魚類如何演化為人類？一大一小兩枚古魚化石填補演化空白

從魚到人，是一個跨越了4億多年的宏大故事。從最早擁有脊椎的魚形祖先，到魚類登上陸地、鰭演化成四肢，再到最終演化為兩棲爬行類動物、哺乳動物和人類，一路上的每一步，都有化石記錄作證。

2015年，在雲南曲靖「古魚王國」誌留紀晚期地層中，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱古脊椎所）的野外團隊持續敲了好幾個月化石。他們幸運地發現了一個完整的、保存狀態像劈開的「剁椒魚頭」的鈍齒宏頜魚化石新標本。

7年後，野外團隊在重慶秀山誌留紀早期地層中，發現了重慶始骨魚化石。重慶始骨魚生活於4.36億年前，標本卻頭尾完整地得以保存。

一條大魚、一條小魚，通過研究這兩枚珍貴的古魚化石，3月5日，中國科學院古脊椎所朱敏院士團隊在國際期刊《自然》雜誌發表兩篇論文，報導了硬骨魚類起源研究的最新成果。相關研究填補了「從魚到人」演化歷程中的空白，顯示我國為早期脊椎動物演化的「東方搖籃」。

《自然》封面，始骨魚（中）和宏頜魚三維複原。製作/中國科學院古脊椎所擬石古生物可視化實驗室

硬骨魚類起源長期以來迷霧重重

談及脊椎動物的起源和早期關鍵演化節點，中國科學院院士、古脊椎所朱敏說，最早的脊椎動物沒有上下頜。在奧陶紀（大約4.85億年-4.43億年前），演化史上一次重大的革新發生了——頜的出現，讓動物能夠主動捕食、撕咬和咀嚼，極大地擴展了食物範圍。世界上有6萬多種脊椎動物，其中99.8%是有頜類動物。

有頜魚類包含四大類群，其中兩類已經滅絕，賸餘的兩類，一類是以鯊魚為代表的軟骨魚，一類是硬骨魚。

在枝葉繁茂的生命之樹中，硬骨魚類（亦稱硬骨脊椎動物）是最為矚目的一支，這是因為硬骨魚類的兩大支系——輻鰭魚類和肉鰭魚類，包括了現今世界98%的脊椎動物物種數。

在水中，輻鰭魚類征服了從八千米深海到季節乾涸水塘的絕大多數地球水域，演化出三萬多個物種，我們在菜市場、水族箱、釣魚中遇到的絕大多數魚類都屬於輻鰭魚類，它們也是多數人腦海中「魚」的典型形象；而肉鰭魚類雖然在水中已經式微，僅存兩種空棘魚和六種肺魚，但肉鰭魚類中的一支在泥盆紀登上陸地演化出四足動物，包括從青蛙到恐龍再到貓狗，我們熟悉的大部分動物以及人類自身，今天也大約包括3萬多個物種。可以說，整個硬骨魚類構成了脊椎動物演化的主幹。

然而，硬骨魚類的起源長期以來迷霧重重，核心難題在於，過去學界所知道的硬骨魚化石大多是泥盆紀已經特化的輻鰭魚與肉鰭魚類，而這兩大類群分異前的原始硬骨魚類（硬骨魚類干群）化石信息缺失，導致學界始終無法確知輻鰭魚類和肉鰭魚類的最近共同祖先形態。

大魚、小魚兩塊化石揭秘「硬骨魚」

自20世紀下半葉著名古魚類學家張彌曼研究楊氏魚以來，學界將目光聚焦在中國南方，希望在這裏找到確鑿無疑的硬骨魚乾群化石證據。

早在2012年，朱敏團隊在雲南曲靖誌留紀晚期（羅德洛世，距今約4.23億年）的地層中發現了零散的硬骨魚類下頜，其中最大的接近20釐米，顯示這種魚的全長可達一米多，是誌留紀最大的脊椎動物。這些下頜里長著一排小丘狀的凸起，當時推測，這些圓鈍的凸起是特化的牙齒，能夠幫助這種魚壓碎硬殼的食物，因此將其命名為鈍齒宏頜魚。

時間來到2015年，團隊在雲南曲靖發現一塊保存狀態像劈開的「剁椒魚頭」的化石，正是鈍齒宏頜魚。宏頜魚論文第一作者、古脊椎所研究員盧靜說，雖然魚頭化石保留完整，但即使經過細緻的清修，大量信息仍然深藏在化石的內部。由於化石本身較大、保存扁平，圍岩緻密、傳統的CT成像技術難以有效解析其內部結構。

直到2019年，隨著高解像度CT成像與三維可視化技術的進一步發展，研究團隊成功透視了魚頭化石精密如迷宮般的內部結構，通過數字化三維重建，讓每一塊骨片精準歸位。研究人員詳細解析了鈍齒宏頜魚的完整頭部結構和牙齒形態。

重慶始骨魚生活於4.36億年前，全長僅3釐米，但頭尾完整保存，比過去已知最早的硬骨魚微體化石還要早。始骨魚論文第一作者、古脊椎所研究員朱幼安說，這種小型古魚兼具原始與進步特徵。研究證明，早在誌留紀早期，硬骨魚類的基本身體外形和構型已經與後來的硬骨魚類非常相似，硬骨魚類的核心特徵組合在當時就已基本形成，遠比過去證據顯示得更早。此外，重慶始骨魚的流線形身體使其能夠較快速地遊動，而同期的其他魚類多為底棲的扁平體形，這表明硬骨魚在早期就演化出了獨特的生態適應特徵。

系統發育分析確定地將兩種古魚置於硬骨魚類干群，代表了輻鰭魚與肉鰭魚分異前的原始類型。這兩個原始硬骨魚類的發現豐富了有頜類早期輻射演化的認知。

我國為早期脊椎動物演化的「東方搖籃」

「從魚演化到人，歷經4億年，中間有無數關鍵節點。人的五官、牙齒等是怎麼來的？要瞭解這些問題，就要回溯到原始魚類的‘根兒’上。早期化石研究，對於生命科學非常重要，它們提供了一個研究框架。」朱敏說，但越往前追溯，化石越稀少、越難找到。

重慶始骨魚是最古老、完整保存的硬骨魚，鈍齒宏頜魚是誌留紀硬骨魚解剖學最豐富的一個類群。這兩種原始硬骨魚的發現，大大加深了學界對硬骨魚類早期演化的認識。誌留紀的兩千萬年中，硬骨魚類已經非常多樣化，演化出較大的體型，成為生態系統中的頂級掠食者，並分化出肉鰭魚類和輻鰭魚類，為它們後續成為地球上最繁盛的脊椎動物類群，以及「從魚到人」奠定了基礎。

此次，研究團隊揭示了兩種原始硬骨魚類的形態及頜、牙齒、腦顱等重要特徵。相關研究填補了「從魚到人」演化歷程中的空白，顯示我國為早期脊椎動物演化的「東方搖籃」。

此次成果進一步證實，我國華南地區是硬骨魚乃至整個有頜脊椎動物起源的「搖籃」。早在2009年雲南曲靖誌留紀魚類發現伊始，國際研究者就預言該發現「將會掀起新一輪的在誌留紀地層中的野外考察熱潮」。然而，近二十年的時間過去了，中國仍然是世界上唯一發現大量保存完整的誌留紀有頜魚類化石的區域。未來，對我國獨一無二的誌留紀有頜脊椎動物的持續研究，將推動學界重新認識「從魚到人」早期演化歷程中的一系列關鍵飛躍。

朱敏說，要回答「我們從哪兒來」這一問題，化石是最重要的證據。「感謝這片土地，正好當時這些最重要的生物演化事件就發生在我國，我們也非常幸運的把化石找了出來，最後通過研究，為人類的知識體系添磚加瓦。」

新京報記者 張璐

編輯 張樹婧 校對 李立軍