早期鱼类泅水速度若何演化？4.1亿年前九尾狐团鱼化石研究揭秘
山海经中关于九尾狐和人面鱼的记述。 中科院古脊椎所 供图
中新网北京4月10日电 (记者 孙自法)早期鱼类泅水速度若何演化？传统的“积极的捕食战略倾领导致有颌类起源”假说是准确谜底吗？
中国科学院古脊椎动物与前人类研究所(中科院古脊椎所)科研团队盖志琨、林翔鸿、山显任与英国布里斯托大学协做，对约4.1亿年前广西早泥盆世古鱼类特异埋躲生物群中发现的首个完全保留尾鳍的盔团鱼类——九尾狐团鱼化石完成的最新研究表白，盔团鱼类是一类泅水才能较强的快速泅水者，它的巡航泅水速度以至要比一些更朝上进步的有颌鱼类还要快，从而否认了传统的“积极的捕食战略倾领导致有颌类起源”假说。
九尾狐团鱼及其一路特异保留的盾皮鱼类化石标本照片(盖志琨 摄)。 中科院古脊椎所 供图
那一早期鱼类研究的重要功效论文，近日获出名学术期刊《国度科学评论》(National Science Review)在线颁发，填补了重庆动物群灵动土家鱼尾鳍保留不完全的缺憾。
该研究展现，盔团鱼类除了拥有典型的下歪尾，尾鳍还具有9个手指状的分叉，是原始的叉形尾，上面笼盖有整洁摆列的鳞量鳍条，表白鳍条之下有强壮的辐状肌附着。令人骇怪的是九尾狐团鱼的9个手指状分叉别离保留了舒张和收缩两种差别的形态，那指示盔团鱼可能是乖巧的泅水者，能很好操纵肌肉收缩来掌握尾鳍与水流的接触面积，从而产生差别的鞭策力。在此根底上，研究团队摘用系统发育模子对尾鳍的几何形态停止泅水速度阐发，成果也表白盔团鱼类是一类泅水才能较强的快速泅水者，其巡航泅水速度以至要比一些更朝上进步的有颌鱼类还要快。
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古生代早期脊椎动物次要类群的祖先巡航泅水速度揣度。 中科院古脊椎所 供图
九尾狐团鱼和《山海经》传说
研究团队成员山显任介绍说，九尾狐团鱼在系统分类上属于盔团鱼亚纲多鳃鱼目都匀鱼科。都匀鱼科是多鳃鱼目中一个内角外角均缺失，但鳃囊数目浩瀚的类群，由中国古生物学家潘江先生和王士涛先生于1978年根据在贵州都匀发现的包阳都匀鱼成立，该科成立之初为之成立都匀鱼目。
2006年，中科院古脊椎所墨敏院士和盖志琨研究员在盔团鱼亚纲系统发育阐发中将都匀鱼科纳进多鳃鱼目，做为该目中一个内角丧失的特化类群，而放弃都匀鱼目。该科的形式种包阳都匀鱼是1979年就登上《天然》(Nature)杂志的“明星盔团鱼”，其保留十分精巧的脑颅，是研究盔团鱼类脑颅剖解学的十分重要素材。该科成员还包罗在贵州贵阳发现的小型新都匀鱼、贵州赫章发现的赫章副都匀鱼和广西平乐发现的平乐圆盘鱼。此次在广西发现的九尾狐团鱼，除了具典型的都匀鱼科的特征外，头甲边沿具有锯齿状的小刺，鳃囊数目在25对以上，可与都匀鱼科的其他属种明显区分，代表了都匀鱼科的一个新属种——九尾狐团鱼，其名称取自《山海经》中更具有传奇色彩的上古神兽“九尾狐”。
《山海经》是中国古老的一部富于神话传说的天文奇书，里面有良多关于珍禽异兽的记载，此中就包罗声名远扬的九尾狐和一种喊做赤鱬的人面鱼。研究团队将此次新发现的盔团鱼类新属种定名为九尾狐团鱼，一方面能够让世界更多领会中国传统文化，另一方面也指示其尾鳍除了典型的下歪尾以外，还具有9个手指状的分叉，与传说中的“九尾狐”的尾巴有异曲同工之处。
初次揭开盔团鱼类尾巴神异面纱
论文第一做者盖志琨研究员指出，中国的盔团鱼类迄今已有110年的发现史。早在1913年，中国闻名地量学家丁文江先生就在云南曲靖发现盔团鱼类化石(其时认为是“头团鱼”)，但跟欧美的骨团鱼类比拟，中国盔团鱼类研究晚了半个世纪。曲到1965年，中国古鱼类学家刘玉海先生才初次正式定名并系统描述了第一个盔团鱼。因为盔团鱼类的身体次要有软骨和零星的鳞片构成，几乎很难完全地保留为化石。因而，盔团鱼类头后身体剖解问题在过往的100多年里没有得到处理。
九尾狐团鱼特异保留的“九指分叉”的尾鳍(盖志琨 摄；冯喊娟 绘) 中科院古脊椎所 供图
从2012年起，中科院古脊椎所研究团队起头对准那个百年难题，在过往10年里，研究团队跑遍中国志留-泥盆纪几乎所有可能含有盔团鱼类化石的野外剖面近200个，发现18处新的古鱼类化石点，包罗“重庆特异埋躲化石库”等3个特异埋躲生物群。此中，2022年研究团队在“重庆特异埋躲化石库”中研究发现世界上第一个具有完全身体保留的盔团鱼类化石——灵动土家鱼，初次显示出盔团鱼类身体的全貌，灵动土家鱼化石固然初次显示出盔团鱼类具有跟异团鱼类、花鳞鱼类一样的下歪尾，但尾鳍的细节并没有保留，成为处理盔团鱼类头后身体剖解难题所缺失的最初一块拼图。此次在广西发现的首个特异保留完全尾鳍的盔团鱼类九尾狐团鱼，正好填补了重庆生物群中灵动土家鱼尾鳍保留不完全的缺憾，从而集齐处理盔团鱼类头后身体剖解难题的所有拼图。
本次发现的九尾狐团鱼是一条长约10厘米摆布的小型盔团鱼，身体和头甲长度均大约5厘米，全身笼盖藐小的菱形鳞片，并闪现有法例的、倾斜摆列的鳞列。最特殊的是，九尾狐团鱼正模标本和副模标天职别特异保留盔团鱼类尾鳍收缩和舒张的两种差别的形态，从而更大程度显示出盔团鱼类尾鳍的形态细节。尾鳍的鳞量鳍条曾被认为是硬骨鱼类才具有的朝上进步特征，而它们在甲胄鱼类中普遍呈现，阐明其起源时间比本来想象的早良多，可能在颌的起源之前就已呈现。
与九尾狐团鱼特异埋躲在一路的古鱼类和古动物化石(盖志琨 摄)。 中科院古脊椎所 供图
研究发现其貌不扬的“泅水高手”
研究团队成员林翔鸿表达，泅水才能关于鱼类的保存至关重要，是鱼类遁藏敌害、捕食、迁移、求偶和遁藏灾害情况的重要手段，而泅水速度则是评判鱼类泅水才能的重要目标，能反映出鱼类的活动指数及其代谢程度。根据泅水时间，鱼类泅水速度可分为三类，别离是巡航游速、长时游速和发作游速。
巡航游速是指鱼类继续游动200分钟以上而不怠倦，该游速下鱼类次要利用需氧性红肌做为动力来源，是鱼类日常生活中最常用的游速，但也是最慢的游速；长时游速是指鱼类继续游动20秒到200分钟后呈现怠倦，该游速下鱼类逐步利用更多的厌氧性白肌来填补动力，可能是鱼类洄游期间最常用的游速；发作游速指鱼类继续时间少于20秒的瞬时游速，该游速下鱼类次要利用厌氧性白肌做为动力来源，是鱼类在捕食、遁藏敌害、遭到惊吓或强水流中泅水时摘用的最快游速。
固然鱼类的泅水速度遭到多种因素的影响，但鱼类尾鳍的面积和外形不断被认为是查验鱼类泅水才能的关键目标，能够用来阐发鱼类的巡航游速和发作游速。
目前，基于现生鱼类泅水速度笔录、尾鳍的几何形态丈量的数据库，利用系统发育广义最小二乘模子(PGLS)和一元线性回回模子(LM)揣测泅水速度，已开展成为一种新的评估鱼类泅水速度的阐发办法，并已胜利利用到早期基干有颌类泅水速度的阐发揣测中。盔团鱼类头后身体剖解难题的处理，特殊是九尾狐团鱼尾鳍的特异保留，使学界可以利用新的办法模子对盔团鱼类的泅水速度停止阐发揣测。
九尾狐团鱼和灵动土家鱼复原及其尾鳍演化意义(冯喊娟、杨定华、史爱娟 绘)。 中科院古脊椎所 供图
研究团队此次通过综合包罗软骨鱼类和硬骨鱼类在内的61个现生属种和160个现生鱼类泅水速度的数据库，对已灭绝的古生代鱼类的43个属种，在认可地量时代不确定性的根底上，摘用更大似然法对包罗盔团鱼类在内4500个早期脊椎动物系统发育树停止综合泅水速度模子阐发，成果表白，缺团鱼类和盔团鱼类的游动速度最快，而盾皮鱼类、骨团鱼类和异团鱼类的游动速度较慢。
那一发现否认了传统假说认为的早期脊椎动物演化特征是朝着越来越活泼的食物获取标的目的演化，即向着泅水速度越来越快的标的目的开展，并最末招致有颌类的起源。在甲胄鱼类傍边，异团鱼类的下歪尾被认为是早期脊椎动物的原始形态，缺团鱼类、花鳞鱼类和盔团鱼类均连结那一原始形态，而在骨团鱼类和有颌类中演化为上歪尾形态，那种演化上的趋向被认为是鱼类运动灵活性和泅水速度提拔的次要标记。
本次研究成果表白，那些早期鱼类的巡航游度与系统发育树其实不存在联系关系性，因为巡航速度最快的缺团鱼类却跟现生有颌类的亲缘关系比力远，而跟现生有颌类亲缘关系比来的骨团鱼类和盾皮鱼类的巡航游速却是最慢。总之，盔团鱼类是泅水才能较强的快速泅水者，它的巡航泅水速度以至要比一些更朝上进步的有颌鱼类还要快。
研究团队通过对巡航泅水速度的系统发育的阐发也表白，盔团鱼类比更朝上进步的骨团鱼类和盾皮鱼类拥有更好的运动才能和更高的代谢程度，那些无颌的甲胄鱼类早在颌起源之前就已开展出必然生态多样性，并占据了差别生态位。那种生态位上的多样化使那些原始的甲胄鱼类至少在必然水平上获得一些比有颌类愈加超卓的运动优势。
研究团队在广西早泥盆世地层野外发掘现场(盖志琨 摄)。 中科院古脊椎所 供图
亚洲首个泥盆纪古鱼类特异埋躲生物群
本次研究的九尾狐团鱼化石来自中科院古脊椎所团队在广西发现的一个十分重要的古鱼类特异埋躲生物群——广西生物群，也是中国发现的第一个泥盆纪古鱼类特异埋躲生物群，大致散布于桂中以及桂东地域，共生品种丰富的盔团鱼类、盾皮鱼类、其他有颌鱼类以及腕足动物等其他无脊椎动物，还有以工蕨、石松类动物为代表的丰富早期动物化石群，生态多样性高、品种特殊，集中反映该地域早泥盆世低纬度地域温热潮湿的天气前提以及相对封锁的古天文前提。
广西生物群中所含中国工蕨等化石组合指示当时代为早泥盆世布拉格期，早泥盆世恰是动物登岸演化以及早期脊椎动物演化的关键期间，对研究动物与陆生动物的早期协同演化、动物的登岸开展以及早期脊椎动物在早泥盆世的大辐射、大开展有着严重意义。
九尾狐团鱼生态复原图(杨定华 绘)。 中科院古脊椎所 供图
同时，广西生物群所含丰富的保留有完全身体的动物化石群发现指示该化石库为一类较为特殊的原地埋躲，初步揣度为古海盆边沿泻湖周边的潮坪堆积，为潮上或者潮间带，水体较浅，此中同化周期性的风暴堆积，而那种快速堆积的呈现有利于近岸生物的原地埋躲和近原地埋躲，从而产生丰富的保留有完全身体的古鱼类化石以及完全动物化石的透镜体。
中科院古脊椎所表达，目前已知发现的世界级泥盆纪特异埋躲有苏格兰的莱尼燧石、德国洪斯吕克板岩生物群、加拿大魁北克米瓜莎国度公园、澳大利亚的戈高生物群等少数几个特异埋躲化石地，广西生物群的发现无疑为世界泥盆纪特异埋躲供给了新的可靠素材，是亚洲地域第一个泥盆纪特异埋躲化石群。
“广西生物群除带来大量化石信息外，也为我们带来了很多谜团，相信那些谜团将会在不久的将来逐个得到破解，其埋躲机造及相关的生物化石研究，正在由我们团队继续深进研究。”盖志琨透露说。(完)