魚的鼻孔里的秘密

少俠小黃雞

先驅(qū)楊氏魚是發(fā)掘于云南曲靖的古老肉鰭魚類化石，于1980年由我國著名的古脊椎動(dòng)物學(xué)家張彌曼院士命名。屬名和種名均獻(xiàn)給我國古脊椎動(dòng)物學(xué)的奠基人楊鐘健教授，其屬名中的“young”即指楊先生的姓氏，種名“praecursor”意為“先驅(qū)”。

這位楊鐘健教授究竟何許人也？又為何成了我國古脊椎動(dòng)物學(xué)的奠基人呢？一切還要從一百年前的故事說起。

楊鐘健是我國地質(zhì)研究和古生物研究的先驅(qū)者。1923年楊鐘健考入慕尼黑大學(xué)地質(zhì)系古生物專業(yè)。四年后，他發(fā)表的博士論文《中國北部之嚙齒類化石》被認(rèn)為是中國古脊椎動(dòng)物學(xué)誕生的標(biāo)志。

1928年，楊鐘健返回祖國，主持周口店發(fā)掘工作?？疾礻?duì)發(fā)現(xiàn)了具有劃時(shí)代意義的北京直立人（北京猿人）第一顆頭蓋骨。次年，中國古生物學(xué)會(huì)在楊鐘健和其他學(xué)者的合作下成立，隨后的1929—1937年間，楊鐘健以唯一作者發(fā)表與恐龍有關(guān)的學(xué)術(shù)文章共10篇，領(lǐng)導(dǎo)恐龍發(fā)掘兩次，幾乎以一己之力奠定了中國恐龍研究的基礎(chǔ)。

1937 年，楊鐘健隨西南聯(lián)大的大部隊(duì)來到后方，在云南地區(qū)繼續(xù)開展地質(zhì)和古生物化石的調(diào)查工作。兩年后，楊鐘健與同事在祿豐發(fā)掘出一具恐龍化石，命名為“許氏祿豐龍”。因?yàn)槭堑谝痪哂芍袊送瓿砂l(fā)掘、研究、組裝全過程的恐龍化石，它被后人譽(yù)為“中國第一龍”。

楊鐘健教授一生的科研領(lǐng)域，幾乎涵蓋了“從魚到人”的古脊椎動(dòng)物學(xué)，既是我國古脊椎動(dòng)物學(xué)的開創(chuàng)者，也是我國自然博物館事業(yè)的拓荒者和熱心推動(dòng)者。楊老曾說過：“我們年輕一代，到野外多是直奔化石地點(diǎn)，很少過問四周，這樣是愈做愈窄，知識(shí)面狹窄又限制了思維的開拓，就會(huì)制約我們研究的深度和廣度。對(duì)比前輩，我們不應(yīng)當(dāng)反躬自問嗎？”這段話啟發(fā)了許多后來的年輕學(xué)者，也包括命名“先驅(qū)楊氏魚”的張彌曼院士。

說完了楊老的故事，我們說回先驅(qū)楊氏魚和張?jiān)菏俊?/p>

先驅(qū)楊氏魚不僅有紀(jì)念意義，還具有極高的科學(xué)研究價(jià)值。自達(dá)爾文的進(jìn)化論提出以來，科學(xué)家們開始意識(shí)到包括人在內(nèi)的四足動(dòng)物，是由水中脊椎動(dòng)物——魚類逐步演化而來的。那么究竟哪一類魚才是陸生四足動(dòng)物的祖先呢？人們圍繞這個(gè)話題探討了許久，最終將突破口聚焦在了不起眼的鼻孔上。

陸地上的四足動(dòng)物們用肺呼吸，因此有與外鼻孔相通的內(nèi)鼻孔。這樣在進(jìn)食、吞咽時(shí)，外面的空氣才可以進(jìn)入肺部。而現(xiàn)生魚類并沒有肺，并且大多需要依靠魚鰓呼吸，因此只有兩對(duì)外鼻孔。水流從前面的外鼻孔流入，流經(jīng)嗅囊后直接從后面的外鼻孔流出。鼻孔實(shí)際上并不參與呼吸。而魚類從海洋到陸地的關(guān)鍵一步，就是擺脫魚鰓，呼吸空氣，因此起到氧氣通道作用的內(nèi)鼻孔的出現(xiàn)，成為判斷四足類動(dòng)物祖先的關(guān)鍵特征。

張彌曼的老師雅爾維克花了25年時(shí)間還原總鰭魚類（一類原始的肉鰭魚，如今肉鰭魚類只剩下了2種矛尾魚和6種肺魚，但在4億年前它們?cè)堑厍蛩蚶锏闹鹘牵┑幕?，?duì)其頭骨構(gòu)造進(jìn)行了非常詳細(xì)的分析，認(rèn)為它們存在內(nèi)鼻孔的痕跡。于是，他提出了總鰭魚類就是四足動(dòng)物的祖先的觀點(diǎn)，獲得了學(xué)界的普遍認(rèn)可。

然而，在我國云南東部，距今4億年前的巖層里，發(fā)現(xiàn)了完整的總鰭魚類腦顱化石，即先驅(qū)楊氏魚，它即將撼動(dòng)“總鰭魚是我們的祖先”這一寫進(jìn)教科書的結(jié)論。

我們的祖先是哪種魚

20世紀(jì)80年代初尚未出現(xiàn)CT掃描技術(shù)，因此在修理還原楊氏魚的過程中，張彌曼采取了連續(xù)磨片制蠟?zāi)７?，以放大顯示化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種方法是將古魚類化石封固在硬石膏模型中，小心地一點(diǎn)點(diǎn)磨掉，每磨去一層就要繪制出一個(gè)截面圖案，這樣就可以像斷層掃描一樣看到化石里面了。

對(duì)僅兩厘米長的先驅(qū)楊氏魚腦顱化石進(jìn)行制作，這個(gè)過程實(shí)在是冗長、枯燥、乏味。每一次研磨都要用精密的尺子量一下，保證化石磨得均勻平整。之后要將磨好的化石放在顯微鏡下，利用反光鏡將圖像映在紙上，再用鉛筆仔細(xì)描出來。張彌曼利用一切時(shí)間，不厭其煩地進(jìn)行磨片、畫圖，常常工作到深夜。

即便如此，張彌曼也花了將近兩年才最終完成磨片，畫出了540多張圖。之后她細(xì)心地把它們貼在平整的石板上，并用熔化的石蠟和蜂蠟，制作出薄薄的拓片，最后，將所有的拓片“拼裝”成一個(gè)等比例放大20倍的模型。楊氏魚的腦顱結(jié)構(gòu)就像經(jīng)歷了魔法的放大，完整地呈現(xiàn)在我們面前了。

通過對(duì)放大模型的研究，張彌曼意外發(fā)現(xiàn)身為總鰭魚類，楊氏魚腦顱中并沒有內(nèi)鼻孔的痕跡。隨后她重新觀察了老師的標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)這些化石上本該是內(nèi)鼻孔的部位并不完全，有些甚至沒有保存下來，并不能直接得出總鰭魚類具有內(nèi)鼻孔的結(jié)論。于是她否定了老師的權(quán)威觀點(diǎn)，從根本上動(dòng)搖了總鰭魚類“四足動(dòng)物祖先”的地位，在當(dāng)時(shí)全世界的地質(zhì)學(xué)界和古生物學(xué)界引起了極大震動(dòng)。

隨后張彌曼和學(xué)生朱敏在曲靖發(fā)現(xiàn)的骨鱗魚類（四足形動(dòng)物）——肯氏魚，進(jìn)一步佐證了她之前的發(fā)現(xiàn)，并確認(rèn)了以肯氏魚等為代表的原始四足形動(dòng)物，才是四足動(dòng)物的最近祖先。這一觀點(diǎn)逐漸被學(xué)界所認(rèn)同，張彌曼院士也因此于2016年獲得古脊椎動(dòng)物學(xué)界的最高榮譽(yù)獎(jiǎng)項(xiàng)：羅美爾—辛普森終身成就獎(jiǎng)。

除先驅(qū)楊氏魚外，張彌曼院士還將在青藏高原發(fā)現(xiàn)的一種特殊裂腹魚化石命名為伍氏獻(xiàn)文魚，獻(xiàn)給指導(dǎo)她走上古魚類學(xué)道路的恩師——伍獻(xiàn)文院士（我國水生生物學(xué)的奠基人）。之后張彌曼院士的弟子朱敏博士，又以老師的名字命名了最早的輻鰭魚類——晨曉彌曼魚。曾和楊老、伍老共事的我國魚類/古魚類學(xué)先驅(qū)張春霖先生，也擁有以自己名字命名的古生物——張氏春霖魚。

相比起命名背后復(fù)雜的物種分類，我更喜歡的是人名背后所體現(xiàn)的精神。伍獻(xiàn)文82歲時(shí)曾言，自己甘做人梯，以余生為國家培養(yǎng)科學(xué)人才。我國科學(xué)家代代薪火相傳，中國的古生物學(xué)才得以繁盛，如今已躋身于世界一流水平。

編輯/梁宇清

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