4亿年前的鱼类暴露了人类对进化理解的一大错误

在重新检查非洲腔棘鱼（Latimeria chalumnae）的头骨肌肉系统后，作者发现先前确定的最大脊椎动物谱系的演化肌肉新性状仅有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相关的演化新性状。

“最终，它与软骨鱼[鲨鱼、鳐鱼和银鲛]及四足动物[鸟类、哺乳动物、两栖动物和爬行动物]的相似度比之前认为的更高。而与辐鳍鱼类的差异则更大，后者约占现存脊椎动物的一半，”该研究的负责人、圣保罗大学动物学博物馆（MZ）教授阿莱西奥·达托沃（Aléssio Datovo）表示，其研究得到了圣保罗研究基金会（FAPESP）的支持。

被错误地认为存在于腔棘鱼的演化新性状中，包括负责主动扩张颊咽腔（从口腔延伸至咽部）的肌肉。这组肌肉直接关系到食物的捕获和呼吸。然而，研究表明这些所谓的腔棘鱼肌肉实际上是韧带，即无法收缩的结构。

辐鳍鱼类（actinopterygii）和肉鳍鱼类（sarcopterygii）大约在4.2亿年前从一个共同祖先分化而来。肉鳍鱼类包括腔棘鱼、肺鱼以及所有四足动物，因为它们都从水生祖先进化而来，其中包括哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物。

在辐鳍鱼类中，如水族箱中的鲤鱼，很容易观察到口腔如何运动以吸入食物。这种能力赋予了辐鳍鱼类显著的演化优势；如今，它们构成了现存脊椎动物总数的大约一半。

这是与其他鱼类（如腔棘鱼和鲨鱼）的一个根本区别，后者主要通过咬噬猎物来摄食。

“在以往的研究中，人们推测这套能提供更强吸食能力的肌肉也存在于腔棘鱼体内，因此是在硬骨脊椎动物共同祖先中演化出来的——我们现在证明并非如此。这至少在3000万年后才出现，出现在现存辐鳍鱼类的共同祖先中，”达托沃指出。

幕后故事

腔棘鱼是极为罕见的鱼类，生活在海面下约300米深处，白天栖息在水下洞穴中。

自恐龙灭绝以来它们变化甚微的原因之一是它们天敌稀少且生活在相对受保护的环境中。这导致了它们基因组的缓慢变化，正如2013年发表在《自然》Nature杂志上的一项研究所揭示的那样。

腔棘鱼最初仅发现于约4亿年前的化石记录。直到1938年才首次发现活体，令科学家们大为震惊。1999年，在亚洲水域发现了另一个物种（Latimeria chalumnae）。

由于博物馆标本稀少，圣保罗大学和史密森尼学会国家自然历史博物馆的研究人员必须多方努力才能找到愿意出借标本供解剖的机构。

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自同意出借一个标本。据达托沃称，文章的共同作者G. 大卫·约翰逊（G. David Johnson）为获得这些出借功不可没。

据达托沃描述，出生于1945年的约翰逊“可能同时代最伟大的鱼类解剖学家”。他在该研究处于审稿阶段的2024年11月因一场家庭事故去世。

贡献

“与表象相反，只要操作得当，解剖标本并不意味着将其毁坏，”达托沃说。

这位从事此类研究超过20年的研究人员花费了六个月时间分离腔棘鱼的所有肌肉和颅骨。这些结构现已妥善保存，可供其他科学家单独研究，从而无需再解剖新的动物。

直接观察每块肌肉和神经使作者能够准确识别腔棘鱼头部实际存在的结构，指出先前未描述的结构，并纠正了在科学文献中重复了70多年的错误。

“文献中存在许多矛盾。当我们最终得以检查标本时，发现的错误比预想的更多。例如，11处被描述为肌肉的结构实际上是韧带或其他类型的结缔组织。这对口部和呼吸功能有重大影响，因为肌肉执行运动，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，这一发现影响着我们对所有其他大型脊椎动物类群头骨演化的理解。

基于这些信息，研究人员利用了对其他鱼类（包括灭绝和现生种类）头骨进行的三维微计算机断层扫描图像。这些图像由研究鱼类解剖的其他研究人员在进行3D扫描时提供。

通过来自完全灭绝谱系的其他鱼类的颅骨图像，达托沃和约翰逊得以推断出在腔棘鱼中发现的肌肉可能附着的位置，从而阐明了这些肌肉在最早的有颌脊椎动物中的演化过程。在未来的工作中，达托沃计划分析其与四足动物（如两栖动物和爬行动物）肌肉的相似性。