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泥盆紀肺魚化石新屬種揭秘肺魚取食新模式

發表日期:2022-04-12來源:放大 縮小

  提起魚,大家的第一印象就是它們生活在水中,用鰓呼吸。但是有一類非常特殊的魚,它們不僅能用鰓呼吸,還能通過類似于肺的魚鰾直接呼吸空氣,因而得名“肺魚”。憑借這個特殊技能,肺魚可以擺脫水的束縛,在旱季時鉆入泥土,將自己包裹在分泌物形成的繭中存活數月甚至更長的時間,待雨季來臨再回到水中暢游。肺魚起源于早泥盆世早期,隨后快速分化,其多樣性在晚泥盆世達到了頂峰。但在泥盆紀以后,肺魚的多樣性和演化速率逐漸降低,現在僅剩下三個屬:非洲肺魚、南美肺魚和澳洲肺魚。同其他魚類相比,肺魚與包括我們人類在內的四足動物有著更近的親緣關系,二者構成“姊妹群”。早在4.2億年前的早泥盆世,我們的祖先便與這個親戚“分道揚鑣”了。約3.6億年前,四足動物演化出肺并征服陸地,而繼續生活在水中的肺魚則以另一種方式擺脫了水的束縛。

  產自云南曲靖的志留紀和泥盆紀魚類化石種類豐富、保存精美、原始類型多,填補了早期魚類演化樹上的大量“缺失環節”。因此,曲靖也有了“魚的故鄉”、“古魚王國”之美稱。其中,產自早泥盆世的奇異魚被認為是最原始的肺魚;而楊氏魚與包括奇異魚在內的所有肺魚構成“姊妹群”。兩者的發現為研究肺魚類的起源與早期演化提供了關鍵證據。上世紀80年代張彌曼院士對奇異魚和楊氏魚的研究也改變了肉鰭魚類的傳統分類體系,在國際上引發了關于肉鰭魚類系統發育關系的激烈爭論。肺魚同時也是一種重要的“活化石”,其化石記錄在整個地史時期都有較好的保存,肺魚身體結構的變化連續地展現出它們從海洋到陸地淡水環境的適應過程。

  近日,國際學術期刊《系統古生物學雜志》(Journal of Systematic Palaeontology)在線發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊的最新研究成果。該文報道了產自云南曲靖會澤縣中泥盆世(約3.9億年前)的肺魚化石新屬種——會澤滇雙翼魚(Dianodipterus huizeensis)(圖1)。滇雙翼魚是我國迄今為止發現的第9種泥盆紀肺魚,同時也是曲靖“古魚王國”的又一新成員。該研究不僅填補了會澤地區泥盆紀魚類化石記錄的空白,這一肺魚新屬種的發現也為厘清早期肺魚系統發育關系提供了新的材料,為認識泥盆紀肉鰭魚類的早期演化與輻射打開了一扇新的窗戶。

  會澤滇雙翼魚的屬名“滇雙翼魚(Dianodipterus)”取自云南省的古稱“滇”與肺魚類常用屬名后綴“雙翼魚(因其具有兩個背鰭而得名)”,種名(huizeensis)則用化石的發現地——會澤命名。會澤滇雙翼魚的正型標本(IVPP V28378)為一件頭部標本,保存有近乎完整的顱頂甲、齒板、犁骨、副蝶骨與部分腦顱(圖2)。研究人員借助高精度CT設備與三維復原技術,建立了化石標本的內部感覺管系統與骨片結構的三維模型,并進行了詳細的形態學研究與系統學分析。該化石層位是中泥盆統曲靖組,以灰白、紫紅色石英砂巖夾同色泥質粉砂巖、泥巖為主,同時混雜有灰色灰巖、泥質灰巖,代表以海灣為主的沉積環境。

  肺魚類具有特化的發達齒板以及自接型頜骨,加上其強大的咬合力,非常適合捕食帶殼的無脊椎動物。肺魚的齒板是由內翼骨與前關節骨特化形成的,是肺魚的標志性結構,在肺魚的分類學和系統學研究中具有重要作用。為了消除齒板研磨獵物造成的損耗,肺魚擁有一套獨特的將舊齒“回收利用”的機制:隨著肺魚的生長,齒板上的舊齒因重吸收作用和磨損而消逝,而新齒則在齒板邊緣生長出來。瑞典古生物學家Ahlberg等在2006年曾根據肺魚齒板牙齒以及齒質是否存在重吸收作用將齒板分為四類:A,無重吸收,牙齒構成主體;B,牙齒出現在齒板邊緣,中間為重吸收部分;C,無牙齒與其重吸收,用齒質層進行研磨;D,無牙齒增生,以重吸收的齒質構成主體,邊緣具有咬脊。會澤滇雙翼魚的齒板與這四種已發現的類型均不同(圖3),其在翼骨上所占比例非常小,同時中心有類似韋氏線的增生結構,代表了一種全新的齒板類型。這種特殊的構造,使得其上下頜只能進行較松散的咬合,因此會澤滇雙翼魚可能無法像其他肺魚那樣取食質地堅硬的帶殼食物。研究人員推測會澤滇雙翼魚可能采用吸食等方式取食水生軟體動物甚至其他的魚類。

  此外,本研究還探討了肺魚上顎骨片的同源性。長久以來,肺魚上顎前端的骨片是犁骨還是膜質腭骨一直存在爭議。早期的肉鰭魚(如楊氏魚等)在上顎前端擁有帶齒的犁骨,這與會澤滇雙翼魚的上顎前端骨片在形態學與拓撲學上非常相似(圖4)。因此,會澤滇雙翼魚的發現支持了肺魚上顎前端的骨片是犁骨而不是膜質腭骨的假說。

  本文第一作者為中國科學院古脊椎動物與古人類研究所博士研究生羅彥超,通訊作者為朱敏院士。該項研究獲得了國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項的資助。

  論文鏈接:https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14772019.2022.2042409?journalCode=tjsp20

 

1:會澤滇雙翼魚生態復原圖 (羅彥超、馬萌繪,羅彥超供圖)

 

2A,會澤滇雙翼魚正型標本(背視);B,會澤滇雙翼魚感覺管系統三維虛擬模型(背視);C,會澤滇雙翼魚正型標本(腹視);D,會澤滇雙翼魚膜質骨、犁骨、翼骨與副蝶骨三維模型虛擬(腹視)。A-E比例尺為10mm,E比例尺為5mm。(羅彥超供圖)

 

3:會澤滇雙翼魚齒板(E)與其他幾種肺魚齒板類型的比較。(羅彥超供圖)

 

4A,會澤滇雙翼魚犁骨細節;B,會澤滇雙翼魚副蝶骨細節;C,會澤滇雙翼魚翼骨與齒板細節。比例尺為5mm。(羅彥超供圖)

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