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研究人員在重慶秀山發現志留紀袖珍邊城魚

2021-06-22 古脊椎動物與古人類研究所
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  地球上99.8%的脊椎動物包括人類都具有頜骨(上頜與下巴),被統稱為有頜類。有頜類的起源(根據分子鐘證據在奧陶紀)和完整有頜類化石大量出現(早泥盆世)之間跨越整個志留紀的數千萬年時間段存在嚴重的化石記錄缺失,長期以來僅能通過零散保存的鱗片與棘刺來推測有頜類在志留紀的演化。中國是世界上目前唯一發現較多志留紀有頜類完整化石的國家,為全面認識有頜類的早期身體結構提供了關鍵實證資料,但之前的化石幾乎全部來自一個化石點,即云南曲靖瀟湘動物群。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員朱敏團隊長年堅持在全國范圍志留紀地層中踏勘,并與各地地質調查部門開展深入合作,在重慶市秀山縣取得重大進展。日前,研究人員在《當代生物學》(Current Biology)上報道了來自重慶的一條全新的、完整保存的志留紀有頜魚類——袖珍邊城魚 Bianchengichthys micros),為頜與牙齒的早期演化提供了新實證。這是全球目前第二個發現較多完整志留紀有頜類的化石點。 

  4.23億年前的志留紀晚期(羅德洛世),華南古陸漂泊在赤道附近的大洋之中,海水沿著曲折凹凸的海岸線侵入陸架,形成若干巨大的海灣或內海,這些淺海成為早期水中生命的庇護所。湘渝之交的重慶秀山地區在那時位于華南古陸北緣一個比今日渤海還要大的內海中,河流在這里匯入內海,帶來了大量養分,并孕育了豐富的生命,河口和灘涂的半咸水中生長大量的原始植物,其間生活著無頜的盔甲魚類、海蝎和最早的有頜魚類。它們的遺骸被河流帶來不斷的泥沙覆蓋,并在漫長的地質時間內變成了化石。 

  2019年底,團隊成員、重慶地研院博士后李強在秀山洪安邊城附近沿“川河蓋天路”踏勘志留紀含魚地層,在羅德洛統小溪組中意外發現了一塊完整對半開的有頜魚類化石,而這一地層在過去還從未報道過完整的有頜魚類。他和團隊成員、古脊椎所副研究員朱幼安等人一起對這塊化石展開了詳細研究。盡管保存非常完整,但研究這塊化石并不容易,許多微小結構已接近粉砂巖粒度保存精度的上限,特別是埋在圍巖內部的骨片形態,經過多次高精度CT掃描,才通過沿骨片裂開的、只有幾微米寬的細微縫隙重建出來。 

  該研究發現,邊城魚的外骨骼骨甲模式和此前在曲靖瀟湘動物群中發現的麒麟魚接近,顯示它與麒麟魚、全頜魚、志留魚同屬全頜盾皮魚類。全頜盾皮魚類是一類中國特有的早期有頜魚類,與現代有頜脊椎動物(即硬骨魚類和軟骨魚類)共同祖先的起源密切相關,因而近年來在學界引發較大關注。研究發現,邊城魚保存了下頜和下頜齒,其具凸緣的下頜邊緣頜骨與全頜魚的邊緣頜骨十分相似,但其內側又有發達的口內葉,其上可見五個較大的圓錐狀齒,這些齒的生長和排列型式與其他盾皮魚類,特別是節甲魚類的齒突相似。因此,邊城魚的頜骨可能比全頜魚和麒麟魚更原始,代表了現代魚類頜骨及牙齒與節甲魚類這樣的傳統定義盾皮魚類之間新發現的一個過渡狀態,為現代有頜類(包括人類頜骨和牙齒)的起源和演化提供了重要的化石實證。 

  邊城魚的胸鰭和腹鰭難得地被完整保存了下來,這在早期魚類化石中較罕見。化石顯示其偶鰭鱗片覆蓋的肉質狀部分非常發達,鰭條部分則只有外側狹窄的一圈,這與人們刻板印象中,常見魚類的透明、折扇狀魚鰭不同,進一步證明了多數原始魚類的偶鰭都具有發達的肉質部分;而現代輻鰭魚類,特別是鯽魚、鱸魚之類真骨魚類的扇形透明魚鰭(肉質部分極為退化,鰭幾乎全由鱗質鰭條支撐)是非常特化的。 

  邊城魚化石只有2厘米長,活著時整條魚可能也只有約4厘米長。雖然體型很小,但從頜骨和牙齒看,邊城魚可能是十分兇猛的袖珍掠食者,以生活環境內的其他小動物(如米氏海蝎、秀山盾魚、牙形動物等)為食。 

  此外,該研究還指出,盡管完整的全頜盾皮魚類目前只在中國有發現,但新發現提供的比較解剖學證據顯示,20世紀末在越南志留紀地層中發現的零星盾皮魚類骨片也應屬于全頜盾皮魚類,指示印支地塊和華南地塊在志留紀具有密切的古地理聯系。 

  該研究由重慶地研院、重慶地調院、古脊椎所、曲靖師范學院合作完成,研究團隊人員全部由我國學者,主要是青年學者組成。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項(A類、B類)、國家自然科學基金委優秀青年基金等的支持。

  論文鏈接:1、2 

圖1.袖珍邊城魚生活復原三維模型(解思遠、張禾名制作) 

圖2.早期有頜脊椎動物下頜骨與齒的演化。淺藍色為內骨骼原始頜,淺褐色為膜質頜骨。(朱幼安、李強供圖) 

圖3.重慶秀山羅德洛世動物群生態復原圖(鄭秋旸繪) 

 

圖4.“漫”話古魚之袖珍邊城魚(作者:燁子)

[video:袖珍邊城魚復原_LOGO角標版]

袖珍邊城魚復原

打印 責任編輯:張芳丹

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