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中国鱼化石首次揭示硬骨鱼纲的外骨骼腰带
2012-04-05 | 编辑: | 【

中国科学家在4月3日出版的《公共科学图书馆•综合》(PLoS ONE)上记述了两种早期鱼类的腰带,首次揭示了硬骨鱼纲的外骨骼腰带。该研究否定了硬骨鱼纲的腰带与肩带结构不同、不具有外骨骼成分的传统观点,为研究有颌类的早期分化并探讨腰带与肩带在发育上的同源关系提供了新的重要资料。这是中科院古脊椎动物与古人类研究所朱敏教授领导的研究群体在古生物学与演化生物学领域取得的最新进展。

有颌脊椎动物包括硬骨鱼纲、软骨鱼纲及已灭绝的盾皮鱼纲和棘鱼纲共四大类群,它们的附肢,即偶鳍或由偶鳍演化而来的四肢通过带骨、肌肉、韧带等构造与脊柱连接,其中,身体前部的带骨为肩带,后部为腰带。支撑附肢的带骨是有颌类的典型特征,带骨在有颌类的演化过程中经历了显著的变化,与偶鳍和四肢的演化密切相关。鱼类有两对偶鳍,适于在水中游动,带骨的功能比较弱。鱼类演化到四足类,鳍退化,四肢出现,带骨的功能也逐渐增强。因此,长期以来带骨的结构与功能是学术界关注的一个重点,譬如恐龙就是根据腰带的不同形态被划分为蜥臀类和鸟臀类,人类的直立行走也伴随着腰带结构的相应改变。

一般认为,腰带与肩带为系列同源关系。然而,从现生硬骨鱼纲(包括辐鳍鱼类、肺鱼类、空棘鱼类以及所有陆地脊椎动物)的发育上看,肩带是复合来源,既有来源于内骨骼的肩胛乌喙骨,也有来源于外骨骼的匙骨、锁骨等。与之形成鲜明对照的是,硬骨鱼纲的腰带无一例外都是内骨骼来源,没有外骨骼成分的加入。这种差异反映了具有系列同源关系的两组构造遵循着不同的演化路线,那么它们是从演化树的哪个节点开始分道扬镳的呢?这一问题仅凭对现生生物的研究已无法回答。迄今为止,腰带外骨骼已在某些盾皮鱼类和棘鱼类化石中发现。其中,盾皮鱼类的腰带外骨骼与肩带外骨骼非常相像,为一块或多块大骨片,而棘鱼类的则为典型的棘刺。不过,根据这些零星的外类群化石记录很难推测硬骨鱼纲腰带的来源。早期硬骨鱼类腰带结构如何将直接影响到相关问题的探讨。

中国近年来一系列化石发现(如斑鳞鱼、无孔鱼、蝶柱鱼、鬼鱼等)为研究硬骨鱼纲起源与早期演化不断注入新的活力。为揭示早期硬骨鱼类腰带的结构,朱敏等对鬼鱼和斑鳞鱼材料进行了重新研究并多次开展新的野外发掘。他们于2010年发现了一件保存完好的鬼鱼新标本,该标本虽然头部缺失,但是头后部分保存十分精美。新标本的肩带保存了两侧的匙骨、锁骨以及一件菱形的间锁骨。与斑鳞鱼相同,鬼鱼发育的肩胛乌喙骨紧附于匙骨内侧面。引人注目的是,鬼鱼新标本上具有一件腹视的右侧腰带外骨骼,呈自然状态保存,该骨片上有一向后腹方延伸的棘刺,位于第二背鳍棘的腹侧。对鬼鱼正型标本(2009年发现)重新检查后,朱敏等发现正型标本上也保存了一件位于相似位置的左侧腰带外骨骼,结构与新标本相同。对鬼鱼腰带外骨骼进行的复原显示其腰带具有三块外骨骼,即一对腰带侧片和一块腰带间片。基于对鬼鱼腰带外骨骼的认识,朱敏等对斑鳞鱼头后骨骼进行了重新整理,结果发现了与鬼鱼腰带外骨骼相似的骨片,并且内侧与其愈合的内骨骼上还具有与肩带相似的复基鳍关节。这表明斑鳞鱼的腰带与肩带结构相似,也说明鬼鱼的腰带很可能同样具有复基鳍关节。作为首批保存了腰带外骨骼的硬骨鱼类化石记录,鬼鱼和斑鳞鱼揭示了出乎预料的腰带形态特征,这些特征指示鬼鱼与斑鳞鱼腰带的整体结构与一些盾皮鱼类相近。

朱敏等对鬼鱼和斑鳞鱼的腰带及之前对肩带的报道,揭示了早期硬骨鱼类的腰带和肩带结构相似,都具有与内骨骼愈合的外骨骼骨片、棘刺和复基鳍关节,改变了硬骨鱼纲腰带不具有外骨骼的传统观点。

此项研究得到了国家自然科学基金委员会、国家重点基础研究发展规划项目和中国科学院的大力支持。

梦幻鬼鱼最新的生态复原图(绘图:Brain Choo)

梦幻鬼鱼新标本(供图:朱敏)

梦幻鬼鱼正型标本腰带部分的重新解释(供图:朱敏,Brain Choo)

斑鳞鱼的两件腰带标本(供图:朱敏)

 
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◎ 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所
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