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研究人员在重庆秀山发现志留纪袖珍边城鱼

2021-06-22 古脊椎动物与古人类研究所
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  地球上99.8%的脊椎动物包括人类都具有颌骨(上颌与下巴),被统称为有颌类。有颌类的起源(根据分子钟证据在奥陶纪)和完整有颌类化石大量出现(早泥盆世)之间跨越整个志留纪的数千万年时间段存在严重的化石记录缺失,长期以来仅能通过零散保存的鳞片与棘刺来推测有颌类在志留纪的演化。中国是世界上目前唯一发现较多志留纪有颌类完整化石的国家,为全面认识有颌类的早期身体结构提供了关键实证资料,但之前的化石几乎全部来自一个化石点,即云南曲靖潇湘动物群。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏团队长年坚持在全国范围志留纪地层中踏勘,并与各地地质调查部门开展深入合作,在重庆市秀山县取得重大进展。日前,研究人员在《当代生物学》(Current Biology)上报道了来自重庆的一条全新的、完整保存的志留纪有颌鱼类——袖珍边城鱼 Bianchengichthys micros),为颌与牙齿的早期演化提供了新实证。这是全球目前第二个发现较多完整志留纪有颌类的化石点。 

  4.23亿年前的志留纪晚期(罗德洛世),华南古陆漂泊在赤道附近的大洋之中,海水沿着曲折凹凸的海岸线侵入陆架,形成若干巨大的海湾或内海,这些浅海成为早期水中生命的庇护所。湘渝之交的重庆秀山地区在那时位于华南古陆北缘一个比今日渤海还要大的内海中,河流在这里汇入内海,带来了大量养分,并孕育了丰富的生命,河口和滩涂的半咸水中生长大量的原始植物,其间生活着无颌的盔甲鱼类、海蝎和最早的有颌鱼类。它们的遗骸被河流带来不断的泥沙覆盖,并在漫长的地质时间内变成了化石。 

  2019年底,团队成员、重庆地研院博士后李强在秀山洪安边城附近沿“川河盖天路”踏勘志留纪含鱼地层,在罗德洛统小溪组中意外发现了一块完整对半开的有颌鱼类化石,而这一地层在过去还从未报道过完整的有颌鱼类。他和团队成员、古脊椎所副研究员朱幼安等人一起对这块化石展开了详细研究。尽管保存非常完整,但研究这块化石并不容易,许多微小结构已接近粉砂岩粒度保存精度的上限,特别是埋在围岩内部的骨片形态,经过多次高精度CT扫描,才通过沿骨片裂开的、只有几微米宽的细微缝隙重建出来。 

  该研究发现,边城鱼的外骨骼骨甲模式和此前在曲靖潇湘动物群中发现的麒麟鱼接近,显示它与麒麟鱼、全颌鱼、志留鱼同属全颌盾皮鱼类。全颌盾皮鱼类是一类中国特有的早期有颌鱼类,与现代有颌脊椎动物(即硬骨鱼类和软骨鱼类)共同祖先的起源密切相关,因而近年来在学界引发较大关注。研究发现,边城鱼保存了下颌和下颌齿,其具凸缘的下颌边缘颌骨与全颌鱼的边缘颌骨十分相似,但其内侧又有发达的口内叶,其上可见五个较大的圆锥状齿,这些齿的生长和排列型式与其他盾皮鱼类,特别是节甲鱼类的齿突相似。因此,边城鱼的颌骨可能比全颌鱼和麒麟鱼更原始,代表了现代鱼类颌骨及牙齿与节甲鱼类这样的传统定义盾皮鱼类之间新发现的一个过渡状态,为现代有颌类(包括人类颌骨和牙齿)的起源和演化提供了重要的化石实证。 

  边城鱼的胸鳍和腹鳍难得地被完整保存了下来,这在早期鱼类化石中较罕见化石显示其偶鳍鳞片覆盖的肉质状部分非常发达,鳍条部分则只有外侧狭窄的一圈,这与人们刻板印象中,常见鱼类的透明、折扇状鱼鳍不同,进一步证明了多数原始鱼类的偶鳍都具有发达的肉质部分;而现代辐鳍鱼类,特别是鲫鱼、鲈鱼之类真骨鱼类的扇形透明鱼鳍(肉质部分极为退化,鳍几乎全由鳞质鳍条支撑)是非常特化的。 

  边城鱼化石只有2厘米长,活着时整条鱼可能也只有约4厘米长。虽然体型很小,但从颌骨和牙齿看,边城鱼可能是十分凶猛的袖珍掠食者,以生活环境内的其他小动物(如米氏海蝎、秀山盾鱼、牙形动物等)为食。 

  此外,该研究还指出,尽管完整的全颌盾皮鱼类目前只在中国有发现,但新发现提供的比较解剖学证据显示,20世纪末在越南志留纪地层中发现的零星盾皮鱼类骨片也应属于全颌盾皮鱼类,指示印支地块和华南地块在志留纪具有密切的古地理联系。 

  该研究由重庆地研院、重庆地调院、古脊椎所、曲靖师范学院合作完成,研究团队人员全部由我国学者,主要是青年学者组成。研究工作得到中科院战略性先导科技专项(A类、B类)、国家自然科学基金委优秀青年基金等的支持。

  论文链接:12 

图1.袖珍边城鱼生活复原三维模型(解思远、张禾名制作) 

图2.早期有颌脊椎动物下颌骨与齿的演化。浅蓝色为内骨骼原始颌,浅褐色为膜质颌骨。(朱幼安、李强供图) 

图3.重庆秀山罗德洛世动物群生态复原图(郑秋旸绘) 

 

图4.“漫”话古鱼之袖珍边城鱼(作者:烨子)

[video:袖珍边城鱼复原_LOGO角标版]

袖珍边城鱼复原

打印 责任编辑:张芳丹

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