4亿年前的鱼类化石揭露了我们理解进化方式的重大错误

作者们重新检查了非洲腔棘鱼（Latimeria chalumnae）的头颅肌肉系统后发现，先前为最大脊椎动物类群所认定的进化肌肉新特征中，仅有13%是准确的。该研究还识别出了九个与这些类群摄食和呼吸创新相关的新进化转变。

"归根结底，它甚至比之前认为的更类似于软骨鱼类[鲨鱼、鳐鱼和银鲛]和四足动物[鸟类、哺乳类、两栖类和爬行类]。而与辐鳍鱼类的差异则更为显著——辐鳍鱼构成了现生脊椎动物约半数物种，"由圣保罗研究基金会（FAPESP）资助、领导此项研究的圣保罗大学动物博物馆（MZ, USP）教授阿莱西奥·达托沃（Aléssio Datovo）表示。

被错误认定为存在于腔棘鱼的进化新特征中，包含负责主动扩张口咽腔（从口腔延伸至咽部）的肌肉群。这套肌肉系统直接关联食物捕获和呼吸作用。然而研究表明，腔棘鱼中这些所谓的肌肉实际上是韧带——即无法收缩的结构。

辐鳍鱼类（actinopterygii）与肉鳍鱼类（sarcopterygii）约在4.2亿年前从共同祖先分化而来。肉鳍鱼类包括腔棘鱼、肺鱼以及所有四足动物（因其由水生祖先进化而来），涵盖哺乳类、鸟类、爬行类和两栖类。

在辐鳍鱼类（如水族箱中的鲤鱼）中，可明显观察到口腔如何运动以吸入食物。这种能力赋予辐鳍鱼类显著的进化优势；如今它们构成了现生脊椎动物总数约一半。

这与其他鱼类（如腔棘鱼和鲨鱼）存在根本差异，后者主要通过撕咬猎物摄食。

"先前研究假设这套赋予更强吸入能力的肌肉同样存在于腔棘鱼，因而应起源于硬骨脊椎动物的共同祖先。但我们现在证实这是错误的。该特征至少在三千万年后才出现于现代辐鳍鱼类的共同祖先中，"达托沃指出。

幕后工作

腔棘鱼是极为罕见的鱼类，栖息于水面下约300米深处，日常活动于水下洞穴中。

自恐龙灭绝以来其形态变化甚微的原因之一，在于其天敌稀少且生存环境相对受保护。这导致其基因组进化缓慢，2013年发表于《自然》期刊的研究已证实此点。

腔棘鱼最初仅通过约四亿年前的化石为人所知。直到1938年才发现活体，令科学界大为震惊。1999年，在亚洲水域发现了另一物种（Latimeria chalumnae）。

因博物馆标本稀缺，圣保罗大学与史密森尼学会国家自然历史博物馆的研究人员历经周折，才找到愿意出借解剖样本的机构。

最终位于美国的芝加哥菲尔德博物馆和弗吉尼亚海洋科学研究所各同意出借一具标本。据达托沃称，论文合著者G·戴维·约翰逊（G. David Johnson）对促成标本出借功不可没。

约翰逊（1945年生）被达托沃誉为"同时代最杰出的鱼类解剖学家"。在研究审稿期间，他于2024年11月因家庭意外离世。

贡献

"与表面认知相反，只要操作规范，解剖标本并不意味着破坏，"达托沃阐明。

这位从事此类研究逾20年的学者耗时六个月分离了腔棘鱼的所有肌肉与颅骨。这些结构现已被保存，可供其他科学家独立研究，避免了重复解剖新样本的需求。

通过亲身观察每块肌肉与神经，研究者得以明确辨识腔棘鱼头部的真实构造，指出前人未记载的结构，并纠正了科学文献中流传逾七十年的谬误。

"文献中存在诸多矛盾。当我们最终得以检验标本时，发现的错误远超预期。例如，11处被描述为肌肉的结构实为韧带或其他结缔组织。这对口腔功能和呼吸机制产生根本性影响——因肌肉执行运动，而韧带仅传递运动，"他解释道。

鉴于腔棘鱼在脊椎动物生命树中的位置，此发现将影响我们对所有其他大型脊椎动物类群头颅进化的理解。

基于这些信息，研究者运用了其他鱼类（含灭绝与现存类群）颅骨的三维显微断层扫描影像。这些影像由研究鱼类解剖的学者在进行3D扫描时提供。

通过分析完全灭绝谱系鱼类的颅骨影像，达托沃与约翰逊得以推断已发现肌肉在腔棘鱼中的对应位置，从而阐明这些肌肉在最早期有颌脊椎动物中的演化历程。在后续研究中，达托沃计划分析与四足动物（如两栖类和爬行类）肌肉的相似性。