我們的下巴從何而來?這個問題細思起來并不簡單,因為每個人的下巴都不一樣,在最新的一項報道中,來自中國和瑞典古生物學家將下巴的來源追溯到了滅絕的魚類下頜上,這掃除了科學界在脊椎動物頜演化認識上一個大的盲區。
這一研究成果公布在10月21日的Science雜志上,文章的通訊作者是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所朱敏研究員,和瑞典烏普薩拉大學Per E. Ahlberg。朱敏研究員是脊椎動物演化與人類起源重點實驗室主任,主要從事早期脊椎動物起源、演化及相關生物地層學、古動物地理學研究。
下巴是一個標志性的特征,不僅我們人類有,而且所有的有頜脊椎動物都有,這也就是為何斯皮爾伯格要用“Jaws”作為他著名電影大白鯊的標題。
人類的頜骨可以比較清楚地一直追溯到我們的原始硬骨魚祖先中。三對主要的頜骨,包括前上頜骨(在人類中僅存孑遺)、上頜骨和齒骨位于口的邊緣,與面部其他骨骼緊鄰。在原始的硬骨魚中,這些邊緣頜骨內側還有犁骨、翼骨、冠狀骨等一系列頜骨,它們曾經具有咬合功能,但經過長期演化在人類中已經消失或退入鼻咽腔內。我們將硬骨魚類這種較復雜的,由許多骨片組成的頜骨稱為“全頜狀態”。
2013年,朱敏研究組在Nature雜志上發文,報道了他們在中國云南省古老的志留紀地層中發現的一條保存完好的古魚,他們將其命名為初始全頜魚(Entelognathus primordialis)。這是全頜盾皮魚類的第一個成員初始全頜魚,而且由于其介于這兩大類群之間的“缺失環節”,它在古生物學上的重要意義,類似于始祖鳥、游走鯨和南方古猿等耳熟能詳的“過渡化石”。
那么,全頜狀態又是如何演化而來的呢?
由于過去沒有在硬骨魚類以外的大類群中發現過這種模式的頜骨,這個問題一直沒有確切答案。軟骨魚類的頜骨全部由軟骨構成,沒有任何膜質骨的加強;而像鄧氏魚那樣的典型盾皮魚類頜骨,稱為“原頜狀態”,雖然已經有膜質骨來源的前上腭片、后上腭片和下腭片三對骨板,但它們都位于口腔內側,與面部其他骨骼并不相接。
初始全頜魚已經確定無疑地證明,從盾皮魚類的一支演化出了硬骨魚類。那么,盾皮魚的三對頜部骨板與硬骨魚的頜骨是否也有演化上的聯系呢?按位置看,這三對骨板應該相當于硬骨魚類的內側頜骨,但后者的數量遠遠不止三對。所以之前提出的全頜起源理論認為,盾皮魚類的三對內側頜部骨骼在盾皮魚到硬骨魚的演化過程中丟失了,全頜狀態中所有的頜骨,包括外側和內側系列,都是重新演化而來的。
顯然,這一理論需要頜骨發生很大的改變和重組,而在多數情況下,演化更趨于修修補補式的保守漸進。相比之下,第二種可能的理論就更直截了當:盾皮魚類的三對內側頜部骨骼向外移動,變成了全頜狀態中的外側三對邊緣頜骨,硬骨魚只是新演化出了內側系列的頜骨。
全頜魚已經演化出一套近乎完整的硬骨魚模式全頜狀態頜骨,而與其他盾皮魚類的頜骨完全不同,這就留下了一處明顯的演化缺環。要在上述理論中作出選擇,回答全頜狀態從何而來的問題,還需要一副比全頜魚更原始的頜。
在這篇文章中,朱敏研究組對麒麟魚的化石進行了高精度CT掃描,并仔細地將一塊塊骨骼在計算機中重建為三維模型。經過反復對比研究他們發現,麒麟魚和全頜魚一樣,已經具有上頜骨與前上頜骨組成的上頜。但是,麒麟魚還沒有演化出全頜魚和硬骨魚都有的、包覆著下頜底部的一系列骨片,它的下頜只有一塊簡單的下頜骨,這塊下頜骨還保存著明顯卷入口內的部分,而不像全頜魚與后來的硬骨魚一樣,口內部分只剩下一條窄的咬合面。麒麟魚的頜骨形態確實處于全頜魚和其他更原始盾皮魚類之間的狀態,它有一副“不完全的全頜”。
這副“不完全的全頜” 展現了頜早期演化的一個中間狀態:麒麟魚的頜已經告別盾皮魚類的原始模式,進入新的演化階段,膜質骨片開始向口外延伸,包覆并加固頜部,但還未達到全頜魚的完善程度。這進一步揭示了全頜模式的演化歷程,支持了上述第二種關于全頜模式如何演化的理論,建立起硬骨魚類的上頜骨、前上頜骨和齒骨與盾皮魚類的三對頜部骨板的同源關系。人類的頜骨不僅能追溯到硬骨魚類和全頜魚,更可以追溯到我們更古老的遠祖——原頜盾皮魚類中。