4.36億年！重慶又有重大發現
9月28日，中國科學院召開“從魚到人”探源研究重大成果新聞釋出會，上游新聞記者從釋出會上獲悉，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊與來自重慶市規劃和自然資源局、曲靖師範學院等單位學者合作，在有頜類起源與早期演化研究方向取得重大突破。
團隊在重慶秀山發現一個具有大量魚類完整身體儲存的特異埋藏化石群——“重慶特異埋藏化石庫”，這個化石群大量儲存志留紀早期完整有頜魚類化石的生物群，堪稱“有頜魚類的黎明”。這是繼澄江生物群、熱河生物群之後，又一個在我國發現的、為探索生命之樹演化重要節點提供大量關鍵證據的特異埋藏化石庫，將完整有頜類的化石記錄大大前推了1100萬年，將若干人類身體結構的起源追溯到4。36億年前的化石魚類中。
9月28日，英國《自然》雜誌線上發表的中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊4篇學術論文，包括了對發現在重慶秀山魚類化石的研究發現。
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員朱幼安表示，重慶生物群化石來自重慶市秀山縣誌留系蘭多維列統特列奇階（志留紀早期，約~4。36億年前）。4。36億年前，重慶東部是華南大陸邊緣的陸架，淹沒在侵入華南大陸中央的揚子古海之下，從注入海灣的大河在濱海形成了大量適合魚類生活的環境。除了魚類外，這裡還生活著許多志留紀的典型無脊椎動物，主要是節肢動物，如翼肢鱟（海蠍）和葉蝦等。
重慶生物群的魚類化石雖然儲存完整，但魚的個體通常都非常小，全長大多隻有3-4釐米。團隊歷時近三年，使用高精度CT掃描、精細三維重建、掃描電鏡元素分析、全光點陣圖像、多元統計分析在內的多種手段，開展細緻研究和反覆探索，使得這些化石“吐露”了大量珍貴的解剖學資訊。
▲沈氏棘魚（左下）和秀山魚（右上）。
圖片來源/擬石科技/ScienceApe
蠕紋沈氏棘魚——確證鯊魚是從“披盔戴甲”的祖先演化而來
重慶生物群中的蠕紋沈氏棘魚，是一種軟骨魚類。軟骨魚類的早期化石記錄非常稀少，且主要是微體化石。過去我國不僅沒有發現過關聯儲存的志留紀軟骨魚類，而且泥盆紀及之後大的軟骨魚類完整化石也非常罕見。儲存完好的沈氏棘魚實現了中國志留紀-泥盆紀軟骨魚類大化石發現零的突破。不僅如此，它同時一躍成為世界上目前發現的最早的關聯完好儲存的軟骨魚類大化石，使得來自中國的化石成為揭示軟骨魚類起源的決定性證據。
研究顯示，沈氏棘魚的身體輪廓、大體形態、關鍵特徵均與早期軟骨魚類——棘魚類相似，但與其他棘魚相比，它更接近鯊魚等典型的軟骨魚類。它的棘刺非常少，只在背鰭前端有棘刺。更為令人驚訝的是，沈氏棘魚竟然擁有盾皮魚類才有的、連續包裹著整個肩帶和背部的大塊骨板，這是非常原始的特徵，過去從未在任何軟骨魚類或硬骨魚類中發現過。沈氏棘魚的發現意味著，看似柔韌靈活的鯊魚、鰩魚等軟骨魚類，竟然有“披盔戴甲”的直系祖先。
整個古生物學史的大部分時間，以鯊魚為代表的軟骨魚類一直被認為是有頜脊椎動物的原始狀態和演化“原型”。早期研究者曾經認為，盾皮魚類和硬骨魚類可能起源自類似鯊魚的祖先。近年來的一系列研究，特別是沈氏棘魚的發現，有力地證明了事實恰恰相反，鯊魚的軟骨是次生退化而來，軟骨魚類起源於“披盔戴甲”的盾皮魚類。
▲9月28日，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所召開“從魚到人”探源研究重大成果新聞釋出會。
攝影/上游新聞記者 李洪鵬
奇蹟秀山魚——人類枕骨由盾皮魚頭頂骨片演化而來
朱敏院士團隊發現重慶生物群另一種有頜魚類，叫奇蹟秀山魚，秀山魚（Xiushanosteus mirabilis）屬於盾皮魚類。盾皮魚類是一群原始有頜類的集合，它們介於無頜的甲冑魚和更進步的硬骨魚和軟骨魚之間，對探究頜與有頜類起源具有非常重要的演化意義。但是，過去大部分盾皮魚類均發現於泥盆紀地層中，已經經過兩千多萬年的分異和特化。關於它們到底還保留了多少有頜類原始特徵，長期以來存在爭議。秀山魚在時代上大大靠近有頜類的起源時間點，它並不能被歸到任何過去已知的盾皮魚類類群中，而是糅合了多個“盾皮魚”大類的特徵。因此它與後來其他盾皮魚類共享的特徵，很可能是有頜類的原始特徵。
除此之外，秀山魚還擁有一些在演化上有重大意義的特點。比如，絕大多數有頜類都有可活動的頸關節，而無頜的甲冑魚類則頭與軀甲連為一體，不能活動。秀山魚雖然是有頜類，但它的頸部幾乎不能活動。所有秀山魚標本均顯示它的頭甲中間有一道橫向的裂隙，在功能上代償不可動的頸關節，使得頭能在呼吸和攝食時抬起與落下。這道裂隙將在硬骨魚中形成新的頭——頸界線，使得其後的骨片從顱頂分離出去，人類與頸部相連的枕骨即由秀山魚頭頂這道裂隙前的骨片（中央片，或稱後頂骨）演化而來。
▲靈動土家魚生態復原圖。
圖片來源/擬石科技/ScienceApe
靈動土家魚——世界上第一個具有完整身體儲存的盔甲魚類化石
在重慶特異埋藏化石群裡，研究團隊找到了世界上第一個具有完整身體儲存的盔甲魚類化石，並給它取了一個非常生動的名字——靈動土家魚！
屬名“土家”，主要取自化石發現地湘西土家族苗族自治州和秀山土家族苗族自治縣中的土家族；種名“靈動”，則取自該魚在死後埋藏的時候恰好儲存了一個“鯉魚躍龍門”的姿態，非常的靈動。靈動土家魚的發現首次完整地揭示出盔甲魚類身體的全貌。它全身披有菱形傾斜排列的鱗列，具有適應底棲生活的扁平的腹部，在腹部中央還儲存了肛門，但是沒有臀鰭；身體背部具有三個背鰭，其中前兩個背鰭彼此靠得很近，具有跟異甲魚類、花鱗魚類一樣的叉形下歪尾。
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所蓋志琨研究員表示，在靈動土家魚的腹部發現一對縱貫全身的腹側鰭褶，從頭後部一直延伸到尾尖。這是一個巨大的驚喜，因為之前人們一直認為盔甲魚類完全沒有成對的偶鰭。這一發現不僅為100多年前的“鰭褶理論”提供了關鍵的化石證據，而且與現代分子發育生物學的資料高度吻合。古生物化石證據與發育生物學的交叉印證，使得脊椎動物成對附肢的起源研究跟頜起源研究一樣成為演化—發育生物學的一個經典案例。
研究團隊運用計算機流體力學模擬實驗和性狀大資料等新技術方法，對土家魚的腹側鰭褶進行了綜合分析。研究人員感慨地說，魚祖先在志留紀早期就瞭解並利用了現代水翼船的“水翼”原理，率先演化出世界上最古老的“水翼”結構，這比人類發明水翼船整整早了4。36億年。在此後4億多年的時間裡，脊椎動物成對附肢經歷了由成對的鰭向四肢，再由四肢到翅膀（鳥類），甚至四肢又退化為“鰭”（鯨）或完全退化（蛇）等一系列演化過程。研究人員認為，盔甲魚類鰭褶演化出的附肢，是今天魚類、陸地四足動物、鳥類、鯨魚、蝙蝠，甚至人類運動的基礎。
上游新聞記者 李洪鵬
