研究进展

地球大数据支持人类探源基础研究产出重大成果

发布时间:2022-09-29

 
  近期,地球大数据专项项目五中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队在重庆、贵州等地志留纪早期距今约4.4亿年的地层中发现“重庆特异埋藏化石库库”和“贵州石阡化石库”,增添了我国又一个世界级的特异埋藏化石库,填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白,首次为有颌类的崛起与最早期辐射分化提供确切证据。团队采用新技术新方法对这些鱼类化石开展了详细研究,在有颌类最早期分化、重要器官和身体构型演化等重要科学问题的探索中取得新进展,刷新了传统认知。《自然》杂志于9月29日以封面文章形式同期发表团队的4篇学术论文,集中报道了这批有关有颌类起源与最早期演化的研究成果。
  
  志留纪早期五种古鱼的三维复原图(中科院古脊椎动物与古人类研究所供图) 

近十年来,朱敏团队踏遍我国志留纪地层可能含鱼的二百多个地点,终于在华南志留纪早期地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,发现大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石,找到了破解有颌类最初崛起与辐射分化之谜的钥匙。应用高精度CT、性状大数据分析、流体动力学模拟等新技术新方法,团队向世界首次展示出最早有颌类的牙齿、头部、身体以及偶鳍的雏形等过去完全未知的最早有颌类身体结构与解剖学信息,为解答 “从鱼到人” 探源最初阶段的一系列重要科学问题提供了确凿证据,改写了有颌脊椎动物早期演化历史的各个方面。

  “贵州石阡化石库”时代为兰多维列世(志留纪早期)埃隆期最晚期,约4.39亿年前,含有数量多、保存好的有颌类微体化石。其中,双列黔齿鱼(Qianodus duplicis)的齿旋代表最古老的有颌类牙齿,将牙齿最早化石证据前推了1400万年。而新塑梵净山鱼(Fanjingshania renovata)棘刺的发现显示,早在志留纪早期,原始软骨鱼类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长期争论尘埃落定。

  “重庆特异埋藏化石库”时代为兰多维列世特列奇期,约4.36亿年前,是目前世界上唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库,堪称“鱼类的黎明”。这是继澄江生物群、热河生物群之后,又一个在我国发现的、为探索生命之树演化重要节点提供大量关键证据的世界级特异埋藏化石库,将完整有颌类的化石记录前推了1100万年,将若干人类身体结构的起源追溯到4.36亿年前的化石鱼类中。重庆特异埋藏化石库中发现的古鱼化石不仅数量众多、种类齐全,而且保存十分完整、精美,我们得以一窥志留纪初期脊椎动物特别是有颌类的全貌。

  

  志留纪兰多维列世重庆生物群生态复原图(中科院古脊椎动物与古人类研究所供图)

  其中,无颌的盔甲鱼类灵动土家鱼(Tujiaaspis vividus)为脊椎动物成对附肢起源提供关键化石证据;有颌的蠕纹沈氏棘鱼(Shenacanthus vermiformis)是迄今所知最早的保存完好的软骨鱼,确证了鲨鱼是从“披盔戴甲”的祖先演化而来。而另一种有颌鱼类奇迹秀山鱼(Xiushanosteus mirabilis)则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,和脊椎动物头骨演化提供了珍贵资料。

  

  “重庆特异埋藏化石库”化石照片(中科院古脊椎动物与古人类研究所供图)

  朱敏院士表示,此次发现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。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有颌类起源的重重谜团做出持续贡献。
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