中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏团队在鱼类登陆研究领域取得的新进展,研究成果9月4日在线发表在《自然—生态学与进化》上。研究团队在宁夏青铜峡发现了一种3.7亿前的古鱼——周氏鸿鱼,该鱼体长达到1.5米,兼具根齿鱼类、希望螈类和四足动物的特征,揭示了鱼类适应陆地生活的特征曾多次出现,鱼类登陆进程远比过去所认识的要复杂得多。

金沙澳门官网58588 1

主讲人简介

包括人类在内,所有陆地脊椎动物的共同祖先均可追溯到在3亿多年前的泥盆纪登陆的鱼类。一百多年来的化石发现和深入研究,为鱼类登上陆地过程描绘出一幅总体图景。现已知道,四足动物由肉鳍鱼类的一支演化而来。四足动物与这支肉鳍鱼类总称四足动物支系或四足形类。除陆地脊椎动物外,四足动物支系还包括生活在水中的鱼形成员,被称为四足动物干群,其最古老的代表是发现于我国早泥盆世地层中的东生鱼和肯氏鱼。四足动物干群在泥盆纪和石炭纪非常繁盛,占据着浅水大型捕食者的生态位,并在泥盆纪晚期演化出希望螈类,如提克塔利克鱼(Tiktaalik),形态已经与最早的四足动物非常接近。在肯氏鱼和希望螈类之间的庞杂四足动物干群成员可归入根齿鱼类和骨鳞鱼类两个分支。其中,骨鳞鱼类中的三列鳍鱼类,如著名的真掌鳍鱼在许多方面与希望螈类相似,因而希望螈类和四足动物被认为由三列鳍鱼类中的一支演化而来,而根齿鱼类则处于四足动物干群更原始的位置。近20年来,尽管不断有新的化石发现,这个演化架构大致保持着稳定。

爪齿鱼类复原图。(图片作者:Brian Choo)

  朱敏:1980年考入南京大学地质系,1987年进入中国科学院古脊椎动物与古人类研究所,师从我国著名古脊椎动物学家周明镇院士和张弥曼院士。是国内第一位古脊椎动物学博士。主要从事早期脊椎动物起源与演化及生物地层学研究。1999年获中国科学院青年科学家奖二等奖,2000年被授予“中央国家机关杰出青年”
称号。

朱敏等在宁夏青铜峡发现的泥盆纪古鱼打破了上述演化架构,给鱼类登陆的图景笼罩了一团疑云。宁夏青铜峡与中宁交界的石峡沟剖面出露中国北方经典的泥盆纪含鱼地层,曾发现中国最早的四足动物化石——潘氏中国螈。2002年,朱敏、赵文金、贾连涛等陪同瑞典乌普萨拉大学教授Per
Ahlberg考察石峡沟剖面,在采石场的陡壁上意外地发现一排化石的断面。在采石工人的帮助下,他们从陡壁上取下了大约一米见方的厚重砂岩,并运回北京。经过将近一年的精心修理,他们发现,这是一块保存很好的大型肉鳍鱼类化石,脊椎骨保存了20多节,但头部最前端在发现前已经断落。经过复原,这件标本所代表的个体体长可达1.5米。他们将这条古鱼命名为周氏鸿鱼(Hongyu
chowi
),种名纪念国际著名古脊椎动物学家周明镇。

6月4日凌晨出版的美国《科学—科学进展》杂志在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏课题组卢静等人的最新研究成果。借助高精度CT扫描技术,他们对4.1亿年前的掠食鱼类箐门齿鱼的精细脑腔结构进行详细研究,揭示了箐门齿鱼兼具肉鳍鱼类干群和冠群镶嵌特征,开始解开肉鳍鱼类早期演化阶段的层层谜团。

  内容简介

鸿鱼生活的晚泥盆世,在欧洲、北美、澳大利亚的水域中存在许多代表四足动物干群不同分支的大型肉鳍鱼,而真正的四足动物及其近亲希望螈类也已出现。在详细研究后,朱敏等发现鸿鱼身上集合了诸多类群的特征。鸿鱼在肩带以及肩胛骨与前肢骨的关节结构上,与希望螈类以及原始四足动物表现出相似性。鸿鱼第一节脊椎骨与头骨之间已经出现枕关节,肩带外骨骼与头骨脱离了联系,这也与在水中生活的其他鱼类不同,而与陆地脊椎动物一致,这说明鸿鱼已适应浅水滨岸生活,与真正的登陆相去不远。

金沙澳门官网58588 ,硬骨鱼类是脊椎动物演化的主干,分为肉鳍鱼类和辐鳍鱼类两大支系。在志留纪-泥盆纪的“鱼类时代”中,占据压倒性优势的是肉鳍鱼类。后来,肉鳍鱼类在约3.8亿年前的晚泥盆世登上陆地,演化出包括人类在内的四足动物,在水中仅剩肺鱼和空棘鱼,而辐鳍鱼类则演化出种类繁多的水族。

  今天非常高兴给大家介绍生物演化的过程。我今天讲的题目是《古生代的海洋霸主》。首先给大家解释一下题目,古生代是我们生活在这个地球地质历史的一个阶段。我们把以前的地质历史分成古生代、中生代、新生代。古生代就是地质历史时期从五亿九千万年到大约两亿五千万年的一个阶段。在这些鱼类还没有登陆之前,地球上最高等的动物,就是海洋中各种各样的鱼类。今天我要给大家介绍的整个时段,是从脊椎动物的起源,一直到四足动物的起源,从寒武纪一直到泥盆纪的末期,这里头涉及到脊椎动物演化的很多重要的事件。

鸿鱼又具有很多根齿鱼类的特征,如上颞骨与外颞骨接触,肩带强壮且有一个高的锁骨棘,薄圆鳞,前上颌骨面叶很高等,足以将其归入这个类群之中。根齿鱼类是大型掠食性鱼类,最大的根齿鱼体长可达7米,被称为“石炭纪水怪”。二百多年前,苏格兰爱丁堡附近的石炭纪煤层中就发现了属于根齿鱼类的巨大牙齿。早期古生物学家理查德·欧文、赫胥黎以及阿加西等都曾研究过根齿鱼类,并曾就此有过激烈的论战。上世纪,由于根齿鱼类偶鳍骨骼排列方式和结构上与四足动物很相似,学界曾认为根齿鱼类很接近鱼类登陆的节点,但20多年前在澳大利亚泥盆纪地层中发现了更多、更完整的根齿鱼类化石,动摇了根齿鱼类的四足动物“近亲”地位。在随之提出的四足动物干群演化架构中,根齿鱼类虽然仍处于四足动物支系之中,但已下移到较为原始的位置上,与四足动物的关系遥远。

肉鳍鱼类在大约4亿年前的早泥盆世开始了爆发式大发展,其中现代肉鳍鱼类中还出现了一个类群,虽然只在泥盆纪存在了6000万年,却演化成了那个时代最凶猛的掠食者,这就是爪齿鱼类。这种鱼类现存的化石大都很破碎,一般只有岩层中散落的长而弯曲、类似猛禽利爪形状的可怕牙齿标志着这些掠食者的存在。直到20世纪下半叶在澳大利亚发现了比较完整的爪齿鱼化石。

  我首先给大家介绍一下什么是脊椎动物?脊椎动物有两个最主要的特征,第一个特征就是脊椎动物具有发达的神经系统,它分化出了具有复杂结构的脑,头部开始出现了感觉器官,感觉器官再加上保护它们的头骨,就构成了明显的头部。所以脊椎动物又称有头类。
那么脊椎动物的另外一个特征,就是它们都有一根脊柱,所以脊椎动物这个名字就是由此而来。脊椎动物有两大类,一类就叫软骨鱼类,另外一个大类叫硬骨鱼类,硬骨鱼类里头又分成了两大支,一支就是辐鳍鱼类,还有一支就是肉鳍鱼类。现生的肉鳍鱼类非常重要,因为正是从肉鳍鱼类开始,才演化出来了四足动物。

鸿鱼呈现的镶嵌特征对这一架构提出了新挑战。到底是根齿鱼类还是骨鳞鱼类是四足动物的“近亲”?鱼类登陆进程再生疑云。朱敏等对四足动物干群开展细致、深入的特征分析,建立了一个包括33个四足动物干群成员,5个外类群,169个特征的特征矩阵。基于贝叶斯分析与最简约法分析获得了两种不同的四足动物干群系统发育关系框架,其中最主要的差别在于根齿鱼类的位置。贝叶斯分析所得到的结果仍然支持根齿鱼类在四足动物干群中的原始位置。在这一框架下,鸿鱼所具有的镶嵌特征反映了根齿鱼类与希望螈类-四足动物之间发生了大量的趋同,鱼类适应陆地生活的特征曾多次出现。最简约法分析所得到的结果则复活了根齿鱼类在鱼类登陆进程中所处的中心地位,鸿鱼所具有的特征指示了这三个类群之间的密切亲缘关系,鸿鱼与根齿鱼类是最接近希望螈类和四足动物的鱼类。

“化石显示,爪齿鱼类具有强壮的肩部,头骨各部分可以扩张,方便制服和吞咽大的动物。它们标志性的巨大尖牙成两簇轮状并排在下颌前端,我们称之为‘齿旋’。”朱敏介绍,这种可怕的牙齿能够像鱼叉一样刺入猎物躯体,使其无法逃脱。科学家曾在一条约60厘米长的爪齿鱼体内,发现了一条长达30厘米的盾皮鱼残躯。

  正是有了这些最早期的四足动物,有了这些动物对于陆地生态系统的开拓,现代这个生态系统的一些雏形才开始形成,我们才可能有以后的庞然大物恐龙,我们才可能有地球上的这些飞禽走兽,我们才可能有我们人类。所以这是一个非常有趣的演化阶段。

依据现有的化石资料,还很难在这两种理论中做出选择。但无论是哪种情况,鸿鱼的发现证明过去大大低估了四足动物支系的形态分异度和生物地理分区水平,泥盆纪的根齿鱼类和骨鳞鱼类向着适应登陆生活发生过显著的平行演化,这些分属不同类群的大型浅水捕食鱼类都曾各自尝试过向陆地拓展,但最终只有一支取得了成功。

这些神秘的“杀手”还是肉鳍鱼类早期演化格局上的重要一环:爪齿鱼类身上混合了肉鳍鱼干群特征、现代肉鳍鱼类典型特征,及其自身演化出的独有特征。我国古生物学家从来自我国云南的最古老的爪齿鱼类———于氏箐门齿鱼化石上发现,它吻部有着一系列骨质的分枝小管,这种构造过去只在肺鱼类中发现过,而且它的内耳和脑腔构造竟和空棘鱼类有很多相似之处。这些新证据表明,爪齿鱼类和空棘鱼类有很密切的亲缘关系。可以说,空棘鱼类刚刚出现不久的时候,有一个支系就分了出去,向着高度适应掠食生活的方向发展,从而演化成了爪齿鱼类。

  《古生代的海洋霸主》 (全文)

该研究工作获得国家自然科学基金委员会重点项目和中科院前沿科学重点研究项目的资助。

研究还显示,箐门齿鱼的脑颅结构保留了诸多原始特征,也是原始肉鳍鱼类的古老特征,这使得爪齿鱼类成为联结肉鳍鱼类干群与冠群的关键环节,更清晰地展示了现代肉鳍鱼类———人类曾经在“鱼类时代”称雄地球水域的鱼形祖先,是如何演化而来的。

  今天非常高兴给大家介绍这个生物演化的一些过程吧。我今天的题目是《古生代海洋的霸主》。那么首先给大家稍微解释一下这个题目。那么古生代呢,就是我们生活的这个地球的地质历史的一个阶段,我们把以前的地质历史分成古生代、中生代、新生代。那么古生代呢,就是地质历史时期从五亿九千万年到大约两亿五千万年这么一个阶段。在这个水中的这些鱼类还没有登陆之前,大概在三亿七千万年到三亿六千万年之前,那么地球上最高等的动物,实际上就是在我们海洋中的这些各种各样的鱼类。那么我今天就是给大家来介绍一下这些各种各样的早期的鱼类。那么我用的副标题就是脊椎动物的早期演化与四足动物的起源,实际上最后讲到鱼类的登陆。

金沙澳门官网58588 2

(原载于《文汇报》 2016-06-04 03版)

  那么还是给大家介绍一下这个什么是脊椎动物?什么是四足动物?大家在中学里头可能很多已经接触到这个概念。这个是现生的这种脊椎动物演化的一个谱系图。那么脊椎动物有两个最主要的特征,第一个特征就是脊椎动物已经具有了发达的神经系统,它分化出了具有复杂结构的脑,那么头部呢,就是开始出现了这些感觉器官。感觉器官再加上保护它们的头骨,就构成了明显的这些头部。你看所有的脊椎动物都有一个头,所以脊椎动物又称为叫有头类,这个是包括从最早的这种鱼到后面的这种两栖类、爬行类、包括我们人都是有头的。那么与有头的相对比呢,我们就是叫做无头类。那么这个就是看起来像鱼,实际上叫文昌鱼,但是它没有真正的头部,所以它还不算脊椎动物。它进入脊索动物的这个范畴里头,叫做无头类。

鸿鱼正型标本照片与素描

  那么脊椎动物还有另外一个特征,就是顾名思义了。实际上我们的脊椎动物它都有一根脊柱,就是实际上一个个脊椎骨所组成的这个脊柱就代替了一个脊索,所以就构成了我们这个支持人的身体的一根中轴骨。所以脊椎动物这个名字就是由此而来,这是脊椎动物的一个概念。那么给大家稍微看一下就是现生脊椎动物的一些图片。那么这个是一种应该是最低等的脊椎动物叫盲鳗,那么这个脊椎动物表面是非常光滑的,它也可以长得很大,那么比它稍微再高等一点就叫七鳃鳗,这个七鳃鳗老百姓有时候也称它叫八目鳗,它有七个鳃孔,再加上它前头这个眼睛,所以称八个眼睛。那么盲鳗跟七鳃鳗它都具有一个特征,就是说它还没有出现真正的颌骨,就是上下颌,所以它的嘴巴是一个圆盘,所以我们把盲鳗跟七鳃鳗都叫做无颌类,没有上下颌的脊椎动物,那么这叫无颌类。那么这个在现生生活世界里头的话,这个盲鳗、七鳃鳗主要都是以过一种寄生的生活,它在渔业生产里头其实非常有害,它就叮在这个鱼身上,然后就把这个鱼给它吸空了,这个实际上是一种寄生生活。那么从无颌类就演化到了有颌类,就是出现上下颌。有颌类的只有两大类,一类就叫软骨鱼类,实际上我们现在看到的鲨鱼这些庞然大物,都是属于软骨鱼类。那么我们这个平时吃的,就是说餐馆里我们吃的这个鱼翅
鱼翅,实际上就是它的鳍,因为它的鳍条骨全是软骨,所以都是白白的软骨,所以这些都是软骨鱼类。