2022年11月4日,受中国科学院大学人文学院的邀请,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所卢静研究员为国科大师生带来明德讲堂M853期讲座,讲座在国科大雁栖湖校区教二楼104教室举行,主题为《你是一条鱼——深海寻踪四亿年》。讲座由国科大人文学院考古学与人类学系尚雪副教授主持。
讲座伊始,卢静研究员对中国科学院古脊椎动物与古人类研究所进行了简要介绍,该所地处北京市西城区西直门外大街142号,主要研究方向包括古脊椎动物演化、人类起源与环境演化,卢静研究员研究的主要内容则是古脊椎动物演化方向中的鱼类。卢静研究员指出,从演化的观点上看,所有的脊椎动物包括人类都是鱼,可以分成无颌类和有颌类,无颌类指没有嘴的鱼,有颌类则包括鲨鱼、四大家鱼、青蛙、蛇、鸟类、哺乳动物等形形色色的动物。数量上以有颌类占据绝大多数,有颌类中绝大部分又为硬骨鱼类。硬骨鱼类分成辐鳍鱼类和肉鳍鱼类两支,人类祖先即是从肉鳍鱼类演化而来。肉鳍鱼类中的两支——拉蒂迈鱼和肺鱼至今仍存活于地球上,剩下的则全部演化成了包括人类在内的四足动物。
辐鳍鱼类和肉鳍鱼类最大的区别,顾名思义即在于鱼鳍的不同。辐鳍鱼类的鱼鳍类似车轮辐条且无内骨骼,肉鳍鱼类的鱼鳍中则包含鱼类爬上陆地后可以演化成支撑身体的四肢的内骨骼。卢静研究员以真掌鳍鱼为例,对什么是肉鳍鱼类这一问题进行了解答,并强调是鱼的偶鳍最终演化成了人类的四肢,鱼类没有指骨,指头的有无也是四足动物区别于鱼类的重要特征。
古脊椎动物与古人类研究所的古动物馆里存放着肉鳍鱼类中拉蒂迈鱼的现生标本,拉蒂迈鱼是肉鳍鱼类中空棘鱼类群的典型,过去认为空棘鱼类在四亿年前已经出现,并在6500万年前随恐龙一并灭绝,随着1938年拉蒂迈鱼的偶然发现,人们才认识到空棘鱼类仍存于世。接着,卢静研究员娓娓讲述了拉蒂迈鱼充满传奇色彩的发现与研究过程。故事发生在1938年圣诞节前后,出海的渔船捕获了一条1.6米长、有着像小狗一样尾巴的蓝色硬鳞大鱼,渔船抵达南非东伦敦港后,这一收获引起了当地的博物馆研究人员拉蒂迈小姐的注意。拉 蒂迈小姐在保护标本的同时,辗转联系上博物馆的客座研究员——著名的鱼类学家史密斯教授,并最终确定这条鱼就是原先认为在6500万年前已经消失的生物,为纪念拉蒂迈小姐在这一过程中作出的贡献,这条鱼即被命名为拉蒂迈鱼。
随着研究的深入,人们发现以拉蒂迈鱼为代表的空棘鱼类并不是人类的直接祖先,一个关键证据即在于拉蒂迈鱼的鱼漂内充满油脂状液体,是无法从用鳃呼吸演化成用肺呼吸的。肺鱼是另一种还活着的肉鳍鱼类代表,在对肺鱼进行了简单介绍后,卢静研究员对古脊椎动物与古人类研究所的张弥曼院士进行了隆重介绍。过去认为杨氏鱼作为肺鱼形类的原始代表,与四足动物起源关系密切,按照当时流行的理论应当具有两对外鼻孔与一对内鼻孔,此即张院士的老师雅维克提出的三孔理论。张院士通过连续磨片发现杨氏鱼只有两对外鼻孔,缺少内鼻孔也意味着其不具备登陆最基本的条件,即肺鱼形类不可能演化为四足动物,由此否定了三孔理论与四足动物的双起源理论。
接着,卢静研究员就古生物研究中的新技术和新方法进行了介绍。自上个世纪20年代始,连续磨片方法被广泛应用于古脊椎动物化石研究,并造成标本的永久性损坏,其中不乏作为所有标本的模式的正型标本。80年代至上世纪末,受到方法限制,对早期鱼类脑颅研究工作几乎出于停滞状态,直到新世纪初,国外工业CT技术的应用为化石研究打开了新的窗口。奇异东生鱼被认为是整个四足动物支系里最古老的一支鱼类,对其头骨化石的CT分析发现垂体窝有区别于其他鱼类的芒状突起,称为腺垂体结节部,这一结果对于调节陆生脊椎动物的季节性繁殖和催乳素的释放起着关键作用,也表明适应陆地生活的结构在鱼类爬上陆地之前已经形成了,构成鱼类演化初期预适应的重要组成部分。
之后,卢静研究员对中科院古脊椎所、高能物理所和自动化所联合研发的高精度CT机器进行了介绍,这些仪器在古脊椎所之后的古生物研究中发挥着举足轻重的作用,CT技术的应用使得更深入的形态学研究与定量分析成为可能,同时也使从海量的CT数据中提取最有效的生物学信息成为挑战。卢静研究员认为,一方面可以通过改进硬件设施以达到提升扫描质量的目的,但这要求有大量的财力、物力、人力和精力,实现难度较大;另一方面可以通过对软件进行更新实现重建质量的更多提升。对此,卢静研究员团队自主研发了专门用于处理三维表面模型的免费软件vayu1.0,使不同软件的数据可以在开放平台进行交互与分析的同时,也可以获得三维重建模型的更优渲染效果与更多细节。今年九月Nature封面上五种志留纪古鱼的三维艺术复原图像即是卢静研究员可视化团队的工作成果。
在讲完室内研究工作后,卢静研究员分享了她室外“探险”的工作经历,包括在云南曲靖珠江源的“向往生活”、在澳大利亚中部戈壁和南海岸的发掘经历,这些经历挑战与乐趣并存,极大地满足着国科大师生们的好奇心。
整场讲座下来,卢静研究员以通俗亲切的表达满怀热情地讲述了两个小时,讲座的最后,尚雪副教授进行了总结,卢静研究员针对老师及参会同学们提出的问题做出了耐心细致的解答,并赠予提问的同学前述Nature封面的实体海报,本场讲座也在大家踊跃的提问和衷心的感谢中圆满结束。