出品：科普中國

作者：山顯任 蓋志琨（中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所）

前段時間，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所又又又有了新的發(fā)現(xiàn)。這一次，古生物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了真盔甲魚類的一個新種——九江江夏魚（Jiangxialepis jiujiangensis）。我們將用這篇文章帶你深入探訪古生物學(xué)家的日常，了解找到這個新物種背后的故事，如果你是剛剛高考完的同學(xué)，這或許就是一份古生物學(xué)的“學(xué)習指南”。

(資料圖片)

“裂吻”，裂開才有用的那種

這次發(fā)現(xiàn)的“九江江夏魚”是一種什么魚呢？在系統(tǒng)分類上，它們屬于盔甲魚亞綱真盔甲魚目曙魚科江夏魚屬，典型特征是中背孔前端向前延伸至頭甲吻緣并使吻緣裂開，即“裂吻”。

擁有裂吻的盔甲魚類——西坑裂吻魚

（圖片來源：郭肖聰繪）

“裂吻”聽起來像是不那么健康的樣子，但對盔甲魚類來說，有“裂吻”或許是件好事。中背孔是盔甲魚類的鼻孔，盔甲魚類的鼻孔與口腔直接相通，水流經(jīng)鼻孔進入口腔繼而進入鰓，進行氣體交換。因此，中背孔是盔甲魚類重要的呼吸器官。

絕大多數(shù)盔甲魚類的中背孔向頭甲背側(cè)開口，只能吸入來自頭甲上方的水流，而“裂吻”使得盔甲魚類的中背孔增加了一個向前和向下的開口，這樣的話，在游泳的過程中，中背孔能夠同時接受來自頭甲上方、前方和下方三個方向的水流。因此，科學(xué)家推測，“裂吻”能夠大大提高盔甲魚呼吸時的進水效率。

形態(tài)各異的盔甲魚中背孔

（圖片來源：楊定華繪）

在盔甲魚類中，“裂吻”這一特征是九江江夏魚首先演化出來的?？茖W(xué)家們曾經(jīng)在另一種盔甲魚類——西坑裂吻魚的化石中也發(fā)現(xiàn)過“裂吻”這一特征，但這種盔甲魚是在九江江夏魚出現(xiàn)“裂吻”的300萬年之后才出現(xiàn)這一特征的。

那這兩種盔甲魚之間有什么關(guān)系呢？九江江夏魚是西坑裂吻魚的“老祖宗”嗎？答案是：它們之間沒關(guān)系。江夏魚與裂吻魚屬于完全不同的兩個演化支系，前者屬于曙魚科，代表了最原始的真盔甲魚目支系；后者則屬于中華盔甲魚科，代表了更加進步的真盔甲魚目支系。雖然都是屬于真盔甲魚目，但江夏魚和裂吻魚是由兩個不同的魚類祖先分別演化而來，二者之間并不是世代繼承的關(guān)系。

這種兩個不同支系的生物因生活在相似的環(huán)境中而演化出相同性狀的現(xiàn)象，叫作平行演化?！傲盐恰边@一特征既存在于曙魚科，又存在于中華盔甲魚科，表明“裂吻”在真盔甲魚目中至少獨立起源了兩次。

除了“裂吻”之外，江夏魚還平行演化出此前科學(xué)家們認為僅存在于多鰓魚目和華南魚目的特征，如頭甲后部發(fā)育出中背棘和中背脊。中背棘和中背脊在功能上類似飛機的垂直尾翼，能使盔甲魚類在游泳的時候保持平衡，防止身體的傾斜。

這一系列特征的出現(xiàn)，表明真盔甲魚目在演化初期就已經(jīng)做出了與進水效率、保持平衡等有關(guān)的多種演化嘗試，呈現(xiàn)出較高的形態(tài)多樣性。

九江江夏魚（Jiangxialepis jiujiangensis）化石照片

（圖片來源：蓋志琨攝）

找到九江江夏魚不僅豐富了我們對于志留紀早期真盔甲魚類物種多樣性的認識，也這對深入理解志留紀早期盔甲魚類的輻射演化及生物古地理具有十分重要的意義。

古生物學(xué)家們是怎么“做推理題”的？

做古生物研究，常常就像“做推理題”。這次發(fā)現(xiàn)的九江江夏魚化石，又給古生物學(xué)家們出了幾道難題，不過科學(xué)家們都是從蛛絲馬跡中找到答案的高手，這次也不例外，他們這次發(fā)現(xiàn)了九江江夏魚的遷徙路線。怎么發(fā)現(xiàn)的？看看下面的推理過程吧。

九江江夏魚屬于盔甲魚類，我們就從盔甲魚類的生活環(huán)境和遷徙路線開始推理，再來進一步了解九江江夏魚。

要想知道盔甲魚類的生活環(huán)境，古生物學(xué)家們總結(jié)了兩步法。

第一步：觀察一下化石本身的生態(tài)特征。

盔甲魚類的頭甲均強烈扁平化，口位于腹側(cè)、眼睛和鼻孔均位于背側(cè)。**科學(xué)家會根據(jù)眼睛位于頭甲背側(cè)，推測出它們營底棲生活，**這是因為背側(cè)的眼睛僅能夠接收來自頭甲上方的視野，頭甲下方便成了魚類的視野盲區(qū)，因此只有營底棲生活才能使它們更快地發(fā)現(xiàn)捕食者，從而逃避敵害。

同時，**盔甲魚類屬于無頜類，**它們沒有演化出能夠咬合的頜，也就是“下巴”，因此只能靠濾食為生，位于頭甲腹側(cè)的嘴巴指示盔甲魚類主要過濾底層水或底泥中的藻類或有機質(zhì)。通過這些生態(tài)特征，能夠推理出它們是一類營底棲濾食性生活的無頜類。

另外，它們披有厚重的外骨骼，缺少成對的偶鰭。然而，體形輕盈和擁有成對偶鰭對魚類來說非常重要，因為胸鰭和腹鰭相當于脊椎動物的前肢和后肢，主要的功能是使魚體前進、保持平衡、控制方向或行進中及時“剎車”。還沒有演化出偶鰭的盔甲魚類本身就不善游泳，再加上外骨骼頭甲這個“累贅”，因此，盔甲魚類的游泳能力不強。

九江江夏魚（上）和后棘江夏魚（下）

（圖片來源：史愛娟繪）

底棲為主的生活方式和較弱的運動能力使得盔甲魚類擴散遷移的能力有限，推測盔甲魚類生活在古陸邊緣的淺海環(huán)境。

淺海接受了大量經(jīng)由河流等外動力搬運來的沉積物質(zhì)和海蝕作用剝蝕下來的物質(zhì)，沉積物來源十分豐富，有機質(zhì)含量也遠遠高于平靜的深海。加上淺海帶陽光充足，氧氣充分，非常適合盔甲魚類這樣的底棲濾食者生活。其實，在現(xiàn)代海洋當中，絕大多數(shù)的底棲生物也都在淺海帶大量繁殖，其種類和數(shù)量遠遠超過其余各帶。

另外，科學(xué)家推測，盔甲魚類只能沿著古海岸線進行遷移，而無法完成跨大洋的擴散。

這是因為跨大洋遷移是一項艱難的任務(wù)，魚類需要滿足多種條件才能完成這一壯舉。比如它們需要有足夠強的游泳能力，以便在漫長的遷徙中保持體力和速度，還需要有充足的食物來源供給，以應(yīng)對長時間的遷移和食物缺乏的挑戰(zhàn)。

顯然，對于“笨重”又以“吃土”為生的盔甲魚類，跨大洋遷移不太可能?，F(xiàn)實條件只允許它們待在自己的“舒適區(qū)”，沿著古陸邊緣的淺海環(huán)境進行擴散。

第一步觀察結(jié)束，就該第二步，看古地理分布了。從特列奇早期盔甲魚類的古地理分布來看，可以發(fā)現(xiàn)它們的古地理分布明顯受到海洋環(huán)境的制約，基本只分布在古陸的邊緣。

古地理研究表明，4.38億年前的志留紀早期，以我國長江流域為主的華南板塊曾是一片廣闊的海洋，被稱為揚子海。該海域又被進一步分為上、下?lián)P子海，兩者之間存在一片狹長的淺海海域——九江海峽。湖北武漢和江西武寧兩地隔九江海峽跨海相望，最近處直線距離相距不足200公里。

華南地區(qū)志留紀蘭多維列世特列奇期早期古地理圖和盔甲魚類化石產(chǎn)地

（圖片來源：山顯任修改自修改自陳旭、戎嘉余, 1996; 戎嘉余等, 2012;）

江西武寧志留紀下紅層清水組的溫塘化石組合，古魚類物種多樣性最高，幾乎涵蓋了其他地區(qū)該組合的所有屬種，這個現(xiàn)象又可以推測出，江西武寧地區(qū)可能是盔甲魚類輻射和擴散的中心之一。

這次發(fā)現(xiàn)的江夏魚屬，在湖北武漢和江西武寧兩地同時發(fā)現(xiàn)，說明在志留紀早期，盔甲魚類可能通過上、下?lián)P子海之間的九江海峽完成跨揚子海的南北遷徙，從而使盔甲魚類能夠沿著揚子海北緣向東、西分別擴散至安徽巢湖和湖北京山。

怎么樣，這個推理有意思嗎？

失散了4.38億年的江夏魚兩兄弟

古生物學(xué)家們?yōu)槭裁匆凇按蟠蟮耐炼选崩锩妗巴谘酵谘酵凇保空諊@著化石展開工作會不會很無聊？如果你把古生物研究想成一趟替已滅絕生物進行的尋親之旅，這種研究就變得很有意思了。

就以九江江夏魚為例，其實能找到它，過程十分曲折。

在九江江夏魚發(fā)現(xiàn)之前，它的“兄弟”后棘江夏魚就已經(jīng)在湖北武漢地區(qū)被發(fā)現(xiàn)了，武漢地區(qū)位于揚子海的北緣，而盔甲魚一直以來被認為僅僅沿著揚子海的南緣擴散。這說明揚子海南北緣之間一定發(fā)生過盔甲魚類交流擴散事件，于是科學(xué)家把目光放在了江西九江地區(qū)，在4.4億年前的志留紀早期，那里是距離武漢最近的淺海區(qū)域，一定能找到江夏魚的其他線索。

江西九江地區(qū)是中國志留紀早期脊椎動物一個非常重要的化石產(chǎn)地，早在上世紀80年代，我國著名古魚類學(xué)家潘江先生就在九江的修水縣太陽升鎮(zhèn)一帶開展野外調(diào)查，并首次發(fā)現(xiàn)了中華盔甲魚、裂吻魚和修水魚等無頜類化石。

2003年，當時還在中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所讀研究生的蓋志琨研究員，在朱敏院士的帶領(lǐng)下，也來到修水縣進行野外調(diào)查，并采獲了大量的盔甲魚類新材料。

但后來由于研究團隊把研究重點放在了浙江長興志留紀曙魚的研究上，江西九江盔甲魚類的研究就暫時被擱置了起來，這一擱置就是10年的時間。

2012年，蓋志琨研究員從英國學(xué)成歸來，重新啟動了對江西九江地區(qū)志留紀盔甲魚類的研究工作，重新踏上為盔甲魚類“尋親”的路途，連續(xù)幾年都要到九江的修水地區(qū)開展野外調(diào)查工作。2019年，研究團隊像往年一樣，又驅(qū)車前往九江開展野外調(diào)查，但因修水縣高速公路正在維修，研究團隊無奈只能從武寧縣的澧溪鎮(zhèn)出口提前下了高速。

然而正是這次改道而行，讓研究團隊在澧溪鎮(zhèn)的一處工地上，意外地發(fā)現(xiàn)了一個比修水地區(qū)更古老的古魚類動物化石群，該動物化石群位于秀山動物群之下，屬于志留紀下紅層清水組，代表了奧陶紀末生物大滅絕之后，全球脊椎動物的最早的復(fù)蘇與輻射演化。

研究團隊以此為契機，加大了對九江武寧地區(qū)的野外發(fā)掘力度，繼2022年在江西武寧為浙江安吉的網(wǎng)狀安吉魚找到親兄弟以后，這次又在同一地點，為湖北武漢的后棘江夏魚找到了親兄弟，而且兩者的直線距離不到200公里。

結(jié)語

揭秘九江江夏魚的生活是一個有趣的推理過程，發(fā)現(xiàn)這一物種本身也充滿了戲劇色彩，但這并不意味著古生物學(xué)家們只有靠猜想和運氣就能完成科學(xué)研究，日積月累的辛勤工作才是他們的常態(tài)。怎么樣？覺得古生物學(xué)家的工作有意思嗎？高考結(jié)束之后考不考慮報考一下古生物學(xué)？

注：

本文相關(guān)研究作為封面文章被發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《地質(zhì)學(xué)報（英文版）》上，論文標題為《江西志留紀特列奇早期的江夏魚屬新種及其生物地層學(xué)意義》，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的碩士研究生山顯任為論文第一作者，蓋志琨研究員為論文通訊作者。

（注：文中拉丁文部分應(yīng)為斜體。）

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