揭示“从鱼到人”进化的奥秘，中科院团队连发4篇Nature，填补历史空白

人类是由远古时期的鱼进化而来？最近，一批来自志留纪早期的化石揭开了我们古老鱼形祖先神秘的面纱。

志留纪有颌鱼类长什么模样？最早的牙齿什么时候出现？4.4 亿年前新塑梵净山鱼，身上有多少根刺？探索有颌鱼类附肢起源为什么要研究无颌鱼类？

为回答这一系列的问题，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队在 Nature 杂志上接连发布 4 篇论文，分别是：《中国志留纪早期最古老、完整的有颌脊椎动物》（The oldest complete jawed vertebrates from the early Silurian of China）、《最古老的颌与牙齿》（The oldest gnathostome teeth）、《中国华南地区志留纪早期多棘刺软骨鱼》（Spiny chondrichthyan from the lower Silurian of South China）、《盔甲鱼解剖学与脊椎动物成对附肢的起源》（Galeaspid anatomy and the origin of vertebrate paired appendages）。

图丨中国志留纪早期最古老、完整的有颌脊椎动物（来源：Nature）

图丨最古老的颌与牙齿（来源：Nature）

图丨中国华南地区志留纪早期多棘刺软骨鱼（来源：Nature）

图丨盔甲鱼解剖学与脊椎动物成对附肢的起源（来源：Nature）

朱敏院士团队在“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”发现约四亿四千万年前志留纪早期有颌类生物化石。

在对这些化石进行研究的过程中，课题组发现了志留纪早期有颌类生物的器官、构造等具体特征，对于揭示远古生物的起源与演化过程具有里程碑式的重要意义。

当然，这一系列的研究成果都是围绕有颌脊椎动物展开的，那么，什么是有颌脊椎动物？

有颌脊椎动物又称有颌类（Gnathostomata），名称源自希腊语的“颌”与“口”两个词。

据统计，现生的有颌类大约有六万种，具有颌、牙齿、成对鼻孔、颈、成对的附肢等重要的器官结构。我们在动物园和海洋馆看到的动物几乎都是有颌类。

奇迹秀山鱼与沈氏棘鱼化石揭秘人类起源

朱敏院士团队从重庆特异埋藏化石库中发现了从头到尾完整保存的志留纪早期有颌鱼类——奇迹秀山鱼。

团队使用 CT 扫描、三维重建、扫描电镜等手段，将化石中的细微解剖学结构展现。结果表明，人的脖子可能就起源于这条 4.36 亿年前的鱼类。

图丨秀山鱼化石及复原（来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）

秀山鱼头盖骨标本中间有一道横向裂隙，确保头部在呼吸与进食的过程中可以抬高与下落。这条裂隙形成一条头部与躯干之间的新界线，最终演化为人类的脖颈。据考证，秀山鱼头顶裂隙前的骨片最终演化成为人体的枕骨，是与颈椎直接相连的骨骼。

重庆特异埋藏化石库中还发现了肩部具有大块骨甲的沈氏棘鱼，它是鲨鱼的祖先，但却拥有盾皮鱼类才有的古老的“铠甲”，是研究鲨鱼所在软骨鱼类如何起源的重要证据。

奇迹秀山鱼和沈氏棘鱼都只有3cm长，说明当时的有颌鱼类都很小，适应当时水中和大气中较低的含氧量。

在最早有颌类牙齿生长方式等研究中获得新突破

在“贵州石阡化石库”中，团队发现了多种鱼类的微体化石，在最早的有颌类牙齿的生长方式等研究中获得新突破。

朱敏团队通过计算机断层扫描（CT，Computed Tomography）、三维重建与复原技术，细致的分析了四亿多年前的黔齿鱼的齿旋构造，揭示最早牙齿的生长与发育特征。

图丨黔齿鱼的三维复原（来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）

齿旋是早期有颌鱼类特有的牙齿生长构造，在一个螺壳状的共同底板上依次生长并共存很多枚新老牙齿，黔齿鱼就拥有这种非常特殊的牙齿生长模式。

到处都是刺的新塑梵净山鱼与像“水翼船”的灵动土家鱼

图 丨 梵净山鱼三维复原（来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）

朱敏团队将“石阡化石库”中大小、花纹相近的零散棘刺及其他骨骼化石连起来，复原了新塑梵净山鱼。梵净山鱼、黔齿鱼和沈氏棘鱼都属于软骨鱼类，软骨鱼类是一个大家族，鲨鱼是其中的代表之一，这些志留纪的软骨鱼类是鲨鱼的祖先。

图丨灵动土家化石照片及三维复原（来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）

在其中的一篇论文中，朱敏院士团队还找到了无颌的盔甲鱼类“灵动土家鱼”的完整身体。

研究发现，灵动土家鱼身体底部两侧有一对长长的褶状构造，这可能是有颌鱼类偶鳍乃至四足动物和人类四肢的雏形。

利用计算机流体力学模型分析，无颌的“灵动土家鱼”的鳍褶主要是像水翼船一样，在鱼前进时提供升力，而不像有颌鱼类的偶鳍那样起到转向或直接推进身体的作用。

无论是奇迹秀山鱼、棘鱼，还是新塑梵净山鱼、灵动土家鱼，都为我们揭秘了远古生物的身体构造与人类起源之间的关系。这些来自远古的“声音”，在人类古生物研究的历史长河中必会留下浓墨重彩的一笔。

参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05136-8
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05166-2
https://www.nature.com/articles/d41586-022-03080-1
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04897-6
http://www.ivpp.cas.cn/xwdt/kyjz/202209/t20220926_6517024.html
http://www.ivpp.cas.cn/xwdt/kyjz/202209/t20220926_6517031.html
http://www.ivpp.cas.cn/xwdt/kyjz/202209/t20220926_6517033.html
http://www.ivpp.cas.cn/xwdt/kyjz/202209/t20220927_6517377.html