘩碚?rdquo;。

在土家魚(yú)的腹部，我們發(fā)現(xiàn)了一對(duì)縱貫全身的腹側(cè)鰭?cǎi)?，這無(wú)疑是為學(xué)界長(zhǎng)期以來(lái)討論的附肢起源的“鰭?cǎi)蘩碚?rdquo;提供了關(guān)鍵的證據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步運(yùn)用流體力學(xué)對(duì)其進(jìn)行了分析，計(jì)算流體力學(xué)表明，在沒(méi)有標(biāo)志性的已分化偶鰭的情況下，鰭?cǎi)蘅梢岳盟鳟a(chǎn)生升力來(lái)抵消自身重力，這一發(fā)現(xiàn)從功能機(jī)制上提出了有關(guān)脊椎動(dòng)物成對(duì)附肢起源的新假說(shuō)。

此外，需要說(shuō)明的是，雖然屬于無(wú)頜類(lèi)，但以盔甲魚(yú)為代表的甲胄魚(yú)類(lèi)與有頜類(lèi)在演化上的親緣關(guān)系比起現(xiàn)生的無(wú)頜魚(yú)類(lèi)(如盲鰻與七鰓鰻)更近，現(xiàn)生的無(wú)頜類(lèi)也絕非甲胄魚(yú)類(lèi)的演化后代。

最后，請(qǐng)?jiān)试S我引用同樣出自本期《Nature》的評(píng)述，密歇根大學(xué)教授馬特·弗里德曼(Matt Friedman)的文字作為本文的結(jié)尾：“無(wú)論在理論發(fā)展上還是在時(shí)間線的完善上，一個(gè)令人振奮的早期有頜類(lèi)演化研究新時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，而我們正處在它的起點(diǎn)。”