奇异的原始鲨鱼状鱼不同于任何发现的脊椎动物

这是可以改写科学家如何理解鱼类进化的几个新发现之一。

古代“鲨鱼”梵净鲨游泳的动画。 (图片来源:IVPP/中国科学院)
古代“鲨鱼”梵净鲨游泳的动画。 (图片来源:IVPP/中国科学院)

中国的研究人员发现了一种具有 4.39 亿年历史的类似鲨鱼的鱼的遗骸,这些鱼具有“与任何已知的脊椎动物不同”或有脊椎的动物的不同寻常的特征。 一项新的研究报告称,这种奇怪的生物身上覆盖着刺和“骨甲”,是迄今为止发现的最古老的无可争议的有颌脊椎动物。

科学家们在中国南部贵州省著名的化石遗址荣溪组发现了新发现的灭绝物种的遗骸。 研究人员以附近一座名为梵净山的山命名,将这个物种命名为梵净山。

该团队从该地点收集了数千个化石骨骼碎片、鳞片和牙齿,然后煞费苦心地重建了古代鱼类的可能样子。 他们的研究结果于 9 月 28 日在线发表在《自然》杂志上。

F. renovata 属于一种已灭绝的类鲨鱼生物,称为棘齿动物,也称为“刺鲨”,其肩部周围有刺鳍和骨板。 在鱼类家族树上,棘层动物介于软骨鱼类(包括现代鲨鱼和鳐鱼)和骨鱼(或硬骨鱼)之间。 Acanthodians 的身体结构类似于鲨鱼,但它们的骨皮板和骨骼与硬骨鱼相似。 研究人员怀疑 F. renovata 可能是这两个群体未被发现的共同祖先的近亲。

研究人员在一份声明中说,新发现的物种可以追溯到志留纪时期,距今 4.438 亿年至 4.192 亿年前,比已知最古老的有颌鱼类早约 1500 万年,使其成为迄今为止最古老的有颌脊椎动物。

科学家们对有颚鱼的出现特别感兴趣,因为它们的进化是脊椎动物多样化的一个重点。 这一发现将帮助研究人员“获得有关导致重要脊椎动物适应性起源的进化步骤的急需信息,例如颌骨、感觉系统和成对的附属物,”该研究的合著者、中国科学院古生物学家朱敏 科学,在声明中说。

独一无二的标本

尽管 F. renovata 确实与其他棘皮动物具有多种特征,但研究人员表示,它也具有使其与该组中其他动物不同的特征。

研究人员写道,主要区别之一是鱼的肩甲,它比其他棘皮动物的盔甲覆盖的面积更大,并且融合了多个刺。

古鱼的另一种重建。(图片来源:张鹤鸣)
古鱼的另一种重建。(图片来源:张鹤鸣)
来自 F. renovata 的骨骼碎片,曾经将肩甲与多刺的鳍相连。(图片来源:Andreev 等人。)
来自 F. renovata 的骨骼碎片,曾经将肩甲与多刺的鳍相连。(图片来源:Andreev 等人。)
F. renovata 可能看到的详细重建。(图片来源:张鹤鸣)
F. renovata 可能看到的详细重建。(图片来源:张鹤鸣)

这种生物的多刺鳍也覆盖着不寻常的牙齿状鳞片,研究小组怀疑这些鳞片会成团脱落并重新生长。 声明称,在现代鲨鱼中也可以看到类似的鳞片,但它们不会以这种方式被取代。

F. renovata 的化石骨骼也显示出一种称为再吸收的过程的证据,当骨骼或牙齿的一部分分解并随后被替换时,通常是在生物体的发育过程中。

“这种程度的硬组织改造在软骨鱼类中是前所未有的,”主要研究作者、中国曲靖师范大学的古生物学家 Plamen Andreev 在声明中说。 他补充说,它显示了早期矿化骨骼如何发育的“比目前理解的更大的可塑性”,并指出了现代骨骼的进化起源,包括人类骨骼。

重新定义鱼类进化

F. renovata 只是研究人员在荣溪组遗址发现的几种化石之一。

在另一项同样于 9 月 28 日发表在《自然》杂志上的研究中,研究人员揭示了另一种已灭绝的有颌鱼新物种,即双颌鱼。 这个物种也可以追溯到大约 4.39 亿年前; 然而,它仅是从化石牙齿和鳞片中描述的,这意味着研究人员更不确定它可能属于哪个群体。

古代鱼在古代海洋中游泳的娱乐。 (图片来源:傅博元、傅宝中)
古代鱼在古代海洋中游泳的娱乐。 (图片来源:傅博元、傅宝中)

同一个团队还从现场出土的化石中描述了另外三种灭绝的鱼类,并在同一天发表的其他论文中报告了它们。 Xiushanosteus mirabilis 是一种被称为盾皮鱼的装甲鱼。 Shenacanthus vermiforis 可能是一种盾皮动物,但也与一些无颌鱼有相似之处。根据中国科学院的资料,Tujiaaspis livingus 属于一种名为 galeaspids 的无颌鱼类,它们以头上有头盔状的盾牌而闻名。这些标本中没有一个像 F. renovata 或 Q. duplicis 那样古老,但 X. mirabilis 和 S. vermiforis 仍然比任何其他已知的早期有颌鱼物种更古老。

这些新描述的物种一起彻底改变了科学家对有颌鱼类进化的了解。根据这项研究,过去的发现表明,有颌鱼类的出现和多样化直到大约 4.2 亿年前才真正开始。但新的化石表明,在此之前大约 2000 万年,各种有颚鱼已经在地球的海洋中游弋。

“到目前为止,我们已经从化石鳞片中获得了一些暗示,即有颚鱼的进化发生在化石记录的更早时期,但还没有发现任何明确的东西,”该研究的合著者、加州大学的脊椎动物古生物学家 Ivan Sansom 英国伯明翰在一份声明中说。 “这些是我们今天将认识到的第一个类似鱼的生物。”

更重要的是,研究人员怀疑有颚鱼实际上起源得更早。

基于 F. renovata 与现代鲨鱼、鳐鱼和硬骨鱼之间的相似性,研究小组估计,软骨鱼和骨鱼的假设共同祖先——也是有颚鱼——可以追溯到大约 4.55 亿年前。

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