当前位置: 呼吸器 >> 呼吸器优势 >> 东方鱼生存的秘密武器拥有史上数目最多鳃囊
本文转自:曲靖日报
东方鱼待定种(Dongfangaspissp.)
■分类位置:盔甲鱼亚纲-多鳃鱼目-多鳃鱼科-东方鱼属
■化石产地:云南省楚雄彝族自治州东北部武定县
■层位与时代:海口组,中泥盆世艾菲尔期(约3.93亿年前)
■命名人与命名时间:刘玉海,年
近日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究团队报道了一块特别的盔甲鱼类化石,该化石仅保存了头甲左半侧的部分腹环,形似中国传统乐器琵琶的一部分。化石里类似琵琶中“品”的结构其实是盔甲鱼类的鳃囊,是一种呼吸器官,帮助它们获取水中的氧气。在这块标本中保留有至少37对鳃囊,据腹环长度和每个鳃囊宽度推算,它应该跟硕大东方鱼一样,拥有史上数目最多的鳃囊——45对。除此以外,该标本保存的部分显示其腹环宽而长,眶孔大而圆,至少具有3对侧横管,头甲纹饰为细小致密的粒状突起,这些特征尤其是鳃囊数目指示其应归属于东方鱼属。
这块化石标本的发现与发表,过程充满曲折。年,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所王俊卿先生在整理20世纪80年代从野外采集的标本时,发现一块异样的标本,标本上面布满了灰尘,极其难以辨认,用水刷洗后方认出是一件保存不完整,但特征明显的多鳃鱼类头甲的一部分。化石发现于云南省楚雄彝族自治州武定县县城附近的龙潭村和赵家庄一带的中泥盆统的海口组,保存在橙黄色石英砂岩上,其岩性与含东生沟鳞鱼、西冲鱼化石的岩层岩性完全一致。因此,此次研究的东方鱼标本,从野外采集到王俊卿先生重新发现它,已在地下标本库整整沉睡了30多年,而从重新发现到近日正式发表,又等待了近10年,可谓是千呼万唤始出来。
东方鱼属最初由刘玉海先生于年根据四川江油早泥盆世布拉格期平驿铺组发现的硕大东方鱼建立,以椭圆形的头甲、叶状内角、宽大的腹环、约具45对鳃囊、具8对末端分叉的侧横管等为主要鉴定特征。由于属型种硕大东方鱼的正型标本不完整,导致东方鱼属曾与其他多鳃鱼类混淆,如奇异东方鱼、云南东方鱼以及曲靖东方鱼都被错误地归到东方鱼属。前两者后来被认为是廖角山多鳃鱼的同物异名。而曲靖东方鱼在头甲形状、纹饰及少于20对鳃囊等特征上更接近曲靖宽甲鱼,故被归入宽甲鱼属,原本归入曲靖东方鱼的另一件标本,与正型标本在头甲形状、吻缘等特征上存在明显差异,因此当属宽甲鱼属的一新种,被定为曲靖宽甲鱼(相似种)。根据形态特征,此次发现的新标本被归入东方鱼属,然而由于其并没有保存鼻孔、眶孔等关键形态学信息,因此暂时没有命名新物种,而是把它看作东方鱼属的一个未定种,有待未来进一步研究。
盔甲鱼类自志留纪特列奇早期(约4.38亿年前)开始出现,在早泥盆世早期(约4.10至4.19亿年前)时达到繁盛期,在早泥盆世埃姆期(约3.95亿年前)走向没落,直至泥盆纪末期完全灭绝。在此期间,发生了多次海洋缺氧以及生物灭绝或更替事件,面对这些磨难,盔甲鱼类自有应对之法,比如,东方鱼鳃囊数目增加了7倍之多。
志留纪早期的盔甲鱼类的鳃囊数目较少,如真盔甲鱼类以及志留纪的大庸鱼、修水鱼、汉阳鱼、宽腹鱼,具有6对至7对鳃囊,跟现生鱼类的数目差不多,可能代表了盔甲鱼类的祖先状态。多鳃鱼类的“多鳃”(多于10对鳃囊)则始于早泥盆世洛赫考夫期的辐射演化,在此期间,盔甲鱼类的鳃囊数目少于20对,如多鳃鱼有12对,宽甲鱼有18对。在早泥盆世布拉格期,鳃囊的数目在一些类群中成倍扩增,如圆盘鱼有32对,昭通鱼有35对,以及有45对鳃囊的东方鱼,再一次刷新了我们对“多鳃”的认识,成为史上拥有鳃囊数目最多的盔甲鱼类。
以上情况表明,盔甲鱼类鳃囊数目的增加在志留纪-泥盆纪期间是一种演化趋势。法国古生物学家菲利普·让维埃认为盔甲鱼类鳃囊数目的成倍增长,可能是一种生存策略,用来补偿其头甲扁平造成的供氧不足,但是这种解释,并没有结合环境因素。早泥盆世时,中国当时的各个大陆均处于低纬度地区,其中华南的绝大部分则处于赤道附近的低纬度地带,这里阳光明媚,气候温暖,氧气充足,水体清澈。受到志留-泥盆系界线事件的影响,多鳃鱼类的多样性得以发展,表现为云南省曲靖市西山村组下部的多鳃鱼-宽甲鱼组合/西山村组合。陆地维管束植物在早泥盆世布拉格期也有了一次很大辐射演化,这种环境非常适合于各种鱼类的生存。然而,早泥盆世布拉格期时,多鳃鱼类的多样性突然下降,在早埃姆斯期生物事件后,盔甲鱼类的多样性也急剧降低。伴随着古特提斯洋打开,陆地维管束植物多样性增多,特提斯域的海平面持续上升,营养盐供应充足,在几个时间段内(如埃姆斯早期)形成了广泛分布的黑色页岩或富有机质沉积,从而消耗水体底层氧气,导致浅海缺氧。盔甲鱼类一直被认为生存在浅海或滨海环境,因此其鳃囊数目成倍增多,可能是对当时海洋缺氧环境的一种演化响应。但是即使是这样,绝大多数的盔甲鱼类也都在早埃姆斯期的生物事件中灭绝了,只有东方鱼拥有有史以来数目最多的鳃囊,延续生活到中泥盆世,这可能是它们在因缺氧造成的生物灭绝事件中幸存下来秘密所在。
东方鱼新标本的发现不仅是云南省中泥盆世盔甲鱼类化石的首次报道,也是迄今为止我国第二个中泥盆世盔甲鱼类的化石记录,并将东方鱼属的生存时代从早泥盆世布拉格期(大约4.1亿年前)扩展到中泥盆世艾菲尔期(大约3.9亿年前),向后延续了大约万年。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所对东方鱼新标本的研究成果,填补了多鳃鱼类在云南地区中泥盆世的地质空白,增加了我们对于盔甲鱼类在泥盆纪时辐射演化和扩散迁徙路线的认识。同时,该研究成果对探讨盔甲鱼类的鳃囊数目与早埃姆斯期海洋缺氧事件的协同演化也有重要意义。