山顯任 蓋志琨

靈動土家魚生态複原圖。鄭秋旸繪

靈動土家魚正型标本照片（a）及解釋性素描（b）。

彭禮健攝史愛娟繪

靈動土家魚三維複原模型。楊定華制作

靈動土家魚Tujiaaspis vividus

■分類位置：盔甲魚亞綱—真盔甲魚目—曙魚科—土家魚屬

■化石産地：重慶秀山、湖南保靖

■層位與時代：迴星哨組，志留紀蘭多維列世特列奇晚期（距今約4.36億年）

■命名人與命名時間：蓋志琨、李強、王俊卿、朱敏等，2022年

近日，我國的科研人員在英國《自然》雜志報道了一個埋藏了4.3億年之久的古魚天團——“重慶特異埋藏化石庫”。這是一個具有大量魚類完整身體保存的特異埋藏化石群，靈動土家魚便是其中之一。靈動土家魚屬名“土家”，是因為魚化石發現于土家族聚居的地方；而種名“靈動”，則是該魚化石呈現了一個“鯉魚躍龍門”的姿态，非常的靈動。

關于盔甲魚的研究已經有50多年，人們對盔甲魚類的頭部解剖特征有了全面的認識，但它們的身體長什麼樣一直以來是未解之謎。靈動土家魚作為世界上第一塊具有完整身體保存的盔甲魚類化石，首次完整地揭示出盔甲魚類身體的全貌。它全身披有菱形傾斜排列的鱗列，具有适應底栖生活的扁平的腹部，在腹部中央還保存了肛門，但是沒有臀鳍；身體背部具有三個背鳍，其中前兩個背鳍彼此靠得很近，具有叉形的下歪尾。尤其令人驚訝的是，靈動土家魚的腹部長有一對縱貫全身的腹側鳍褶，從頭的後部一直延伸到尾尖。這是一個巨大的驚喜，因為之前人們一直認為盔甲魚類完全沒有成對的偶鳍。這一發現不僅為100多年前的“鳍褶理論”提供了最為關鍵的化石證據，而且與現代分子發育生物學的數據高度吻合。古生物化石證據與發育生物學的交叉印證，使得脊椎動物成對附肢的起源研究跟颌起源研究一樣成為演化-發育生物學的一個經典範例。

傳統理論認為脊椎動物成對附肢的出現可能首先是為了改善運動能力，畢竟遊得快才能快速捕食或在遇到危險時及時逃跑。但是，靈動土家魚的這對縱貫全身的腹側鳍褶中沒有肌肉和内骨骼支撐，這意味着它們不能像真正的偶鳍和四肢那樣，可以自由活動和控制方向。那麼問題來了，既然鳍褶不能用來遊泳，那為什麼還要生長出它？難道是為了好看？難道傳統理論真的錯了？

為搞清楚這個問題，研究團隊采用了一種新的研究方法——計算流體力學模拟實驗。他們用計算機模拟了海洋中的水流，把帶有成對鳍褶的土家魚模型放進去，再把去除成對鳍褶的土家魚模型放進去作為對照，分析它們在不同水流速度和不同迎角下，這對腹側鳍褶的功能表現。研究結果表明，具有成對鳍褶的土家魚模型，在水流流過時，能夠産生相當的上升力，而這個上升力，在沒有任何肌肉力量輸入的情況下，就足以抵消自身的重力。它的工作原理跟現代一種堪稱快艇中的戰鬥機的水翼船或水翼艇的“水翼”非常相似。通俗地講就是，這對腹側鳍褶相當于在魚體扁平的腹部插上了“翅膀”，利用水流過“水翼”以後，下表面壓力比上表面壓力大，因而産生了升力，從而實現高效的海底巡航。腹側鳍褶的這個隐藏功能，對早期這些“戴盔披甲”笨重的底栖魚類來說非常重要，因為在沒有活動偶鳍的幫助下，隻靠尾鳍的推動，對它們來說脫離水底将是一件非常困難的事情。因此，這一發現從功能機制上提出了有關脊椎動物成對附肢起源的新假說，即成對附肢的産生最初可能隻是利用水流産生升力來抵消自身重力，而非增加推動力和控制方向。

令人驚歎的是，我們的魚祖先在志留紀早期就了解并利用了現代水翼船的“水翼”原理，率先演化出世界上最古老的“水翼”結構，這比我們人類發明水翼船整整早了4.36億年！靈動土家魚縱貫全身的成對鳍褶展現了魚類偶鳍和四足動物四肢演化的初始狀态，後來，成對鳍褶首先分化出了具有肌肉和内骨骼支撐的胸鳍，但依然保留了鳍褶狀的腹鳍，再後來，到了有颌類的盾皮魚類，真正的腹鳍才開始出現，腹鳍的功能才真正轉化為增加推動力和控制方向。在此後4億多年的時間裡，脊椎動物成對附肢先是經曆了由成對的鳍向四肢演化的過程（比如肉鳍魚類憑借發達的偶鳍登上了陸地，成為所有四足動物的祖先，徹底改變了地球的生物面貌），然後又經曆了由四肢到翅膀（鳥類），甚至四肢又退化為“鳍”（鲸）或完全退化（蛇）等一系列演化過程。因此，今天我們可以自豪地說，正是中國盔甲魚類的這一演化創新奠定了今天魚類、陸地四足動物、鳥類、鲸魚、蝙蝠，甚至我們人類運動的基礎。

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