中国出土的鱼类化石为鳍和肢的进化假说注入了新的活力

【字体: 时间:2022年09月29日 来源:Nature

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  在中国岩石中出土的一批距今约4.36亿年前的化石首次揭示了神秘的盔甲鱼,一种已灭绝的无颚鱼类的成员,拥有成对的鳍。

  
   

Life reconstructions of Tujiaaspis vividus    

栩栩如生的Tujiaaspis vividus的生活重建    


在中国岩石中出土的一批距今约4.36亿年前的化石首次揭示了神秘的盔甲鱼,一种已灭绝的无颚鱼类的成员,拥有成对的鳍。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(IVPP)的ZHU Min教授和布里斯托大学的Philip Donoghue教授领导的一个国际团队的这一发现,显示了成对鳍在分离为胸鳍和腹鳍(胳膊和腿的前身)之前的原始状态。

研究结果发表在9月28日的《Nature》杂志上。

到目前为止,唯一幸存的盔甲鱼(galeaspid)化石是头部,但这些新化石包括整个身体。它们是在湖南和重庆的岩石中发现的,以当地土家族的名字被命名为Tujiaaspis

关于脊椎动物的鳍和四肢(胳膊和腿的进化前身)的进化起源的理论很多,而且大多基于比较胚胎学。有丰富的早期脊椎动物化石记录,但它们要么有分开的成对鳍,要么没有。很少有证据表明鳍是逐渐进化的。

第一作者、IVPP教授GAI Zhikun说:“自从半个多世纪前盔甲鱼被首次发现以来,它们的解剖结构一直是个谜。在中国和越南已经发现了成千上万的化石,但直到现在,几乎所有的化石都只是头部,对它们身体的其他部分一无所知。”

新发现的化石非常壮观,它们第一次保存了整个身体,并揭示出这些动物拥有成对的鳍,从后脑一直延伸到尾巴尖端。这是一个很大的惊喜,因为科学家们一直认为盔甲鲸完全没有成对的鳍。

通讯作者Donoghue教授说:“通过在进化过程中从连续的头尾鳍前体到胸鳍(手臂)和腹鳍(腿)的分化,为一对鳍的进化提供了新的生命。”

这种“鳍折("fin-fold)”假说一直很受欢迎,但直到现在还缺乏支持它的证据。Tujiaaspis 的发现重新提出了鳍折假说,并将其与当代有关现存脊椎动物胚胎发育鳍的遗传控制的数据进行了协调。

Tujiaaspis 显示了成对鳍进化的“原始条件”,Zhu教授说,后来的无颚鱼显示了这种鳍折分离为胸鳍和腹鳍的第一个证据。教授还指出,在活颚鱼的胚胎中可以看到细长鳍折的痕迹,这些胚胎可以通过操纵产生鳍折。  

布里斯托大学的Humberto Ferron博士是该研究的合著者,他使用计算工程方法来模拟动物模型的行为Tujiaaspis有或没有成对的鳍。他说:“成对的鳍充当Tujiaaspis水翼,被动地为鱼产生升力,而没有任何来自鳍本身的肌肉输入。Tujiaaspis的侧鳍褶让它游得更有效率。”

来自布里斯托大学的Joseph Keating博士说:“我们的新分析表明,下颌脊椎动物的祖先可能拥有成对的鳍褶,它们被分离成胸鳍和骨盆区域。”

他指出,原始鳍进化出了肌肉组织和骨骼支持,这让我们的鱼类祖先更好地控制游泳方向并增加推进力。

“令人惊讶的是,我们看到进化创新的Tujiaaspis 可能是鸟类、鲸鱼、蝙蝠和人类等各种动物运动的基础。”

Galeaspid anatomy and the origin of vertebrate paired appendages

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