包括人類在內(nèi)，地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動物都具有頜骨（上頜與下巴），統(tǒng)稱為有頜脊椎動物或有頜類。有頜類的出現(xiàn)與崛起是“從魚到人”的脊椎動物演化史上最關(guān)鍵的躍升之一，人類的很多重要器官與身體構(gòu)型都可追溯到有頜類演化之初。不過，這一躍升具體發(fā)生在何時、何地、又是如何發(fā)生？這些問題需要古生物學(xué)證據(jù)來回答。

而在有頜類的早期演化過程中，魚類化石長期以來非常稀缺，存在一段至少綿延3000萬年的空白。古脊椎動物學(xué)巨擘阿爾弗雷德·羅美爾曾經(jīng)將其稱為“古生物學(xué)史上一個頑固存在的重大空白”。

在最新一期《自然》雜志上，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊與多個研究機構(gòu)合作，通過4篇論文填補了這一空缺。研究團隊在重慶、貴州等地志留紀早期距今約4.4億年的地層中，分別發(fā)現(xiàn)“重慶特異埋藏化石庫”和“貴州石阡化石庫”，填補了全球志留紀早期有頜類化石記錄的空白，為解答 “從魚到人” 探源最初階段的一系列重要科學(xué)問題提供了確鑿證據(jù)，改寫了有頜脊椎動物早期演化歷史的各個方面。

▲最新一期《自然》封面展示了最新發(fā)現(xiàn)的5種志留紀古魚新屬種的三維藝術(shù)復(fù)原（制圖：Heming Zhang）

其中兩篇論文報道了來自“重慶特異埋藏化石庫”的發(fā)現(xiàn)。作為目前世界上唯一保存志留紀早期完整有頜類化石的特異埋藏化石庫，這個4.36億年前的生物群堪稱“魚類的黎明”。這是繼澄江生物群、熱河生物群之后，又一個在中國發(fā)現(xiàn)的世界級化石庫，為探索生命之樹演化重要節(jié)點提供大量關(guān)鍵證據(jù)，并且將完整有頜類的化石記錄向前推進了1100萬年。

重慶生物群的魚類化石雖然保存完整，但魚的個體通常都非常小，多為全長3-4cm。在這兩篇論文中，研究團隊使用多種手段開展細致研究和反復(fù)探索，其中3種魚類化石對于理解有頜類的早期演化有著格外重要的意義。

▲重慶特異埋藏化石庫的化石（圖片來源：原始論文[1]）

論文報道的一種有頜魚類，奇跡秀山魚（Xiushanosteus mirabilis）屬于盾皮魚類。盾皮魚類介于無頜的甲胄魚與更進步的硬骨魚、軟骨魚之間，對探究頜與有頜類起源具有非常重要的演化意義。相比于已有的盾皮魚化石，秀山魚在時代上大大靠近有頜類的起源時間點，糅合了多個“盾皮魚”大類的特征。因此它與后來其他盾皮魚類共享的特征，很可能是有頜類的原始特征。

▲奇跡秀山魚的生態(tài)復(fù)原圖（圖片來源：Heming Zhang）

另一項發(fā)現(xiàn)是名為蠕紋沈氏棘魚（Shenacanthus vermiformis）的軟骨魚。軟骨魚類的早期化石記錄非常稀少，而保存完好的沈氏棘魚實現(xiàn)了中國志留紀-泥盆紀軟骨魚類大化石發(fā)現(xiàn)零的突破。不僅如此，這枚化石也成為世界上已知最早的關(guān)聯(lián)完好保存的軟骨魚類大化石。令人意外的是，沈氏棘魚擁有盾皮魚類才有的原始特征，這一發(fā)現(xiàn)意味著看似柔韌靈活的鯊魚、鰩魚等軟骨魚類，竟然有“戴盔披甲”的直系祖先。

▲蠕紋沈氏棘魚（圖片來源：Heming Zhang）

研究團隊還發(fā)現(xiàn)了世界首個完整保存身體的盔甲魚類靈動土家魚（Tujiaaspis vividus）化石，通過綜合研究首次揭示出盔甲魚類頭后身體的解剖結(jié)構(gòu)。在靈動土家魚的腹部發(fā)現(xiàn)一對縱貫全身的腹側(cè)鰭褶，這一發(fā)現(xiàn)為脊椎動物成對附肢起源的“鰭褶理論”提供了非常關(guān)鍵的化石證據(jù)。

▲靈動土家魚生態(tài)復(fù)原圖（圖片來源：鄭秋旸）

同期的另外兩篇論文展示了約4.39億年前，來自“貴州石阡化石庫”的發(fā)現(xiàn)。這個化石庫含有數(shù)量多、保存好的有頜類微體化石。

其中，雙列黔齒魚（Qianodus duplicis）的齒旋是迄今最古老的有頜類牙齒，將牙齒最早化石證據(jù)前推了1400萬年，并間接支持了奧陶紀和志留紀早期零散保存的鱗片與棘刺化石隸屬有頜類的分類意見。

▲雙列黔齒魚（圖片來源：Heming Zhang）

此外，關(guān)于新塑梵凈山魚（Fanjingshania renovata）棘刺的發(fā)現(xiàn)顯示，早在志留紀早期，原始軟骨魚類已經(jīng)演化出典型的柵棘魚形態(tài)，同時具有硬骨魚類的組織學(xué)特征。上述進展也讓奧陶紀、志留紀魚類鱗片和棘刺化石分類位置的長期爭論塵埃落定。

▲新塑梵凈山魚（圖片來源：Heming Zhang）

總體而言，“重慶特異埋藏化石庫”和“貴州石阡化石庫”的發(fā)現(xiàn)在古生物學(xué)史上第一次大規(guī)模展示了志留紀魚群特別是有頜類的面貌，揭示了早期有頜類崛起的過程：最遲到4.4億年前，有頜類各大類群已經(jīng)在華南地區(qū)欣欣向榮；到志留紀晚期，更多樣、更大型的有頜類屬種出現(xiàn)并開始擴散到全球，開啟了魚類登陸并最終演化成為人類的進程。