中新網(wǎng)北京5月6日電 (記者 孫自法)繼不久前在“古魚王國”云南曲靖發(fā)現(xiàn)約3.9億年前一件特殊的、“吃軟不吃硬”的肺魚新屬種化石“會澤滇雙翼魚”之后，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)朱敏院士團(tuán)隊最新又通過對約4.1億年前“先驅(qū)楊氏魚”(楊氏魚)化石的深入研究，揭示出肺魚“啃硬骨頭”的食性起源之謎。
這項古脊椎動物肺魚類食殼性起源與快速演化的重要研究成果論文，近日在國際學(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)鍵化石實證，而且為肺魚類的食殼性起源研究提出一個全新的假說。
崔心東博士展示介紹楊氏魚化石標(biāo)本及研究成果。 中新社記者 孫自法 攝肺魚是一種能“啃硬骨頭”的魚
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，肺魚是一類可以用“肺”(即特化的魚鰾，能吸收空氣)呼吸的肉鰭魚，這一特殊技能使得肺魚可以擺脫水的束縛，在河水干涸之際潛入洞穴藏身和生存。
肺魚還是一種能“啃硬骨頭”的魚：它們的腭部內(nèi)翼骨和下頜的前關(guān)節(jié)骨長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)。
這些特征使得肺魚具有強(qiáng)大的咬合力，能夠捕食帶硬殼的無脊椎動物，這種特殊的攝食方式被稱為“食殼性”(也稱“甲食性”)。
肺魚類特征的演化速率。 崔心東 供圖兩件楊氏魚化石保存食性相關(guān)結(jié)構(gòu)
崔心東指出，最古老的肺魚干群成員楊氏魚是早泥盆世(約4.1億年前)曲靖西屯脊椎動物群中原始肉鰭魚類的典型代表之一，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是肺魚形類的原始代表，與包括奇異魚在內(nèi)的所有肺魚類構(gòu)成“姊妹群”，楊氏魚發(fā)現(xiàn)還為肺魚-四足動物分歧點提供一個約束良好的最小估算時間。
不過，此前除頜弓外，楊氏魚其他與食性相關(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，也使得肺魚類食殼性相關(guān)特征的起源時間與出現(xiàn)順序尚未厘清。研究團(tuán)隊近年在化石發(fā)掘工作中，采獲的兩件楊氏魚化石標(biāo)本幸運地保存舌弓、鰓弓及腭部結(jié)構(gòu)，從而為肺魚“食殼性”相關(guān)研究奠基重要基礎(chǔ)。
肺魚類“食殼性”能力從何而來
崔心東稱，泥盆紀(jì)早期(約4.1億年前)的“希望奇異魚”被認(rèn)為是最原始的肺魚，它已經(jīng)具有典型的肺魚“食殼性”特征，例如發(fā)達(dá)的齒板與短而粗壯的下頜。楊氏魚的系統(tǒng)發(fā)育位置處在孔鱗魚類(肺魚形類的另一重要分支)和奇異魚之間，較奇異魚更為原始。因此，楊氏魚是研究肺魚類“食殼性”起源的關(guān)鍵。
“先驅(qū)楊氏魚”生態(tài)復(fù)原圖。 Brian Choo 繪圖這次對保存舌弓、鰓弓及腭部結(jié)構(gòu)的楊氏魚化石標(biāo)本的研究顯示，楊氏魚擁有強(qiáng)大的咬合力；其舌頜骨短而粗壯，與肺魚類似；內(nèi)翼骨上牙齒的形態(tài)與排列方式已與奇異魚和其他原始肺魚非常相似，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)隊還原了楊氏魚的進(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)一步對比研究發(fā)現(xiàn)，奇異魚和更進(jìn)步的肺魚具有更強(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”標(biāo)本三維重建模型。 崔心東 供圖肺魚類自起源后迅速輻射演化
崔心東表示，肺魚類從一出現(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。
本次楊氏魚化石研究工作采用貝葉斯末端定年法，對古生代肺魚類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、分化時間及特征的演化速率進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果支持肺魚類早期快速演化的假說。
研究結(jié)果表明，肺魚類在距今約4.20億年-4.13億年之間有個約700萬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。
肺魚及其近親的分化時間、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、美國密歇根大學(xué)教授馬特·弗里德曼(Matt Friedman)看來，肺魚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類。與此相反，肺魚形類的另一個主要分支孔鱗魚類的形態(tài)特征相對保守，多樣性低，最終在泥盆紀(jì)末期滅絕。
研究團(tuán)隊認(rèn)為，肺魚類的成功很可能得益于演化初期在食性上的快速演化，使其開辟出新的生態(tài)空間，而先驅(qū)楊氏魚恰好記錄了這一關(guān)鍵革新的初始狀態(tài)。(完)