4.39億年前的牙齒化石顛覆了人們長期以來對進化的看法

這些發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《自然》上。

(資料圖片僅供參考)

中國南部貴州省的一個偏遠地區(qū)獲得了宏偉的化石發(fā)現(xiàn)--包括被鑒定為屬于古志留紀（約4.45億至4.2億年前）原始下顎脊椎動物的一個新物種（Qianodus duplicis）的單體牙齒。Qianodus以今天貴州的古稱命名，擁有不尋常的螺旋狀牙齒元件并攜帶幾代牙齒從而在動物的整個生命過程中被插入。

在該地點發(fā)現(xiàn)的最稀有的化石之一最終是Qianodus的牙齒螺旋。由于它們的尺寸很小，很少超過2.5毫米，因此必須用可見光和X射線輻射在放大鏡下研究它們。

這些螺旋的一個明顯特征是，它們包含一對牙排，鑲嵌在螺旋底部的一個凸起的中間區(qū)域。這些原生齒在接近內(nèi)螺旋時表現(xiàn)出尺寸的逐漸增長。兩排初級牙齒之間的明顯偏移則是區(qū)別黔東南州跟其他脊椎動物的螺旋的原因。雖然以前沒有在化石物種的牙齒螺旋中發(fā)現(xiàn)，但在一些現(xiàn)代鯊魚的牙齒中也存在類似的附近齒列的排列。

這一發(fā)現(xiàn)表明，所謂的“魚類時代"（4.2億至4.6億年前）”的有頜脊椎動物群在約2000萬年前就已經(jīng)建立了。

曲靖師范大學的Li Qiang說道：“Qianodus為我們提供了關于牙齒以及延伸到顎部的第一個有形證據(jù)，這些證據(jù)來自脊椎動物進化的這個關鍵的早期時期。”

跟現(xiàn)代鯊魚不斷脫落的牙齒不同的是，研究人員認為，Qianodus的齒輪被保存在口中并且還會隨著動物的成長而增大。這種解釋顯示了替代牙齒的逐漸增大和齒輪基部的擴大以作為對發(fā)育過程中頜骨大小持續(xù)增加的反應。

對于研究人員來說，重建螺旋生長的關鍵是兩個處于早期形成階段的標本，通過它們明顯較小的尺寸和較少的牙齒很容易識別。與數(shù)量更多的成熟輪齒進行比較，使古生物學家對早期脊椎動物牙齒的發(fā)育機制有了罕見的了解。這些觀察結果表明，初級牙齒是最先形成的，而側輪（附屬）螺旋牙齒的增加則發(fā)生在發(fā)育的后期。

該研究的論文第一作者Plamen Andreev說道：“盡管有其特殊性，但事實上，在許多已滅絕的軟骨魚和骨魚系中都有齒輪的報道。一些早期軟骨魚類甚至完全由間隔較近的輪狀體構成它們的牙齒。”

研究人員稱，這也是Qianodus所面臨的情況。他們在用同步輻射檢查了這個新物種的小（1-2毫米長）螺旋后得出了這個結論--同步輻射是一種使用粒子加速器的高能量X射線的CT掃描過程。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的Zhu Min教授說道：“我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，螺旋的齒列有明顯的左右偏移，這表明在對立的頜骨上的位置。”

這些觀察結果得到了系統(tǒng)發(fā)育樹的支持，該系統(tǒng)發(fā)育樹將Qianodus確定為跟具有螺旋牙齒的已滅絕軟骨動物群的近親。

Zhu教授表示：“我們修訂的有頜脊椎動物主要類群的起源時間表跟它們最初的多樣化發(fā)生在早志留紀的觀點一致。”

Qianodus的發(fā)現(xiàn)為有齒脊椎動物和類似鯊魚的牙齒模式的存在提供了切實的證據(jù)，這比以前認為的早了幾千萬年。研究中提出的系統(tǒng)發(fā)育分析將Qianodus確定為原始軟骨魚類，這意味著有頜魚類在下志留紀已經(jīng)相當多樣化并且在無頜脊椎動物的祖系骨骼礦化進化后不久就出現(xiàn)了。

來自伯明翰大學的這項研究的論文共同作者Ivan Sansom說道：“這使得人們對目前脊椎動物關鍵創(chuàng)新的出現(xiàn)的進化模型產(chǎn)生了疑問，如牙齒、下顎和成對的附屬物。”