【雲南曲靖發現4.19億年前最古老三尖魚類】近日,《曆史生物學》雜志在線發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所碩士研究生孟馨媛和副研究員蓋志琨的最新研究成果http://t.cn/A6I7Z4PG 。該文報道了在雲南曲靖早泥盆世洛霍考夫期(大約4.19億年前)西山村組中發現的盔甲魚類三尖魚科一新屬種:劉氏鐮角魚(Falxcornus liui),劉氏鐮角魚是目前已知的最古老的三尖魚科成員。

它的發現豐富了三尖魚科的形態特徵,為探討盔甲魚類在早泥盆世洛霍考夫期的適應輻射提供了關鍵的材料,同時對於研究三尖魚科的起源、多樣性和古地理分布,以及探討盔甲魚類角和吻突的形態功能也具有重要意義。

最古老和最原始的三尖魚類

劉氏鐮角魚屬名指示其角與內角組合呈成鐮刀狀,種名則獻給了化石的發現者,也是研究盔甲魚類的第一人——劉玉海先生。

“鐮角魚在大的分類上屬於無頜類盔甲魚亞綱,目前僅有一塊比較完整的化石,是劉玉海先生上世紀80年代在有“古魚王國”之稱的曲靖開展野外考察時發現的,化石的發現地點位於曲靖古城的南城門附近。”蓋志琨介紹說,隨著城鎮化進程的發展,該片區域早已變成了城市中心的著名文化景點,以後很難再發現新材料了。

盔甲魚類是一類已滅絕的“戴盔披甲”的甲胄魚類,目前僅發現於中國和越南北部的志留—泥盆紀地層,具有濃厚的土著色彩。作為有頜類幹群的一支,對盔甲魚類的研究能幫助我們了解有頜類關鍵的特徵的演化。三尖魚科隸屬於盔甲魚亞綱真盔甲魚目,最初發現於廣西象州縣大樂鎮,因模式種大眼三尖魚(Tridensaspis magnoculus)具有一個尖狀吻突與一對側向延伸的尖角而得名。

三尖魚科是真盔甲魚目中比較特化的類群,對科學家了解早泥盆世盔甲魚類的輻射演化與生態多樣性具有非常重要的意義。然而,由於標本稀少及保存的不完整,目前我們對該科仍知之甚少,尤其是翼角魚與三尖魚細長的翼角與吻突的起源和功能,一直存在爭議。因此,任何有助於了解三尖魚科形態的訊息都可能幫助我們厘清這些問題。

劉氏鐮角魚的發現為解決上述問題提供了新的線索。新屬種的主要特徵是頭甲近三角形;吻緣具有明顯的吻角但無吻突;具有發育的角和內角,且二者裌角約為90°(呈鐮刀狀);中背孔呈裂隙形(長/寬>6);感覺管系統為典型的真盔甲魚型;頭甲側緣光滑;頭甲紋飾由顆粒狀的瘤點組成。為了探究鐮角魚的系統位置,研究者對以往的矩陣數據進行了擴增,除了鐮角魚,還增加了近期發表的江夏魚,並運用支序系統學方法對盔甲魚類的系統發育關系進行了分析。

系統發育分析結果表明,鐮角魚、翼角魚、三尖魚共同組成一個單系——三尖魚科。鐮角魚明顯的吻角,以及角和內角組合呈現的鐮刀狀,均可作為三尖魚科重要的鑒別特徵。新的分支系統圖表明,鐮角魚代表了目前已知的三尖魚科的最原始的成員,其吻角和近於90度的鐮角很可能指示鐮角魚屬是憨魚屬向三尖魚屬和翼角魚屬演化的中間過渡類群。

發現鐮角魚化石的層位是雲南曲靖早泥盆世洛霍考夫期(大約4.19億年前)西山村組, 而三尖魚科其他兩個屬三尖魚與翼角魚則均來自4.1億年前的布拉格期。 因此,鐮角魚也代表了目前已知的最古老的三尖魚類。

盔甲魚類在早泥盆世的兩次適應輻射

雲南曲靖泥盆世的西山村組中的多鰓魚類十分豐富,目前已經發現命名了11個種,被稱為多鰓魚—寬甲魚組合或西山村組合,代表了盔甲魚類在早泥盆世的第一次適應輻射。

此次輻射以多鰓魚目的中背棘的形態多樣性演化最為引人注目。例如除了多鰓魚、寬甲魚和壩魚具有常規的中背棘外,高棘四營魚和升高聳刺魚演化出了高聳尖刺狀的中背棘;而惠清駝背魚則演化出了刀刃狀中背脊。

此次在西山村組中發現最古老的三尖魚類鐮角魚和之前發現的華南魚類王冠魚,表明三尖類和華南魚類早在洛霍考夫期早期就已經開始分化,但直到布拉格期,它們才迎來盔甲魚類在早泥盆世第二次演化高峰,但也是最後一次適應輻射,從此整個盔甲魚類便開始衰落,一直到泥盆紀末期全部滅絕。

而此次輻射,則以吻突和角在真盔甲魚目、多鰓魚目和華南魚目三個主要類群的平行演化為顯著特徵,演化出形態各異的吻突和角,例如鴨吻魚科、三岐魚科和三岔魚科演化出扁平寬大蘑菇狀吻突,有時具刺或大結節,而三尖魚科和華南魚科則演化出細長的長矛狀吻突,角則演化出側向延伸類似飛機機翼的翼狀角。

與之相反的是,布拉格期的多鰓魚類的多樣性則突然下降,只有兩種體型特別巨大的多鰓魚類幸存了下來,分別是來自四川的碩大東方魚和來自越南的班潤魚。

操控水流的高手

傳統的形態學分析認為盔甲魚類是遊泳能力不強的底棲魚類,因此對吻突和角的形態功能也存在眾多爭議。骨甲魚類的刺甲魚、茄甲魚類、甚至異甲魚類的兩甲魚和鰭甲魚也平行演化類似角和吻突的構造。

對於這些形態各異的頭甲突起的功能,不同的古生物學家有著不同的解釋,如維持魚體的平衡、捕食的輔助工具(類似在海底攪動食物的鏟子)、特殊的感覺器官、類似船錨的固定作用,以及增大身體尺寸威懾捕食者等,不一而足。

最近,基於盔甲魚類的水動力學分析表明,頭甲側向延伸的翼角,可能在水流流過的時候,會增加它們在水中的升力,類似飛機機翼在起飛時的地面效應。這種升力對於披著厚厚的鎧甲,而又缺少偶鰭的甲胄魚類來說是至關重要的,它能夠很好的克服自身的重力,實現更高效的巡遊。這表明一些盔甲魚類可能像骨甲魚類一樣,是主動的遊泳者,雖然沒有偶鰭, 但它們可以采取更多樣的運動策略,來很好的操縱頭甲周圍的水流,實現更高的機動性和靈活性。

該研究還表明角與吻突在盔甲魚類三個主要類群的反複出現,指示它們很可能面臨相似的生態壓力,從而占據了不同的垂直生態位,最終在布拉格期達到了演化的頂峰。http://t.cn/A6I7Z4Pt

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