從魚到人，藏著我們的身世之謎（院士講科普）

鈍齒宏頜魚化，發現于云南曲靖志留紀晚期（約4.23億年前）地層中，全長1米有余，是當時最大的魚類。從完整的頭顱化石中可以看到，嘴里交錯長著小帽狀的“齒墊”，上面密布小牙。

全長僅3厘米的重慶始骨魚化石，發現于重慶秀山志留紀早期（約4.36億年前）地層中，從頭到尾完整保存，是目前已知最古老的硬骨魚類化石。

以上圖片均為趙鋼攝

網友：之前聽過一種說法——人類是由魚變的。有證據能證明嗎？億萬年前的魚長什么樣，和現在的魚有啥不同？

編輯：“從魚到人”，是古生物學家從石頭里一點點敲出來的真相，有著豐富的化石證據。長達5億年的演化史，藏著陸地脊椎動物的身世之謎，是人類探索生命起源最具吸引力的話題之一。經過10余年野外發掘與室內研究，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊，在前不久發現了距今4.36億年前的硬骨魚類化石，并揭示兩種原始硬骨魚類的形態及頜、牙齒、腦顱等部位的重要特征，相關成果在國際學術期刊《自然》發表。本期“院士講科普”，我們邀請朱敏院士，解讀億萬年前的硬骨魚化石，填補“從魚到人”演化鏈條中曾缺失的關鍵信息。

為什么說魚是人類的祖先

人類的祖先是猿還是魚？

“正確答案是，猿和魚都是我們的祖先。相較于猿，魚類更早，‘從魚到人’演化長達5億年。”中國科學院院士、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員朱敏說，包括人類在內，所有四足動物（陸地脊椎動物）都源自遠古的魚類祖先。

其演化脈絡大致為：從無頜魚類開始，歷經原始有頜魚類、硬骨魚類，之后，又出現了一類肉鰭魚，它們的魚鰭不是薄薄一片，而是肉厚、骨頭硬，里面的骨骼排列，與人類手臂、腿骨十分相似。

有頜類的出現與崛起是“從魚到人”演化史中最關鍵的躍升之一。“最早的脊椎動物沒有上下頜。”朱敏介紹，在奧陶紀，演化史上發生一次重大革新——頜的出現，讓動物能夠主動捕食、撕咬和咀嚼，極大擴展了食物范圍。

如今，地球上現存絕大多數的脊椎動物都具有頜骨——也就是有上頜和下巴，并被統稱為有頜脊椎動物或有頜類。

有頜魚類包含四大類群，其中兩類已經滅絕，剩余的兩類，一類是以鯊魚為代表的軟骨魚，一類是硬骨魚。

“可以說，硬骨魚類是脊椎動物演化的主干，其現存的兩大支系輻鰭魚類和肉鰭魚類，占據了水中與陸地的廣闊生態位。”朱敏說，“其中輻鰭魚類演化出3萬多個物種，包括我們日常所見的絕大多數魚類；肉鰭魚類中的一支則在泥盆紀登陸，演化出包括我們人類在內的所有四足動物。”

硬骨魚類又起源于什么呢？過去學界所知的硬骨魚化石大多是泥盆紀已經特化的輻鰭魚類與肉鰭魚類，而這兩大類群分異前的原始硬骨魚類（硬骨魚類干群）化石信息則缺失。

輻鰭魚類與肉鰭魚類的最近共同祖先形態如何？最早的硬骨魚是否已經擁有后來硬骨魚的主要特征？“這些問題都無法通過研究現生物種或出現時代較晚的硬骨魚類化石來回答。”朱敏說，要解開這些謎題，必須找到缺失的兩大類群分異前的原始硬骨魚類（硬骨魚類干群）化石信息。

原始硬骨魚化石現身，解開半個世紀前的謎題

20世紀下半葉，古魚類學家張彌曼在云南曲靖發現原始肉鰭魚類化石楊氏魚。自此，學界將目光聚焦在中國南方，希望在這里找到確鑿的硬骨魚類干群化石證據。

1999年，朱敏就與團隊在曲靖地區考察和挖掘。但直到2012年，他們才逐漸發現硬骨魚類干群化石的蛛絲馬跡。

“那一年，我們在云南曲靖志留紀晚期的地層中發現了零散的硬骨魚類下頜，最長的接近20厘米。”朱敏說。這些下頜內側長著一排小丘狀的凸起。當時推測，這些凸起是特化的牙齒，能夠壓碎硬殼食物，因此科研人員將這種硬骨魚命名為鈍齒宏頜魚，并認為它屬于肉鰭魚類。

隨后，在云南曲靖、重慶秀山等地，相繼又有一些重要的硬骨魚類干群化石不斷現身。

經過10余年野外發掘與室內研究，朱敏團隊取得了兩大關鍵發現：一是在重慶秀山志留紀早期地層中，發現了全球已知最早的完整硬骨魚化石——重慶始骨魚；二是在云南曲靖志留紀晚期地層中，通過高分辨率CT成像技術，詳細解析了志留紀最大的脊椎動物——鈍齒宏頜魚的完整頭部結構和牙齒形態，解開了困擾學界半個世紀的齒墊歸屬謎題。

齒墊是什么？“研究發現，宏頜魚牙齒排列為內外兩列，之前發現的小丘狀凸起，實際上是內齒列的獨特齒座，上面還長著帶密集小齒的齒墊，這種奇特的結構，是硬骨魚類的原始齒列特征。”朱敏說，宏頜魚關聯的齒墊與齒座結構，解開了半個世紀前在波羅的海志留紀地層中發現的零散齒墊化石著生之謎，明確其歸屬于早期硬骨魚類的內齒列。

身長僅3厘米的小魚，改寫演化家譜

重慶始骨魚生活于4.36億年前，全長僅3厘米，頭尾卻完整保存，不僅早于過去已知的硬骨魚類大化石，而且比過去已知最早的硬骨魚微體化石還要早。

“這種小型古魚兼具原始與進步特征：身體呈流線形，只有一個背鰭，這些特征都接近早期輻鰭魚類，但沒有硬骨魚特有的鱗質鰭條，且有僅見于軟骨魚和盾皮魚的臀鰭棘刺。”朱敏說，“始骨魚的發現證明，硬骨魚類重要特征形成的時間，遠比我們此前所認知的更早。”

與之形成鮮明對比的是，發現于云南曲靖志留紀晚期地層中的鈍齒宏頜魚，全長超過1米，是志留紀最大的脊椎動物。團隊經過近10年時間，經過數十次嘗試，使用先進的成像技術和計算機三維重建和復原，還原了其完整的頭部三維結構和深藏內部的解剖特征。

系統發育分析確定，重慶始骨魚、鈍齒宏頜魚均屬于過去了解甚少的硬骨魚類干群，代表了輻鰭魚與肉鰭魚分異前的原始類型。

“這兩個原始硬骨魚類的發現，豐富了有頜類早期輻射演化的認知，明確了早期硬骨魚頜與牙齒的演化軌跡。”朱敏說，志留紀的2000萬年中，硬骨魚類已經非常多樣化，演化出較大的體形，成為生態系統中的頂級掠食者，并分化出肉鰭魚類和輻鰭魚類，為它們后續成為地球上最繁盛的脊椎動物類群，以及“從魚到人”奠定了基礎。

此次成果進一步證實，我國南方是硬骨魚乃至整個有頜脊椎動物起源的搖籃。不過，在“從魚到人”的演化鏈條中，仍有大量缺失的環節等待填補。未來，對志留紀有頜脊椎動物的持續研究，將推動學界破解更多“從魚到人”早期演化歷程中的重要科學問題。

來源：人民日報