中新網(wǎng)北京5月6日電 (記者 孫自法)繼不久前在“古魚(yú)王國(guó)”云南曲靖發(fā)現(xiàn)約3.9億年前一件特殊的、“吃軟不吃硬”的肺魚(yú)新屬種化石“會(huì)澤滇雙翼魚(yú)”之后，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所(中科院古脊椎所)朱敏院士團(tuán)隊(duì)最新又通過(guò)對(duì)約4.1億年前“先驅(qū)楊氏魚(yú)”(楊氏魚(yú))化石的深入研究，揭示出肺魚(yú)“啃硬骨頭”的食性起源之謎。
這項(xiàng)古脊椎動(dòng)物肺魚(yú)類食殼性起源與快速演化的重要研究成果論文，近日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上發(fā)表。朱敏表示，這不僅為揭示肺魚(yú)類與食性相關(guān)結(jié)構(gòu)的初始變化提供了關(guān)鍵化石實(shí)證，而且為肺魚(yú)類的食殼性起源研究提出一個(gè)全新的假說(shuō)。
崔心東博士展示介紹楊氏魚(yú)化石標(biāo)本及研究成果?！≈行律缬浾?孫自法 攝肺魚(yú)是一種能“啃硬骨頭”的魚(yú)
論文第一作者、中科院古脊椎所崔心東博士5月6日在北京接受中新社記者專訪介紹說(shuō)，肺魚(yú)是一類可以用“肺”(即特化的魚(yú)鰾，能吸收空氣)呼吸的肉鰭魚(yú)，這一特殊技能使得肺魚(yú)可以擺脫水的束縛，在河水干涸之際潛入洞穴藏身和生存。
肺魚(yú)還是一種能“啃硬骨頭”的魚(yú)：它們的腭部?jī)?nèi)翼骨和下頜的前關(guān)節(jié)骨長(zhǎng)有起研磨作用的齒板；下頜短而粗壯，直接連接在腦顱上；頜骨的內(nèi)收肌非常發(fā)達(dá)。
這些特征使得肺魚(yú)具有強(qiáng)大的咬合力，能夠捕食帶硬殼的無(wú)脊椎動(dòng)物，這種特殊的攝食方式被稱為“食殼性”(也稱“甲食性”)。
肺魚(yú)類特征的演化速率?！〈扌臇| 供圖兩件楊氏魚(yú)化石保存食性相關(guān)結(jié)構(gòu)
崔心東指出，最古老的肺魚(yú)干群成員楊氏魚(yú)是早泥盆世(約4.1億年前)曲靖西屯脊椎動(dòng)物群中原始肉鰭魚(yú)類的典型代表之一，其自1981年由張彌曼院士命名至今，引起國(guó)際學(xué)界持續(xù)關(guān)注，后續(xù)相關(guān)研究逐漸證明楊氏魚(yú)是肺魚(yú)形類的原始代表，與包括奇異魚(yú)在內(nèi)的所有肺魚(yú)類構(gòu)成“姊妹群”，楊氏魚(yú)發(fā)現(xiàn)還為肺魚(yú)-四足動(dòng)物分歧點(diǎn)提供一個(gè)約束良好的最小估算時(shí)間。
不過(guò)，此前除頜弓外，楊氏魚(yú)其他與食性相關(guān)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)如舌弓、鰓弓及腭部結(jié)構(gòu)等因化石缺失并不清楚，也使得肺魚(yú)類食殼性相關(guān)特征的起源時(shí)間與出現(xiàn)順序尚未厘清。研究團(tuán)隊(duì)近年在化石發(fā)掘工作中，采獲的兩件楊氏魚(yú)化石標(biāo)本幸運(yùn)地保存舌弓、鰓弓及腭部結(jié)構(gòu)，從而為肺魚(yú)“食殼性”相關(guān)研究奠基重要基礎(chǔ)。
肺魚(yú)類“食殼性”能力從何而來(lái)
崔心東稱，泥盆紀(jì)早期(約4.1億年前)的“希望奇異魚(yú)”被認(rèn)為是最原始的肺魚(yú)，它已經(jīng)具有典型的肺魚(yú)“食殼性”特征，例如發(fā)達(dá)的齒板與短而粗壯的下頜。楊氏魚(yú)的系統(tǒng)發(fā)育位置處在孔鱗魚(yú)類(肺魚(yú)形類的另一重要分支)和奇異魚(yú)之間，較奇異魚(yú)更為原始。因此，楊氏魚(yú)是研究肺魚(yú)類“食殼性”起源的關(guān)鍵。
“先驅(qū)楊氏魚(yú)”生態(tài)復(fù)原圖。 Brian Choo 繪圖這次對(duì)保存舌弓、鰓弓及腭部結(jié)構(gòu)的楊氏魚(yú)化石標(biāo)本的研究顯示，楊氏魚(yú)擁有強(qiáng)大的咬合力；其舌頜骨短而粗壯，與肺魚(yú)類似；內(nèi)翼骨上牙齒的形態(tài)與排列方式已與奇異魚(yú)和其他原始肺魚(yú)非常相似，但它依然保留有大牙的外翼骨和膜質(zhì)腭骨，只是牙齒非常粗壯且鈍圓。
綜合這些解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)還原了楊氏魚(yú)的進(jìn)食方式：主要使用粗鈍的大牙碾碎獵物，而齒板上那些較小的牙齒則起到輔助固定作用。
進(jìn)一步對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，奇異魚(yú)和更進(jìn)步的肺魚(yú)具有更強(qiáng)的食殼能力，它們的腭方骨與腦顱融合，外翼骨和膜質(zhì)腭骨丟失，內(nèi)翼骨增厚形成強(qiáng)壯的齒板，能夠有力研磨獵物。
“先驅(qū)楊氏魚(yú)”標(biāo)本三維重建模型。 崔心東 供圖肺魚(yú)類自起源后迅速輻射演化
崔心東表示，肺魚(yú)類從一出現(xiàn)便顯示出高度的特異性，并且多樣性非常高，被認(rèn)為在演化階段初期經(jīng)歷了快速演化。
本次楊氏魚(yú)化石研究工作采用貝葉斯末端定年法，對(duì)古生代肺魚(yú)類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、分化時(shí)間及特征的演化速率進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果支持肺魚(yú)類早期快速演化的假說(shuō)。
研究結(jié)果表明，肺魚(yú)類在距今約4.20億年-4.13億年之間有個(gè)約700萬(wàn)年的窗口期起源并經(jīng)歷了快速演化，尤其是與取食相關(guān)的特征明顯比其他特征具有更高的演化速率。
肺魚(yú)及其近親的分化時(shí)間、性狀演化速率以及代表屬種的頭部骨骼。 崔心東 供圖在論文共同作者之一、美國(guó)密歇根大學(xué)教授馬特·弗里德曼(Matt Friedman)看來(lái)，肺魚(yú)類自起源后迅速輻射演化，成為泥盆紀(jì)多樣性最高的肉鰭魚(yú)類。與此相反，肺魚(yú)形類的另一個(gè)主要分支孔鱗魚(yú)類的形態(tài)特征相對(duì)保守，多樣性低，最終在泥盆紀(jì)末期滅絕。
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，肺魚(yú)類的成功很可能得益于演化初期在食性上的快速演化，使其開(kāi)辟出新的生態(tài)空間，而先驅(qū)楊氏魚(yú)恰好記錄了這一關(guān)鍵革新的初始狀態(tài)。(完)