中国发现的4.39亿年前牙齿化石改变科学家对脊椎动物进化的看法
据cnBeta：罕见的中国化石牙齿改变了科学家对脊椎动物进化的信念。一个国际科学家团队发现了可以追溯到4.39亿年前的有齿鱼遗骸，这表明现代软骨鱼类和硬骨鱼类的祖先比以前认为的要早得多。
这些发现最近发表在《自然》上。
中国南部贵州省的一个偏远地区获得了宏伟的化石发现--包括被鉴定为属于志留纪（约4.45亿至4.2亿年前）原始下颚脊椎动物的一个新物种（Qianodus duplicis）的单体牙齿。Qianodus以今天贵州的古称命名，拥有不寻常的螺旋状牙齿元件并携带几代牙齿从而在动物的整个生命过程中被插入。
在该地点发现的最稀有的化石之一最终是Qianodus的牙齿螺旋。由于它们的尺寸很小，很少超过2.5毫米，因此必须用可见光和X射线辐射在放大镜下研究它们。
这些螺旋的一个明显特征是，它们包含一对牙排，镶嵌在螺旋底部的一个凸起的中间区域。这些原生齿在接近内螺旋时表现出尺寸的逐渐增长。两排初级牙齿之间的明显偏移则是区别黔东南州跟其他脊椎动物的螺旋的原因。虽然以前没有在化石物种的牙齿螺旋中发现，但在一些现代鲨鱼的牙齿中也存在类似的附近齿列的排列。
这一发现表明，所谓的“鱼类时代"（4.2亿至4.6亿年前）”的有颌脊椎动物群在约2000万年前就已经建立了。
曲靖师范大学的李强说道：“Qianodus为我们提供了关于牙齿以及延伸到颚部的第一个有形证据，这些证据来自脊椎动物进化的这个关键的早期时期。”
跟现代鲨鱼不断脱落的牙齿不同的是，研究人员认为，Qianodus的齿轮被保存在口中并且还会随着动物的成长而增大。这种解释显示了替代牙齿的逐渐增大和齿轮基部的扩大以作为对发育过程中颌骨大小持续增加的反应。
对于研究人员来说，重建螺旋生长的关键是两个处于早期形成阶段的标本，通过它们明显较小的尺寸和较少的牙齿很容易识别。与数量更多的成熟轮齿进行比较，使古生物学家对早期脊椎动物牙齿的发育机制有了罕见的了解。这些观察结果表明，初级牙齿是最先形成的，而侧轮（附属）螺旋牙齿的增加则发生在发育的后期。
该研究的论文第一作者Plamen Andreev说道：“尽管有其特殊性，但事实上，在许多已灭绝的软骨鱼和骨鱼系中都有齿轮的报道。一些早期软骨鱼类甚至完全由间隔较近的轮状体构成它们的牙齿。”
研究人员称，这也是Qianodus所面临的情况。他们在用同步辐射检查了这个新物种的小（1-2毫米长）螺旋后得出了这个结论--同步辐射是一种使用粒子加速器的高能量X射线的CT扫描过程。
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的朱敏教授说道：“我们惊奇地发现，螺旋的齿列有明显的左右偏移，这表明在对立的颌骨上的位置。”
这些观察结果得到了系统发育树的支持，该系统发育树将Qianodus确定为跟具有螺旋牙齿的已灭绝软骨动物群的近亲。
朱敏教授表示：“我们修订的有颌脊椎动物主要类群的起源时间表跟它们最初的多样化发生在早志留纪的观点一致。”
Qianodus的发现为有齿脊椎动物和类似鲨鱼的牙齿模式的存在提供了切实的证据，这比以前认为的早了几千万年。研究中提出的系统发育分析将Qianodus确定为原始软骨鱼类，这意味着有颌鱼类在下志留纪已经相当多样化并且在无颌脊椎动物的祖系骨骼矿化进化后不久就出现了。
来自伯明翰大学的这项研究的论文共同作者Ivan Sansom说道：“这使得人们对目前脊椎动物关键创新的出现的进化模型产生了疑问，如牙齿、下颚和成对的附属物。”
相关：中国发现罕见牙齿化石颠覆了人们长期以来对脊椎动物进化的看法
一个国际研究小组发现了4.39亿年前的齿鱼化石，这表明现代骨鱼类(鳐鱼和鳍鱼)和球粒鱼类(鲨鱼和鳐鱼)的祖先起源比之前认为的要早得多。
相关研究结果发表在9月28日的《Nature》杂志上。
在中国南部贵州省的一个偏远遗址，包含了遥远的志留纪(约4.45亿至4.2亿年前)的沉积层序列，这里发现了壮观的化石，包括被鉴定为属于一个新物种(Qianodus duplicis)的原始颌骨脊椎动物。它以现代贵州的古称命名，Qianodus具有特殊的螺旋状牙齿成分携带了几代的牙齿，这些牙齿在动物的一生中不断增加。
Qianodus的牙齿螺旋（或轮齿）是从该遗址发现的最不常见的化石之一。它们是很少达到2.5毫米的小零件，因此必须在可见光和X射线辐射的放大下进行研究。
轮齿的一个显著特征是，它们包含一对牙齿排设置在轮齿基部的一个凸起的中间区域。这些所谓的乳牙显示了向内(舌)部分的螺纹的大小递增。这轮齿是怎么来的？Qianodus与其他脊椎动物相比，不同寻常的是两排乳牙之间有明显的偏移。在一些现代鲨鱼的齿列中也可以看到类似的相邻齿排排列，但在化石物种的齿轮中以前没有发现过。
这一发现表明，从所谓的“鱼类时代”(4.2亿至4.6亿年前)开始的著名的下颌脊椎动物群，早在大约2000万年前就已经形成了。
＂Qianodus为我们提供了脊椎动物在这个关键的早期进化阶段的牙齿，以及下颌延伸的第一个切实证据，”曲靖师范大学的李强说。
与现代鲨鱼不断脱落的牙齿不同，研究人员认为Qianodus随着动物的生长而增大。这种解释解释了替换牙齿的逐渐增大和轮底的扩大，这是对发育过程中颌骨尺寸不断增大的反应。
对研究人员来说，重建轮齿生长的关键是两个在形成早期阶段的标本，它们明显较小的尺寸和较少的牙齿很容易识别。通过与数量众多的成熟齿状体的比较，古生物学家们对早期脊椎动物齿状体的发育机制有了难得的了解。这些观察结果表明，乳牙是第一个形成的，而侧(副)轮齿的增加发生在发育的后期。
该研究的第一作者Plamen Andreev说:“尽管齿轮很独特，但事实上，在许多已经灭绝的软骨鱼和骨鱼的谱系中都发现过。一些早期的软骨鱼龙甚至完全用紧密间隔的轮齿来建造它们的齿列。”
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏教授说:“我们惊讶地发现，这些轮齿的齿排有明显的左或右偏移，这表明它们在相对的颌支上的位置。”
这些观察得到了系统发育树的支持Qianodus作为一种与已灭绝的具有轮形齿列的球粒鱼类群的近亲。
朱敏教授说:“我们对下颌脊椎动物主要类群的起源时间线进行了修正，与它们最初的多样化发生在早期志留纪的观点一致。”
Qianodus为有齿脊椎动物的存在和鲨鱼一样的齿纹模式提供了切实的证据，它们的存在比之前认为的要早数千万年。研究中提出的系统发育分析确定Qianodus这意味着颌鱼在下志留纪已经相当多样化，并且出现在无颌脊椎动物祖先谱系的骨骼矿化进化之后不久。
这项研究的合著者之一、来自伯明翰大学的伊万・桑索姆说:“这对目前出现关键脊椎动物创新的进化模型提出了质疑，比如牙齿、下颚和成对的附属物。”
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据曲靖师院：近日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队在“人类探源、追溯远祖”研究中取得重大突破，于北京时间9月28日23时在《Nature》（《自然》）杂志在线发表4篇论文，9月29日7时以封面文章同期发表，报道了志留纪“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”，将很多人类解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类，填补了“从鱼到人”演化史上缺失的关键环节，刷新了有颌脊椎动物起源与崛起的传统认知，进一步夯实了“从鱼到人”的演化路径。
4篇论文中，曲靖师范学院两名教师——安爵辅（Andreev）和李强为2篇论文的共同第一作者。另外2篇中，曲靖师范学院李强分别为第二作者和共同第一作者。4篇论文的通讯或共同通讯作者为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士。朱敏院士自2018年以来一直受聘担任曲靖师范学院自然历史文化研究中心主任。
4篇论文分别是：The oldest gnathostome teeth（最古老有颌类牙齿），Spiny chondrichthyan from the lower Silurian of South China（华南志留纪早期多棘刺软骨鱼），Galeaspid anatomy and origin of vertebrate paired appendages（盔甲鱼解剖学与脊椎动物成对附肢的起源），The oldest complete jawed vertebrates from the early Silurian of China（中国志留纪早期最古老完整有颌脊椎动物）。4篇论文分别展示了关于双列黔齿鱼——最古老的有颌类牙齿的研究成果；关于新塑梵净山鱼——4.39亿年前鲨鱼的近亲的研究成果；关于灵动土家鱼——揭示鱼类偶鳍起源的研究成果；关于蠕纹沈氏棘鱼——迄今所知最早的保存完好的软骨鱼，奇迹秀山鱼——拥有盾皮鱼类组合特征的研究成果。
以曲靖师范学院两名教师——安爵辅（Andreev）和李强为共同第一作者的是关于双列黔齿鱼和新塑梵净山鱼的两项研究成果。以曲靖师范学院李强为共同第一作者的是关于蠕纹沈氏棘鱼、奇迹秀山鱼的研究成果。
颌之初
现存脊椎动物中，99.8%的物种都属于有颌类。有颌类的起源是脊椎动物演化史上最大、影响最深远的跃升之一，颌的出现大大增加了脊椎动物的摄食和呼吸能力，使脊椎动物得以向各个生境和生态位拓展，并最终演化出人类自身。人类的主要身体构型和重要器官都可追溯到有颌类演化之初。因此，有颌类的起源与崛起是人类探源研究中的关键环节之一，化石证据在其中扮演主要角色。但在分子生物学推定的有颌类起源时间与保存有颌类丰富化石记录的泥盆纪之间，长期存在3千多万年的时代空白，导致有颌类的起源与早期分化研究扑朔迷离，争议不断。
近十年来，朱敏院士团队以“探索未知、揭示本源”为己任，面向世界科技前沿，通过持之以恒的野外地质调查，在重庆、贵州、湖南等地志留纪早期地层中连续取得化石发现上的突破，填补了上述空白，为解答颌起源、有颌类最早期分化、人类重要器官和身体构型演化等重要科学问题带来了曙光。
格物：志留纪有颌类化石新发现
该团队首先在4.39亿年前的华南下红层“贵州石阡化石库”中发现大量有颌类微体化石，其中的齿旋化石双列黔齿鱼（Qianodus duplicis）将有颌类牙齿最早化石证据前推了1400万年。而新塑梵净山鱼（Fanjingshania renovata）显示，早在志留纪兰多维列世埃隆期晚期或特列奇期最早期，软骨鱼类干群已经演化出典型的栅棘鱼形态，同时具有硬骨鱼类的组织学特征。上述进展也让奥陶纪、志留纪鱼类鳞片和棘刺化石分类位置的争论尘埃落定。
2020年该团队又在4.36亿年前的重庆秀山上红层中发现了目前世界上唯一保存兰多维列世有颌类大化石的特异埋藏化石库，其中的有颌类化石不仅数量多、种类全，而且保存十分完整，头、躯体关联部分以及躯甲后身躯的鳞列、鳍、尾等结构都完整保存下来，令我们得以一窥兰多维列世脊椎动物特别是有颌类的全貌。其中，对灵动土家鱼（Tujiaaspis vividus）的研究显示，盔甲鱼体侧有成对的连续鳍褶，代表了偶鳍或人类四肢的雏形。蠕纹沈氏棘鱼（Shenacanthus vermiformis）是目前世界上发现的最早的关联完好保存的软骨鱼，确证了软骨鱼类从“披盔戴甲”的祖先演化而来。奇迹秀山鱼（Xiushanosteus mirabilis）糅合了多个盾皮鱼大类的特征，为探究有颌类生命之树根部主要类群的起源提供了珍贵资料。
致知与展望
“从鱼到人”探源研究的最新突破——“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的发现在古生物学史上第一次大规模展示了志留纪鱼群特别是有颌类的面貌，揭示了早期有颌类崛起的过程：最迟到4.4亿年前，有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣；到志留纪晚期，更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球，开启了鱼类登陆并最终演化成为人类的进程。对“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的化石研究，将很多与人类相关的解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类，填补了“从鱼到人”演化史上缺失的最初始环节，更新了对有颌类起源与崛起的传统认知，进一步夯实了“从鱼到人”的演化路径。可以预见，“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”未来还将继续为解开围绕有颌类起源的重重谜团做出持续贡献。
