四亿年前的鱼类化石揭示了人类对演化认知的重大谬误

在重新检查非洲矛尾鱼（Latimeria chalumnae）的颅部肌肉系统后，作者发现先前为最大脊椎动物谱系所识别的演化肌肉新征仅有13%是准确的。该研究还识别出九个与这些类群摄食和呼吸创新相关的新演化转变。

"最终结果表明，它甚至比之前认为的更接近软骨鱼类[鲨鱼、鳐鱼和银鲛]与四足动物[鸟类、哺乳动物、两栖动物和爬行动物]，而与辐鳍鱼类（约占现存脊椎动物半数）的差异更为显著，"由圣保罗研究基金会（FAPESP）支持、领导本研究的圣保罗大学动物博物馆（MZ）教授Aléssio Datovo如是说。

被错误认定为存在于矛尾鱼的演化新征中，包括负责主动扩张口咽腔（从口腔延伸至咽部）的肌肉群。这套肌肉系统与食物捕获和呼吸直接相关。然而研究表明，矛尾鱼中这些推测的肌肉实际是韧带——即无法收缩的结构。

辐鳍鱼类（actinopterygii）与肉鳍鱼类（sarcopterygii）约于4.2亿年前从共同祖先分化。肉鳍鱼类涵盖矛尾鱼、肺鱼以及所有四足动物（因其演化自水生祖先），包括哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物。

在辐鳍鱼类（如水族馆鲤鱼）中，可清晰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演化优势；如今它们构成现存脊椎动物总数约半数。

这与矛尾鱼、鲨鱼等其他主要通过咬噬捕食的鱼类存在根本差异。

"先前研究假设这套增强吸食能力的肌肉也存在于矛尾鱼，因而应演化自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存辐鳍鱼类的共同祖先中，"Datovo指出。

研究幕后

矛尾鱼是栖息于水下约300米深处的极稀有鱼类，日常居于海底洞穴中。

自恐龙灭绝以来其形态变化甚微的原因在于：天敌稀少且生存环境相对受保护。这导致其基因组演化缓慢——2013年发表于Nature期刊的研究已证实此点。

矛尾鱼最初仅通过约4亿年前的化石为人所知。直至1938年才首度发现活体，令科学界震惊。199年，亚洲水域发现另一物种（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经多方努力，才找到愿意出借解剖样本的机构。

美国芝加哥菲尔德博物馆及弗吉尼亚海洋科学研究所最终各同意出借一具标本。Datovo表示，论文合著者G. David Johnson在获取标本方面功不可没。

据Datovo评价，1945年出生的Johnson是"同时代最杰出的鱼类解剖学家"。2024年11月研究审稿期间，Johnson因意外事故离世。

学术贡献

"与表面认知相反，规范操作的解剖不会损毁标本，"Datovo强调。

这位从事此类研究逾20年的学者耗时六个月分离矛尾鱼所有肌肉与颅骨。这些结构现已被妥善保存，可供其他科学家单独研究，从而避免新样本的解剖需求。

直接观察每块肌肉与神经使作者能确证矛尾鱼头部的真实构造，指出前人未描述的构造，并修正科学文献中延续七十余年的错误。

"文献存在诸多矛盾。实际检验标本后，发现的错误远超预期。例如11处被描述为肌肉的结构实际是韧带或其他结缔组织。这对口部功能与呼吸机制产生重大影响——肌肉执行运动而韧带仅传递运动，"他解释道。

鉴于矛尾鱼在脊椎动物生命树中的位置，此发现影响我们对所有其他主要脊椎动物类群颅部演化的理解。

基于此，研究者运用其他鱼类（含灭绝与现存类群）颅骨的三维显微断层扫描图像。这些图像由从事鱼类解剖的研究者进行3D扫描时提供。

通过分析完全灭绝谱系鱼类的颅骨图像，Datovo与Johnson成功推断矛尾鱼肌肉在原始有颌脊椎动物中的对应位置，阐明这些肌肉的演化历程。在后续研究中，Datovo计划分析与四足动物（如两栖类与爬行类）肌肉的相似性。