
▲发现于浙江长兴4.38亿年前的曙鱼脑颅化石。

▲发现于云南曲靖4.1亿年前的宽甲鱼化石,保存了鳃丝结构。

希望螈是从鱼到四足动物的过渡形态。

边城鱼生态复原图

棘胸鱼可能是有颌动物牙齿的真正起源。
记者 于梅君
如今,人人都想要一条能带来好运的“锦鲤”,但其实3亿多年前,那条从水中慢慢爬向陆地的小鱼,才是整个动物世界包括全人类的“锦鲤”。
这些上岸的鱼类开枝散叶,演化成两栖类、爬行类、鸟类,以及哺乳类,包括人。近期一项新研究首次揭示人类中耳就是由鱼鳃演变而来的。
拥有敏锐听觉 我们要感谢史前鱼类
如果没有史前鱼类的大胆尝试,我们或许永远不会演化出敏锐的听觉。国际学术期刊《生态和演化前沿》近日发表中国、瑞典、英国三国科学家的最新研究成果,通过采集自浙江长兴、云南曲靖的古鱼化石,首次证实,人类中耳由鱼类呼吸用的鳃演化而来。
中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员盖志琨介绍,中耳包括鼓膜室、传导声音的三块听小骨和通向口腔的咽鼓管等,是人类拥有灵敏听觉的秘诀所在。而喷水孔是鱼类非常重要的呼吸器官。
目前,已有充分的胚胎和化石证据证明,人类中耳是从鱼类喷水孔演化而来,而鱼类喷水孔又是从何而来?这一演化难题困扰学界长达百年。最终,科学家从中国的化石中找到了解开谜团的线索。
“近20年来,研究团队先后在浙江长兴、云南曲靖,分别找到4亿多年前的曙鱼化石和第一鳃囊中完整保存鳃丝印痕的宽甲鱼化石,为脊椎动物喷水孔起源于鱼鳃,提供了确切的解剖和化石证据。”盖志琨说,“这项研究首次证明鱼类的喷水孔曾经是鱼鳃,而我们的中耳又是从喷水孔演化来的。通俗一些说,就是首次证明了人类的中耳曾经是鱼类呼吸的鳃。”
盖志琨说,最新发现解释了为何人类耳朵和口腔是相通的,连接它们的正是4亿多年前,鱼类喷水孔经过口腔通向鳃的呼吸通道。
“这是古鱼类遗留给人类的演化残迹,现在我们叫它咽鼓管。”盖志琨说,这也解释了人类的耳朵如今虽然不呼吸,但依然跟口腔相通,因为它曾经是鱼类的呼吸器官。
中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员、中国科学院院士朱敏表示,人类所有身体结构都可以追溯到鱼类的祖先,比如牙齿、下颌、中脑等,古生物学家就是在不断填补从鱼到人演化链条里的重要环节。曲靖古鱼王国的化石为这根链条的完善提供了重要证据。
专家认为,鱼类不断演化、登上陆地后,不得不发展新的感官,以便在空气中更好地生存。已失去呼吸功能的喷水孔就逐渐演化成中耳,而舌颌骨和相连的方骨、关节骨也逐渐退化变小,最后进化成中耳的三块听小骨,负责把声音传递给大脑,带给人们享受听觉盛宴的机会。
重庆的这条“鱼”,藏着人类下巴的秘密
科学家早就认为,包括人类在内的陆生脊椎动物的祖先,是由鱼类在三四亿年前,从海洋走向陆地进化而来的。这一过程需要在呼吸系统、运动系统、神经系统等方面进行各种革新,才能实现水生到陆生的转变。
而脊椎动物“从鱼到人”演化史中,颌与牙齿的早期演化有了新实证。2021年6月21日,重庆市规划和自然资源局发布消息,研究人员在重庆秀山地区,发现了距今约4.23亿年前、保存完整的新属种有颌鱼类——袖珍边城鱼化石。这是目前发现的世界上最早的完整有颌鱼类化石之一。
地球上包括人类在内,99.8%的脊椎动物都具有颌,如果没有颌的出现,“从鱼到人”的演化之路将不复存在。袖珍边城鱼是一类中国特有的早期有颌鱼类。
边城鱼化石长仅2厘米,整条鱼活着时可能也只有约4厘米长。虽然体型很小,但从颌骨和牙齿看,边城鱼可能是十分凶猛的袖珍掠食者,以生活环境内的其他小动物为食。
“这条全新的古鱼与现代有颌脊椎动物起源密切相关,为颌与牙齿的早期演化提供了新的重要实证。”中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏介绍,将填补“从鱼到人”演化谱系上的若干关键缺环。
人类牙齿是鱼鳞进化来的
人类牙齿的进化始于4亿多年前的古代鱼类。但是牙齿究竟起源于鱼类口腔还是鱼类鳞片,曾经存在不少争议。
瑞典乌普萨拉大学科学家称,他们利用欧洲同步辐射光源强大的X射线成像技术,对捷克发现的距今约4.09亿年棘胸鱼化石牙齿,进行了三维成像,结果发现,这些化石保存着完好的牙齿序列,牙本质中还保存着完好的细胞间隙,看起来与现代牙齿非常相似。新研究认为,棘胸鱼可能是有颌动物牙齿的真正起源。
先前理论认为,最早的牙齿起源于鱼类口腔,它们像现代鱼类的牙齿一样从内向外生长。不过目前更主流的观点认为,高等脊椎动物的牙齿由远古鱼类的鳞片进化而来。
据《美国国家科学院院刊》刊文称,遗传学家找到新证据,证明人类的远祖鱼类最早长出牙齿,是鳞片发生基因突变的结果。
科学家称:“现代鱼类长鳞片的皮肤跟它们远祖的皮肤不同,古代鱼类的皮肤结构更像牙齿,如今只有在部分最古老的海洋生物身上能看到这种痕迹,比如鲨鱼和鳐鱼。如果用手抚摸鲨鱼皮,你会立马明白,它如此坚硬,是因为皮肤上面有大量‘牙齿’。明白了这一点,就不难理解为什么古代鲨鱼皮还被用作砂纸。”
研究人员称:“我们的实验表明,古代鱼类原始鳞片与现代动物和人类的牙齿之间,存在深层次的进化联系。”
我们的手指或起源于鱼鳍
鱼类登陆是生命演化史上的重要事件,但鱼类又是如何向陆生脊椎动物过渡的?
科学家找到了鱼类登陆过程中的关键化石——希望螈,这是人类首次在已知动物化石身上,发现手指与鳍“锁”在一起的现象,揭示了人类的手部,是如何由远古鱼类的鱼鳍一步步进化而来的。
加拿大和澳大利亚的研究者用CT扫描了一件完整保存的“希望螈”标本。三维复原结果显示,这种鱼既有发达的鳍条,也拥有明显的指骨。在鳍条包裹的胸鳍中,不仅可以清晰地看到肱骨(对应我们的大臂)、桡骨和尺骨(小臂)、腕骨(手腕)、掌骨(手掌),甚至还发现了两根明确的指骨,以及3根可能的指骨。
“这是第一次在鱼类中观察到指骨和鳍条共存。”研究者介绍,指骨虽然看起来只是一些细小的骨骼,并不起眼,但它其实对四肢的支撑能力起到了重要作用。
中科院古脊椎动物与古人类研究所副研究员卢静说,希望螈的样子有点像大鲵、鳄鱼和鲇鱼的混合体。它的“手”像现代澳洲肺鱼的鳍,但更强壮,能短暂地在浅水中支撑身体,是从鱼到四足动物的过渡形态。
能不能说“希望螈”是人类的直系祖先?卢静认为,生命演化是极其复杂、精细的过程,而化石记录则极为零落。因此,总览生命之树,严格意义上的直系祖先是不可能找到的,找到的永远只是或近或远的“表亲”。
“由于希望螈是目前找到的最接近所有四足动物共同祖先的鱼,因此它有资格被称为是人类的直系祖先。”卢静说。