一個(gè)由中英法等國(guó)科學(xué)家組成的研究小組利用最先進(jìn)的同步輻射X射線斷層掃描和三維重建技術(shù),，對(duì)來(lái)自中國(guó)4億年前無(wú)頜類(lèi)盔甲魚(yú)的腦內(nèi)顱進(jìn)行了三維虛擬重建。這項(xiàng)研究為脊椎動(dòng)物頜的起源提供了關(guān)鍵證據(jù),。
8月18日出版的英國(guó)《自然》雜志以封面推薦文章的形式報(bào)道了這項(xiàng)由中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所研究員蓋志琨,、朱敏和英法等國(guó)科學(xué)家合作完成的成果,。
據(jù)介紹，科學(xué)家們通過(guò)三維虛擬重建全面復(fù)原了盔甲魚(yú)的腦,、神經(jīng)系統(tǒng),、頭部血管系統(tǒng),、鼻垂體系統(tǒng)以及內(nèi)耳等感覺(jué)器官。結(jié)果顯示盔甲魚(yú)的鼻垂體系統(tǒng)已經(jīng)分裂,，成對(duì)鼻囊位于口鼻腔的兩側(cè),，并已經(jīng)完全脫離垂體管。這一結(jié)果正是分子和發(fā)育生物學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)所推測(cè)的在頜的起源之前所發(fā)生的最為關(guān)鍵的一次演化事件,，正是這一事件為頜的起源提供了先決條件,。科學(xué)家為這一來(lái)自中國(guó)志留紀(jì)的盔甲魚(yú)起名為“曙魚(yú)”,。
科學(xué)家介紹說(shuō),，頜的起源是脊椎動(dòng)物演化中的一個(gè)關(guān)鍵事件，它標(biāo)志著脊椎動(dòng)物由被動(dòng)的濾食性生活向主動(dòng)的捕食性生活方式的一個(gè)過(guò)渡,。此后有頜脊椎動(dòng)物演化出包括人類(lèi)在內(nèi)的有頜脊椎動(dòng)物的各大類(lèi)群,。但關(guān)于頜的起源長(zhǎng)期以來(lái)一直是困擾著古生物學(xué)家和發(fā)育生物學(xué)家的一個(gè)謎。
盔甲魚(yú)類(lèi)目前被認(rèn)為是可能解開(kāi)有頜類(lèi)起源之謎的一個(gè)關(guān)鍵類(lèi)群,。由于化石材料和研究方法的限制,，對(duì)于盔甲魚(yú)類(lèi)腦內(nèi)顱的結(jié)構(gòu)人們知之甚少。該研究小組早在1998年就在浙江北部的志留紀(jì)地層中采獲大量保存完好的盔甲魚(yú)腦內(nèi)顱標(biāo)本,。他們借助瑞士光源中心最先進(jìn)的同步輻射X射線斷層掃描技術(shù),，對(duì)新采獲的曙魚(yú)的腦內(nèi)顱標(biāo)本進(jìn)行了無(wú)損探測(cè)掃描。在此基礎(chǔ)上,，研究小組利用最先進(jìn)的三維重建技術(shù),，重繪了2萬(wàn)多張具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的盔甲魚(yú)腦內(nèi)顱的三維切片。前后歷時(shí)5年,，終于完成了對(duì)7個(gè)盔甲魚(yú)腦內(nèi)顱的三維虛擬重建與復(fù)原,。
該項(xiàng)目的主要設(shè)計(jì)者朱敏說(shuō)：“目前的研究只是揭開(kāi)了冰山的一角。隨著對(duì)盔甲魚(yú)腦內(nèi)顱的深入研究,，我們將全面討論有頜類(lèi)其他特征的演化,，逐步揭開(kāi)有頜脊椎動(dòng)物的起源之謎，重建早期脊椎動(dòng)物的演化框架,。”(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1038/nature10276
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PMID:
Fossil jawless fish from China foreshadows early jawed vertebrate anatomy
Zhikun Gai; Philip C. J. Donoghue; Min Zhu; Philippe Janvier; Marco Stampanoni
Most living vertebrates are jawed vertebrates (gnathostomes), and the living jawless vertebrates (cyclostomes), hagfishes and lampreys, provide scarce information about the profound reorganization of the vertebrate skull during the evolutionary origin of jaws1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. The extinct bony jawless vertebrates, or ‘ostracoderms’, are regarded as precursors of jawed vertebrates and provide insight into this formative episode in vertebrate evolution8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. Here, using synchrotron radiation X-ray tomography15, 16, we describe the cranial anatomy of galeaspids, a 435–370-million-year-old ‘ostracoderm’ group from China and Vietnam17. The paired nasal sacs of galeaspids are located anterolaterally in the braincase, and the hypophyseal duct opens anteriorly towards the oral cavity. These three structures (the paired nasal sacs and the hypophyseal duct) were thus already independent of each other, like in gnathostomes and unlike in cyclostomes and osteostracans (another ‘ostracoderm’ group), and therefore have the condition that current developmental models regard as prerequisites for the development of jaws1, 2, 3. This indicates that the reorganization of vertebrate cranial anatomy was not driven deterministically by the evolutionary origin of jaws but occurred stepwise, ultimately allowing the rostral growth of ectomesenchyme that now characterizes gnathostome head development1, 2, 3.
