长“胳膊”的鱼
故事依然要从提克塔利克鱼说起。2004年,美国芝加哥大学的尼尔·舒宾(Neil Shubin)和同事在加拿大北极圈内发现了一种独特的鱼类化石,这就是罗氏提克塔利克鱼(Tiktaalik roseae,简称为提克塔利克鱼)。 作为一种生活在约3.8亿年前的泥盆纪的鱼类,它却呈现出了非常接近四足动物的形态。提克塔利克鱼的胸鳍比当时已知的任何化石鱼类都更加先进,它既有发达的长骨支撑“手臂”,还演化出了灵活的腕关节。提克塔利克鱼的头骨也非常独特,拥有长而扁平的吻部和类似四足动物的脑颅。 2006年,这项研究发表在《自然》杂志上,引发了极大的轰动。从此之后,提克塔利克鱼几乎成了“从鱼到螈”的代名词,以至于当人们试图追溯当下面临的全球问题的“根源”时,一下子就选择了它。 图片来源:《环球科学》2021年6月刊;绘图: 楚步澜(Brian Choo);制图:埃米莉· S · 达姆斯特拉(Emily S. Damstra)
事实上,提克塔利克鱼并不是舒宾那次北极圈之行的唯一收获,就在发现提克塔利克鱼化石的前几天,舒宾和同事在大约1500米之外,曾发现过其他一些散落在岩石中的化石。
“在岩石表面,我们可以看到下颌的碎片,长约5厘米,长有尖牙。另外还有一些斑驳的白色的鳞片。”现任宾夕法尼亚州立大学副教授的托马斯·斯图尔特(Thomas Stewart)回忆道,他曾在舒宾的实验室工作,参与处理了这批野外考察采集的化石。
研究团队收集了好几块这样的标本,但回到实验室后,团队的注意力都放在了提克塔利克鱼身上,这些标本都放在了仓库深处,等待着进一步检查。
斯图尔特正在检查化石标本(图片来源:Tom Stewart)
遗世之珠
2020年,在斯图尔特和同事的努力下,这批化石重见天日”。仅仅从外面的鳞片和下颌看来,这显然是一种生活在水下,并且具有强大捕食能力的生物——或许就是某种和提克塔利克鱼一样的四足形类动物。这引发了研究者看看岩石内部藏着的化石的想法。
他们使用了最近古生物领域的“流行”技术——显微CT扫描。这种方法利用X射线穿透岩石内部,可以将密度不同的化石和岩石区分开来,从而在不破坏岩石的情况下,重现岩石内埋藏的化石。
CT图像显示,这些岩石中包括了一条鱼几乎完整的胸鳍和上肢,尤其是保存了一根独特的肱骨(对应着我们上臂的骨骼)。起初,研究者以为这是一条幼年的提克塔利克鱼,因为它体型更小,大部分骨骼的差异也可以用“还没有发育”来解释。但这条鱼的肱骨一下子将它和提克塔利克鱼区别了开来。
“早期的四足形类动物,比如提克塔利克,它的肱骨下侧有一个突出的脊,一处很有辨识度的隆起——肌肉就附着在这里。就是这些骨骼特征告诉我们,这些四足动物的祖先在上岸前就拥有了有力的鳍,或者也可以说手臂。”斯图尔特介绍道。它们生活在湖泊和溪流的底部,用鳍(或手臂)支撑自己,最早的那些生活在水底,后来者逐渐走上了陆地。
奇基克塔尼鱼(图片中央)和比它大一圈的提克塔利克鱼(图片来源:Alex Boersma)
退堂鼓一级选手
在最近发表于《自然》的一篇论文中,斯图尔特和同事正式介绍了这具新的化石。它被命名“奇基克塔尼鱼”(Qikiqtania wakei),属名来自因纽特语的Qikiqtaaluk,这是化石遗址所在地的名字。种名wakei则是为了纪念已故的演化生物学家戴维·韦克(David Wake)。
奇基克塔尼鱼的鳍和我们所见过的任何鱼类或四足动物都不一样。与那些从未上过岸的鱼类比起来,奇基克塔尼鱼的鳍呈现出了完全不同的模式:它已经长出了发达的肱骨(对应我们上臂的骨骼)、桡骨和尺骨(对应我们下臂的两根骨骼),这说明它们似乎已经经历了由鳍向四肢的演化过程,做好了登陆的准备。 可是与正在努力上岸的四足形类动物比起来,奇基克塔尼鱼的鳍明显缺乏力量:与提克塔利克鱼比起来,它的肱骨变得更薄,形状像个回旋镖,也缺少肌肉能够附着的部位。这样薄弱的鳍很可能无法将它们的身体支撑起来,只能用来游泳。系统发育分析似乎也给出了类似的答案:在谱系树上,奇基克塔尼鱼与提克塔利克鱼的亲缘关系更近,属于四足形类动物。