《中国科学报》 记者 胡珉琦

3月5日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（以下简称古脊椎所）朱敏院士团队“复原”的志留纪（距今4.43亿～4.19亿年）“水族馆”又多了两个重磅成员—— 一个是指甲盖大小的史上最早的硬骨鱼重庆始骨鱼，一个是志留纪最大的脊椎动物——长达1米的硬骨鱼钝齿宏颌鱼。

2022年，团队在《自然》同期发表4篇论文，使志留纪早期有颌类得以重见天日。这一次，《自然》又以封面文章形式同期发表了“一大一小”两篇论文，报道了硬骨鱼类起源的最新研究成果。

硬骨鱼类是脊椎动物演化的主干。这个庞大的家族包含两大分支，其中辐鳍鱼类演化出了如今人们所见到的绝大多数鱼类，而肉鳍鱼类中的一支登陆成功，演化出了包括人类在内的所有四足动物。

然而，由于化石证据的缺失，早期硬骨鱼类的演化研究长期处于空白。这项最新成果则首次揭示了人和现生鱼类的共同祖先到底长什么样。

始骨鱼（小）和宏颌鱼三维复原图。古脊椎所拟石古生物可视化实验室/制

早在2010年，朱敏就在云南曲靖4.23亿年前的地层中发现了一块硕大的硬骨鱼下巴。当时团队便推测，在志留纪晚期，这条体形巨大的硬骨鱼已经成为海洋的顶级掠食者。可由于化石信息太少，研究人员无法准确复原它的样子。

直到2014年，一个三维保存近乎完整的硬骨鱼——钝齿宏颌鱼脑袋才重见天日。古脊椎所研究员卢静形象地将其比作“剁椒鱼头”。尽管化石保存完整，但修理、复原的过程却出人意料地艰难。

钝齿宏颌鱼结构。古脊椎所供图

“化石很大，当时的常规CT根本无法穿透；改用平板CT，虽然扫描面积扩大，能成像了，但脑颅内部立体结构又无法三维呈现。”卢静解释说。

这是一场与技术的赛跑。团队尝试了无数设备和方法，直到2019年才首次成功扫描出完整内部结构。随后的三维重建更为艰难，由于脑颅壁太薄，团队耗时一年多才将每一个骨片在虚拟世界中精确“拼合”。

在朱敏看来，这项研究本身也是国内古生物成像技术、三维重建和复原技术发展的见证。

钝齿宏颌鱼样貌的完整呈现解开了一个困扰学界半个多世纪的谜团。此前，欧洲科学家在波罗的海志留纪地层的微体化石中，发现了一类零散、形状像“针垫”的奇怪牙齿，但无人知晓它们长在何处、如何“工作”。这条鱼的发现，终于为这些漂泊的“针垫”找到了归宿——它们正是早期硬骨鱼类内齿列的关键部件，揭示了一种前所未见的牙齿生长方式。

卢静介绍，宏颌鱼牙齿排列为内外两列，内齿列的“齿垫”与独特齿座关联，被证实为硬骨鱼类的原始齿列特征。

钝齿宏颌鱼标本。赵钢/摄

有趣的是，这条鱼还指向了一个更大的科学问题：地球大气含氧量是何时达到现代水平的？

“过去的主流假说认为，直到约3.9亿年前的中泥盆世，地球含氧量才达到如今的水平。重要依据就是当时的地层中出现了大型鱼类化石，因为鱼类体形变化严重依赖氧气浓度的变化。”朱敏告诉《中国科学报》。

如今，体长1米的钝齿宏颌鱼将“大鱼”出现的时间提前了数千万年，为另一竞争模型提供了关键证据——该模型认为，大气含氧量在志留纪晚期就已达到现代水平。这条沉默的古鱼也成为验证古环境演变、回答“宜居地球”何时出现的一把钥匙。

2022年，与这条“大鱼”埋藏地点相隔1000多公里的重庆秀山，朱敏团队在4.36亿年前的地层中发现了志留纪更早期的硬骨鱼化石——重庆始骨鱼。

2019年以来，重庆生物群发掘出大量盾皮鱼类和一种软骨鱼类化石。软骨鱼是硬骨鱼类的姊妹群，有软骨鱼的地方一定有硬骨鱼，但朱敏团队经过3年的持续发掘，才找到这件唯一的标本。

重庆始骨鱼结构。古脊椎所供图

这份惊喜背后，同样是难以想象的研究困境。这件化石标本太过微小，3厘米的体形只有指甲盖大小，而且经历地质作用，其内部关键结构的清晰度受到黏土矿物粒度的限制。更棘手的是，化石与围岩密度无法区分。CT扫描、同步辐射、能谱CT、扫描电镜等高精尖技术在这块化石面前，全部失效。

如果说，早期发现的钝齿宏颌鱼是在等待揭秘它的新技术，那么重庆始骨鱼则回归了古生物研究最原始的方法——在显微镜下，依靠肉眼一毫一厘地观察，同时结合全光位成像，尽可能拍摄化石的清晰照片。尽管如此，审稿人却反复质疑“看不清”。

古脊椎所研究员朱幼安表示，这时候，古生物学者只能依靠科学、严谨的逻辑推理捍卫自己的“证据”。这是一个漫长的脑力过程。看到一个模糊结构，先提出一个假设——它可能是什么，然后反复审视、自我批判，在显微镜下和已有知识系统中寻找支持或否定这一假设的每一个细节。如果无法自我说服，那就将猜想搁置，留待未来。“当我们把所有不可能都排除在外，剩下的就无限接近真相。”

朱幼安说，这种小型古鱼兼具了原始与进步的特征：身体呈流线型，只有一个背鳍和尾部棘鳞等特征接近早期辐鳍鱼类，但没有硬骨鱼特有的鳞质鳍条，且有仅见于软骨鱼和盾皮鱼的臀鳍棘刺。始骨鱼的发现证明，硬骨鱼类核心特征组合形成的时间远比此前认知的更早。

时隔1000多万年，硬骨鱼的体形从3厘米飙升至1米长，这种巨大的差异显示了志留纪硬骨鱼类已有丰富的多样性。

系统发育分析进一步揭示，重庆始骨鱼和钝齿宏颌鱼都位于硬骨鱼类演化的根部，代表了辐鳍鱼类与肉鳍鱼类这两大分支“分家”前，它们最近共同祖先的形态。

这些形态诉说着更复杂的故事。微小的重庆始骨鱼的身体更像辐鳍鱼，而庞大的钝齿宏颌鱼却带有一些接近肉鳍鱼的特征。朱敏告诉《中国科学报》，这完美诠释了镶嵌演化的特点。事实上，生命的演进并非一条从原始到进步的直线，而是原始与进步特征交织存在，后代支系各自“继承”了一些不同特征，进而走上独立演化的道路。

“研究这一大一小两条鱼虽然带来了一些答案，但更多的是问题。”卢静坦言，研究呈现的这些新的形态特征，为未来更完整地定义什么是辐鳍鱼和肉鳍鱼，以及一些关键特征究竟是如何演化得到的，带来了更多的阐释空间。“这也是为何每当我们发现一块关键化石，在看似更接近核心答案的同时，也能更清晰地感受到演化本身的复杂性。”

古生物研究的链条很长：从野外地质调查、化石发掘、精细修理，到实验室内的成像复原、特征比对、系统分析……多数环节都极度依赖人力、经验与时间。近来，朱敏一直在思考如何将人工智能（AI）技术应用于这门古老的学科。

“化石还是太少了。”朱敏感慨，这也意味着，对AI而言，古生物基础数据仍然有限。

“化石是靠一脚一脚在野外踩出来、一锤子一锤子敲出来的。”他说，AI可以协助分析数据，但很难替代人类与自然的直接对话，也无法替代发现关键化石的那种直觉与喜悦。

“或许，技术的终极价值在于将人类从重复性劳动中解放出来，让我们有更多时间回归自然，去发现、发问。希望有更多人愿意俯身岩层间，寻找更多生命演化遗失的拼图。”

朱敏（中）、卢静（右）、朱幼安。赵钢/摄

责编：周阳乐

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来源：中国科学报