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。     

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.     

颌的起源:发育生物学假说与化石实证的交叉

从分子生物学、发育生物学与古生物学等多角度评述了脊椎动物颌的起源研究中的最新进展.发育遗传学的一系列进展促成了颌演化异位理论的提出,即颌的起源,是在上皮-外胚层间质细胞相互作用中,由于口腔发育调控基因的异位表达所导致的一次演化上的创新.在无颌类七鳃鳗的发育过程中,外胚层间质细胞的向前生长由于受到中央鼻垂体板的阻挡,无法像有颌类那样发育成颌和颅桁.因此,该理论推测鼻垂体复合体的分裂是颌发育的最根本的先决条件,应该发生在颌的起源之前.鼻垂体复合体的分裂可能也是促成有颌类双鼻孔起源的一次关键的演化事件,它允许刺猬基因家族调控鼻基板的发育,从而形成侧位的鼻囊.盔甲鱼类是4.35~3.7亿年前生活在中国和越南北部的一种地方性色彩很浓的"甲胄鱼类".盔甲鱼类曙鱼脑颅的三维复原显示其成对的鼻囊位于口鼻腔两侧,而垂体管向前开向口鼻腔中部,三者彼此分开.因此,盔甲鱼类化石提供了无颌类鼻垂体复合体在颌起源之前分裂的关键证据,从而佐证了颌演化的异位理论.藉助于同步辐射X射线断层扫描技术,本文进一步揭示出盔甲鱼类可能已经具有了有颌类特有的颅桁衍生构造(譬如眶鼻间隔、筛骨板),为探讨脊椎动物脑颅在颌的起源之前如何重组提供了关键资料.在探讨颌的起源及相关问题上,盔甲鱼类较之于骨甲鱼类在很多方面是一个更好的对比模型.盔甲鱼类脑颅所揭示出的一些与有颌类共有的进步性状,表明盔甲鱼类有可能取代骨甲鱼类成为有颌脊椎动物的姐妹群.本研究提供了一个发育生物学假说与古生物化石实证相互交叉的有趣案例.     

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.     

我们的祖先究竟是谁

根据进化论学说，人的身体结构基本类似于猩猩和古代猿类，因而早就有过答案：我们人类是从类人猿进化而来的。然而，最新的一些研究却对此提出质疑，我们的祖先可能是鱼，是怪物，是果蝇，是老鼠……你会相信吗?是4亿年前的鱼这是中国科学家的发现，他们是中科院古脊椎动物与古人类研究所的朱敏研究员和该所的客座研究员于小波教授。他们在云南曲靖古生代地层中新发现了一种生活在4亿年前的原始肉鳍鱼，命名为张氏蝶柱鱼，被认为是最接近四足动物与肺鱼类共同的祖先。早先的化石记录表明，包括人类在内的陆生脊椎动物是在3.6亿年前从硬骨鱼…     

云南发现最古老基干四足动物化石

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏研究员领导的早期脊椎动物课题组报道了迄今最古老基干四足动物——奇异东生鱼（Tungseniaparadoxa）．该属名为纪念中国泥盆纪脊椎动物的早期研究者、已故地质学家刘东生而定。东生鱼化石发现于云南昭通早泥盆世地层，距今约4．09亿年，它将四足动物支系的演化历史前推了1000万年。研究人员利用高精度X射线断层扫描和计算机三维虚拟重建技术复原了东生鱼的颅腔及相关神经、     

新生代早期鱼类演化的热点区域:环北部湾陆上盆地古近纪鱼化石研究成果与展望

环北部湾新生代的鱼化石在20世纪曾有过少量研究.自2002年以来,本文作者等在广西宁明、南宁、百色、广东茂名、三水及海南长昌等环北部湾陆上盆地的古近纪地层中采到了一批鱼化石,并对其中一些做了初步的研究.本文旨在对已有的成果和进展做概览,为进一步深入研究的导向做些探讨.总的来说,本区域古近纪鱼群包括软骨鱼类的鲨鱼类(Selachii,Elasmobranchii),硬骨鱼类的骨舌鱼目(Osteoglossiformes)、鲱超目(Clupeomorpha)、鲤形目(Cypriniformes)、鲇形目(Siluriformes)和鲈超目(Percomorpha)等.鱼化石数量和种类丰富,中生代鱼类的典型代表的孑遗类群(埃笠姆鲱目Ellimmichthyiformes)与新生代新兴、分异的主要类群(鲤形目)并存,几乎涵盖了新生代非海相鱼类所有主要类群的早期代表.值得注意的是,本区域且区域内各盆地的鱼群均以鲤形目为主,是目前世界上古近纪鲤形目化石科一级类群最集中、最丰富的区域.三水盆地古新统心组的江汉鱼科Jianghanichthyidae三水江汉鱼Jianghanichthys sanshuiensis、茂名盆地始新统油柑窝组的鲤科Cyprinidae茂名始原鲤Eoprocypris maomingensis、和南宁盆地渐新统邕宁组的鳅科Cobitidae南宁鳅Cobitis nanningensis分别是各科最早期的化石记录,代表着鲤形目主要分支的分异时间和早期形态.再者,含鱼化石地层的年代从古新世晚期延续至渐新世,除鲤形目和骨舌鱼目外的其他几类鱼可生活于海水和淡水,这几类鱼化石的研究将为判断当时是否存在过海侵提供鱼化石证据,为研究鱼类区系与环境协同演化提供理想的条件.综上,环北部湾陆上盆地无疑是新生代淡水鱼类区系起源与演化的热点区域(evolutionary hotspot),深入研究本区域古近纪鱼群将为诠释现代鱼类区系的形成、有关类群的起源演化以及与之相关的古动物地理学和古环境提供重要的化石证据.     

科学家找到远古鱼类上岸行走的证据

生物学家们普遍认为,现今所有的陆生脊椎动物,包括人类, 都是从鱼类的一个小分支——肉鳍鱼类中沿袭进化而来的。鱼类的这个分支于大约在3．65亿年以前从水中爬上了陆地,继续进化, 形成了今天种类繁多的陆生脊椎动物。然而,这种结论往往是建立在解剖学的基础上的,缺乏一些直接的化石证据的支持。最近,美国古生物学家发现了一批生活在距今3．75亿年前的有足鱼类的化石,这些化石将解开鱼类上岸行走变成有足类动物的种种谜团。     

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.     

鱼是怎样长出脚的

鱼是怎样长出脚爬到陆地上来的?美国科学家在距今3.66亿年的岩石中发现了属于世界上最早的四足动物的肱骨化石。 专家认为,这一肱骨化石有助于解释长有原始肺的古代鱼类是怎样从鳍上长出早期肢骨,从而向陆地生活迈出尝试性一步的。最早的     

肺鱼干扰素调节因子 1 基因(irf-1)的克隆及其在肉鳍类中的分子进化

肉鳍类是脊椎动物的重要类群, 分为总鳍鱼类和四足类. 其中总鳍鱼类现生的物种包括腔棘鱼和肺鱼. 四足动物则包括两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类. 为了比较肉鳍类irf-1 基因的结构特点和系统发育意义, 本研究克隆了肺鱼irf-1 基因cDNA 全序列, 并与肉鳍类中其他物种的irf-1 基因进行了比对分析. IRF 是与自然免疫相关的蛋白质, 目前已发现了11 个家族成员, 其中irf-1 和irf-2 是最先被发现的2 个成员, 在天然免疫中起着重要的作用. 但有关IRF-1 的报道主要集中在哺乳动物, 其他类群中鲜有报道. 与已报道的irf-1 基因一样, 肺鱼的irf-1 基因可读框的前345 核苷酸非常保守, 在其C 端也含有1 个反式激活区(transactivationdomain)和1 个IRF 结合域2 (IAD2)的模体. 虽然肺鱼与四足动物最近的共同祖先距今有417个百万年之久, 但跨肉鳍类的序列分析显示, IRF-1 氨基酸及其基因序列在肉鳍类中都具有较强的保守性和显著的系统发育意义. 用IRF-1 氨基酸序列所构建的肉鳍类系统发育与已有报道的结果也是一致的.     

“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     

科学家发现2.44亿年前“小巧漏卧鱼”

正中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐光辉研究员通过对云南罗平生物群的研究,在滇东曲靖市罗平县和红河州泸西县发现迄今最古老的、2.44亿年前的一种清道夫型新鳍鱼类化石,命名为"小巧漏卧鱼"。以小巧漏卧鱼和其他相关的新鳍鱼类为研究对象,徐光辉在过去10年的分支系统学研究基础上,建立了辐鳍鱼亚     

动态点击

我国科学家完成从“虫”到“人”生物进化全图近日,我国罗惠麟、陈良忠、胡世学3位古生物学家披露,生物演化进程中非常重要的一个缺环得到了填补,一个生命演化的完整9条链条已经清晰地展现。 1997年8月,3位科学家在昆明海口地区耳材村发现了两块脊椎动物的化石标本。他们将这两块化石分别定名为海口华夏鱼和中新鱼。 1999年,舒德干、罗惠麟等古生物学家发现无颌类     

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.     

中国发现二叠纪鲟形鱼类化石

鲟形鱼类是古老的原始硬骨鱼类之一,其现生代表大多为濒危鱼类,如生活于长江的中华鲟、白鲟等.世界上发现的鲟形鱼类化石中,英国早侏罗世的软骨硬鳞鱼(Chondrosteus)是迄今为止时代最老的[1].在中国,近些年曾于冀北、辽西中生代地层发现鲟形鱼类化石,如北票鲟、燕鲟、原白鲟、辽鲟等,其中时代最老的是产于北票中侏罗世的辽鲟[2].本文记述的鲟形鱼类化石发现于甘肃省肃北县.与新材料一起发现的还有大量古鳕类化石,包括吐鲁番鳕等.鱼类组合面貌与新疆吐鲁番的晚二叠世鱼群类似[3].这一新发现,是鲟形鱼类化石在古生代地层的首次发现,从而将这…     

脊椎动物附肢发育及进化机制的研究进展

动物形态的多样性造就了丰富多彩的动物世界.脊椎动物附肢形态的发生一直以来是研究物种形态进化发育的典型例子.脊椎动物的附肢在漫长的进化历程中发生了多次重大的改变,这大大提高了脊椎动物的适应性.另外,在由水生鳍向陆生足演化以及四足动物形态各异的四肢发育过程中,涉及很多与发育相关的基因和调控通路.本文结合发育生物学和遗传学的证据,综述了近年来对脊椎动物四肢发育及进化机制的相关研究,强调了基因的时空差异表达及调控是造成生物形态适应性进化的主要驱动力.     

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.     

洞穴盲鱼能走能爬

<正>泰国洞穴中有一种可说是独一无二的盲鱼,它既能行走又能攀爬。科学家最近发现,它在瀑布上行走和攀爬的方式与四足动物几乎一样,而与现存且已知的其他鱼都不同。这一发现有助于揭示始于大约4.2亿年前的"从鱼到人"的进化。当时,一些鱼的鳍开始转化为肢腿。科学家说,这种盲鱼的解剖结构很独特。它拥有科学家之前认为只有四足动物才     

脊椎动物实证起源

早寒武世海口鱼和海口虫的发现涉及到脊椎动物起源这一重大论题, 近年来引起了热烈的讨论. 大量海口鱼新材料不仅证实了原先认识到的背鳍、腹鳍、“之”字形肌节等重要性状, 而且还揭示出原始脊椎和头部感官两类关键性特征; 这种仍保留无头类原始生殖器官特征的脊椎动物很可能就是有头类始祖. 在无颚纲中建立了1个新目昆明鱼目和新科昆明鱼科, 描述了一个新属种长吻钟健鱼. 新发现的1400余枚海口虫标本提供的多方位解剖学信息显示, 其皮肤、肌肉、呼吸、循环等器官系统与脊索动物明显不同, 相反, 其躯体构型与古虫类相近, 而兼有背、腹神经索的“过渡型”神经系统, 与半索动物相一致. 基于一系列最早期后口动物新发现, 本文提出的脊椎动物起源分“五步走”的假说, 在原口动物与脊椎动物之间架起了一座演化桥梁, 其中后四步与现代动物谱系分析的“四步走”假说相一致, 更增添了关键性的第一步; 于是, 华南便应该是世界上脊椎动物已知最早的发祥地.