一條眼睛黏糊糊的魚可能會(huì)顛覆進(jìn)化史 _進(jìn)化

Norselaspis glacialis進(jìn)化出了以前認(rèn)為只存在于有頜脊椎動(dòng)物中的解剖特征。圖片來源：Kristen Tietjin
據(jù)《大眾科學(xué)》（安德魯·保羅）：一個(gè)國(guó)際研究小組利用先進(jìn)的成像技術(shù)，從一塊指甲大小的化石碎片中重建了一種古老滅絕魚類的心臟、大腦和鰭。結(jié)果：蝌蚪、馬蹄蟹和海綿寶寶蝸牛加里的眼睛黏糊糊的混合物。但撇開卡通形象不談，這種生物可能有助于重寫動(dòng)物進(jìn)化史上最早的章節(jié)之一。8月6日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究描述了它的細(xì)節(jié) 。

Norselaspis的解剖結(jié)構(gòu)可能是為了躲避而設(shè)計(jì)的，而不是為了狩獵。圖片來源：Kristen Tietjin
一個(gè)可疑的時(shí)間表
地球上的第一條魚大約在5億年前到達(dá)，但沒有到達(dá)海洋表面附近的任何地方。相反，它們?cè)陔x海底更近的地方開始了進(jìn)化生活，在那里它們可以在進(jìn)化出頜骨和牙齒之前吮吸食物。普遍接受的理論是，這些解剖學(xué)上的增加實(shí)際上是隨著魚上升到水柱中而產(chǎn)生的。大約4億年前，有頜魚類主宰了海洋。從那時(shí)起，進(jìn)化慢慢引入了四肢脊椎動(dòng)物、陸生生物，并最終引入了人類。但是，雖然“先下巴，后四肢”的假設(shè)有其依據(jù)（可以這么說），但仍然存在問題。
芝加哥大學(xué)生物學(xué)家、研究資深作者邁克爾·科茨在一份聲明中解釋說：“這種轉(zhuǎn)變背后存在巨大的數(shù)據(jù)缺口。” 。“我們一直缺少化石記錄中的快照，這些快照可以幫助我們對(duì)關(guān)鍵事件進(jìn)行排序，以重建變化的模式和方向。”
幾十年來，一張潛在的關(guān)鍵快照一直埋在古生物學(xué)檔案中。1969年，挪威北極斯匹次卑爾根群島的一次探險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千塊嵌有化石的砂巖，但研究人員又花了40年時(shí)間才花足夠的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行分類。在所有的砂巖分裂中，該研究的合著者驚訝地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)保存完好的半英寸長(zhǎng)的Norselaspis頭蓋骨，其歷史可以追溯到4.1億至4.07億年前。

該化石是在1969年首次發(fā)掘的砂巖中發(fā)現(xiàn)的。圖片來源：Michael Coates/芝加哥大學(xué)
該團(tuán)隊(duì)很快將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)送給了瑞士的Paul Scherrer研究所，在那里，專家們使用基于同步加速器的X射線顯微斷層掃描技術(shù)逐層掃描標(biāo)本。結(jié)果讓他們大吃一驚。經(jīng)過數(shù)千小時(shí)的數(shù)字重建，3D掃描清晰地描繪了包裹著器官和肌肉組織的薄組織骨骼，并以前所未有的細(xì)節(jié)保存下來。
主要作者、古生物學(xué)家Tetsuto Miyashita說：“有了這個(gè)精美的數(shù)字地圖集，我們現(xiàn)在對(duì)Norselaspis的解剖細(xì)節(jié)比許多活魚都要多。” 。
雖然無頜，但Norselaspis包含了生物學(xué)家以前認(rèn)為只存在于有頜物種中的解剖特征。特別是，這種古老的魚類已經(jīng)進(jìn)化出一種極其強(qiáng)大的心臟和加寬的血管，促進(jìn)了更大的血液流動(dòng) 。
Miyashita解釋說：“人們甚至可以說Norselaspis在七鰓鰻的皮膚下有鯊魚的心臟。” 。

研究人員使用基于同步加速器的X射線顯微斷層攝影技術(shù)對(duì)化石進(jìn)行了3D掃描。圖片來源：Michael Coates ，芝加哥大學(xué)
鱷梨耳朵和哈密瓜心
Norselaspis的感覺器官也令人印象深刻。七塊小肌肉控制著它的眼球——比人類多一塊——而它的內(nèi)耳相對(duì)較大。
Miyashita補(bǔ)充道：“如果Norselaspis達(dá)到我們的規(guī)模，它的內(nèi)耳將是鱷梨大?。?它的心臟將像哈密瓜一樣大。” 。
進(jìn)化優(yōu)勢(shì)并不都是內(nèi)部的。Norselaspis也使用位于鰓后的傾斜的槳狀鰭游泳，這使它能夠根據(jù)需要快速轉(zhuǎn)彎、停止和加速。然而，這些都不太可能被用來捕捉獵物。由于它沒有下顎和牙齒，這種塊狀的魚可能會(huì)利用其意想不到的解剖結(jié)構(gòu)來躲避正在進(jìn)化的捕食者。物種之間的這種相互作用導(dǎo)致了海洋多樣性的爆炸。
科茨說：“當(dāng)頜骨在這種背景下進(jìn)化時(shí)，它帶來了感官、游泳和進(jìn)食系統(tǒng)的關(guān)鍵組合，最終導(dǎo)致了泥盆紀(jì)魚類的非凡多樣性和豐富性。” 。

研究科學(xué)家Tetsuto Miyashita對(duì)Norselapsis的大腦和感覺器官進(jìn)行了放大的3D重建。圖片來源：Pierre Poirier/加拿大自然博物館
頭肩形
Norselaspis不僅挑戰(zhàn)了有頜魚的時(shí)間線。研究人員還指出，連接到它肩膀的神經(jīng)與到達(dá)鰓的神經(jīng)是分開的。因此，他們現(xiàn)在提出理論，四足動(dòng)物（四足脊椎動(dòng)物）的肩膀進(jìn)化為一種與頸部相連的新結(jié)構(gòu) ，將軀干與頭部分開。大多數(shù)早期無頜魚類的軀干一直通向頭部，而有頜脊椎動(dòng)物進(jìn)化出了頸部和喉嚨。Norselapsis跨越了這兩個(gè)解剖結(jié)構(gòu)，研究人員將其比作一個(gè)手臂從臉頰后面伸出的人。
盡管尚不清楚最初是什么促使了頜骨的形成，但Norselaspis揭示了脊椎動(dòng)物的進(jìn)化之旅并沒有遵循一條獨(dú)特的道路。
Miyashita說：“這并不像從底層捕食者直接走向頂端捕食者那么簡(jiǎn)單。”