脊椎動物的半壁江山是從哪來的？輻鰭魚類的誕生與爆發

脊椎動物裏誰的種類最多呢 浮棋魚類當然不讓 根據2023年的數據 目前我們已經描述的浮棋魚類 超過了35,085種 佔到了現存脊椎動物的僅一半 從色彩斑斕的錦鯉 到11米的巨型黃帶魚 2.3噸重的巨型翻車魚 浮棋魚類的多樣性突破了天際 這是最豐富的自由生物 浮棋魚類幾乎適應了所有的水生環境 從最高的山區溪流 到最深的大洋與海溝 無論是地下水河流還是海洋 浮棋魚類無所不在 那麼浮棋魚類到底是從哪兒來的呢 故事要從硬骨魚類的分化開始 硬骨魚類是脊椎動物演化的主幹 它的名下一共有兩大分支 肉棋魚類和浮棋魚類 它們兩者的區別呢 要看偶棋的構成 浮棋魚類名副其實 它們的偶棋是由輻射狀的棋條支撐 棋條的基部直接與肩帶和腰帶相連 肉棋魚類的偶棋基部呢 則有肉質的柄 內有中軸骨和發達的肌肉 包括我們人類在內的 所有陸生四足動物都屬於肉棋魚類 後續呢 我們會詳細的聊 浮棋魚類則不同 它們並沒有選擇登陸 而是繼續留守水中 靜待爆發 那麼浮棋魚類和肉棋魚類 是什麼時候分家的呢 最有可能的時間點是距今 4億到4.3億年前的 宛之流世到藻泥盆世 這也是硬骨魚類演化的關鍵階段 演化樹上的第一位成員 雪鱗魚就是泥盆紀浮棋魚類中 最基礎的物種之一 這是一種生活在淡水和河口的 掠食性魚類 雪鱗魚的身體呈流線形 其發育良好 這使得雪鱗魚遊弄起來 不僅速度快 而且非常的穩 它們還演化出了一個大的口鱗 河谷上呢 布滿了鋒利的牙齒 就此啊 雪鱗魚的嘴可以張得很開 它們甚至可以吞下 相當於自己三分之二大小的獵物 優秀的激動能力 恐怖的吞噬能力 再配上大眼睛帶來的視覺優勢 雪鱗魚在泥盆紀相當的嗨 歐洲和北美都留下了數量眾多 且保存完好的雪鱗魚化石 有意思的是啊 雖然是浮棋魚類中 最基礎的物種之一 雪鱗魚卻表現出了很多 浮棋魚類的典型特徵 這就相當於啊 剛出了新手村 馬上就神裝了 與浮棋魚類和肉棋魚類的 最近共同祖先相比 雪鱗魚進步的實在是太快了 這到底是怎麼回事呢 2016年5月19日 來自中科院古蹟隊所的國際研究團隊 在雲南東部找到了線索 宛之流市到早泥盆市 雲南東部還是一片 處於赤道附近的熱帶前海 這是早期印古魚類演化的搖籃 在距今4.1年前的 曲靖溪頭動物羣 就是這場大溪背後最生動的寫照 當時啊 在這裡佔據統治地位的 是多種多樣的早期肉棋魚類 它們的數量和種類都很多 斑鱗魚 楊氏魚 還有奇異魚 等一系列古生物學的明星物種 都生活在這裡 它們可能會以體型較小的 盔甲魚和盾皮魚類為食 這是研究肉棋魚類 早期演化的重要窗口 而在這眾多的肉棋魚類中 還有一位非常的特殊 它的正形標本 是一片薄薄的凸字形骨片 在這條魚活著的時候 這個部分構成了它腦顱的頂蓋 骨片的表面有無數的細孔 這種帶細孔的硬組織結構 被稱為整列層 這是學界公認的 早期肉棋魚類獨有的特徵 所以根據整列層的存在 學者們將其歸入到了 肉棋魚類的名下 這條魚也在2006年的自然上 被正式命名為 陳曉彌曼魚 署名是為了紀念為古魚類學研究 做出重要貢獻的張彌曼先生 種名意為黎明 指的是化石上類似齒鱗質的 表面覆蓋物的初級狀態 有意思的是 彌曼魚的化石裡 還存在著一個重大的矛盾 腦顱對不上了 原始肉棋魚類的腦顱 分為前後兩個部分 而彌曼魚的腦顱 卻是渾然一體的 這是原始浮棋魚類的特徵 那麼彌曼魚到底是哪邊的呢 它到底是浮棋魚類 還是肉棋魚類呢 或者兩家中間的過渡狀態 學者們對這塊化石 進行了進一步的研究 把它翻過來後 露出了層層疊疊 像丘陵等高線般 復雜而不規則的 但是已經始化的構造 這就代表了 這條四億年前的古老魚類 所擁有的腦腔 血管 神經 和內耳等精細結構的形態 高精度CT掃描顯示 彌曼魚還具有好幾種 浮棋魚類纔有的特徵 而最關鍵的證據 來自它的噴水孔 也就是人類耳道的前身 《壯子》中 記載了這樣一則神話 南海的帝王叫做蘇 北海的帝王叫忽 中央的帝王叫做混沌 蘇和忽 時常在混沌的境內相遇 混沌對他們很好 為了報答混沌的深厚友誼 蘇和忽商量說 人都有七竅 用來看、聽、飲食、呼吸 唯獨他沒有 我們試著給他鑿出來 於是每天為混沌鑿出一竅 到了第七天 混沌就死了 而目、鼻、口、耳 就是我們感知外界最重要的七竅 他們在演化史上 也基本保持著穩定 人的眼、鼻、口 在脊椎動物歷史的早期 都已經出現 並已經出具雛形 只有耳朵是個例外 它經歷了最大的演化重組和改變 我們的耳孔 在原始水生脊椎洞中 叫做噴水孔 它是由靠前的一對塞孔演化而來的 但要注意 雖然叫做噴水孔 但這個孔名不副實 它不是噴水用的 主要功能在於呼吸和感覺 鯊魚和瑤魚的噴水孔裏 有用來輔助平衡感的感覺器官 同時也可以用來吸入新鮮的水流 而在缺氧的水體中生活的 現生的多鰭魚 則會利用頭頂部的噴水孔 像鼻孔那樣吸進空氣 當魚類登上陸地之後 噴水孔就變成了 連接內耳和外界聲源的通道 這就是聽覺系統必不可少的耳道 不過在具體結構方面 相當一部分浮棄魚類的噴水孔 和其他魚類都不一樣 它在腦顱頂蓋的底部 形成了一段骨質的封閉管道 被稱作噴水管 米漫魚的腦顱化石上 就顯示了同樣的特徵 此外 它的腦顱在內耳部分 還有一個特殊的空腔 這也是浮棄魚類纔有的特徵 在現生的較原始的浮棄魚類 鱘魚中 這個空腔是用來容納造血器官的 憑藉這些新證據 如今等人 將米漫魚歸入到了浮棄魚類的名下 系統發育分析顯示 米漫魚和包括雪鱗魚在內的 所有較年輕的浮棄魚類 構成了姊妹譜系 就此 米漫魚也成為了目前 我們已知最原始 也是最早的浮棄魚類 米漫魚的生存年代 在距今4.15年前的藻尼盆世 它將浮棄魚類最早的 沒有爭議的化石記錄 向前推了近兩千萬年 在魚類時代 剛剛拉開帷幕的那個紀元中 最早的浮棄魚類 就登上了演化的大舞臺 米漫魚的存在 還打破了一個舊有的觀念 整列層結構 並不是肉棲魚類所特有的 某些早期浮棄魚類也這樣 早期的浮棄魚類 比我們預計的還要多樣 不過呢 相比於肉棲魚類 還有鈍屁魚類 浮棄魚類在尼盆紀 實在是有些低調 所有涵蓋尼盆紀的研究都顯示 相對於其他分類單元 尼盆紀浮棄魚類的數量 非常的低 具體而言 在尼盆紀最初的洛赫考夫街 只鑑定出了米漫魚 這一個分類單元 而除了有爭議的鱗片類羣外 在早尼盆史隨後的 布拉格街和埃姆斯街的陳記物中 並沒有發現 其他浮棄魚類的蹤跡 不過呢 到了中尼盆史時期 尤其是從埃菲爾街到基維特街 浮棄魚類的豐富程度都有所增加 尤其是雪鱗魚登場後 浮棄魚類的種類和數量 得到了大幅度的提升 從1835年 蘇格蘭中尼盆史的摩世種被命名 一直到2020年 白俄羅斯新命名的雪鱗魚成員 雪鱗魚的名下已經暴漲到了8種 不過呢 這可能還不是浮棄魚類的極限 2024年7月12日 人們在立陶宛和白俄羅斯 又有了新的發現 文章直奔主題 立陶宛和白俄羅斯的 中尼盆史浮棄魚類 在中尼盆史的波羅的海國家和白俄羅斯 無脊椎動物的化石記錄特別的豐富 三葉蟲 雙鞘類 海百合和富足類都在這裡 繁衍生息 按道理來說 豐富的無脊椎動物羣 應該可以養育更為繁盛的海洋生態系統 但奇怪的是 生活在這裡的崖形石 和其他脊椎動物羣的多樣性卻很有限 此次的發現終於補足了這一環 人們在中尼盆史 埃菲爾街到吉維特街的地層中 發現了雪鱗魚 和另一種古老浮棘類的鱗片化石 這大大拓展了雪鱗魚的分佈範圍 中尼盆史時期 雪鱗魚的谷地裏分佈範圍極其的廣泛 已知的化石主要分佈在歐洲 在北美也有少量的分佈 但是在立陶宛境內從未被描述過 現在來看 雪鱗魚在勞亞大陸的分佈 比之前預計的還要廣 當時的歐洲水域 可能非常有利於雪鱗魚他們的繁衍 就此孕育出了分佈廣泛的雪鱗魚族羣 就這樣在雪鱗魚高歌猛進的助力下 浮棘類上升的趨勢 從中尼盆史 一直延續到了晚尼盆史的弗拉期 然後就是最知名的五大滅絕了 兩階段洗牌的尼盆基摩大滅絕 重整了海洋生態系統 雄濟於時的鈍皮魚類 就此退出了眼花大舞臺 有意思是 浮棘魚類的多樣性 在這次兩階段的天災面前 卻保持了穩定 而這一趨勢 一直延續到了石炭紀開幕的肚內期 正所謂大難不死必有後福 海百合重建的海洋生態系統 比之前的還要富饒 而鈍皮魚類的消失 又空出了大量的生態位 受此激勵 浮棘魚類已飛沖天 從法門階到肚內階 浮棘魚類屬的數量 得到了大幅的增加 增加到什麼程度呢 眼花書上 一共為我們列出了五位 可謂在石炭紀的浮棘魚類代表 這也直觀的反映了 石炭紀時期 浮棘魚類的繁盛 可以這麼說 自早尼盆世誕生後 浮棘魚類動物羣豐富 但是分類學匱乏的窘境 終於在石炭紀早期得以改善 為了適應多變的水生環境 現代浮棘魚類 開發出了各種各樣的體型 而石炭紀 正是浮棘魚類 開啟體型多樣化的時代 除了最經典的流線型 石炭紀的浮棘魚類們 還開發出了長形和慢形體態 眼花書上的扁體魚 就是浮棘魚類中長形的代表 扁體魚的體長在18釐米左右 它的身體扁平 背鰭和臀鰭細長 看上去呢 非常類似於現在的盤慄魚 也就是水族館裡常見的七彩神仙魚 在取識方面 扁體魚的河谷垂直於腦殼下方 這可以讓他們的嘴巴張得很開 從而更好地進食水中的浮游生物 在分佈範圍方面 扁體魚非常的成功 世界各地均發現了扁體魚的化石遺骸 它們似乎可以同時耐受淡水和鹹水水域 相比於扁體魚 一龍魚鼠還有皎潔魚鼠 就顯得有些保守了 它們依舊是魚類最經典的形態 不過呢 保守也有保守的好處 一龍魚鼠就憑著自己最經典的狀態 一舉成為了石炭紀時期 最常見的浮棘魚類之一 歐洲 格陵蘭 南非和北美洲都發現了一龍魚鼠的族羣 它們甚至從石炭紀一直延續到了二迭紀時期 比它們都怪的呢 還有活躍在蘇格蘭的曼雪木 除了長得有點像曼魚外 曼雪木還演化出了類似四足動物的脊椎形態 四足動物的脊椎通常分為五個形態上不同的區域 頸部 胸部 腰部 底骨和尾部 在所有已檢測到了四足動物的發育過程中 特定基因的表達 決定了這些區域的模式 從泥盆紀開始 多個四足動物浮棘中出現了區域性的差異 其中的許多差異都與軸柱的加強有關 這些差異被認為是對陸地生活方式的適應 但是浮棘魚類的軸向基因結構魚 相對於四足動物而言 是前移而且高度重疊的 現存或者已滅絕的非四足動物 在數量和形態上 也都沒有表現出與四足動物相似的脊椎區域 所以人們推測 浮棘魚類的這個模式 很有可能是四足動物祖先的模式 只不過由於登陸的需求 我們做出了基因上的改進 曼雪木的發現則打破了這一觀念 這是我們已知的第一個具有四足動物般軸向區域化的非四足動物 曼雪木有五個錐骨區域 包括有七個錐骨組成的頸部系列 和骨盆區域上方強化的底骨 這是個配了脖子和大胯的浮棘魚類 在具體結構方面 曼雪木的大多數錐骨都具有類似四足動物關節突的錐尖接觸突起 它們和四足動物的趨同還不止於此 曼雪木甚至演化出了與早期四足動物趨同的裸露的軀幹和單個中間連續鰭 要知道這可是個完全水生的動物 那為什麼曼雪木會演化出高度類似四足動物的模式呢 難道他們也在為登陸做準備嗎 首先的話式狀態明確的表示 曼雪木是毫無爭議的海洋浮棘魚類 它並沒有顯示出陸地生活或者行走步態的跡象 與之相對的曼雪木的區域化變化反而增強了他們在水中的運動能力 這種佈局非常適合在布滿障礙物的水底蜿蜒穿行 既可以躲避天敵 還能伏擊獵物 學者們推測很有可能曼雪木和早期的四足動物們都曾生活在複雜的 可能是近岸的環境中 比如說珊瑚礁或者紅泛平原 這才導致瞭如此相像的趨同演化 更重要的是曼雪木還糾正了之前的觀念 浮棘魚類對應的軸向結構域可能並不是原始的祖先狀態 反而是包括我們在內的四足動物的狀態更為原始 其實鯊魚的身上似乎也佐證了這一點 相比於浮棘魚類 貓鯊鼠對應的結構域更像四足動物 曼雪木的這一面可謂天翻地覆 整體來看 浮棘類的多樣性在石探記最初的肚內結暴增 卻在隨後的微線結早期迎來了急劇下降 但這只是個小波折 很快 就在微線結晚期 浮棘類的多樣性再次上升 並在希爾普霍夫結達到了峯值 隨後 在巴什基爾結和莫斯科結下降 在石探記到二疊記的界限 再次小幅的上升 所以說 雖然大面上浮棘魚類在石探記走向了上升期 但這個上升期不僅動盪 而且曲折 不過 浮棘魚類也在這動盪的大時代裡練好了內功 2023年 人們在英國發現了距今 3.19億年前的浮棘魚類大腦的化石 這不僅是最古老的魚類大腦 也是我們已知的脊椎動物中最早的腦組織化石 與現存的魚類相比 這位古老的浮棘魚類 它的大腦與石吻鱘和白鱘的大腦最為相似 2024年7月8日 人們在距今2.99億年前的浮棘類身上 又發現了大腦逐步進化的證據 原始和衍生的特徵 就此在浮棘類身上混合 浮棘魚亞綱即將邁入新的階段 更為強大的浮棘魚下綱要登場了 那將是魚標築立下的新時代