用于本次研究的楊氏魚（右側兩件）化石标本。 中新社記者 孫自法 攝
中新網北京5月6日電 (記者 孫自法)繼不久前在“古魚王國”雲南曲靖發現約3.9億年前一件特殊的、“吃軟不吃硬”的肺魚新屬種化石“會澤滇雙翼魚”之後，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)朱敏院士團隊最新又通過對約4.1億年前“先驅楊氏魚”(楊氏魚)化石的深入研究，揭示出肺魚“啃硬骨頭”的食性起源之謎。
這項古脊椎動物肺魚類食殼性起源與快速演化的重要研究成果論文，近日在國際學術期刊《自然-通訊》上發表。朱敏表示，這不僅為揭示肺魚類與食性相關結構的初始變化提供了關鍵化石實證，而且為肺魚類的食殼性起源研究提出一個全新的假說。
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崔心東博士展示介紹楊氏魚化石标本及研究成果。 中新社記者 孫自法 攝
肺魚是一種能“啃硬骨頭”的魚
論文第一作者、中科院古脊椎所崔心東博士5月6日在北京接受中新社記者專訪介紹說，肺魚是一類可以用“肺”(即特化的魚鳔，能吸收空氣)呼吸的肉鳍魚，這一特殊技能使得肺魚可以擺脫水的束縛，在河水幹涸之際潛入洞穴藏身和生存。
肺魚還是一種能“啃硬骨頭”的魚：它們的腭部内翼骨和下颌的前關節骨長有起研磨作用的齒闆；下颌短而粗壯，直接連接配接在腦顱上；颌骨的内收肌非常發達。
這些特征使得肺魚具有強大的咬合力，能夠捕食帶硬殼的無脊椎動物，這種特殊的攝食方式被稱為“食殼性”(也稱“甲食性”)。
肺魚類特征的演化速率。 崔心東 供圖
兩件楊氏魚化石儲存食性相關結構
崔心東指出，最古老的肺魚幹群成員楊氏魚是早泥盆世(約4.1億年前)曲靖西屯脊椎動物群中原始肉鳍魚類的典型代表之一，其自1981年由張彌曼院士命名至今，引起國際學界持續關注，後續相關研究逐漸證明楊氏魚是肺魚形類的原始代表，與包括奇異魚在内的所有肺魚類構成“姊妹群”，楊氏魚發現還為肺魚-四足動物分歧點提供一個限制良好的最小估算時間。
不過，此前除颌弓外，楊氏魚其他與食性相關的解剖學結構如舌弓、鰓弓及腭部結構等因化石缺失并不清楚，也使得肺魚類食殼性相關特征的起源時間與出現順序尚未厘清。研究團隊近年在化石發掘工作中，采獲的兩件楊氏魚化石标本幸運地儲存舌弓、鰓弓及腭部結構，進而為肺魚“食殼性”相關研究奠基重要基礎。
肺魚類“食殼性”能力從何而來
崔心東稱，泥盆紀早期(約4.1億年前)的“希望奇異魚”被認為是最原始的肺魚，它已經具有典型的肺魚“食殼性”特征，例如發達的齒闆與短而粗壯的下颌。楊氏魚的系統發育位置處在孔鱗魚類(肺魚形類的另一重要分支)和奇異魚之間，較奇異魚更為原始。是以，楊氏魚是研究肺魚類“食殼性”起源的關鍵。
“先驅楊氏魚”生态複原圖。 Brian Choo 繪圖
這次對儲存舌弓、鰓弓及腭部結構的楊氏魚化石标本的研究顯示，楊氏魚擁有強大的咬合力；其舌颌骨短而粗壯，與肺魚類似；内翼骨上牙齒的形态與排列方式已與奇異魚和其他原始肺魚非常相似，但它依然保留有大牙的外翼骨和膜質腭骨，隻是牙齒非常粗壯且鈍圓。
綜合這些解剖學結構，研究團隊還原了楊氏魚的進食方式：主要使用粗鈍的大牙碾碎獵物，而齒闆上那些較小的牙齒則起到輔助固定作用。
進一步對比研究發現，奇異魚和更進步的肺魚具有更強的食殼能力，它們的腭方骨與腦顱融合，外翼骨和膜質腭骨丢失，内翼骨增厚形成強壯的齒闆，能夠有力研磨獵物。
“先驅楊氏魚”标本三維重模組化型。 崔心東 供圖
肺魚類自起源後迅速輻射演化
崔心東表示，肺魚類從一出現便顯示出高度的特異性，并且多樣性非常高，被認為在演化階段初期經曆了快速演化。
本次楊氏魚化石研究工作采用貝葉斯末端定年法，對古生代肺魚類的系統發育關系、分化時間及特征的演化速率進行定量分析，分析結果支援肺魚類早期快速演化的假說。
研究結果表明，肺魚類在距今約4.20億年-4.13億年之間有個約700萬年的視窗期起源并經曆了快速演化，尤其是與取食相關的特征明顯比其他特征具有更高的演化速率。
肺魚及其近親的分化時間、性狀演化速率以及代表屬種的頭部骨骼。 崔心東 供圖
在論文共同作者之一、美國密歇根大學教授馬特·弗裡德曼(Matt Friedman)看來，肺魚類自起源後迅速輻射演化，成為泥盆紀多樣性最高的肉鳍魚類。與此相反，肺魚形類的另一個主要分支孔鱗魚類的形态特征相對保守，多樣性低，最終在泥盆紀末期滅絕。
研究團隊認為，肺魚類的成功很可能得益于演化初期在食性上的快速演化，使其開辟出新的生态空間，而先驅楊氏魚恰好記錄了這一關鍵革新的初始狀态。(完)
來源： 中國新聞網