一个国际研究团队利用先进的成像技术，从一块精细、指甲大小的化石碎片中重构了一古老的已灭绝鱼类的心脏、大脑和鳍。其结果是：一种卡通式的混合体，像蝌蚪、鲎和《海绵宝宝》中的蜗牛盖瑞。但抛开卡通形象不谈，这种生物可能有助于重写动物进化最早的篇章之一。其细节在8月6日发表于《自然》杂志上的一项研究中进行了描述。
一条鱼的时间线
地球上第一批鱼类大约出现在五十亿年前，但它们远不在海洋的表层。相反，它们在进化早期生活在靠近海底的地方，在那里它们可以吸食食物，直到进化出颌和牙齿。普遍接受的理论是，这些解剖学上的添加物随着鱼类向上层水域的迁移而出现。到了大约4亿年前，有颌鱼类已经统治了海洋。从那时起，进化缓慢地引入了有肢的脊椎动物、陆地生物，最终是人类。但是，“先有颌，后有肢”的假说（可以说）是有一定道理的，但仍然存在一些问题。
“这种转变之下存在着巨大的数据空白，”芝加哥大学生物学家、该研究的资深作者迈克尔·科茨（Michael Coates）在一份声明中解释道。“我们一直缺少化石记录中的快照，这些快照可以帮助我们排序关键事件，以重建变化的模式和方向。”
几十年来，一个潜在的关键快照一直埋藏在古生物学的档案中。1969年一次前往挪威北极斯匹次卑尔根群岛的探险活动 yielded thousands of fossil-embedded sandstone rocks，但直到40年后，研究人员才有足够的时间去整理它们。在对所有砂岩进行劈开的过程中，研究合著者们惊讶地发现了一个保存完好、长约半英寸的诺塞鱼（Norselaspis）头骨，其年代可追溯到4.1亿至4.07亿年前。
该团队很快将他们的发现送往瑞士的保罗·谢勒研究所（Paul Scherrer Institute），那里的专家使用同步加速器X射线显微断层扫描技术对样本进行了逐层扫描。结果令他们震惊。经过数千小时的数字重建，3D扫描清晰地显示了包裹着器官和肌肉的薄如纸的骨骼，其保存细节达到了前所未有的程度。
“有了这本精美的数字图谱，我们现在对诺塞鱼（Norselaspis）的解剖学细节的了解，比对许多现存鱼类的了解还要详细，”首席作者、古生物学家宫下哲人（Tetsuto Miyashita）说。
尽管诺塞鱼（Norselaspis）没有颌，但它拥有一些生物学家先前认为只存在于有颌物种身上的解剖特征。特别是，这种古老的鱼类已经进化出了非常强大的心脏和扩大的血管，这有助于更大的血流量。
“甚至可以说，诺塞鱼（Norselaspis）拥有鲨鱼的心脏，却穿着七鳃鳗的外衣，”宫下哲人解释说。
牛油果耳朵和哈密瓜心脏
诺塞鱼（Norselaspis）的感官器官也令人印象深刻。七块小肌肉控制着它的眼球——比人类拥有的多一块——而它的内耳则相对巨大。
“如果诺塞鱼（Norselaspis）和我们一样大，它的内耳将各有一个牛油果那么大，它的心脏将像哈密瓜一样大，”宫下哲人补充说。
进化的优势并非都来自内部。诺塞鱼（Norselaspis）也使用倾斜的、桨状的鳍在鳃后游泳，这使得它能够根据需要快速转弯、停止和加速。然而，这些很可能都不是用来捕捉猎物的。鉴于其缺乏颌和牙齿，这种笨拙的鱼类可能利用其出乎意料的解剖结构来躲避那些正在进化出咬合能力的捕食者。物种之间的这种相互作用导致了海洋多样性的爆发。
“当颌在这样的背景下进化时，它带来了感官、游泳和摄食系统的一个关键组合，最终导致了泥盆纪鱼类非凡的多样性和丰富性，”科茨说。
头部和肩部
诺塞鱼（Norselaspis）不仅仅在挑战有颌鱼类的时间线。研究人员还注意到，连接其肩部的一条神经与到达鳃部的神经是分开的。因此，他们现在推测，在四足动物（四肢脊椎动物）中看到的肩部是作为一个新的结构，连接在颈部，将躯干与头部分开而进化的。大多数早期的无颌鱼类，其躯干是连续延伸到头部的，而有颌脊椎动物则进化出了颈部和喉部。诺塞鱼（Norselapsis）跨越了这两种解剖结构，研究人员将其比作一个手臂从脸颊后面伸出来的人。
尽管目前尚不清楚颌的形成最初是由什么引发的，但诺塞鱼（Norselaspis）表明，脊椎动物的进化历程并没有遵循单一的路径。
“这并不像从海底捕食者直线进化到顶级捕食者那么简单，”宫下哲人说。
