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杨氏鱼揭示肺鱼类食壳性起源与快速演化


时间:2022-05-06  来源:  作者:  点击次数:


先锋阳鱼生态修复图(Brian Choo绘制)。

先驱杨氏鱼标本三维重建模型。(课题组供图)

先锋鱼标本的三维重建模型。(课题组供图)幼鱼,肺鱼最古老干组的先驱,是泥盆纪西屯脊椎动物组中原始肉食性鱼类的典型代表之一。而幼鱼的其他与饮食有关的解剖结构,如颌弓、舌弓、鳃弓、腭结构等,至今尚不清楚,使得肺鱼食壳特征的起源时间和出现顺序尚不明确。近年来,在化石发掘中采集的两个杨氏鱼标本幸运地保存了舌弓、鳃弓和腭结构,相关研究将为回答上述问题带来曙光。

近日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱民院士在《自然—通讯》杂志上发表了杨鱼类食性的最新研究成果。这一进展深入研究了两个解剖结构与食性相关的标本,清晰揭示了杨氏鱼的结壳性,定量分析了肺鱼的分化时间和特征演化速率,不仅为揭示肺鱼食性相关结构的初始变化提供了关键化石证据,也为研究肺鱼结壳性的起源提出了全新的假说。

在泥盆纪早期(约4.1亿年前),希望怪鱼被认为是最原始的肺鱼,它已经具有典型的肺鱼食壳特征,如发达的齿板和短而粗壮的下颚。杨氏鱼的系统发育位置介于有孔虫(肺鱼的另一个重要分支)和外来鱼之间,比外来鱼更原始。因此,杨氏鱼是研究肺鱼食壳起源的关键。本研究中的两个杨氏鱼标本幸运地保存了舌弓、鳃弓和腭的结构。

化石材料表明,杨氏鱼腭骨后部的内收肌窝深而宽,为内收肌提供了较大的空间,腭骨后缘近垂直,杨氏鱼咬合力应该很强;它的舌头和下颚短而厚,类似肺鱼;内翼骨上牙齿的形状和排列与外来鱼类和其他原始肺鱼非常相似,但杨氏鱼仍保留着外翼骨和膜腭骨,牙齿较大,但牙齿非常厚而钝。基于这些解剖结构,研究人员还原了杨家鱼的摄食方式:大钝齿主要用于碾压猎物,齿板上的小齿起辅助固定作用。

外来鱼和更上进的肺鱼吃壳能力更强。它们的腭骨与大脑和颅骨融合,外翼骨和膜状腭骨缺失,内翼骨增厚形成坚固的齿板,可以有效地磨碎猎物。桡鳍鱼和有孔虫鱼表现出完全不同的风格:腭骨眶后部的收肌窝短而浅,舌和颌呈棒状并向前倾斜,上下颌、侧翼骨和腭骨的大牙都非常锋利。这种结构更适合快速张开嘴,从而产生负压把猎物吸到嘴里直接吞进肚子里,或者先用大牙刺穿杀死猎物,再吞下去。

自鱼类出现以来,肺表现出高度的特异性和多样性,被认为在进化早期经历了快速进化。本工作采用贝叶斯终端定年法对古生代肺鱼类的系统发育关系、分化时间和特征演化速率进行了定量分析,分析结果支持了上述假设。

鱼类起源于晚志留世至泥盆纪洛克科夫末期约700万年的窗口期,经历了快速演化。特别是与摄食相关的性状的进化速度明显高于其他性状。

肺自起源以来,迅速进化,成为泥盆纪最多样的食肉有鳍鱼类。相反,肺鱼的另一个主要分支,33,354有孔虫:其形态特征相对保守

本研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性主导科技项目、中国科学院地质与地球物理先进学科建设项目的资助。

相关论文资料:https://www.nature.com/articles/s41467-022-30091-3


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