9月29日《自然》雜誌的封面，由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所提供，揭示了有頜魚類進化過程的重大發現，不過一般媒體都將注意力集中在「奇跡秀山魚」上，其他幾條就……(網絡圖片)

 

話說剛過去最新一期的《自然》雜誌簡直變成「古魚系列」專輯，四篇同樣由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏院士團隊發表的論文講述了五種生存於早期志留紀的古魚，而且其中四種都擁有日後有頜魚類以至陸上脊椎動物的特徵，例如口部、牙齒、硬骨魚偶鰭 / 附肢等的重要進化特徵，當中「奇跡秀山魚」（Xiushanosteus mirabilis）化石更可能對魚類及日後海洋及陸上脊柱動物的發展起到承先啟後的作用。

不過坊間傳出的魚變人的表述似乎只出現在媒體上出現，而且表述得相當武斷，似乎更像利用駭人聽聞的標題吸引注意力一樣，然後引來某些無知者的嘲笑；更有甚者所有人的焦點都只集中在「奇跡秀山魚」上。事實上，那幾篇論文其實沒有強調什麼魚變人，而是揭示一個無頜魚類發展成有頜的硬骨魚類(即日後陸上脊椎動物共同祖先)中間還未能很好解決的「演化之謎」，或者更通俗的說法—“Missing Link”，主要是講脊椎動物兩大利器—「下巴」和頸是怎樣來的呢？

今次研究的化石群之所以珍貴，不單有五條在今天研究魚類及陸上動物演化史上有重要地位的古魚，而且是一口氣發現一大群。由於地層擠壓等因素，化石通常變形比較嚴重，生物學家也容易搞錯一些結構，但一口氣發現複數樣本，就可以作詳細比較，借以確認某些結構是否真實存在。(圖片來自論文電子版本)

 

化石珍貴之處？

今次研究建基於2019年才發現的「重慶特異埋藏化石庫」和「貴州石阡化石庫」當中的數件化石，年齡分別由4.39億至4.36億年前。這幾件化石雖然不算大(有可能其他部分還在發現地點的山體中)，但似乎有大量的魚類突然死在一塊，然後在未受其他食腐者騷擾下迅速被掩埋，基本保持死亡前一刻的形態。這種「死法」，原因可能是海底山崩或忽然發生火山爆發、火山灰迅速把一大群魚類及海洋生物「封住」，故此不但能發現大量樣本，且還可揭示當時的生態資料。

 8月底時，澳洲的考古學家利用CT掃瞄，找到一條盾皮魚化石(命名為戈戈)的心臟印痕，甚至能描繪出其基本結構。這可說是人類在化石史上發現的最古老心臟。(擷圖來自bilibili網站)

 

更有甚者，這種「死法」在形成化石期間更能保持魚身「完整」，甚至還能保持內臟、骨骼及神經的印痕。近年生物考古學家已大量使用CT掃瞄方法，用以了解化石內部保持的動物內臟痕跡，今次也是使用了CT掃瞄法，才能了解鰓弓已開始演變成頜部的中間形態，從而得到比較確實的證據。

 最初的無頜魚類，只有頭骨但顎骨還未演化出來，食道 / 呼吸道和鰓基本上用鰓弓撐起來，口部雖有牙齒但基本上直接長在肌肉上。圖為在澳洲找到其化石，推斷為4.7億年前出現的阿蘭達魚，其口部嚴格來說只是食道開端的一個洞而已。(圖片來自連結1)

 

下頜(下巴)和頸部如何形成？

最早期的魚類大約於5億年前出現，有趣的是，最早期的魚可能也是出現在華南板塊的海床，及後這批魚在奧陶紀中後期發展成甲冑魚屬。這時期的魚只有一個以肌肉構成的口部結構，沒有任何頜結構，頭骨與脊椎之間也沒有更多活動能力更高的骨頭，魚頭沒能左右擺動。根據2010年代的化石證據，有頜魚類最早在4.2億年前出現(初始全頜魚 / Entelognathus primordialis)。頜結構最初應該來自最前兩對鰓弓(即控制鰓開合的肌肉及軟骨組)，這節又名咽弓的鰓弓漸漸向前伸延並支撐起口部和牙齒，成為可自由開合的結構，而且賦予口部最初的咬合力。

志留紀大部分時間的優勢物種，是節肢類螯肢動物中的翼鱟，硬殼和螯肢為其最強的攻防裝備。不過當盾皮魚大量出現且達到數米水平時，翼鱟無論在攻防還是機動能力都徹底比了下去。

 

咬合力可是魚類「大爆發」的關鍵，當時海洋食物鏈的頂層獵食者是螯肢動物中的翼鱟科，其有相當強的防護甲殼外，還有巨大殺傷力的前螯。然而魚類天生有比節肢動物更強的機動力，而能施力的上下頜更易對螯肢動物的甲殼加以破壞。魚類第一種頂級掠食性動物—盾皮魚，就是一種有頜魚類，其以堅硬的頭骨、顎骨及頜部能大破當時翼鱟科的防禦，另外盾皮魚的結構能作更有效的捕獵，翼鱟科失去競爭優勢後就在1000萬年內迅速絕種，脊椎動物首次成為生物圈中的王者，由此直到今天。

疑似奇跡秀山魚頜部(紅箭)及及頭甲的接縫(藍箭)，有研究指接縫後的頭甲成為陸上脊椎動物枕骨的雛形，也是脊椎動物可以扭動頭部的開始。(圖片來自論文電子版本提供)

 

 

 今次化石群另一焦點其實來自「雙列黔齒魚」，因為其年代似乎比奇跡秀山魚還早一點，且因為是側躺關係，上下頜組織更清楚。雖然化石的下頜似乎已不知去向，但上頜仍有保留。(圖片來自論文電子版本提供)

 

是次研究最重要的地方，就是發現由無頜到有頜間的「過渡類型」動物：由原祖魚類骨甲魚和已知最早出現具成熟下頜結構的魚類之間，至少有2500萬年時間的化石空缺，當時還找不到進化到「中間」形態的魚類，而今次多種古魚化石的研究，不但將空缺期縮短約1500萬年，也證明有頜魚類至少在4.4億年前已發展得比較成熟，同時也發現由無頜魚至有頜魚類中間的「過渡物種」，尤其是發現兩對最前部的鰓弓漸漸靠近口邊，並形成最初的顎骨及控制肌肉/軟骨，不過這時頜部還未與頭骨結合，肌肉軟骨也未完全和頜部結合起來；另一方面「奇跡秀山魚」的頭甲也開始演變成不是一整塊了，而是中間出現橫向裂隙，開始容許魚在咀嚼時作有限度扭曲，進一步增加咬合力，這算是陸上動物枕骨的最初型。

  志留紀早期時，華南板塊其實是幾個露出水面的大型島嶼和一些島鏈。但與岡瓦那大陸之間有一個相當闊的淺海區，水生動物群相當豐富也較少受外來環境影響，14年前發現的雲南曲靖瀟湘水庫化石群表明，4.2億年前華南板塊的淺海區有很大機會就是有頜魚類出現的首個地區。(圖片來自大英百科詞典)

 

四億多年前的華南地區究竟是怎樣？

如果對板塊學說有一定認識，會知道地質史上現時中國所處陸塊是由歐亞板塊(一部)、華北與華南板塊組成，但在4.4億年前志留紀開始時，華南板塊可是岡瓦那大陸西部的數個大島，和另外兩個陸塊距離大約有3000-4000公里遠。華南板塊(群島)和岡瓦那大陸之間有很廣大的淺海區，這就是後來著名古特提斯洋的一部分。當時海平面超過今日至少140公尺，海水相當和暖，華南板塊所在地又在赤道南部，該區海域被岡瓦那大陸和華南板塊的各大島環繞，外洋海流影響較低，十分適合海洋生物生存，所以華南地區幾個同時代的化石層都有相當豐富的海生物層。

中國在帶羽恐龍或恐龍進化成鳥類的研究上掌握大量第一手資料，除人才及技術足夠，以及徐星等有IT底子的著名古生物學家(他原本想主修物理學，古生物學完全是半途出家)作為研究領頭羊外，地理優勢可能更重要—遼寧省在侏儸紀時地理緯度在北緯60度以上，是大片溫帶森林，氣候及土質方便較好保存羽毛化石，圖為在遼寧境內發現的帶羽恐龍化石，名為赫氏近鳥龍（Anchiornis huxleyi），是現時鳥類的近親，是一種四翼恐龍，即腳部也能長出羽毛及形成羽翼。(圖片及資料來自連結1)

 

這亦對中國的古生物學研究十分有利。事實上，古生物學發達與否和該國 / 該地的化石層豐富度呈正向關係。美國之所以成為全球恐龍研究之首，除高技術及豐富的研究歷史外，更多原困是北美至加拿大一帶由侏儸紀至白堊地都是一大片恐龍棲息地，早期古生物學家有接近絕對的地利優勢；中國之所以在帶羽恐龍 / 早期鳥類研究有重要地位，更重要的原因是東北及內蒙東部一帶有一大片曾經是侏儸紀早至中期密林的生物化石層，且其形成條件恰好有利羽毛化石的形成，中國古生物學家才能掌握大量小型帶羽恐龍演化至鳥類的重要證據。

 

後記

事實上，這次的發現算不上具顛覆性，但因為涉及主要動物門類的極早期演化支幹被發現，同時化石層的豐富也算將之前魚類進化其中3000萬年的Missing Link補上一大半，故也算本年度其中一個最重要的生物考古發現。只是，傳媒在標題上的炒作與失真，以及部分網民對於研究的恥笑，著實令人無語。這就好像最新有KOL聽到中譯技術名語就無端恥笑，被大堆人指正就直接Block人一樣，不就只顯出自己的自大與無知，是嗎？