发现重磅化石库，他开启了早期有颌类演化研究的新时代｜2022腾讯科学WE大会

如若宇宙空间的高级生物莅临地球的话，为评估我们的文明水平，他们可能提出的第一个问题是：“他们发现了演化规律没有？”

作为解读一切生命现象的基础命题，生命演化格局与机制是全球科学界的探索前沿，而“从鱼到人”的研究则是开启认识生命演化与人类起源之门的钥匙。

“从鱼到人”的演化不是从鱼直接变成了人，而是一个长达5亿多年的演化史，中间经历了多次重大的演化事件。有颌类的起源与崛起就是其中最关键的跃升之一。然而，这一跃升具体发生在何时、何地、又是如何发生的？

朱敏是全世界最了解古鱼类的科学家之一。9月29日，朱敏团队在《自然》上以封面形式同时发表了四篇论文，详细报道了来自两个新化石库早期有颌类研究的系列最新成果，惊叹了整个古生物学界。

过去30年，朱敏不仅让志留纪失落的古鱼“王国”重见天日，他的发现更是改写了有颌脊椎动物早期演化历史的几乎所有方面。

对此，密歇根大学教授Matt Friedman在《自然》撰文称：“一个令人振奋的早期有颌类演化研究新时代已经到来，而我们正处在它的起点。”

达尔文提出生物演化理论，是近代科学史上最伟大的革命性事件之一。然而，坚持无证不信、无证不言的达尔文在书中也专门提到，当时能够支撑演化理论的古生物化石标本很贫乏。

化石之所以重要，是因为它记录了地球37亿年生命演化历程中无数珍贵的中间环节。作为古生物学研究的起点，科学家成年累月坚持亲自考察大量层层相叠的岩层，只为发现洪荒时代留下的印记。

朱敏在野外科考

可如若因此认为古生物学只是一门寻找“材料”的科学，那你就大错特错了。

生命的演化至少包括三个要素：变异、选择与时间。古生物学家必须从化石中提取出这些深度信息，比如地质历史时期生命演化的时间坐标以及生物的多样性、高阶分类单元的起源、演化的速率、地质环境背景等等。

有人曾形象地把古生物学的研究过程比作神探福尔摩斯在探案：要鉴定古生物的身份、亲缘关系、死亡的原因、埋藏的条件等等。

古生物学在过去的几十年中有了突飞猛进的进展。作为一名坚定的“技术党”，朱敏一直在用新的方法手段让那些化石“死而复生”，以便更好地和它们进行一场场穿越时空的对话：

• 他最早主导研制的国内首台专门用于古生物研究的高精度CT和平板CT，让化石隐藏的内部结构无所遁形；

• 他带着团队的年轻人自主研发了专门针对古生物CT数据的三维可视化软件，不断拓展三维复原、动力学模拟、有限元分析等分析技术的可能性；

• 他还颇有预见性地构建起了古脊椎动物大数据库——深骨平台，基于大数据对生命演化历程进行重构，为探寻脊椎动物多样性变化及其环境制约、重要生物类群的起源与演化等科学问题提供重要的数据支持……

  
  

到此，希望你不会再误解，古生物学家的重大发现只是依靠偶然的运气而已。

相较于古人类、恐龙、鸟类这些古生物学里的“明星”门类，朱敏研究的古鱼类绝对是冷门学科里的冷门方向。

可是，整场生命演化大戏的初章是在海洋上演的。人类的很多体质特征，都深深地打下了鱼类演化过程的烙印。

比如我们最熟悉的，人类的四肢就是从鱼鳍演化而来的，这就跟生命史上一次重大的演化事件——鱼类的登陆有关。

“从鱼到人”的演化是一段长达5亿多年的历史，中间经历的重大演化事件可不止一个。很多人有所不知，颌（上颌和下巴）的出现就是生命一次关键的跃升。

之所以这么说，是因为现在我们所生活的地球就是有颌类的天下。包括人类在内，地球上现存99.8%的脊椎动物物种都是有颌类。

颌的出现不仅提高了脊椎动物主动摄食的能力，促进了呼吸和运动能力，有助于动物演化出更大的体型，它还与整个头部、面部多个器官的进化息息相关，包括鼻子、耳朵等脊椎动物的器官都与颌的演化有千丝万缕的关系。

2005年，《科学》杂志公布了125个最具挑战性的科学问题，其中一个是“人的面孔如何发育演化”。而颌的起源，是回答这个问题的关键一环。

人类的颌骨能够一直追溯到最原始的有颌脊椎动物。朱敏说，有颌脊椎动物分为盾皮鱼类、棘鱼类、硬骨鱼类和软骨鱼类四大类群。硬骨鱼类则一分为二，一支变成辐鳍鱼类，另一支演化为肉鳍鱼类，后者实现了登陆，并最终演化为人类。

这些类群在志留纪（距今4.1~4.4亿年）已经出现，直到泥盆纪（距今4.19~3.59 亿年）得到爆发式的繁荣发展，泥盆纪也因此被称为“鱼类的时代”。

可如果要弄清有颌类的关键特征是何时起源、又是如何演化，就必须在更古老的地层，到志留纪甚至奥陶纪晚期中去寻找答案。早在上世纪中叶，全球古生物学家就开始致力于寻找早期有颌鱼类的踪迹。

2007年，朱敏终于在云南曲靖麒麟区潇湘水库附近的志留纪晚期地层中，找到了完整保存了有颌脊椎动物化石的潇湘动物群，这在全世界都是独一无二的。

就在这里，朱敏发现了当时世界上最古老、保存最完整的有颌类化石——硬骨鱼“梦幻鬼鱼”，第一次全面呈现了硬骨鱼类祖先可能的形态。

梦幻鬼鱼正型标本

2009年，《自然》发表了这一成果，并评论称：脊椎动物演化的一个重大分歧事件（辐鳍鱼类与肉鳍鱼类的分化）提供了一个新的确凿无疑的最近时间校正点，将会掀起新一轮的在志留纪地层中的野外考察热潮。

在潇湘动物群中，盾皮鱼类占了多数，其中大部分盾皮鱼类都属于一个独特的、不为人知的支系——“全颌盾皮鱼类”，它处于整个有颌脊椎动物演化中承上启下的关键阶段。

2013 年，朱敏团队在《自然》报道了全颌盾皮鱼类的第一个成员初始全颌鱼；2016年，又在《科学》报道了第二种全颌盾皮鱼类——长吻麒麟鱼。

初始全颌鱼正型标本

长吻麒麟鱼正型标本

这两条鱼的相继亮相让整个古生物学界“瞠目结舌”。因为它们的身体前半部分覆有大块骨甲，形状与其他盾皮鱼类相似，但颌部骨骼却是典型的硬骨鱼模式，即由一系列复杂骨片构成的“全颌”。

“这类长着硬骨鱼颌骨的盾皮鱼，就像带羽毛的恐龙确证鸟类起源一样，第一次明确证实了硬骨鱼类是由盾皮鱼类直接演化而来的，几乎是重塑了鱼类时代各大类群间的演化框架。”朱敏这样形容。

国际古脊椎动物学会时任主席、澳大利亚弗林德斯大学教授 John Long撰文称，“对古生物学家来说，找到这条鱼就像物理学家找到了希格斯玻色子（上帝粒子），它极大地冲击了我们对早期脊椎动物演化的理解……这可以说是自始祖鸟以来，最激动人心的化石发现之一”。

从此，潇湘动物群也被印在国际通行的古脊椎动物学教科书上，成了全球古生物学者心目中的“圣地”。

然而，分子钟推断，有颌类最早的起源时间是在不晚于4.5亿年前的奥陶纪晚期，即便是潇湘动物群里的发现，距离最早的有颌类也还存在一段至少绵延几千万年的巨大空白。

事实上，到了本世纪第一个十年，除去一些鳞片、棘刺和零散骨骼，古生物学家对最早期的有颌类几乎一无所知，基本处于“盲人摸象”的状态。

尽管古生物学家知道有颌类在这一时期已经出现，但他们不知道这些古鱼长什么模样，有多大，处于什么生态位，彼此之间如何演化，甚至不能确定那些零散保存的棘刺、鳞片是否属于有颌类。

志留纪早期的有颌类就这样成为了古生物学领域的“幽灵支系”。找到它们，就是各国古生物学家们苦苦寻求的“圣杯”。

过去十年来，朱敏带领团队踏遍了中国志留纪地层可能含鱼化石的200多个地点。直到2019年，他们终于在贵州、湖南、重庆等地相继发现了埋藏早期有颌类化石的贵州石阡化石库和重庆特异埋藏化石库（距今约4.39亿至4.36亿年）。

特别是“重庆特异埋藏化石库”，它是目前世界上唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库，堪称“鱼类的黎明”。

“这是继澄江生物群、热河生物群之后，又一个在我国发现的、为探索生命之树演化重要节点提供大量关键证据的世界级特异埋藏化石库，将完整有颌类的化石记录前推了1100万年。”朱敏表示。

“重庆特异埋藏化石库”保存古鱼化石正型标本的石板

不久之前，朱敏团队在《自然》详细报道了来自这两个化石库的五条古鱼。

它们是有最古老的有颌类牙齿——黔齿鱼的齿旋，它们把有颌类牙齿的最早化石证据向前推进了1400万年；

双列黔齿鱼齿旋（正模）数字复原，舌面观，标本长度刚过2毫米

名为“奇迹秀山鱼”的盾皮鱼类，它的多种骨骼特征，为有颌脊椎动物头骨的演化提供了直接证据；

奇迹秀山鱼三维复原（拟石科技制作）

名为“蠕纹沈氏棘鱼”的软骨鱼，显示了鲨鱼“披盔戴甲”的祖先；

蠕纹沈氏棘鱼三维复原（拟石科技制作）

名为“新塑梵净山鱼”的棘刺鲨鱼，解决了志留纪早期鱼类鳞片和棘刺化石的分类争议；

新塑梵净山鱼三维复原（拟石科技制作）

还有同时期的一种盔甲鱼，它虽是无颌类，但研究人员第一次在鱼类身上发现了成对的连续鳍褶，代表了偶鳍或人类四肢的雏形。

灵动土家鱼三维复原（拟石科技制作）

对于这些最新的化石发现，John Long 激动地称其“撼动了演化之树”。他认为，它们改写了有颌脊椎动物早期演化历史的几乎所有方面，并将呈现现代鱼类之间的亲缘关系新的理论。

对朱敏而言，过去的十年只是一个起点，重庆生物群的发掘和研究工作才刚刚开始。

有颌类为何在志留纪发生了飞跃式的形态和系统演化；其驱动因素是什么；全球目前仅在华南发现较多志留纪有颌类化石，是,化石保存偏差造成的吗；奥陶纪有颌类化石的发现能否取得突破……

57岁的朱敏，仿佛又回到了许多年前初入古鱼“王国”时，好奇心爆棚的模样。