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肺鱼为何能“啃硬骨头”?41亿年前杨氏鱼化石最新研究揭密

发布日期:2022-05-17 21:17   来源:未知   阅读:

  中新网北京5月6日电 (记者 孙自法)继不久前在“古鱼王国”云南曲靖发现约3.9亿年前一件特殊的、“吃软不吃硬”的肺鱼新属种化石“会泽滇双翼鱼”之后,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(中科院古脊椎所)朱敏院士团队最新又通过对约4.1亿年前“先驱杨氏鱼”(杨氏鱼)化石的深入研究,揭示出肺鱼“啃硬骨头”的食性起源之谜。

  这项古脊椎动物肺鱼类食壳性起源与快速演化的重要研究成果论文,近日在国际学术期刊《自然-通讯》上发表。朱敏表示,这不仅为揭示肺鱼类与食性相关结构的初始变化提供了关键化石实证,而且为肺鱼类的食壳性起源研究提出一个全新的假说。

  论文第一作者、中科院古脊椎所崔心东博士5月6日在北京接受中新社记者专访介绍说,肺鱼是一类可以用“肺”(即特化的鱼鳔,能吸收空气)呼吸的肉鳍鱼,这一特殊技能使得肺鱼可以摆脱水的束缚,在河水干涸之际潜入洞穴藏身和生存。

  肺鱼还是一种能“啃硬骨头”的鱼:它们的腭部内翼骨和下颌的前关节骨长有起研磨作用的齿板;下颌短而粗壮,直接连接在脑颅上;颌骨的内收肌非常发达。

  这些特征使得肺鱼具有强大的咬合力,能够捕食带硬壳的无脊椎动物,这种特殊的摄食方式被称为“食壳性”(也称“甲食性”)。

  崔心东指出,最古老的肺鱼干群成员杨氏鱼是早泥盆世(约4.1亿年前)曲靖西屯脊椎动物群中原始肉鳍鱼类的典型代表之一,其自1981年由张弥曼院士命名至今,引起国际学界持续关注,后续相关研究逐渐证明杨氏鱼是肺鱼形类的原始代表,与包括奇异鱼在内的所有肺鱼类构成“姊妹群”,杨氏鱼发现还为肺鱼-四足动物分歧点提供一个约束良好的最小估算时间。

  不过,此前除颌弓外,杨氏鱼其他与食性相关的解剖学结构如舌弓、鳃弓及腭部结构等因化石缺失并不清楚,也使得肺鱼类食壳性相关特征的起源时间与出现顺序尚未厘清。研究团队近年在化石发掘工作中,采获的两件杨氏鱼化石标本幸运地保存舌弓、鳃弓及腭部结构,从而为肺鱼“食壳性”相关研究奠基重要基础。

  崔心东称,泥盆纪早期(约4.1亿年前)的“希望奇异鱼”被认为是最原始的肺鱼,它已经具有典型的肺鱼“食壳性”特征,例如发达的齿板与短而粗壮的下颌。杨氏鱼的系统发育位置处在孔鳞鱼类(肺鱼形类的另一重要分支)和奇异鱼之间,较奇异鱼更为原始。因此,杨氏鱼是研究肺鱼类“食壳性”起源的关键。

  这次对保存舌弓、鳃弓及腭部结构的杨氏鱼化石标本的研究显示,杨氏鱼拥有强大的咬合力;其舌颌骨短而粗壮,与肺鱼类似;内翼骨上牙齿的形态与排列方式已与奇异鱼和其他原始肺鱼非常相似,但它依然保留有大牙的外翼骨和膜质腭骨,只是牙齿非常粗壮且钝圆。

  综合这些解剖学结构,研究团队还原了杨氏鱼的进食方式:主要使用粗钝的大牙碾碎猎物,而齿板上那些较小的牙齿则起到辅助固定作用。

  进一步对比研究发现,奇异鱼和更进步的肺鱼具有更强的食壳能力,它们的腭方骨与脑颅融合,外翼骨和膜质腭骨丢失,内翼骨增厚形成强壮的齿板,能够有力研磨猎物。

  崔心东表示,肺鱼类从一出现便显示出高度的特异性,并且多样性非常高,被认为在演化阶段初期经历了快速演化。

  本次杨氏鱼化石研究工作采用贝叶斯末端定年法,对古生代肺鱼类的系统发育关系、分化时间及特征的演化速率进行定量分析,分析结果支持肺鱼类早期快速演化的假说。

  研究结果表明,肺鱼类在距今约4.20亿年-4.13亿年之间有个约700万年的窗口期起源并经历了快速演化,尤其是与取食相关的特征明显比其他特征具有更高的演化速率。

  在论文共同作者之一、美国密歇根大学教授马特·弗里德曼(Matt Friedman)看来,肺鱼类自起源后迅速辐射演化,成为泥盆纪多样性最高的肉鳍鱼类。与此相反,肺鱼形类的另一个主要分支孔鳞鱼类的形态特征相对保守,多样性低,最终在泥盆纪末期灭绝。

  研究团队认为,肺鱼类的成功很可能得益于演化初期在食性上的快速演化,使其开辟出新的生态空间,而先驱杨氏鱼恰好记录了这一关键革新的初始状态。(完)