出品：科普中國

作者：李懋坤

監制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

距今約4.36億年的雙叉苗家魚化石被發現

近日，一項發表在《古脊椎動物學報》（Vertebrata Palasiatica）上的研究成果吸引了大家的注意。成果的主角是來自重慶特異埋藏化石庫中的一種真盔甲魚類——雙叉苗家魚(Miaojiaaspis dichotomus gen. et sp. nov.)。屬名中，“苗家”來源于苗族，是秀山土家族苗族自治縣的主要少數民族之一。“雙叉”則用來描述其側橫管末端分叉這一特征。

雙叉苗家魚是在重慶市東南部志留紀蘭多維列世特列奇期迴星哨組(距今約4.36億年)被發現的，正型標本為一件連接軀干的不完整頭甲化石，現收藏于重慶地質礦產研究院，標本號為CIGMR V0125a和CIGMR V0125b。

雙叉苗家魚頭甲背側復原圖

(圖片來源：參考文獻1)

盔甲魚就盔甲魚，還分真假嗎？

雙叉苗家魚是一種真盔甲魚類。

看到這里，很多人肯定有這種疑問，難道還有假盔甲魚類？

很遺憾，沒有假盔甲魚類。不過有其他的盔甲魚類。

要講清楚它們的情況，還要從無頜類說起。

無頜類是一類沒有上下頜、具有單一外鼻孔的類群。除去現生無頜類（代表為盲鰻和七鰓鰻），已經滅絕的無頜類可以分為兩大類別——昆明魚類和甲胄魚類。甲胄魚類占據了無頜類中的絕大多數，在當時構成了脊椎動物的主體。

盔甲魚類是甲胄魚類中極度繁盛的類群之一，在分類地位上處于早期脊椎動物演化的一個關鍵節點，能夠為有頜類起源提供關鍵性的化石證據。除去幾個基干類群外，盔甲魚類可以分為三個單系類群，依據分化時間的先后分別為真盔甲魚類，多鰓魚類和華南魚類。

盔甲魚類是一個具有濃厚地方色彩的類群，目前絕大多數的盔甲魚類僅發現于中國和越南北部。真盔甲魚類是盔甲魚類中的一個單系類群，自4.3億年前和基干類群分化后，一直延續到早泥盆世布拉格期（距今約4.1億年）。真盔甲魚類個體普遍較小，頭甲呈三角形，或有吻突。

為何又是重慶？

重慶無頜類化石的最早發現可以追溯到1962年，地點在重慶市秀山土家族苗族自治縣水源頭村。湖南省區測隊在該地區的一塊滾石上發現了一塊無頜魚類化石，后經過劉時藩先生命名為秀山真盔甲魚(Eugaleaspis xiushanensis)。由于秀山真盔甲魚的許多特征都和盾魚屬十分相似，2012年將其重新命名為秀山盾魚（Dunyu xiushanensis）。

2019年，李強老師在秀山縣洪安鎮邊城村附近意外發現了一塊完整對開的有頜魚類化石——袖珍邊城魚(Bianchengichthys micros)。于2021年在《當代生物學》上發表了相關研究成果。

2022年，陳陽等人描述了來自秀山縣涌洞鎮迴星哨組的第一塊也是當時最古老的真盔甲魚類材料——濱海涌洞魚（Yongdongaspis littoralis）。這一新材料彌補了中華盔甲魚和真盔甲魚簇(eugaleaspid cluster)之間的形態學鴻溝，具有重要意義。

2022年9月，《自然》雜志以封面文章形式同期發表了朱敏團隊及其合作者的四篇學術論文。其中的奇跡秀山魚(Xiushanosteus mirabilis)、靈動土家魚(Tujiaaspis vividus)和蠕紋沈氏棘魚(Shenacanthus vermiformis)都自重慶特異埋藏化石庫。本次新發現的雙叉苗家魚也來自于此。

靈動土家魚化石照片

(圖片來源：參考文獻2)

雙叉苗家魚這條魚有什么特別？

和其他發現于重慶特異埋藏化石庫的化石材料相似，雙叉苗家魚的體型較小，頭甲的長度約2cm。除頭甲以外，雙叉苗家魚還保留了部分軀干。沿著軀干的腹側邊緣有明顯的相互疊覆的V形外骨骼骨單元，稱腹側鰭褶。這與靈動土家魚中發現的腹側鰭褶在很大程度上相同，表明這一結構可能廣泛存在于盔甲魚類當中。

此外，根據系統發育分析結果，雙叉苗家魚和靈動土家魚組成了一個單系類群——土家魚科。

它還為偶鰭究竟如何起源這一問題提供了關鍵證據。

目前有充分的化石證據和胚胎證據表明我們人類的四肢是從魚類的偶鰭演化而來，但是偶鰭究竟從何而來？

兩個追溯到19世紀的假說對偶鰭的演化做出了推測：鰓弓假說(gill-arch hypothesis)和鰭褶假說(fin-fold hypothesis)。鰓弓假說認為，鰓弓是偶鰭的前身；鰭褶假說則認為，偶鰭來源于早期魚類演化中的一對縱觀體壁的腹側鰭褶。

偶鰭起源的兩種假說:A, 鰓弓假說；B， 鰭褶假說

(圖片來源：參考文獻3)

前面提到，此次發現的雙叉苗家魚和2022年報道的靈動土家魚具有大體相同的腹側鰭褶，這兩條古魚為鰭褶理論提供了最關鍵、最直接的證據。

值得注意的是，縱觀全身的腹側鰭褶因為沒有肌肉和內骨骼的支撐，實際上并不能進行自由活動這樣的行為。那么這一結構的功能是什么？又如何解釋？

研究團隊曾對靈動土家魚采用了計算流體力學模擬實驗。讓帶有鰭褶和不帶鰭褶的靈動土家魚三維虛擬模型分在在不同流速、不同仰角的情況下分析腹側鰭褶的功能。結果顯示，除0°仰角的情況外，這對腹側鰭褶能夠為土家魚提供可觀的升力，甚至能夠與自身重力相抵消。這樣的功能對于盔甲魚類這類底棲的游泳者來說十分重要。

“從魚到人”的故事越來越完整

得益于科研工作者們的不懈努力，“從魚到人”的故事越來越完整。許多懸而未決的脊椎動物演化問題和空白因為新的化石證據的得到揭示和創新。此次雙叉苗家魚的發現是偶鰭理論的又一化石證據，同時也暗示了腹側鰭褶這一結構可能廣泛存在于盔甲魚類當中。

許多人依然對“從魚到人”有不少疑問和困惑，甚至有人說“從魚到人”太荒唐了，是謊言。

根據目前的研究，“從魚到人”的演化歷程始于大約5億年前。要正確理解、認同這一演化歷程，確實不容易，需要站在百萬年、千萬年的時間尺度上去認識演化、理解演化。

不過，好在這一巨大的時間跨度在地質歷史時期留下了恢弘的脊椎動物演化篇章。“從魚到人”的演化不是瞬間的，是一步一步從魚類到兩棲類、爬行類、哺乳類最終到我們人類的過程。相信我們還會發現更多的證據來證明這一演化歷程，也歡迎更多朋友關注古生物學，和我們一起發現數億年前真實存在過的生命和它們的故事。

參考文獻：

[1] CHEN Yang, LI Qiang, ZHOU Zheng-Da, SHAN Xian-Ren, ZHU You-An, WANG Qian, WEI Guang-Biao, ZHU Min. A new genus of galeaspids (jawless stem-Gnathostomata) from the early Silurian Chongqing Lagerst?tte, China. Vertebrata Palasiatica, DOI: 10.19615/j.cnki.2096-9899.240820.

[2] Gai, Z., Li, Q., Ferron, H. G., Keating, J. N., Wang, J., Donoghue, P. C. J., & Zhu, M. (2022). Galeaspid anatomy and the origin of vertebrate paired appendages. Nature, 609(7929), 959-963.

[3] Pieretti, J., Gehrke, A. R., Schneider, I., Adachi, N., Nakamura, T., & Shubin, N. H. (2015). Organogenesis in deep time: A problem in genomics, development, and paleontology. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(16), 4871-4876.

來源: 中國科普博覽

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