通過(guò)研究早期魚(yú)類的腰帶首次揭示硬骨魚(yú)綱外骨骼腰帶 _中國(guó)

夢(mèng)幻鬼魚(yú)最新的生態(tài)復(fù)原圖（繪圖：Brain Choo）

夢(mèng)幻鬼魚(yú)新標(biāo)本（供圖：朱敏）

夢(mèng)幻鬼魚(yú)正型標(biāo)本腰帶部分的重新解釋（供圖：朱敏，Brain Choo）

斑鱗魚(yú)的兩件腰帶標(biāo)本（供圖：朱敏）
中國(guó)科學(xué)家在4月3日出版的《公共科學(xué)圖書(shū)館•綜合》（PLoS ONE）上記述了兩種早期魚(yú)類的腰帶，首次揭示了硬骨魚(yú)綱的外骨骼腰帶。該研究否定了硬骨魚(yú)綱的腰帶與肩帶結(jié)構(gòu)不同、不具有外骨骼成分的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，為研究有頜類的早期分化并探討腰帶與肩帶在發(fā)育上的同源關(guān)系提供了新的重要資料。這是中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所朱敏教授領(lǐng)導(dǎo)的研究群體在古生物學(xué)與演化生物學(xué)領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展。
有頜脊椎動(dòng)物包括硬骨魚(yú)綱、軟骨魚(yú)綱及已滅絕的盾皮魚(yú)綱和棘魚(yú)綱共四大類群，它們的附肢，即偶鰭或由偶鰭演化而來(lái)的四肢通過(guò)帶骨、肌肉、韌帶等構(gòu)造與脊柱連接，其中，身體前部的帶骨為肩帶，后部為腰帶。支撐附肢的帶骨是有頜類的典型特征，帶骨在有頜類的演化過(guò)程中經(jīng)歷了顯著的變化，與偶鰭和四肢的演化密切相關(guān) 。魚(yú)類有兩對(duì)偶鰭，適于在水中游動(dòng)，帶骨的功能比較弱。魚(yú)類演化到四足類，鰭退化，四肢出現(xiàn)，帶骨的功能也逐漸增強(qiáng) 。因此，長(zhǎng)期以來(lái)帶骨的結(jié)構(gòu)與功能是學(xué)術(shù)界關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，譬如恐龍就是根據(jù)腰帶的不同形態(tài)被劃分為蜥臀類和鳥(niǎo)臀類，人類的直立行走也伴隨著腰帶結(jié)構(gòu)的相應(yīng)改變。
一般認(rèn)為，腰帶與肩帶為系列同源關(guān)系。然而，從現(xiàn)生硬骨魚(yú)綱（包括輻鰭魚(yú)類、肺魚(yú)類、空棘魚(yú)類以及所有陸地脊椎動(dòng)物）的發(fā)育上看，肩帶是復(fù)合來(lái)源，既有來(lái)源于內(nèi)骨骼的肩胛烏喙骨，也有來(lái)源于外骨骼的匙骨、鎖骨等。與之形成鮮明對(duì)照的是，硬骨魚(yú)綱的腰帶無(wú)一例外都是內(nèi)骨骼來(lái)源，沒(méi)有外骨骼成分的加入。這種差異反映了具有系列同源關(guān)系的兩組構(gòu)造遵循著不同的演化路線，那么它們是從演化樹(shù)的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始分道揚(yáng)鑣的呢？這一問(wèn)題僅憑對(duì)現(xiàn)生生物的研究已無(wú)法回答。迄今為止，腰帶外骨骼已在某些盾皮魚(yú)類和棘魚(yú)類化石中發(fā)現(xiàn) 。其中，盾皮魚(yú)類的腰帶外骨骼與肩帶外骨骼非常相像，為一塊或多塊大骨片，而棘魚(yú)類的則為典型的棘刺。不過(guò)，根據(jù)這些零星的外類群化石記錄很難推測(cè)硬骨魚(yú)綱腰帶的來(lái)源。早期硬骨魚(yú)類腰帶結(jié)構(gòu)如何將直接影響到相關(guān)問(wèn)題的探討。
【通過(guò)研究早期魚(yú)類的腰帶首次揭示硬骨魚(yú)綱外骨骼腰帶】中國(guó)近年來(lái)一系列化石發(fā)現(xiàn)（如斑鱗魚(yú)、無(wú)孔魚(yú)、蝶柱魚(yú)、鬼魚(yú)等）為研究硬骨魚(yú)綱起源與早期演化不斷注入新的活力。為揭示早期硬骨魚(yú)類腰帶的結(jié)構(gòu)，朱敏等對(duì)鬼魚(yú)和斑鱗魚(yú)材料進(jìn)行了重新研究并多次開(kāi)展新的野外發(fā)掘。他們于2010年發(fā)現(xiàn)了一件保存完好的鬼魚(yú)新標(biāo)本，該標(biāo)本雖然頭部缺失，但是頭后部分保存十分精美。新標(biāo)本的肩帶保存了兩側(cè)的匙骨、鎖骨以及一件菱形的間鎖骨。與斑鱗魚(yú)相同，鬼魚(yú)發(fā)育的肩胛烏喙骨緊附于匙骨內(nèi)側(cè)面。引人注目的是，鬼魚(yú)新標(biāo)本上具有一件腹視的右側(cè)腰帶外骨骼，呈自然狀態(tài)保存，該骨片上有一向后腹方延伸的棘刺，位于第二背鰭棘的腹側(cè) 。對(duì)鬼魚(yú)正型標(biāo)本（2009年發(fā)現(xiàn)）重新檢查后，朱敏等發(fā)現(xiàn)正型標(biāo)本上也保存了一件位于相似位置的左側(cè)腰帶外骨骼，結(jié)構(gòu)與新標(biāo)本相同。對(duì)鬼魚(yú)腰帶外骨骼進(jìn)行的復(fù)原顯示其腰帶具有三塊外骨骼，即一對(duì)腰帶側(cè)片和一塊腰帶間片。基于對(duì)鬼魚(yú)腰帶外骨骼的認(rèn)識(shí)，朱敏等對(duì)斑鱗魚(yú)頭后骨骼進(jìn)行了重新整理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了與鬼魚(yú)腰帶外骨骼相似的骨片，并且內(nèi)側(cè)與其愈合的內(nèi)骨骼上還具有與肩帶相似的復(fù)基鰭關(guān)節(jié) 。這表明斑鱗魚(yú)的腰帶與肩帶結(jié)構(gòu)相似，也說(shuō)明鬼魚(yú)的腰帶很可能同樣具有復(fù)基鰭關(guān)節(jié) 。作為首批保存了腰帶外骨骼的硬骨魚(yú)類化石記錄，鬼魚(yú)和斑鱗魚(yú)揭示了出乎預(yù)料的腰帶形態(tài)特征，這些特征指示鬼魚(yú)與斑鱗魚(yú)腰帶的整體結(jié)構(gòu)與一些盾皮魚(yú)類相近。
朱敏等對(duì)鬼魚(yú)和斑鱗魚(yú)的腰帶及之前對(duì)肩帶的報(bào)道，揭示了早期硬骨魚(yú)類的腰帶和肩帶結(jié)構(gòu)相似，都具有與內(nèi)骨骼愈合的外骨骼骨片、棘刺和復(fù)基鰭關(guān)節(jié)，改變了硬骨魚(yú)綱腰帶不具有外骨骼的傳統(tǒng)觀點(diǎn) 。
此項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院的大力支持。

中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所