曲靖师院以第一作者单位在《Nature》同时发表3篇论文

“从鱼到人”探源研究取得重大突破

  • 2022.09.29
  • 来源:中科院古脊椎动物与古人类研究所、曲靖师院党委宣传部、曲靖师院生物资源与食品工程学院

近日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队在“人类探源、追溯远祖”研究中取得重大突破,于北京时间9月28日23时在《Nature》(《自然》)杂志在线发表4篇论文,9月29日7时以封面文章同期发表,报道了志留纪“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,将很多人类解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类,填补了“从鱼到人”演化史上缺失的关键环节,刷新了有颌脊椎动物起源与崛起的传统认知,进一步夯实了“从鱼到人”的演化路径。

4篇论文中,曲靖师范学院两名教师——安爵辅(Andreev)和李强为2篇论文的共同第一作者。另外2篇中,曲靖师范学院李强分别为第二作者和共同第一作者。4篇论文的通讯或共同通讯作者为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士。朱敏院士自2018年以来一直受聘担任曲靖师范学院自然历史文化研究中心主任。

4篇论文分别是:The oldest gnathostome teeth(最古老有颌类牙齿),Spiny chondrichthyan from the lower Silurian of South China(华南志留纪早期多棘刺软骨鱼),Galeaspid anatomy and origin of vertebrate paired appendages(盔甲鱼解剖学与脊椎动物成对附肢的起源),The oldest complete jawed vertebrates from the early Silurian of China(中国志留纪早期最古老完整有颌脊椎动物)。4篇论文分别展示了关于双列黔齿鱼——最古老的有颌类牙齿的研究成果;关于新塑梵净山鱼——4.39亿年前鲨鱼的近亲的研究成果;关于灵动土家鱼——揭示鱼类偶鳍起源的研究成果;关于蠕纹沈氏棘鱼——迄今所知最早的保存完好的软骨鱼,奇迹秀山鱼——拥有盾皮鱼类组合特征的研究成果。

以曲靖师范学院两名教师——安爵辅(Andreev)和李强为共同第一作者的是关于双列黔齿鱼和新塑梵净山鱼的两项研究成果。以曲靖师范学院李强为共同第一作者的是关于蠕纹沈氏棘鱼、奇迹秀山鱼的研究成果。

颌之初

现存脊椎动物中,99.8%的物种都属于有颌类。有颌类的起源是脊椎动物演化史上最大、影响最深远的跃升之一,颌的出现大大增加了脊椎动物的摄食和呼吸能力,使脊椎动物得以向各个生境和生态位拓展,并最终演化出人类自身。人类的主要身体构型和重要器官都可追溯到有颌类演化之初。因此,有颌类的起源与崛起是人类探源研究中的关键环节之一,化石证据在其中扮演主要角色。但在分子生物学推定的有颌类起源时间与保存有颌类丰富化石记录的泥盆纪之间,长期存在3千多万年的时代空白,导致有颌类的起源与早期分化研究扑朔迷离,争议不断。

近十年来,朱敏院士团队以“探索未知、揭示本源”为己任,面向世界科技前沿,通过持之以恒的野外地质调查,在重庆、贵州、湖南等地志留纪早期地层中连续取得化石发现上的突破,填补了上述空白,为解答颌起源、有颌类最早期分化、人类重要器官和身体构型演化等重要科学问题带来了曙光。

格物:志留纪有颌类化石新发现

该团队首先在4.39亿年前的华南下红层“贵州石阡化石库”中发现大量有颌类微体化石,其中的齿旋化石双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)将有颌类牙齿最早化石证据前推了1400万年。而新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)显示,早在志留纪兰多维列世埃隆期晚期或特列奇期最早期,软骨鱼类干群已经演化出典型的栅棘鱼形态,同时具有硬骨鱼类的组织学特征。上述进展也让奥陶纪、志留纪鱼类鳞片和棘刺化石分类位置的争论尘埃落定。

2020年该团队又在4.36亿年前的重庆秀山上红层中发现了目前世界上唯一保存兰多维列世有颌类大化石的特异埋藏化石库,其中的有颌类化石不仅数量多、种类全,而且保存十分完整,头、躯体关联部分以及躯甲后身躯的鳞列、鳍、尾等结构都完整保存下来,令我们得以一窥兰多维列世脊椎动物特别是有颌类的全貌。其中,对灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)的研究显示,盔甲鱼体侧有成对的连续鳍褶,代表了偶鳍或人类四肢的雏形。蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)是目前世界上发现的最早的关联完好保存的软骨鱼,确证了软骨鱼类从“披盔戴甲”的祖先演化而来。奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)糅合了多个盾皮鱼大类的特征,为探究有颌类生命之树根部主要类群的起源提供了珍贵资料。

致知与展望

“从鱼到人”探源研究的最新突破——“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的发现在古生物学史上第一次大规模展示了志留纪鱼群特别是有颌类的面貌,揭示了早期有颌类崛起的过程:最迟到4.4亿年前,有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣;到志留纪晚期,更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球,开启了鱼类登陆并最终演化成为人类的进程。对“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的化石研究,将很多与人类相关的解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类,填补了“从鱼到人”演化史上缺失的最初始环节,更新了对有颌类起源与崛起的传统认知,进一步夯实了“从鱼到人”的演化路径。可以预见,“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”未来还将继续为解开围绕有颌类起源的重重谜团做出持续贡献。

1 《Nature》封面图  拟石科技制作s.jpg

《Nature》封面

牙齿与颌:志留纪化石层揭示有颌脊椎动物崛起与多样性

封面为最新发现的5种志留纪古鱼新属种的三维复原,从上到下分别为蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)、新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)、双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)、灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)和奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)。 这些鱼化石是在中国南方两个保存良好的化石层中发现的,时代分别为 4.36 亿年前和 4.39 亿年前。朱敏及其同事在本期的4篇论文中报道了他们在这两个化石层中发现的令人惊叹的鱼化石。这些特异埋藏保存的鱼化石使研究人员找到解开有颌脊椎动物早期演化和分化之谜的钥匙。其中有目前已知最古老的牙齿——它来自一种新发现的叫黔齿鱼的有颌脊椎动物,是鲨鱼的近亲。所有这些发现描绘出一幅有颌鱼类在志留纪早期蓬勃演化的全新画面。封面图:拟石科技制作

2  双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)三维复原。拟石科技制作s.png

双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)三维复原。拟石科技制作

3  双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)三维复原。拟石科技制作s.jpg

双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)三维复原。拟石科技制作

4  双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)三维复原。拟石科技制作s.jpg

双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)三维复原。拟石科技制作

5  新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)三维复原。拟石科技制作s.png

新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)三维复原。拟石科技制作

6  新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)三维复原。拟石科技制作s.png

新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)三维复原。拟石科技制作

7  灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)三维复原。拟石科技制作s.jpg

灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)三维复原。拟石科技制作

8  灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)三维复原。拟石科技制作s.jpg

灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)三维复原。拟石科技制作

9  蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)三维复原。拟石科技制作s.jpg

蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)三维复原。拟石科技制作

10  蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)三维复原。拟石科技制作s.jpg

蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)三维复原。拟石科技制作

11  奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)三维复原。拟石科技制作s.jpg

奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)三维复原。拟石科技制作

12  奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)三维复原。拟石科技制作s.jpg

奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)三维复原。拟石科技制作