4.1億年前化石解開肺魚演化謎題

肺魚，一種可以“絕境求生”的神奇生物，部分種類能在缺水時躲入泥中使用肺呼吸，直到雨季才復蘇。事實上，肺魚的祖先早在約4.15億年前早泥盆世便已現世，在漫長的演化中展現出順應環境、趨利避害的生存智慧。

近日，中國科學院院士、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱古脊椎所）研究員朱敏團隊與云南大學等中外機構合作，發現一種名為“云南古嵴魚”的原始肺魚化石，為破解早期肺魚演化關鍵環節提供了實物證據。相關研究成果發表于《當代生物學》。

最古老肺魚之謎

希望奇異魚是目前已知最古老、最原始的肺魚物種。該物種化石發現于云南曲靖和廣西南寧地區，早在1984年便由中國學者首次報道，為探究肺魚的起源及早期演化提供了關鍵線索。

“希望奇異魚的頭骨雖已具備部分肺魚典型特征，但仍保留著一些肉鰭魚類的骨骼結構，呈現出過渡性。”論文作者、古脊椎所副研究員喬妥介紹說。

肺魚類生物的腭方骨和頭骨完全愈合，屬于“自接型”頭骨，且不具有獨立的前上頜骨。而希望奇異魚雖然具有肺魚類特有的齒板和顱頂甲骨片排列方式，但其卻具有一個前上頜骨，且腭方骨獨立存在，并未與頭骨愈合，屬于“雙接型”頭骨。因此，鑒于這樣明顯的形態斷層，有人甚至對希望奇異魚是否屬于肺魚提出了質疑。

雖然北美泥盆紀布拉格期地層曾有北美真肺魚（頂嵴魚）化石現世，但該化石已嚴重扁平，無法展示腦顱等內部立體結構。

希望奇異魚和早期肺魚之間過渡的關鍵環節是否真實存在？相關形態特征又是如何演化發展而來的？這成為多年來縈繞在學界上空的演化迷云。

三維化石首現世

“此次在云南昭通下泥盆統地層發現的云南古嵴魚化石，是學界首次在泥盆紀布拉格期地層發現的三維保存肺魚頭骨化石，長度僅約25毫米，卻蘊含著豐富的演化信息。”論文作者、古脊椎所副研究員崔心東說。

據他介紹，云南古嵴魚生存于約4.1億年前，略晚于希望奇異魚，且處于后續艾姆斯期肺魚快速輻射演化之前，“是解開肺魚演化謎題的最佳研究對象”。

借助高精度CT掃描與三維重建技術，喬妥、崔心東與團隊其他成員對云南古嵴魚展開了細致的關鍵形態特征觀察。

他們發現，云南古嵴魚的腭骨形態與北美真肺魚相近，表面布滿小型錐形齒突，后部還存在光滑區域，同時又保留了希望奇異魚的原始特征，如上唇具牙齒、松果體區域隆起明顯等。

除此之外，云南古嵴魚還具備諸多獨特的結構，如約占腭面長度1/3的巨大鼻腔、腦顱兩側異常發達的內收肌等。崔心東推測：“這說明它可能擁有強大的咬肌，主要以堅硬的甲殼類生物為食。”

成功填補演化缺環

以云南古嵴魚形態為基礎，團隊首次將除最原始的希望奇異魚之外的所有肺魚類群，明確定義為“真肺魚類”。該類群具有“自接型”頭骨、發達的腦顱肌脊等關鍵鑒別特征。

“云南古嵴魚完美契合真肺魚類基部的演化位置。”喬妥解釋說，其腭方骨與腦顱呈現部分融合狀態，屬于從原始肉鰭魚類“雙接型”向真肺魚類典型“自接型”頭骨演化的過渡階段。系統發育分析結果也印證了該想法。

結合年代測定數據，團隊得出核心結論：從最原始的希望奇異魚到真肺魚類的分化，僅發生在4.16億至4.12億年前約400萬年的時間里，證實早期肺魚曾經歷過快速的輻射演化。

“這種快速演化可能與肺魚演化出的牙齒特化、咬肌強化、頭骨結構優化等適應性特征相關，使其在生態競爭中占據優勢地位。”喬妥說。

與此同時，基于云南古嵴魚與北美早泥盆世真肺魚在形態上的高度相似性，團隊推測，4.1億年前的華南板塊與北美板塊也許距離較近或存在陸地連接，為肺魚共同祖先的跨洋擴散提供了地理條件。