朱敏：追寻四亿年前人类远祖｜2022腾讯科学WE大会视频回顾

中国科学院院士、古鱼类学家朱敏 在WE大会上分享了“从鱼到人”探源研究的最新成果。9月底，《自然》杂志以封面形式同期发表朱敏团队的4篇论文，报道了有颌类起源与最早期演化的研究成果，它改写了有颌脊椎动物崛起的传统认知，将若干人类身体结构的起源追溯到4.36亿年前的化石鱼类。11月6日，朱敏院士在WE大会上为我们带来了研究的背后故事。

以下是大会全程视频回顾：

以下是朱敏院士演讲全文：

大家好，我是朱敏，来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所，很高兴来到腾讯科学WE大会。

不久之前 2022年诺贝尔奖开始颁布，有意思的是第一个奖项生理学或医学奖揭晓的时候，大家就说它爆了个大冷门，获奖的是一位演化生物学家斯万特·帕博（Svante Pääbo），他开创了古DNA技术来研究人类演化问题。在诺贝尔奖百年历史上，帕博是第一位专门研究演化问题而获奖的。

“我们是谁？从哪里来 ？要到哪里去？”这是演化生物学家想要回答的问题，也是每一个普通人非常好奇和关心的问题。

知道从哪里来，方知向何处去。生命探源是人类探源的前奏，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，“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。

人类的很多身体结构，譬如面孔的许多器官都可以追溯到遥远的鱼类祖先。作为古生物学家，过去30多年来，我也一直在尝试利用古生物的证据、化石的发现、最新的技术手段，来探索和解答这个有关人类过去、现在和未来发展与演化的终极命题。

9月29日，我们团队在 Nature 上以封面形式同时发表了4篇论文，详细报道了关于“从鱼到人”探源研究的系列最新成果，改写了有颌脊椎动物崛起的传统认知。这就是我们这次报道的5条古鱼，从上到下分别是：蠕纹沈氏棘鱼、新塑梵净山鱼、双列黔齿鱼、灵动土家鱼和奇迹秀山鱼。

它们产自重庆、贵州等地志留纪早期距今约4.4亿年的地层中。Nature 封面给出了这样的关键词与导语：“牙齿与颌，志留纪化石层揭示早期有颌类的崛起与多样性”。从最早有颌类的牙齿，到有颌类头部、身体以及偶鳍的雏形，再到最古老完整鲨鱼的祖先，我们集中报道了一批有关有颌类起源与最早期演化的研究成果。

最近我的同事告诉我，网上有很多朋友都很关心我们的研究，因为他们一觉睡醒发现我们的祖先就从猴子变成了鱼，也有很多网友很好奇，我们的祖先到底是猴子还是鱼。其实两种说法都没错，我们的祖先既是鱼也是猴子，人类的祖先当然不止一种动物。就像爷爷的爷爷和爷爷的爷爷的爷爷，以及家谱上的很多人都是我们的祖先一样。“从鱼到人”的演化不是从鱼直接变成了人，这是一个长达5亿多年的演化史，中间经历了多次重大的演化事件，譬如鱼类的登陆、哺乳类起源、灵长类的起源等等。但大多数人恐怕并不知道，颌的出现也和这些事件一样，是演化历史上“浓墨重彩”的一笔。

现在我们所生活的地球，可以说是有颌类的天下。包括我们人类在内，地球上现存99.8%的脊椎动物物种都具有颌骨（也就是上颌与下巴），统称为有颌脊椎动物或者有颌类。另一支是无颌类，包括七鳃鳗和盲鳗仅有120多种，占0.2%。有颌类可以分成两个大类，软骨鱼纲包括鲨鱼、鳐鱼和银鲛等，以及硬骨鱼纲或硬骨脊椎动物。

大约4亿多年前，原始硬骨鱼沿两个方向分化。一支变成辐鳍鱼类，就是我们饭桌上，水族馆常见的鱼类；另一支演化为肉鳍鱼类，然后登陆并最终演化为人类。

颌的出现，伴随而来的正是脊椎动物的崛起，美国自然历史博物馆John Maisey教授说过，如果没有颌，生命将不可想象。没有它，巨大的噬人鲨、凶残的恐龙、狰狞的剑齿虎、喋喋不休的人类将一无是处。

颌的起源可能是脊椎动物演化史上最为重要和意义深远的一次演化事件。人类的很多重要器官都可追溯到有颌类演化之初，也正因为如此，有颌类的起源与崛起是“从鱼到人”演化过程中最关键的跃升之一。然而，这一跃升具体发生在什么时候、何地、又是如何发生，这些问题需要古生物学证据来回答。过去我们一直把4.2-3.6亿年前的泥盆纪叫做鱼类时代，因为那个时候，地球上的脊椎动物主要就是这些生活在水中的各种奇形怪状的鱼类，有颌鱼类已经极度繁盛多样化。

大约3.9亿年前，有颌类的一支肉鳍鱼类开启了登陆之旅。从上世纪80年代起，我国科学家在云南曲靖早泥盆世地层中发现并报道了一系列重要的早期肉鳍鱼类化石，奠定了中国南方是肉鳍鱼类起源和早期辐射演化中心的基础。目前，肉鳍鱼类起源于中国南方，并由此扩散到世界其它地方的理论已经得到学界的广泛承认。然而泥盆纪时期，有颌鱼类各大类群的分异程度已经非常高，要弄清有颌类的关键特征何时起源，又是如何演化，我们必须到更古老的地层，到志留系甚至奥陶系中去寻找答案。

为了追溯有颌鱼类扑朔迷离的起源与崛起过程，从上世纪中叶起，全球古生物学家就开始致力于寻找早期有颌鱼类的踪迹。在如此古老的地层中，鱼类化石常常十分零散，有颌鱼类仅有零散的鳞片和棘刺存留，凭借这些“一鳞半爪”化石中所含的信息，我们对最早的有颌鱼类它们到底长什么模样，有多大，处于什么样的生态位，彼此之间的关系是怎么样等问题一无所知。我们甚至不能完全确定这些零散的棘刺鳞片是否属于有颌鱼类。有颌类早期演化链条上长期存在大量的“缺失环节”，也导致相关研究一直徘徊在“盲人摸象”的状态。

幸运的是从2008年开始 ，我们在云南曲靖志留纪晚期大约4.25亿年前的地层中找到了一系列保存状态极佳的有颌类化石，其中有最古老完整保存的硬骨鱼——梦幻鬼鱼、全颌盾皮鱼、类麒麟鱼和全颌鱼等等。

但是，分子钟推断的有颌类起源时间是在不晚于4.5亿年前的奥陶纪晚期，也就是说，有颌类的早期演化仍然存在一段至少绵延2500万年巨大的空白。著名古脊椎动物学家罗默将其称为“古生物学史上一个顽固存在的重大空白”，化石记录的缺失使得有颌类的起源与崛起，这个脊椎动物演化史上最关键的跃升之一，依然笼罩在重重迷雾之中。

我们团队经过近十年的工作积累，踏遍我国志留纪地层可能含鱼的二百多个地点，终于在华南志留纪早期地层中找到“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”，发现大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石，填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白。

重庆特异埋藏化石库在重庆秀山发现，时代为志留纪兰多维列世特列奇期，距今约4.36亿年，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。这也是继澄江生物群，热河生物群之后，又一个在我国发现的，能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。化石库中发现的古鱼化石不仅数量众多，种类齐全，而且保存十分完整精美，我们得以一窥志留纪初期脊椎动物，特别是有颌类的全貌。

在重庆生物群中发现的最古老盾皮鱼类——奇迹秀山鱼，它的个体非常小，形态学特征介于无颌的甲胄鱼和更进步的硬骨鱼和软骨鱼之间，我们团队使用高精度CT扫描，扫描电镜元素分析全光位图像在内的多种手段开展细致研究和反复探索，获得早期有颌类解剖学重要信息。秀山鱼在时代上大大靠近有颌类的起源时间点，糅合了多个“盾皮鱼”大类的特征，它与其它盾皮鱼类共享的特征很可能是有颌类的原始特征。

在重庆生物群发现之前，我国不仅没有发现过关联保存的志留纪软骨鱼类，而且泥盆纪及之后软骨鱼类身体化石也非常罕见。沈氏棘鱼是世界上目前发现的最早的关联保存的软骨鱼类大化石，使得来自中国的化石成为揭示软骨鱼类起源的决定性证据。它拥有盾皮鱼类才有的连续包裹着整个肩带和背部的大块骨板，过去从未在任何软骨鱼类或硬骨鱼类中发现过，这个发现意味着，看似柔韧灵活的鲨鱼、鳐鱼等软骨鱼类，有着“披盔戴甲”的直系祖先。

在重庆生物群中还发现了保存精美的无颌的盔甲鱼类——灵动土家鱼，土家鱼身体的腹面完整地暴露出来，呈现一对纵贯全身的腹侧鳍褶，这一发现为脊椎动物成对附肢起源的“鳍褶理论”提供了关键化石证据。

在此之前，古生物学家为了这个假说争论了近百年，我们根据土家鱼三维模型的计算机水动力分析，从功能机制上解释了偶鳍的鳍褶起源学说。鳍褶的出现使得古鱼在水流中产生升力，抵消自身重力，实现水底巡游。

这次发现的另一个化石库是“贵州石阡化石库”，距今约4.39亿年，含有数量多、保存好的鱼类微体化石。在贵州石阡志留系中我们采回了近4吨重的岩石样品，通过实验室处理获得了大批鱼类的微体化石，这些化石保存了关键的组织学信息，其中包括23枚不到3毫米长的齿旋化石，我们把这个齿旋的主人命名为黔齿鱼，因为它代表了全球最古老的牙齿化石。黔齿鱼的发现将牙齿最早化石记录前推了1400万年，揭示了最早有颌类牙齿的生长结构和发育特征。

在石阡化石库发现的另一种鱼类叫做梵净山鱼，部分关联的棘刺鳞片标本显示，早在志留纪早期，原始软骨鱼类已经演化出典型的栅棘鱼形态，同时具有硬骨鱼类的组织学特征。梵净山鱼的发现为有颌类在志留纪早期就开始了辐射演化提供了强有力的支持，使得有关奥陶纪、志留纪鱼类鳞片和棘刺化石分类位置的争论有了明确的解答。

这一系列最新成果显示，最迟在4.4亿年前，有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣，到志留纪晚期更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球，开启了鱼类登陆并最终演化成为人类的进程。

重庆生物群和石阡化石库的发掘和研究工作目前仍在进行之中。华南志留纪有颌类的大量发现，在为一些长期悬而未决的演化生物学问题给出漂亮的“中国答案”的同时，也提出了更多的问题，譬如说有颌类早期辐射的驱动因素是什么？为什么发生在华南？奥陶纪末生物大灭绝事件对有颌类最早期演化有什么影响？

我们发现了志留纪早期重庆特异埋藏化石库，这是世界级的自然遗产，因此对于探究有颌脊椎动物的“崛起”，我们肩负着国家使命。在生物演化本身方面，应用日新月异的成像技术进一步发掘新老化石材料蕴含的解剖学信息，并进一步完善现有的有颌类系统演化框架，并加深对有颌类重要器官和身体构型演化的认识，使用大数据和数理统计模型对各主要生物类群在这一时期的宏演化型式及相互间演替关系展开研究，有可能揭示环境因素之外，生物间相互作用对各主要类群兴起与灭绝的影响。

在地质背景方面，对特异埋藏化石库开展埋藏学和沉积学研究，将解开华南独一无二发现大量志留纪完整有颌类化石之谜，只有读懂过去，才能了解现在，并且探索未来。现在的古生物学已经不再局限于研究亿万年前的化石本身，我们通过化石实证，通过多学科交叉，大数据挖掘整合跟随技术新发展，对过去的生命世界进行模拟和重建，并在此基础上提出新的理论。

古今结合，将现代生物多样性危机放进地质历史的框架中分析，是人类认识当今地球生物和环境协同演变规律的重要途径。通过知识储集、数据发掘、以大数据驱动获得重大科学发现已成为学科发展的一个重要趋势。在地球大数据科学工程支持下，我们还构建了古脊椎动物大数据库—深骨平台，依托深骨平台，我们可以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数据支持。

从2007年起，我们一直在推动工业CT在古生物研究中的应用。2010年，我们和高能物理所自动化所团队联合研发了国内首台专门用于古生物研究的高精度CT装置，为传统古生物学研究打开了一个崭新的局面。2015年，我们根据平板化石的特点研发又出了平板CT，断层扫描技术的发展为探讨演化生物学重大科学问题。如早期生命演化、动物起源、早期脊椎动物演化、哺乳动物起源和鸟类起源等等提供了关键支撑。从2017年起，我们团队的年轻人还自主研发了专门针对古生物CT数据的三维可视化软件，这些软件同样可以应用到现生生物的CT数据重建和渲染当中。有了三维模型我们可以做更多的拓展研究，比如三维复原动力学模拟、有限元分析等等。

远古生物和现生生物共同构成了生命之树，它们是一个生命共同体，古今结合是演化生物学研究的必然趋势。2021年我们以古生物学家的身份参加了分子生物学家的工作，对数种原始硬骨鱼类，包括肺鱼、多鳍鱼基因组进行大规模测序，证明鱼类在登陆前，身体结构已经为陆地生活做好了多种准备，而这些结构都在它们的基因组里留下了证据。

我们团队2011年的一项成果也体现了古生物学和发育生物学的交叉，Nature 封面标题称“一条无颌的鱼，却是专门为颌而设计”，日本发育生物学家Kuratani团队2002年在Science 上撰文提出了颌起源的“异位发育理论”，这一理论模型是否成立只能通过发现过渡类型的无颌类化石来验证。我们发现了一种叫做曙鱼的无颌鱼类，具有分离的鼻囊和垂体，为解开颌起源之谜提供了关键的化石证据。后来发育生物学家也结合我们的发现，修订了颌的发育模型，被称为“鼻子引领的演化”。

随着生命科学和地球系统科学的迅猛发展，学界与公众更加关注“人之由来”，各种生物之间，生物与环境之间的相互关系。古生物学这门古老学科进入了纵深发展的新时代，不断涌现振奋人心的研究进展与新发现，“生命之树”正逐步被完善。

展望未来，古生物学与地球科学、生命科学其他学科的结合将更加紧密，数据的快速积累将推动古生物学取得更多的理论创新。

谢谢大家。