“鴨嘴獸古魚”Brindabellaspis（前景中央）和其他史前魚類復(fù)原圖（楊洪宇、年前鄭秋旸繪）。鴨嘴魚的有頜演化畫面右上方的提出大白鯊和人類潛水員為現(xiàn)代有頜脊椎動物的代表。
Brindabellaspis化石標本的學(xué)億新知新框CT重建，顯示其顱頂甲、年前腦顱、鴨嘴魚的有頜演化腦腔和內(nèi)耳骨迷路結(jié)構(gòu)。提出
早期脊椎動物內(nèi)耳及內(nèi)淋巴系統(tǒng)的演化。
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所：北京時間2021年1月28日凌晨0時，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所朱幼安、盧靜、朱敏帶領(lǐng)由中國、澳大利亞、英國和瑞典學(xué)者組成的合肥高級資源上門服務(wù)vx《365-2895》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達研究團隊，在《當代生物學(xué)》（Current Biology）雜志上發(fā)表了他們對4億年前的澳大利亞盾皮魚類腦腔、內(nèi)耳和內(nèi)淋巴系統(tǒng)精細解剖結(jié)構(gòu)的最新研究成果及其對有頜脊椎動物早期演化框架的沖擊。
大多數(shù)脊椎動物，包括人類自身均屬于有頜類。現(xiàn)代有頜類包括軟骨魚類、硬骨魚類及后者登上陸地的后裔。而從頜的起源到現(xiàn)代有頜類最近共同祖先出現(xiàn)之間的系統(tǒng)演化空間，為一群被統(tǒng)稱為“盾皮魚類”的早期有頜魚類所填充，現(xiàn)代有頜類共同的身體藍圖及許多重要器官特征的起源，就需要到這中間去尋找。
布林達貝拉魚（Brindabellaspis stensioi）是一種中等體型的盾皮魚類，顯著特征為有一長而扁的吻部，生活在4億年前澳大利亞東部的陸表淺海礁區(qū)，被戲稱為“鴨嘴獸古魚”。早在1980年，澳大利亞著名古魚類學(xué)者加文·楊（Gavin C. Young）就發(fā)表了布林達貝拉魚腦顱解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的詳盡專論。保存精美的腦顱和腦腔展示了一些非常原始的特征，暗示著布林達貝拉魚的系統(tǒng)位置很可能接近整個有頜類起源的節(jié)點。但限于當時技術(shù)手段的限制，只能通過經(jīng)酸蝕法清修的化石標本的破損部位，一窺腦顱內(nèi)部腔體構(gòu)造，其內(nèi)耳半規(guī)管和內(nèi)淋巴系統(tǒng)的細節(jié)無法確切得知。
朱幼安等人應(yīng)用高精度CT掃描數(shù)據(jù)，對在澳大利亞發(fā)現(xiàn)的兩件新的、沒有進行徹底酸蝕法清修的布林達貝拉魚頭部標本進行掃描和詳細研究后發(fā)現(xiàn)，正是在過去不可知的區(qū)域內(nèi)，隱藏著十分重要的信息。布林達貝拉魚內(nèi)耳的上部(pars superior，即半規(guī)管)和下部（pars inferior，即前庭，包括橢圓囊和球囊）界限分明，前后半規(guī)管以發(fā)達的總腳（crus commue）和橢圓囊上腔（sinus superior）相連，這與之前所知的其他盾皮魚類內(nèi)耳十分不同，而與現(xiàn)代有頜類相似。事實上，這一系列特征可以在包括人類在內(nèi)的大部分現(xiàn)代有頜類中找到。
內(nèi)淋巴液是充盈在內(nèi)耳膜迷路中的液體。包括人類在內(nèi)的陸地脊椎動物以及大部分硬骨魚類都有封閉的內(nèi)淋巴系統(tǒng)，人耳的內(nèi)淋巴液壓力失衡會導(dǎo)致令患者極為痛苦，且?guī)缀鯚o法治愈的美尼爾氏病（Ménière's disease）。與此不同，許多早期魚類有開放的內(nèi)淋巴系統(tǒng)，內(nèi)淋巴液與外界水體相通。多數(shù)盾皮魚類和無頜的甲胄魚類內(nèi)耳均由一根簡單的內(nèi)淋巴管直通外界，而現(xiàn)代有頜類則發(fā)育有膨大的內(nèi)淋巴囊。研究發(fā)現(xiàn)，布林達貝拉魚擁有發(fā)達的內(nèi)淋巴囊，該內(nèi)淋巴囊向內(nèi)通過一垂直小管與內(nèi)耳前庭相連，向外又由穿透顱頂?shù)膬?nèi)淋巴管與外界相通， 這與現(xiàn)代有頜類，特別是與軟骨魚類模式基本一致，進一步支持了布林達貝拉魚與現(xiàn)代有頜類較近的關(guān)系。
對最早期有頜類演化關(guān)系的爭論由來已久。傳統(tǒng)觀點認為盾皮魚類形成一個自然類群，近年來，許多學(xué)者認為盾皮魚類只是許多最早期有頜類的集合，代表了從無頜的甲胄魚演化到硬骨魚軟骨魚之間一系列的中間狀態(tài)。論文除了上述對內(nèi)耳的研究外，還通過CT掃描數(shù)據(jù)重新訂正了布林達貝拉魚顱頂甲骨片的型式，并認為一些過去歸為布林達貝拉魚自有的特化性狀，如向前分開的嗅束等，實際上可以與現(xiàn)代有頜類比較。
根據(jù)這些新加入的數(shù)據(jù)，論文詳細厘定了有頜類特征矩陣，對其進行的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于最簡約假設(shè)的系統(tǒng)演化樹與之前假說有較大區(qū)別。在新提出的假說中，盾皮魚類確實不能構(gòu)成一個單系或自然類群，不過，有頜類可能很早就分開形成兩個大的支系，其中一個單系類群包括了我們所知的大部分盾皮魚類，另一個支系包括了現(xiàn)代有頜類和與它們關(guān)系較近但仍為盾皮魚類形態(tài)的屬種。布林達貝拉魚位于這些向現(xiàn)代有頜類演化的盾皮魚的根部。而一些形態(tài)和生活方式接近硬骨魚類和軟骨魚類的盾皮魚類，如著名的泥盆紀超級掠食者鄧氏魚所屬的節(jié)甲類，與現(xiàn)代有頜類的相似性主要是趨同演化而來，而不是因為它們具有較近的親緣關(guān)系。
布林達貝拉魚的研究展現(xiàn)了對過去經(jīng)典標本的重新認識對現(xiàn)有早期脊椎動物演化框架的沖擊。近期，在中國發(fā)現(xiàn)了大量保存完好的志留紀有頜魚類，它們已經(jīng)非常接近頜起源的時間和系統(tǒng)演化節(jié)點。對它們的深入研究將提供全新的資料，有望在頜的起源、有頜類早期演化框架等一系列重大科學(xué)問題上取得空前的突破。
本研究受到國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、面上項目和中科院先導(dǎo)戰(zhàn)略專項等項目支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.12.046
相關(guān)報道：最新研究：4億年前“鴨嘴獸古魚”是現(xiàn)代有頜類“親戚”
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中新網(wǎng)北京1月28日電（記者 孫自法）：4億年前的“鴨嘴獸古魚”，與包括人類在內(nèi)的現(xiàn)代有頜類動物有關(guān)系嗎？中外科學(xué)家最新一項合作研究發(fā)現(xiàn)并提出有頜脊椎動物早期演化新框架，認為它們之間是生物進化史上較近的“親戚”。
中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)朱幼安、盧靜、朱敏領(lǐng)導(dǎo)的由中國、澳大利亞、英國和瑞典等學(xué)者組成的國際合作研究團隊，通過對4億年前的“鴨嘴獸古魚”化石標本深入研究并獲得重要進展，其成果論文北京時間28日在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《當代生物學(xué)》上發(fā)表。
現(xiàn)代有頜類的“前世今生”
論文第一作者朱幼安介紹說，大多數(shù)脊椎動物，包括人類自身均屬于有頜類，即有頜的脊椎動物。現(xiàn)代有頜類包括軟骨魚類、硬骨魚類及后者登上陸地的后裔。而從頜的起源到現(xiàn)代有頜類最近共同祖先出現(xiàn)之間的系統(tǒng)演化空間，為一群被統(tǒng)稱為“盾皮魚類”的早期有頜魚類所填充，現(xiàn)代有頜類共同的身體藍圖及許多重要器官特征的起源，就需要到這中間去尋找。
被戲稱為“鴨嘴獸古魚”的布林達貝拉魚(Brindabellaspis)，就是一種中等體型的盾皮魚類，其顯著特征為有一長而扁的吻部，生活在4億年前澳大利亞東部的陸表淺海礁區(qū)。
早在1980年，澳大利亞古魚類學(xué)者就已發(fā)表布林達貝拉魚腦顱解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的詳盡專論，認為其保存精美的腦顱和腦腔展示出一些與無頜類相似的特征，暗示布林達貝拉魚是一種很原始的古魚類。不過，受限于當時技術(shù)手段，科學(xué)家只能通過化石標本的破損部位推測腦顱內(nèi)部腔體構(gòu)造，其內(nèi)耳半規(guī)管和內(nèi)淋巴系統(tǒng)等細節(jié)無法確切得知。
研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代有頜類遠古“親戚”
最新的國際合作研究中，朱幼安等應(yīng)用高精度CT掃描數(shù)據(jù)，對在澳大利亞發(fā)現(xiàn)的兩件新的布林達貝拉魚頭部標本進行掃描和詳細研究后發(fā)現(xiàn)，正是在過去不可知的區(qū)域內(nèi)，隱藏著十分重要的信息——布林達貝拉魚內(nèi)耳的上部(即半規(guī)管)和下部(即前庭，包括橢圓囊和球囊)界限分明，前后半規(guī)管以發(fā)達的總腳和橢圓囊上腔相連，這與之前所知的其他盾皮魚類內(nèi)耳十分不同，而與現(xiàn)代有頜類相似。事實上，這一系列特征可以在包括人類在內(nèi)的大部分現(xiàn)代有頜類中找到。
內(nèi)淋巴液是充盈在內(nèi)耳膜迷路中的液體。包括人類在內(nèi)的陸地脊椎動物以及大部分硬骨魚類都有封閉的內(nèi)淋巴系統(tǒng)。與此不同，許多早期魚類有開放的內(nèi)淋巴系統(tǒng)，內(nèi)淋巴液與外界水體相通。多數(shù)盾皮魚類和無頜的甲胄魚類內(nèi)耳均由一根簡單的內(nèi)淋巴管直通外界，而現(xiàn)代有頜類則發(fā)育有膨大的內(nèi)淋巴囊。
研究發(fā)現(xiàn)，布林達貝拉魚擁有發(fā)達的內(nèi)淋巴囊，該內(nèi)淋巴囊向內(nèi)通過一垂直小管與內(nèi)耳前庭相連，向外又由穿透顱頂?shù)膬?nèi)淋巴管與外界相通，這與現(xiàn)代有頜類，特別是與軟骨魚類模式基本一致，進一步支持了布林達貝拉魚與現(xiàn)代有頜類較近的關(guān)系。
詳細厘定有頜類特征矩陣提出新假說
論文通訊作者盧靜指出，對最早期有頜類演化關(guān)系的爭論由來已久。傳統(tǒng)觀點認為盾皮魚類形成一個自然類群，近年來，許多學(xué)者認為盾皮魚類只是許多最早期有頜類的集合，代表了從無頜的甲胄魚演化到硬骨魚軟骨魚之間一系列的中間狀態(tài)。
她說，合作團隊除對布林達貝拉魚內(nèi)耳進行研究外，還通過CT掃描數(shù)據(jù)重新訂正布林達貝拉魚顱頂甲骨片的型式，并認為一些過去歸為布林達貝拉魚自有的特化性狀，如向前分開的嗅束等，實際上可以與現(xiàn)代有頜類比較。
根據(jù)這些新加入的數(shù)據(jù)，合作團隊詳細厘定有頜類特征矩陣，對其進行的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于最簡約假設(shè)的系統(tǒng)演化樹與之前假說有較大區(qū)別。在新提出的假說中，盾皮魚類確實不能構(gòu)成一個單系或自然類群，不過，有頜類可能很早就分開形成兩個大的支系，其中一個單系類群包括目前所知的大部分盾皮魚類，另一個支系包括現(xiàn)代有頜類和與它們關(guān)系較近但仍為盾皮魚類形態(tài)的屬種。
新研究指出布林達貝拉魚位于向現(xiàn)代有頜類演化的盾皮魚的根部，而一些形態(tài)和生活方式接近硬骨魚類和軟骨魚類的盾皮魚類，如著名的泥盆紀超級掠食者鄧氏魚所屬的節(jié)甲類，與現(xiàn)代有頜類的相似性主要是趨同演化而來，而不是因為它們具有較近的親緣關(guān)系。
盧靜表示，布林達貝拉魚的最新研究展現(xiàn)出對過去經(jīng)典標本的重新認識和對現(xiàn)有早期脊椎動物演化框架的沖擊。近期，在中國發(fā)現(xiàn)了大量保存完好的志留紀(距今約4.4億至4.19億年)有頜魚類，它們已經(jīng)非常接近頜起源的時間和系統(tǒng)演化節(jié)點，后續(xù)的深入研究將提供全新資料，有望在頜的起源、有頜類早期演化框架等一系列重大科學(xué)問題上取得重要突破。
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