志留纪有颌鱼类研究获进展

2019-11-12 07:41:29
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当解释和修复形状不完整或奇怪的两侧对称的动物化石时,有时它们的背腹部甚至前后轴是颠倒的。在整个古生物学历史上有许多这样的案例,如板龙和拇趾长龙。近日,中国科学院脊椎动物古生物学与古人类学研究所的朱敏、朱有安和鲁静在《皇家学会开放科学》杂志上发表了他们对扁嘴鲇(一种志留纪有颚鱼类)的最新研究,证明该标本在之前的描述中也出现了逆转。扁背志留纪是我国特有的志留系全颌盾状鱼类,对追踪有颚脊椎动物的早期进化具有重要意义。

志留纪颚鱼化石非常罕见。20世纪70年代,中国学者在云南曲靖志留纪地层中发现了一种矩形且相对完整的鱼甲壳化石,并将其命名为宽背志留纪鱼。2010年,志留纪鱼类根据其矩形防弹衣和两块中间背鳍板被分为反弧鱼类。地幔鱼是一大类珀耳帖鱼,也是泥盆纪“鱼时代”的代表化石之一。爱德华·科普把鱼龙化石翻了个底朝天,他曾经把曼特尔鱼化石误认为史前海鞘,并把它命名为“antiarch ”,以区别于现在仍在使用的海鞘。

近十年来,曲靖志留纪地层中发现了大量保存完好的早期颚鱼。麒麟鱼(qilinyu rostrata)的发现表明,早期颚鱼的形态非常多样,具有多个中间背板的矩形体甲不再是体甲鱼的专利。这也促使研究人员重新检查志留纪鱼类化石。经过仔细观察和进一步仔细修复,志留纪鱼类甲壳的“后边缘”揭示了与头部甲壳的关节结构,这意味着这实际上是甲壳的前边缘,在过去的研究中标本已经颠倒过来。根据校正后的体钉板图案和头颈部关节形态,志留系鱼类化石实际上属于一种与长角单齿鱼(monoceros longicornis)关系密切的颚鱼类,目前仅在中国志留系地层中发现,即上颚板目,这种鱼类还包括著名的原基entelognathus primordialis。

基于全颚盾形鱼类的新发现,本研究阐明了最早颚脊椎动物外骨骼头颈部关节的特征进化。大多数有颚脊椎动物在头部和躯干之间有不同程度的活动能力,但是外骨骼的头部和颈部关节,即颅顶钉和后躯钉/膜质肩带之间的关节,只在早期有颚脊椎动物中发现,它们具有发达的膜质骨钉。传统上,外骨骼颈椎关节分为“平面关节”、“屈曲关节”和“抗屈曲关节”。这项研究首次详细分析了这些大类中的许多独立解剖特征。结果表明,单齿鱼和志留系鱼等志留系全息鱼类的外骨骼头颈部关节嵌有上述类别的不同特征,不能归入上述任何类别。此外,在过去,这些大的类别之间没有绝对的界限,它们实际上可以通过一步一步的进化相互改变。

将这些特征置于早期颚骨脊椎动物目前流行的进化框架中表明外骨骼头颈部关节经历了许多平行和反向进化,这表明随着对其他复杂解剖结构的进一步研究,包括头颈部关节在内的特征分布可能支持早期颚骨系统进化的不同假设。

志留纪和泥盆纪一系列重要的早期颚骨脊椎动物的发现和详细研究表明,颚骨的起源和颚骨物种的早期进化非常复杂。目前,还没有一个理论框架可以整合所有相互冲突的证据。只有继续对更多化石物种进行深入的比较解剖学研究,才有可能为脊椎动物进化树在颌骨物种早期的确切形态提供关键证据。

本研究由中国科学院战略试点科技项目和国家自然科学基金重点项目资助。

图1根据新的证据,宽背鲇鱼被前后恢复为外套鱼(右,张国瑞等人的线条画,2010年),现在恢复为全颌盾形鱼(左,线条画和恢复图)。(杨红玉)

图2是早期有颚脊椎动物外骨骼的头颈部关节的分解图和剖视图,显示了外骨骼的头颈部关节的特征演变。在当前颌骨脊椎动物早期系统进化的框架下,外骨骼头颈部关节的形态经历了许多平行和反向进化,这意味着系统进化的框架可能会发生很大变化。


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