我们的祖先从水里来——硬骨鱼类起源与早期演化

硬骨鱼类(osteichthyans)是脊椎动物演化的主干,硬骨鱼下分的两大支系,即肉鳍鱼类(lobe-finned fishes)和辐鳍鱼类(ray-finned fishes)分别成为今日地球陆地和水域的征服者,前者最终演化出包括人类在内的四足动物。志留纪-泥盆纪是硬骨鱼类乃至整个有颌脊椎动物演化的关键阶段,硬骨鱼纲的起源、辐鳍鱼类与肉鳍鱼类的分异、肉鳍鱼类的早期演化和四足动物的起源等关键演化事件都出现在这一时期。直到20世纪末,化石资料的匮乏长期以来一直限制着学界对这些 硬骨鱼类起源与早期演化关键事件的了解。近年来,来自中国的梦幻鬼鱼、初始全颌鱼、晨晓弥曼鱼、于氏箐门齿鱼和奇异东生鱼等一系列关键化石的发现与研究极大地改变了上述情况,将硬骨鱼类起源与早期演化推到早期脊椎动物研究的聚光灯下,为脊椎动物“从鱼到人”的演化历史补上了大量缺失的篇章。     

有颌脊椎动物的黎明——志留纪早期鱼类化石揭示有颌脊椎动物的崛起

<正>只有厘清“从鱼到人”的脊椎动物生命演化,才能解答人类的生物学属性从何而来.脊椎动物早期演化的一个重大飞跃是颌与有颌脊椎动物的出现.包括人类在内,地球上现存99.8%的脊椎动物都具有颌骨(包括上颌与下颌),统称为有颌脊椎动物或有颌类.人类的身体构型和很多重要器官的起源都可追溯到有颌类演化之初.颌的出现与有颌的类崛起具体发生在何地、是如何及为何而发生?已经灭绝的一些有颌类位于脊椎动物之树的什么位置?这些问题需要化石证据及古生物学研究来回答.     

大鱼之始——曲靖潇湘动物群中发现志留纪最大的脊椎动物

云南曲靖4.23亿年前的潇湘动物群在世界上独一无二地完好保存了大量志留纪有颌脊椎动物化石。2014年6月,中国科学家报道了潇湘动物群中的新成员,一种被命名为钝齿宏颌鱼(Megamastax amblyodus)的硬骨鱼,这是目前为止志留纪最大的脊椎动物。现有证据显示钝齿宏颌鱼属原始肉鳍鱼类,体长可达1.2 m,其牙齿适应捕食带硬壳的猎物,可能在食物链中占据较高的位置。这是潇湘动物群继梦幻鬼鱼和初始全颌鱼之后的又一重要发现,该发现挑战了早泥盆世埃姆斯期前不存在大型脊椎动物的传统看法,同时促使研究者重新思考已有的古大气/古海洋氧气含量变化理论模型,以及其与脊椎动物演化之间的关系。     

“面子”的起源：最早的“嘴脸”

正我们有"面子",在演化上拜谁所赐?中国古生物学家朱敏研究员带领的跨国研究团队,2013年9月25日在《自然》杂志上报道了来自云南曲靖4.19亿年前的志留纪盾皮鱼类——初始全颌鱼(Entelognathus primordialis),揭开了"面子"起源的面纱[1]。颌骨是构成面部骨骼的主体,长着上下颌骨的脊椎动物称为有颌类,种类数占现生脊椎动物的99.7%。从骨骼结构上来说,有颌类似乎就应该是有"嘴脸"或"面子"的动物。探寻我们"面子"的起源之谜,自然要     

早于始祖鸟的虚骨龙类及其对于鸟类起源研究的意义

在过去20年中, 对非鸟兽脚类恐龙向鸟类演化过程的重建工作取得了很大进展, 但是关于这一演化假说仍然存在一些反对的观点, 其中一个反对证据来自兽脚类恐龙化石的地层分布记录. 从兽脚类恐龙化石的地层分布上看, 目前已知最古老的鸟类发现于晚侏罗世, 而在侏罗系地层中却很少发现应当是它们祖先类型的虚骨龙类化石, 这暗示存在着一个“时间悖论”——后裔出现在祖先之前. 本文回顾有关这一研究问题的最新进展. 近10年来的一系列发现表明, 虚骨龙类主要类群在侏罗纪中晚期已经出现. 这些发现大大提高了化石地层分布和兽脚类恐龙系统发育关系的一致性, 并且有力反驳了所谓的“时间悖论”. 更为重要的是, 这些发现为鸟类起源研究的核心问题——兽脚类恐龙的系统发育研究提供了重要的信息, 支持了暴龙超科和阿尔瓦兹龙超科处于虚骨龙类相对基干的位置, 甚至暗示一个新的关于副鸟类的系统发育假说: 始祖鸟、驰龙科和伤齿龙科构成一个单系类群, 而攀龙类、其他鸟类以及窃蛋龙类形成另一个演化分支. 特征演化分析表明, 副鸟类的基干类群可能在晚侏罗世之前已经演化出与树栖以及飞行相关的特征. 未来更多侏罗纪虚骨龙类化石的发现将有助于一个更加精确的鸟类起源和演化模式的建立.     

鳍与四肢如何发育和演化?

鱼鳍如何产生,又怎样向陆生四足动物的四肢演化?回答这一科学问题实质上是要理解决定生命这些性状的基因如何受制于自然选择和性选择,以及由此涉及与发育相关的创新动力和演化机制.近10年的研究表明,鳍最早可能是以单鳍褶的形式出现在早期的无颌鱼类中,尔后在向有颌鱼类和四足动物的演化过程中发生了显著变化,且在这一演化过程中,鱼鳍发育必需基因的序列变异、表达模式变化、基因间相互作用甚至部分基因丢失可能起了关键作用.本文综述了鳍的起源、演化历程和发育模式,阐述了鳍向四肢演化、鱼鳍两性异形产生和四肢形态演化的分子机制.     

中国北方全新世人群头面部形态特征的微观演化

通过对中国北方地区新石器时代(161例)、青铜铁器时代(423例)和现代(134例)成年男性头骨的21项测量项目的对比、分析和显著性检验, 对中国全新世人群颅骨形态特征的微观演化(microevolution)问题进行了研究. 结果显示近万年来中国全新世人群的体质特征仍在进化. 从新石器时代经过青铜铁器时代到现代, 脑颅和面颅趋向缩小、鼻型趋向狭化、眶型趋向高窄化、颅型趋向圆隆化. 在不同的演化时期里, 颅骨各个性状的表现特点和变化幅度亦不同. 脑颅缩小主要发生在从青铜铁器时代到现代. 面颅缩小、狭鼻化及高眶化现象持续地发生在整个全新世时期, 有可能还在继续演化. 世界各地人群体质特征相似的演化趋势表明, 全新世人群头骨形态特征的微观演化是受人类进化机制制约的. 头骨缩小的原因与气候、环境及人们生活方式的改变有一定的关系.     

简说羽毛化石的研究

自第一枚始祖鸟化石发现以来,鸟类的起源与演化成为了古生物研究的热点之一。有关鸟类的起源问题涉及了恐龙以及早期鸟类的形态结构、飞行以及羽毛等多方面内容。在早白垩世热河生物群以及相邻地区侏罗纪地层发现的许多保存精美的带毛恐龙,中生代的鸟类化石,为鸟类的恐龙起源提供了重要证据,并且使我们对羽毛的起源和演化有了较丰富的认识。笔者主要介绍了带毛恐龙的羽毛化石的研究现状,并结合发育生物学,讨论了关于羽毛的发育和演化问题。     

鱼类生殖发育调控研究进展

动物生殖发育机制一直是生命科学的重要研究课题之一. 鱼类的生殖发育及其调控机制研究不仅具有重要的理论意义, 而且在指导鱼类品种改良上具有广泛的应用前景. 本文评述了鱼类性别决定和分化、生殖细胞和性腺发育以及生殖发育调控策略等方面的研究进展. 由于鱼类在动物演化中承上启下的地位、丰富的物种多样性和几乎具有所有脊椎动物生殖策略等特点, 以鱼类为模型可望取得动物生殖调控机制研究的重要突破, 并由此建立鱼类生殖开关和性别控制开关等生殖操作新技术, 为鱼类养殖品种培育技术打开一扇新的大门.     

人类的面孔如何从鱼形祖先演化而来?

面孔,即脊椎动物头部的正面,对动物机体的运作和人类社会生活有重要意义,面孔的演化长久以来吸引着学界和大众的兴趣,是备受关注的经典科学问题.最近数十年来,演化基因组学、演化发育生物学和古生物学等领域的一系列进展,使得学界对脊椎动物面孔基本构架和面部各器官的演化有了许多新的认识.本文对脊椎动物从鱼到人的面孔演化进行了梳理,重点介绍了近年来在头部和颌骨的起源与演化、耳鼻眼演化、牙齿演化以及人类面部特征形成等领域的一批新知.回顾面孔演化历程,人类面孔许多社会属性的生理基础都可以清楚地追溯到我们与其他脊椎动物的共同祖先中.     

原羽鸟的层位与热河生物群的脊椎动物化石早期组合

产自河北丰宁四岔口盆地的原羽鸟是迄今所知最为原始的反鸟类化石, 其产出岩段不含辽西义县组的标志性化石; 该岩段所含的鱼类和鸟类化石显示了比义县组相关属种更原始的特征状态, 且叶肢介化石为多见于冀北大北沟组和大店子组的属种. 就地层发育序列而言, 含原羽鸟的沉积岩段在相邻盆地伏于含义县组标志性化石的地层之下, 因而确认原羽鸟的层位应低于辽西的义县组, 大致相当于冀北的大店子组, 这是目前国内鸟类化石与世界上反鸟类的最低产出层位. 与原羽鸟相伴的还有其他鸟类、鲟形鱼类、有尾两栖动物和哺乳动物, 据此新建丰宁北票鲟-丰宁原羽鸟脊椎动物组合, 这一组合将热河生物群中脊椎动物的演变历史推进到130.7 Ma前. 建议以控制生物阶段性发展的大尺度构造沉积旋回来界定热河生物群, 并以北票鲟替代狼鳍鱼作为热河生物群的代表化石.     

再论古虫动物门

多细胞动物起源、三胚层动物起源、后口动物起源和脊椎动物起源是动物界漫长演化历程中4次最重大的里程碑创新事件, 也是动物演化史学上4个最令人困惑的起源难题. 前2次生命大转折的历史信息深埋于前寒武纪的隐密记录之中, 至今学术界知之甚少. 幸运的是, 近20年来对早寒武世澄江动物群的深入探索, 揭示出了大量寒武纪大爆发主幕的关键信息, 使得对后2次重大生命创新事件的认知开始取得实质性进展. 昆明鱼、海口鱼等“天下第一鱼”被证明不仅是最古老而且也属于最原始的脊椎动物, 代表着由无头类向有头类演进的关键过渡类群; 现代动物谱系演化学家认为:“舒及其合作者的古生物学工作正在不断地修正人们关于脊索动物早期演化的观念”. 而且, 古虫动物门的发现和论证更使人们看到了探寻后口动物谱系起源的希望: 这一初具鳃裂构造的绝灭类群很可能就是分子生物学和发育生物学所期待的后口动物谱系的一个根底类群. 文中报道了北大动物等微体古虫类的发现; 由大型个体向微型个体演化, 代表着古虫类动物发展早期的一次特殊的生态适应过程. 古虫类动物的前体(咽腔)构造彼此相近, 而依据其后体解剖构造的明显差异, 提出了古虫动物门新的分类体系, 并建立了一个新纲异形虫纲. 随着早期后口动物谱系的“根底类群”古虫动物门和“顶端类群”脊椎动物以及介于其间的古囊类、云南虫类、头索类、尾索类的不断发现, 其完整的谱系演化图正开始成型.     

辽宁西部的翼龙化石及其地层意义

辽宁西部热河生物群已有70年研究历史,最近几年北票市四合屯地区多门类脊椎动物化石的大量发现,使热河生物群的研究出现了前所未有的高潮,其中尤以兽脚类恐龙和原始鸟类化石的发现意义重大.中华龙鸟(Sinosouropteryx)、原始祖鸟(Protouchaeopteryx)和尾羽鸟(Coudipteryx)化石,     

辽西义县组禽龙类新属种: 杨氏锦州龙

在辽西义县组发现一大型禽龙类恐龙，根据其头骨形态和牙齿特征建立一新属、新种－杨氏锦州龙（Jinzhousaurus yangi gen.et sp.nov.)。杨氏锦州龙某些特征比已知多数禽龙类原始，但大部分特征接近于早白垩世的一些进步禽龙类，如前上颌骨喙部中等扩大和牙齿形态及排列方式等。锦州龙的另外一些特征非常接近鸭嘴龙类，比如眶前孔不发育等。锦州龙的这种奇特特征组合对于研究禽龙类的演化和鸭嘴龙类的起源具有重要意义。锦州龙发现于义县组中部，层位高于四合屯化石层，是辽西热河生物群发现的第一个大型恐龙化石，丰富了热河生物群的组成。锦州龙的发现进一步证明了热河生物群的时代为早白垩世，与同位素测年确定的年代一致。     

节肢动物早期演化的基因背景

我国云南昆明和澄江等地下寒武统帽天山页岩动物群保存的大量处于不同演化阶段的节肢动物化石为研究节肢动物早期演化提供了物质依据. 最近研究表明, 节肢动物起源及其冠支类群早期演化分别由以外骨骼分节和背甲关节的形成、具关节附肢的形成和复合型头区的形成为特征的体节化事件、附肢化事件和头区化过程所组成. 本文结合发育生物学研究探索节肢动物起源及其早期演化的基因背景, 认为附肢化过程与Hox基因分别参与附肢D-V轴和P-D轴的调控作用有关. 头区化过程与原躯干前端体节形成机制的变化有关. 化石和发育生物学研究表明在复合型头区形成初期, Hox基因的表达在不同体区的分化已经发生; 但Hox基因直到冠支类群演化的早期阶段尚未对附肢特异化起明显的调控作用. Hox基因对体节和附肢特异化调控作用是冠支类群演化的后期事件.     

无尾两栖类化石研究的新进展

最近一段时间,在东北辽西大地上频频传出古生物新发现的捷报.从孔子鸟[1]到中华龙鸟[2],从原始祖鸟[3]到原始兽类———张和兽[4].还有最早的被子植物———辽宁古果[5].这些发现一次次震惊了世界,国内外学者纷纷把目光投向了这块神奇的土地.世界两大权威科学杂志———英国的《自然》和美国的《科学》也纷纷抢先报道关于中国辽西的中生代脊椎动物化石的最新研究成果.本期报道的王原等人的论文———“亚洲最早的盘舌蟾类化石”一文(ｐ407～411),为辽西的脊椎动物研究增添了一个新的重要类群,这就是无尾两栖类.无尾两栖类(俗称蛙类)在脊椎动…     

金鱼β-catenin以细胞自主性方式抑制神经发育早期调节基因vsx1的表达

β-catenin基因是脊椎动物背部中轴结构形成的必需基因. 近年的研究发现, 在斑马鱼和爪蟾中, β-catenin还具有抑制神经外胚层形成的作用. 为深入了解β-catenin是如何抑制神经外胚层形成以及这种抑制在正常发育过程中的功能, 我们研究了金鱼胚胎发育过程中β-catenin对神经外胚层发育早期调节基因vsx1表达的抑制作用. 实验结果表明, 用反义morpholino oligonuc- leotides (MO)抑制内源β-catenin的功能可导致胚胎发育早期vsx1的广泛表达; β-catenin可抑制vsx1基因启动子所控制的绿色荧光蛋白(GFP)报告基因的表达. 进一步的分析证明, β-catenin所直接启动的下游靶基因boz可以通过vsx1基因启动子中的特定结合位点抑制vsx1基因启动子所控制的GFP报告基因的表达. 这些结果表明, β-catenin在脊索中胚层前体细胞中启动与脊索中胚层发育调节相关基因表达的同时, 还能以细胞自主性方式抑制神经发育早期调节基因vsx1在这些细胞中表达, 提示β-catenin在脊索中胚层前体细胞中抑制vsx1基因的异位表达与启动脊索中胚层调节基因的表达都是保障脊索正常发育所必需的     

热河生物群窃蛋龙类的发现及研究进展

窃蛋龙类是一类形态特殊的兽脚类恐龙,它们的头骨高度特化,而且具有护卵习性。窃蛋龙类有很多特征与鸟类相似,对研究鸟类起源具有重要意义。由于长时间没有发现早期物种,窃蛋龙类在兽脚类恐龙的系统发育位置还存在很多争议。20世纪90年代以来,在中国辽宁西部早白垩世热河生物群发现以尾羽龙科为代表的早期窃蛋龙类,部分尾羽龙科恐龙的化石标本还保存有羽毛等软组织和胃石,为研究窃蛋龙类的早期演化、生活习性、羽毛及其他软组织演化等提供了重要信息。2019年研究的干戚刑天龙为窃蛋龙类手部和胸骨的演化提供了新的认识。     

石燕的起源与早期宏演化

石燕,是腕足动物门中石燕目代表的统称,是生活在古生代和中生代正常海洋环境中一类底栖固着的无脊椎动物,至新生代绝灭.它以发育铰合面、三角孔和旋向主端的腕螺区别于腕足动物其余各目.在地质历史时期,尤其是泥盆纪,十分繁盛(全世界共记述600多个属),在地层对比、生物演化、群落生态和生物地理研究中具有重要的意义.有关石燕的起源,各家观点争论已久,莫衷一是;因未见足够的化石证据,有关假设还难以使人信服,其起源仍为一个谜.石燕化石的腕骨构造的演化意义被忽视了.作者根据中国华南、瑞典、哈萨克斯坦、英     

鱼类性腺发育调控的生物技术应用前景分析

性腺是脊椎动物精卵发生的场所, 是生命繁衍的关键器官. 本文评述了通过调控特定基因表达与鱼类性腺发育, 培育性腺发育被完全抑制的转反义GnRH基因鲤鱼、特异剔除鱼类性腺中的转植基因以及在鱼类性腺中特异表达外源基因的研究进展, 认为鱼类性腺有望发展成为一种实施生物技术操纵的新型载体, 并探讨了鱼类性腺发育调控在转基因鱼的遗传生态安全对策研究以及新型生物反应器的研制等方面的应用前景.