中国科学家有望揭开肉鳍鱼类演化之谜

图1门齿鱼生态恢复图(由白忠绘制)。

图2门齿鱼头骨照片及脑腔修复。一、筛骨蝶部的颅脑腹侧表面；耳枕区颅腹面；c、修复脑腔腹侧表面；脑腔的左侧被修复，半透明的外壳表示头骨。图10显示了第二至第十脑神经管(鲁静用于说明)。

图3泥盆纪硬骨鱼脑腔比较图(鲁静为例)。

2016年6月3日，美国《科学进步》杂志在网上公布了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱民课题组鲁静等人的最新研究成果。借助高精度的计算机断层扫描技术，他们对4.1亿年前食肉鱼类门齿鱼的精细脑腔结构进行了详细的研究，揭示了门齿鱼兼具食肉鱼类干群体和冠群体的镶嵌特征，并开始解开食肉鱼类早期进化阶段的层层谜团。

硬骨鱼是脊椎动物进化的骨干。它们被分成两个主要的分支:食肉鱼类和放射鳍鱼类，它们争夺地球水域的主权。今天，只有肺鱼和棘鱼留在水中，在放射鳍鱼类繁荣的阴影下生存。然而，在志留纪-泥盆纪的“鱼时代”，主要的物种是食肉鳍鱼，在大约3.8亿年前的泥盆纪晚期，食肉鳍鱼沿许多方向分化成各种形式并降落在陆地上，进化成包括人类在内的四足动物。

大约在4亿年前的泥盆纪，肉鳍鱼开始了爆炸性的发展。这个时代将肉鳍鱼类的整个进化历史分为两个不同的阶段。在此之前，食肉鱼类被划分为肉食性鱼类的干燥组，以幽灵鱼和鳞翅目为代表。它们的形态非常原始，甚至没有发育出典型的食肉鱼类。它们的鳍和辐射状的鱼没有太大的不同。在那之后，我们所熟悉的大型食肉鳍鱼类群体，如肺鱼、棘鳍类和四足动物(陆生脊椎动物的直接祖先)相继进化。它们通常被称为食肉雀形目鱼或现代食肉雀形目鱼。

在泥盆纪现代食肉雀类的大发展中，也有一个群体。尽管在生存时间、繁荣程度和受欢迎程度方面，它无法与其他大群体相比，但它进化成了那个时代最凶猛的掠食者，即恐爪龙。

这是一群神秘的鱼。他们的整个进化史仅限于泥盆纪的6000万年。目前，已知的爪齿鱼只有六个属，而且化石大多已破碎。在大多数情况下，只有散布在岩层中的长而弯曲的牙齿标志着这些食肉动物的存在，这些牙齿与猛禽的爪形十分相似。直到20世纪下半叶在澳大利亚发现了相对完整的爪齿鱼化石，我们才对这种鱼有了一个完整的了解。

化石显示，爪形齿鱼有强壮的肩膀，头骨的不同部分可以扩大，以便于征服和吞咽大型动物。它们标志性的巨大獠牙并排排列在下颚前部的两簇中，被称为“牙齿旋转”，当嘴巴闭合时，它们被接收到一个深窝中，就像嘴巴顶部的鞘一样。这颗可怕的牙齿可以像鱼叉一样刺穿猎物的身体，使它无法逃脱。在一具60厘米长的爪齿鱼体条约中，竟然发现了一具30厘米长的毛皮鱼体。所有的证据都表明水中有一种凶猛而高效的“杀手”，适合伏击大型猎物。

除了可怕的捕食结构，研究人员还有其他充分的理由来密切关注这些神秘的“杀手”。爪齿鱼混合了瓶状鱼的干燥群体特征、现代瓶状鱼的典型特征和它们自身进化的独特特征。清楚地理解群体特征的“混乱”，对于确定爪牙鱼的分类地位，追溯现代瓶鱼的早期进化过程具有重要意义。

总的来说，鱼大脑复杂而微妙的结构可以提供最大量的形态信息来帮助清理混乱。然而，尽管在澳大利亚发现的爪齿鱼相当完整，但大脑和头骨的重要部分却没有被保存下来。由于这部分信息的缺乏，爪齿鱼的研究陷入了困境。

中国云南化石的发现为解决上述问题提供了新的契机。滇东泥盆纪是宽吻鱼类乃至整个硬骨鱼类进化的“摇篮”。几乎所有已知的最早的原始硬骨鱼的代表都在这里被发现，包括最古老的爪齿鱼，清门鱼。

目前，只发现了门牙的头部骨骼。当它在4.1亿年前还活着的时候，它大约有15厘米长，爪形齿鱼的迹象如牙齿旋转表明，尽管它体积很小，但它也是一种凶猛的食肉动物。更令人兴奋的是，它保存了澳大利亚爪齿鱼化石中缺失的一整套重要的颅脑损伤形态学信息，如脑腔、内耳、神经和血管通路等，为研究爪齿鱼乃至整个肉翅鱼的早期进化历史提供了重要的证据。

高精度的CT断层扫描和数字三维重建技术使得对门齿鱼头骨结构的详细研究成为可能。这些新技术使研究人员能够发现隐藏在化石深处的一些前所未有的精细结构。在门牙的吻部有一系列多骨的分支小管。这种结构过去只在肺鱼中发现过，可能与某些特殊的感觉器官有关。这可能是门牙成为高效水杀手的另一个秘密。

更意想不到的结果是，门齿鱼的内耳和脑腔结构与棘头鱼相似。这些新的证据表明爪齿鱼和棘齿鱼有密切的关系。可以说，在空棘皮类鱼出现后不久，一个分支就被分离出来，朝着高度适应食肉生活的方向发展，从而进化成爪齿鱼。

研究还表明，门齿鱼的头骨结构保留了许多原始特征，特别是一些过去被认为是爪齿鱼所独有的特征，这些特征实际上是原始肉鳍鱼的古老特征。这使得爪齿鱼成为连接肉鳍鱼的干群体和冠群体的关键环节，并且更清楚地显示了现代肉鳍鱼是如何进化的，现代肉鳍鱼是在“鱼时代”曾经统治地球水域的鱼形祖先。

该研究得到了国家自然科学基金和科技部973计划的支持。(原标题:水中的掠食者揭示了4.1亿年前猪肉鳍鱼的早期进化模式)