泥盆纪七鳃鳗孵化至成虫生长系列为脊椎动物起源提供了新的线索

来自加拿大、美国和南非的古生物学家们出土了四种生活在古生代的七鳃鳗幼虫和幼年形态的化石遗迹,其中包括一种从孵化到成虫的七鳃鳗属鱼类Priscomyzon来自冈瓦纳晚泥盆世这一发现颠覆了人们长期以来的观点,即现代七鳃鳗可能告诉我们有关脊椎动物起源的信息。

南非滑铁卢农场的晚泥盆世河口湖的重建记录了一种叫做Priscomyzon riniensis的古代七鳃鳗的生活史。代表不同个体发育阶段的3个个体在粗大轮藻草甸中栖身。从右顺时针:一个携带蛋黄囊的幼仔塞在轮藻中;一只幼鱼附着在前景的基质上,一只成年鱼隐现在其他个体面前,展示它的摄食器官。背景中,一群腔棘鱼正游过。图片来源:Kristen Tietjen。

南非滑铁卢农场对晚泥盆世河口湖的重建捕捉到了一种叫做Priscomyzon riniensis。代表不同个体发育阶段的3个个体在轮藻草甸中栖身Octochara菌。从右顺时针:一个携带蛋黄囊的幼仔塞在轮藻中;一只幼鱼附着在前景的基质上,一只成年鱼隐现在其他个体面前,展示它的摄食器官。背景是一群腔棘鱼Serenichthys kowiensis游泳。图片来源:Kristen Tietjen。

七鳃鳗是一种极其原始的无颚鱼类。它们生活在除非洲以外的全球温带地区,主要生活在沿海和淡水地区,尽管有些物种在公海上迁徙了相当长的距离。

它们用嘴周围的吸盘咬住其他鱼,用牙齿围成一圈牢牢抓住猎物,然后用特殊的牙齿在舌头上咬出一个洞,然后喝下猎物的血。

直到现在,人们普遍认为现代七鳃鳗是游动的时间胶囊,可以为研究一个真正古老血统的生物学和基因组提供独特的见解。raybetapp下载

这个信念是由发现Priscomyzon riniensis这种七鳃鳗于3.6亿年前生活在现在的南非。

这一发现在全世界都引起了轰动,因为它是迄今为止发现的最古老的七鳃鳗,但它似乎基本上与现代成年七鳃鳗几乎完全相同。

在很多方面,现代七鳃鳗确实为了解它们古老的祖先提供了独特的视角。但新的证据表明,在幼年幼虫阶段,情况并非如此。

奥尔巴尼博物馆(Albany Museum)的古生物学家、罗德大学(Rhodes University)地质学系的罗布·盖斯(Rob Gess)博士说,“七鳃鳗和现代八目鳗是唯一在世的、在有颌骨之前从脊椎动物谱系中分支出来的无颚鱼类。”

“这让试图了解脊椎动物历史最早阶段的研究人员非常感兴趣。”

被称为ammocoetes的现代七鳃鳗的盲的、滤食的、蠕虫状的幼虫在河床中挖洞,过滤水中微小的食物颗粒,然后慢慢地转变成自由游动、有眼睛、积极进食的成虫。

至关重要的是,这种奇怪的生活史被认为与5亿年前的变化相呼应,这种变化产生了所有的鱼类血统,包括最终进化成人类的那一种。

因此,脊椎动物的最后一个无脊椎祖先通常被描绘成类似于ammocote的动物,而最早的脊椎动物则被描绘成类似于七鳃鳗的动物。

但要使这成为一个合理的模型,无论是ammocoetes还是lampreys都需要追溯到脊椎动物历史的初期。

蜈蚣草的生长系列无ammocoete期,个体发生顺序相反:(a, b)成虫期;(c) Priscomyzon部分环口进食器的示意图重建,从口漏斗中心的斜腹视图显示两个瓣状板和尖;(d, e)幼年期;这一阶段的特征是发育良好的口漏斗和鳃区;(f-k)幼虫后期;这一阶段在吻长和鳃扩张方面处于中间阶段;(l-o)幼虫早期;幼虫细长,与身体的其他部分相比,鳃区较小;(p, q)孵化阶段; this 14-mm-long specimen is characterized by an abdominal bulge and has an elongate snout and small branchial region; prominent eyes and a circumoral feeding apparatus are already present in this individual as in later ontogenetic stages; (r, s) early ontogenetic phases of the modern lamprey Petromyzon marinus; unlike in the stem lamprey, larvae of modern lampreys have an oral hood, primordial eye spots, and elongate branchial baskets. Scale bars - 2 mm. Image credit: Miyashita et al., doi: 10.1038/s41586-021-03305-9.

一系列的增长Priscomyzon riniensis;无ammocoete期,个体发生顺序相反:(a, b)成虫期;(c)部分环口喂食器的示意图重建Priscomyzon,从口漏斗中心斜向腹视图显示两个瓣状板和尖;(d, e)幼年期;这一阶段的特征是发育良好的口漏斗和鳃区;(f-k)幼虫后期;这一阶段在吻长和鳃扩张方面处于中间阶段;(l-o)幼虫早期;幼虫细长,与身体的其他部分相比,鳃区较小;(p, q)孵化阶段;这个14毫米长的标本的特征是腹部隆起,有一个细长的吻和小鳃区;在个体发育的后期阶段,这个个体已经有突出的眼睛和周围的喂养器官; (r, s) early ontogenetic phases of the modern lampreyPetromyzon绿;与茎七鳃鳗不同,现代七鳃鳗的幼虫有口罩、原始眼斑和细长的鳃篮。比例尺- 2mm。图片来源:Miyashita, doi: 10.1038 / s41586 - 021 - 03305 - 9。

“现在,第一次,我们的祖先长链包括类似于ammocoet的物种的传统观点可以被直接测试,而证据强烈地反驳了这种假设,”盖斯博士说

“七鳃鳗几乎从来没有变成化石,因为它们没有骨头或刺,只有细小的牙齿。但在南非东开普省马卡汉达(格雷厄姆镇)附近的3.6亿年前的Waterloo农场黑色页岩中,它们柔软的身体被保存在黑色页岩中,形成银白色的薄膜。”

“它们的软骨骨骼细节就像x光片一样清晰可见。这真是太特别了。这样古老的七鳃鳗遗骸在世界上其他地方都没有发现过。”

“对这些页岩样品的艰苦挖掘揭示了生长系列Priscomyzon说明了它从孵化到成虫的发展过程。”他说。

“值得注意的是,最小的保存个体,只有15毫米长,仍然携带着一个卵黄囊。这表明它们在进入化石记录之前刚刚孵化。”

“最重要的是,即使是刚孵化的幼鳗也有大眼睛和有牙齿的吸盘,很像现代七鳃鳗的成年吸血阶段,完全不同于现代的ammocoete。”

“古代七鳃鳗幼鱼的这种截然不同的结构提供了证据,证明现代七鳃鳗幼鱼不是进化的遗迹。相反,现代的滤食阶段是一种更近代的创新,它让七鳃鳗在河流和湖泊繁衍生番。”

“北美三种较年轻的七鳃鳗的不完整和之前未发表的部分生长系列支持了这一发现。”

“遥远的人类祖先似乎不包括七鳃鳗幼虫阶段,”他总结道。

“现在看来,七鳃鳗是一种高度进化的分支,它与我们有着共同的祖先:可能是一种裹着骨甲的无颚鱼。”

发现发表在杂志上自然

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t . Miyashita。古生代茎七鳃鳗的非ammocoete幼虫。自然,于2021年3月10日在线发布;doi: 10.1038 / s41586 - 021 - 03305 - 9

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