脊椎動物進化史面臨挑戰：盾皮魚根本不是我們的祖先？

也許是時候重新尋找我們的祖先了。

來源：science alert

翻譯：訪冬

審校：寒雨

盾皮魚（placoderms）是一類形態多樣、身披甲胄的早期魚類，一般認為是包括人類在內的幾乎所有現存脊椎動物的祖先。

最早的脊椎動物沒有下頜，盾皮魚是最先進化出下頜的魚類之一。這一進化上的突破讓它們成功地適應環境，迅速佔據了水生環境。

盾皮魚統治水域長達7千萬年，卻在3億6千萬年前突然滅絕，給後起之秀硬骨魚(osteichthyans)和軟骨魚(chondrichthyans)讓出了發展空間。

難道我們都是身披盔甲的魚？

很多研究堅持認為，包括我們人類在內的所有有頜脊椎動物都是從盾皮魚進化來的。如果真是這樣，那麼我們形態上的關鍵特徵（例如獨特的下頜、頭骨和頭臉比例等），都應該能夠在盾皮魚祖先身上找到痕迹。

但新的進化樹顯示，經歷了繁榮和滅絕的盾皮魚其實是進化中的一個盲端，形成了一個獨立的分支。如果這一假說成立，則將需要對脊椎動物進化史中的諸多問題徹底反思。

Benedict King/Brian Choo/Flinders University

進化樹（描繪物種間譜系關係的一種圖示）可以揭示物種進化過程中的很多問題，頗受科學家青睞。例如，利用進化樹，我們可以得知人類如何從類人猿進化而來，而HIV又是如何擴散至全球的。

進化樹通常根據物種的遺傳信息繪製，而 DNA 只能從近期的化石中提取到。顯然，給已經滅絕的動物們繪製進化樹困難重重，古生物學家通常依靠化石中保存的骨骼特徵推測物種間的親緣關係。基本上，擁由大量高度相似特徵的物種,親緣關係可能較近。

然而經過了億萬年的風雨，物種的化石記錄通常殘缺不全，這給繪製進化樹的工作帶來巨大挑戰。研究盾皮魚、無頜魚類和其他早期脊椎動物的親緣關係則更加艱辛，它們之間形態差異實在太大，解剖比較十分困難。

想像一下，你要怎樣對牡蠣、甲蟲和藍鯨的相同結構進行鑒定和比較？這就是我們在比較早期脊椎動物化石的時候遇到的問題

推測譜系關係的新方法

新方法的引入可以彌補上述不足。這一推測譜系關係的新模型綜合了解剖特徵和其他信息，例如化石的地質年代和物種進化的程度。

古老原始的化石一般處於進化樹底部的分枝，而年輕的高度進化的化石更可能處於接近樹冠的分枝上。

鑒於比較無頜類和有頜類脊椎動物特徵的困難，這一模型可能比僅考慮解剖特徵更好。

新的研究方法得出了與其他研究完全不同的結果。盾皮魚並不是其他有頜類脊椎動物的祖先，反而是一個沒有現存後代的單獨側枝。

John Long/Flinders University

新的進化樹對脊椎動物進化中的幾個重要事件進行了重新思考。例如，盾皮魚的生殖系統具有骨質外生殖器，可完成體內受精，而其他早期有頜類脊椎動物似乎都是體外受精。

如果盾皮魚是其他有頜類脊椎動物的祖先，那麼盾皮魚的繁殖方式（體內受精）應當是首先出現的，隨後才被體外受精取代。根據大部分生物學家的理解，事實情況應該與之相反，體外受精出現在體內受精之前。

但如果盾皮魚是特化的側枝，那麼情況就比較合理了。體外受精是較為原始的方式，體內受精是盾皮魚這一進化盲枝的特化特徵。

新的進化樹還暗示，現代脊椎動物臉部的進化似乎比原設想更加複雜。另外，盾皮魚的頜骨也沒有想像中那麼原始。實際上，我們自己的下頜骨，在某些方面可能比盾皮魚特化的頜骨更加原始。

那麼，我們的魚類祖先到底長啥樣呢？

如果盾皮魚不再是我們的祖先，那誰才是呢？我們的研究顯示，可能所有已知的有頜類脊椎動物類群都不是。

並且，真正的有頜類脊椎動物祖先很可能具有硬骨魚、軟骨魚和盾皮魚的綜合特徵，就像人類和黑猩猩的共同祖先既不是人也不是黑猩猩，而是兼有兩者特徵的獨特物種。

新模型還揭示出，在有頜類脊椎動物首次出現化石記錄之前（大約4億2千4百萬年前），它們很可能已經經歷了迅速的進化。

為了解決有頜類脊椎動物的起源，找到這一時期的化石是關鍵。

中國發現的新化石記錄已經為研究帶來了驚人的進展。這些化石屬於已知最古老的有頜類脊椎動物，具有盾皮魚和硬骨魚的綜合特徵，這可能已經是我們推斷有頜類脊椎動物祖先形態最好的線索了。

目前，由於所使用的方法尚未成熟，還沒得到古生物學家的普遍接受，因此對該文章的評論可能有所分歧，這些爭論在未來也還會繼續。

但廣泛認同的是，這項針對盾皮魚等早期脊椎動物化石開展的研究，對於揭示當前地球上豐富多彩的魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類進化歷程是至關重要的。

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