问题——硬骨鱼起源长期缺环。
“从鱼到人”的演化叙事中,有颌类的出现被视为脊椎动物史上的关键跃升。
现生脊椎动物中绝大多数具有颌骨,人体多项重要器官与身体结构亦可追溯至这一时期。
然而,学界对硬骨鱼类起源一直缺乏决定性证据:已知化石多来自泥盆纪且已高度分化,难以回答辐鳍鱼与肉鳍鱼分化之前“共同祖先长什么样、颌与牙如何形成”等根本问题,导致硬骨鱼主干谱系的早期演化图谱长期模糊。
原因——关键化石稀缺且保存难度高。
硬骨鱼类干群处于两大分支分化前的早期阶段,个体往往较小、骨骼精细,极易在埋藏与成岩过程中破碎变形;同时,志留纪相关地层在全球分布有限,可供连续采集与对比的化石窗口不多。
这些因素叠加,使“关键节点缺乏化石实证”成为困扰学界多年的瓶颈。
影响——补上“分化前一环”,重绘早期有颌类演化路径。
研究团队历经十余年野外发掘与室内综合研究,在两处华南志留纪地层取得关键突破:其一,在重庆秀山约4.36亿年前地层发现目前全球已知最早的完整硬骨鱼化石“重庆始骨鱼”,个体虽仅约3厘米,却头尾保存较为完整,呈现颌、脑颅等多项关键结构的早期组合特征;其二,在云南曲靖约4.23亿年前地层,运用高分辨率断层成像对大型古鱼“钝齿宏颌鱼”头部与牙齿进行精细重建,厘清困扰学界半个世纪的“齿垫”归属问题,进而明确其口腔与咀嚼结构的形态基础。
据介绍,系统发育分析将两者稳定置于硬骨鱼类干群位置,指向其代表了辐鳍鱼与肉鳍鱼分家之前更原始的硬骨鱼形态,从而为推断两大支系最近共同祖先提供了可检验的化石参照。
研究还对早期“硬骨鱼祖先更接近肉鳍鱼”的部分推测提出了新的证据约束,并进一步勾勒出早期颌与牙的演化轨迹。
对策——以“硬证据链”提升原创发现能力。
此次成果再次显示,破解重大科学问题既需要长期稳定的野外工作,也需要高精度技术平台的支撑:一方面,围绕华南关键地层持续开展系统调查与精细采集,获得可用于演化序列重建的样本;另一方面,将断层成像、三维重建与系统发育方法结合,使碎片化或结构隐蔽的化石信息得到最大化释放,形成从形态描述到演化推断的闭环证据链。
与2022年同团队发表的志留纪软骨鱼成果相互印证,“软骨鱼+硬骨鱼”两条线索在同一区域相继被锁定,强化了对早期有颌类辐射演化中心的综合判断。
前景——华南或成全球研究早期脊椎动物演化的关键窗口。
业内认为,来自重庆、云南等地的多批志留纪化石连续产出,提示华南地区在早期有颌脊椎动物起源与扩散研究中具有独特地质与生物地理意义。
下一步,围绕更多志留纪—泥盆纪过渡地层的对比研究、硬骨鱼干群内部关系的精细厘定,以及与古环境、古生态证据的耦合分析,有望进一步回答“关键性状如何在环境压力下形成并被保留”等更深层问题,并为生命演化重大节点研究提供更坚实的中国材料与中国解释。
生命从水中走向陆地、从简单走向复杂的演化历程,是自然界最为宏大的叙事。
中国科学家在华南这片古老的土地上,通过发掘和研究数百万年前的化石遗迹,逐步揭开了脊椎动物起源的神秘面纱。
这些来自4亿多年前的小小古鱼,不仅承载着生命演化的秘密,更见证了人类自身的遥远源头。
随着相关研究的不断深入,我们对自然、对生命、对人类自身的认识必将更加深刻而全面。