Nature：有颌类脊椎动物脸部起源的新化石证据

在2014年2月12日的《自然》（Nature）杂志上，法国和瑞典的研究人员，利用最先进的微分辨率X射线成像设备，图像分析了原始盾皮鱼Romundina的颅骨解剖学，提出了我们解剖学中最重要的情感部位——脸部起源的新化石证据。

　　

　　现有的脊椎动物有两个分支：无颌类Cyclostomata（圆口类）和有颌类Gnathostomata（颚口类），它们具有相反的脸部结构。这些结构出现在发育期间，来自于仅仅几个颅原基生长模式的关键差异：尤其是，在圆口类脊椎动物中来自于单个基板的鼻囊和脑下垂体，但在有颌类脊椎动物中则来自于不同的基板，在圆口类脊椎动物中，infraoptic外胚层间质沿单个基板两边向前移动，而在有颌类脊椎动物中则是在两个基板之间移动。有颌类脊椎动物化石保存了富有标志的颅骨解剖结构，为发育过程提供了很好的代表，可将无颌类脊椎动物到有颌类脊椎动物的过渡过程分解成几个进化步骤。
　　目前，法国和瑞典的研究人员组成的研究小组，利用最先进的微分辨率X射线成像设备，图像分析了原始盾皮鱼Romundina（加拿大北极区的一种早期的装甲鱼）的颅骨解剖学。这份化石记载了在无颌类脊椎动物到有颌类脊椎动物的演化过渡中，脸部是如何一步一步形成的。这项研究发表在2014年2月12日的《自然》（Nature）杂志上，提出了我们解剖学中最重要的情感部位——脸部起源的新化石证据。
　　今天，仅有的无颌类脊椎动物是七鳃鳗和盲鳗，而有颌类脊椎动物的数量则超过了5万种，包括我们自己。众所周知，有颌类脊椎动物是由无颌类脊椎动物演化而来，一个戏剧性的解剖学转变有效地形成了脸部。
　　在无颌类脊椎动物的胚胎中，大块组织在大脑两边向前生长，在前面的中间线相遇，在单一中线“鼻孔”（仅位于眼睛前部）附近形成一个大的上唇。在有颌类脊椎动物中，这些组织沿大脑下面的中线向前生长，在的左、右鼻囊（分别向外打开）之间推进。这也就是为什么我们的脸上有两个鼻孔，而不是在脸部中间有一个大洞。有颌类脊椎动物的大脑前部也更长，因此我们的鼻子位于面部前面而不是退到眼睛之间。
　　直到现在，几乎没有人知道这个奇特转换过程的中间步骤。该研究小组研究了收藏于法国国家自然历史博物馆的Romundina的颅骨。
　　Romundina具有分开的左右鼻孔，但它们比较靠后，在一个类似于无颌类脊椎动物嘴唇的上唇后面。本文的共同第一作者、瑞典乌普萨拉大学的Vincent Dupret称：“这块颅骨具有原始人和现代人的混合特征，使其成为介于无颌类和有颌类脊椎动物之间的一块宝贵的化石。”
　　研究人员使用法国European Synchrotron（ESRF）的高能量X射线，将颅骨的内部结构成像，从而指出，这块颅骨将大脑置于一个短的前端，这与无颌类脊椎动物非常相似。
　　本文的共同第一作者、乌普萨拉大学的Per Ahlberg指出：“实际上，Romundina具有有颌类脊椎动物的结构，但是又有无颌类脊椎动物的组织比例。这告诉我们，主要组织块的结构形成是第一件发生变化的事情，然后是头部的形状。”
　　通过将Romundina置于一系列其它鱼类化石中，这些鱼类化石一些比较原始而一些则更高级，作者能够标出该过渡过程中的各个主要环节。
　　ESRF的Sophie Sanchez说：“在ESRF没有产生强烈的X射线，所以我们不能构建该颅骨内部结构的一个虚拟结构。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A primitive placoderm sheds light on the origin of the jawed vertebrate face
Abstract：Extant vertebrates form two clades, the jawless Cyclostomata (lampreys and hagfishes) and the jawed Gnathostomata (all other vertebrates), with contrasting facial architectures. These arise during development from just a few key differences in the growth patterns of the cranial primordia: notably, the nasal sacs and hypophysis originate from a single placode in cyclostomes but from separate placodes in gnathostomes, and infraoptic ectomesenchyme migrates forward either side of the single placode in cyclostomes but between the placodes in gnathostomes. Fossil stem gnathostomes preserve cranial anatomies rich in landmarks that provide proxies for developmental processes and allow the transition from jawless to jawed vertebrates to be broken down into evolutionary steps. Here we use propagation phase contrast synchrotron microtomography to image the cranial anatomy of the primitive placoderm (jawed stem gnathostome) Romundina, and show that it combines jawed vertebrate architecture with cranial and cerebral proportions resembling those of cyclostomes and the galeaspid (jawless stem gnathostome) Shuyu. This combination seems to be primitive for jawed vertebrates, and suggests a decoupling between ectomesenchymal growth trajectory, ectomesenchymal proliferation, and cerebral shape change during the origin of gnathostomes.