全世界的专家第一次来到这个公园时都震惊了，你们中国的化石多到用来铺路吗？ | 卢静

百科 2024-11-14 17:44 北京

大家都震惊了：

知道中国的化石很多，

你们的化石多到都用来铺路吗？

然后我们说：

其实我们并不知道。

卢静 · 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员

格致校园第45期 | 2024年北京

大家好，今天我给大家带来的内容是《打造泥盆纪水族馆》。我是卢静，来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所。

不知道大家知不知道我们研究所？实际上在我上研究生之前，我都不知道我们研究所。但我为什么会报考了它呢？因为我很小的时候喜欢看一部电影叫《夺宝奇兵》，电影里面有一位叫做印第安纳·琼斯的博士，他会到全世界各个地方探险，寻找宝藏。我觉得这个工作很酷、很有意思。

再后来，我又看了另外一些电影，那就是《侏罗纪世界》《侏罗纪公园》等等，我想很多朋友们已经看过了，电影里复活了一大堆的恐龙。那时我就在想，古脊椎动物与古人类研究所是不是就是一个关于恐龙的研究所，让我又可以寻找宝藏、又可以去研究这些恐龙呢？所以，我刚刚大学毕业进所的时候，一心想的是我要研究中国各种各样的恐龙。

我的老师朱敏是古鱼类学领域一位非常重要的学者，他当时可能看出来我对古鱼类好像不太了解。所以在我入门的时候，他给了我一本书，说你要不然先读一下这本书？这本书就是A Fish Caught In Time，直译就是“从时间里游来的鱼”。

我读了这本书后，发现这本书里面只有一个主角，那就是封面上的这条鱼，拉蒂迈鱼。这是一种过去被认为是和恐龙一块灭绝了的物种，它最早的祖先实际上是4亿年前的一种鱼，但却在今天的海洋里被发现了。

我读了它的故事之后，才发现过去的世界观太狭窄了。原本我的古生物世界里面只有恐龙，但实际上，这个世界里有非常多各种各样有趣的生物，而拉蒂迈鱼无疑是其中的明星之一。所以这本书也为我开启了古鱼类研究的大门。

大概在2020年左右，商务出版社找到我说他们引进了一本书，而且是为了我引进的。我当时就很好奇，为什么会有一本书为了我引进？他们说，是因为当时听我做了一个报告，在报告里面讲到了这条鱼和这本书，于是他们就把这本书引进了，而且他们心里想的就是我会是这本书最好的译者。

我也觉得我非常幸运，能在入行20年之后又翻译了这本书，《寻找我们的鱼类祖先》。我的整个研究生涯是从这条鱼开始的，我相信也会由这条鱼继续。

Part.1

我们祖先的祖先在哪里？

现在有一个说法，我想大家可能听说过，就是说人是从鱼变来的。但事实上，人不是从我们昨天饭桌上的鱼，也不是从你在池塘里看到的锦鲤，不是从它们这样的鱼变来的，而是从肉鳍鱼这一支鱼变来的。而拉蒂迈鱼，就是现在还生活在这个地球上的肉鳍鱼类仅存的两种代表之一。

▲拉蒂迈鱼Latimeria chalumnae @ 中国古动物馆

拉蒂迈鱼有一个特别有意思的特点，你们看到它会觉得它和其他的鱼长得不太一样，它的鳍是肉嘟嘟的，而这种形式的鱼鳍也正是这类鱼被命名的原因。

这是一个演化上非常经典的早期肉鳍鱼类，叫真掌鳍鱼。在很长一段时间内，它是被研究得最为透彻的古代脊椎动物，而且它正好处于从鱼到四足动物过渡的状态。

如果把它的鱼皮扒掉，骨骼露出来，可以看到它的偶鳍里面其实是有内骨骼的，而且这种形式的内骨骼可以和我们人类的四肢一一对应，我们人类的四肢就来自于肉鳍鱼类的偶鳍。所以想想说我们是从鱼变来的，其实就是从肉鳍鱼这样的鱼进化来的。

所以假如你们爱吃鱼，或者是你们在饭桌上看到了鱼，不要担心，我们不会吃到我们的祖先。因为我们的祖先鱼肉鳍鱼在4亿年前就和饭桌上的这些鱼分道扬镳变成两支，其中变成我们祖先的那一支鱼它们在3亿多年前爬上了陆地。这是一支非常重要的、对我们整个脊椎动物演化乃至人类演化都非常重要的一支鱼。

那有观众就要问了，老师你是研究化石的，那这个鱼它的祖先在哪儿呢？

过去人们以为肉鳍鱼类的祖先是在欧美，因为科学家们在欧美的中晚泥盆时期的地层里面发现了非常多保存很好的肉鳍鱼化石。

▲左：杨氏鱼——肺鱼形类原始代表

直到上个世纪80年代，著名的古鱼类学家张弥曼院士，她把一个在中国发现的叫杨氏鱼的古老鱼类带到了瑞典进行研究。之后，全世界的目光都放到了中国，因为张老师带过去的是当时全世界发现最早的肉鳍鱼化石。

现在我们知道，中国是肉鳍鱼类的起源中心。如果一定要说一个更具体的地方的话，那就是云南曲靖。

从上个世纪80年代甚至更早的六七十年代开始，我们所的老师们就在这个地方出野外，发掘化石。一直到今天，我们的野外团队还在曲靖挖掘化石，这里已经成为全世界古鱼类的研究中心之一。

Part.1

从外移到内的鼻孔

张老师带到瑞典去进行研究杨氏鱼的鱼头非常小，也就大概2.8厘米，是一个非常小的鱼。

▲左：杨氏鱼头标本，最后被磨成540张连续磨片

右：连续磨片机

张老师做了一个什么工作呢？她把这个鱼的鱼头从前到后进行了连续磨片工作。2.8厘米的鱼头标本被切了500多张磨片。这个工作就是为了去研究这个鱼脑袋里面的结构：它的脑长什么样子？它的神经和血管是什么样子的？在那个时候，能够研究这些内部结构的方式只有连续磨片，现在我们用CT就可以做相同的研究。

这是张老师当时的研究场景，她把这个鱼磨成了500多张片子，每磨一张片子会拍一张照片，然后画一张相应的素描图，最后把所有的这些切片堆在一起，做成一个放大20倍的蜡质模型，这样就可以非常清晰地去研究这个化石了。

张老师也因为这个工作在2018年获得了世界杰出女科学家奖，联合国教科文组织说：“她开创性的工作为水生脊椎动物向陆地的演化提供了化石证据。”这是什么意思呢？因为当张老师做完了500多张切片之后，她发现了一个没有人能否定的事实，那就是杨氏鱼它没有内鼻孔。

大家知道内鼻孔是什么吗？当你们深呼吸的时候，会感受到有空气从我们的鼻孔一直进到口腔，那个进入口腔的通道就是我们的内鼻孔，这是我们四足动物登陆的必要条件。而这条鱼它没有内鼻孔，这就意味着它不是我们的祖先鱼。

但是，这条鱼拉开了整个中国南方肉鳍鱼类起源研究的序幕。之后在这个地方，研究人员进行了大量的发掘，找到了大量肉鳍鱼类，包括发现最早的四足动物的祖先鱼（肯氏鱼）依然是在这里，就在曲靖。这条最早的鱼还有一个别名，叫豁嘴的鱼。

什么意思呢？我们想一想内鼻孔怎么形成的呢？鱼是先有两对外鼻孔，其中后外鼻孔向口腔里面飘移，最后形成了内鼻孔。我们恰恰就在曲靖发现了这么一条鱼，正好后外鼻孔位于口腔的边缘，处于漂移的过渡阶段，所以我们就叫它豁嘴的鱼。而到下一个阶段，真正的内鼻孔就形成了。

▲志留纪潇湘生物群复原（拟石科技制作）

这一段动画里是比我刚刚讲到的杨氏鱼更早的志留纪的一些古代鱼类。其中有最大的脊椎动物宏颌鱼，还有全颌盾皮鱼类，为我们复原了4亿年前的志留纪水族馆的样子。

▲云南早泥盆世脊椎动物群复原（拟石科技制作）

这个动画就和我们的杨氏鱼有关了，这条刚刚游过去的就是杨氏鱼。和杨氏鱼同时代生活的还有副云南鱼、斑鳞鱼，以及各种各样的无颌类。正是这一些奇奇怪怪的鱼类组合，为我们构造了一个4亿多年前的远古海洋世界。那个时候，鱼是长这样的。其中的斑鳞鱼就是现在我们已知的最为原始的肉鳍鱼类之一。

Part.2

藏在公园里的远古巨鱼

我们的寻鱼之旅其实远远没有结束。从杨氏鱼的研究开始，我们把全世界研究最早四足动物祖先鱼类的焦点拉回到了中国。那在这之后，这些鱼它是怎么演化、怎么发展的呢？

现在我们有一个理论，当然也是全球公认的一个理论：这些鱼是从我们中国发生，然后沿着当时的古大洋扩散到了全世界各地，最后登陆的。

但是，在很长一段时间里面，在中国我们没有在时代更新的地层里面报道更多的肉鳍鱼，是这些鱼都游走了吗？其实并不是，接下来我给大家讲另外一个化石故事。

在2019年，我们组织了第15届国际早期脊椎动物研讨会。在会后考察的时候，我们把全世界早期脊椎动物演化专家们带到了一个地方——珠江源。

大家都知道珠江，那大家知道珠江源头在哪儿吗？珠江源头就在我们古鱼王国所在地，在曲靖。

很多人对追溯珠江源头特别感兴趣，包括几百年前的徐霞客。他曾经想要去寻找珠江最长的那个源头在哪儿。当时他找到了离今天珠江源还有十几公里的炎方村，但是没有找着真正的珠江源头。直到上个世纪80年代，我们才确定了这个珠江源在曲靖的马雄山。

在2019年，我们把这些国内外的专家带到了这里进行会后考察。结果最为有意思的是，大家在珠江源的路面上发现了大量分散保存的古鱼骨片。大家都震惊了，都说：知道中国的化石很多，你们的化石多到都用来铺路吗？然后我们说，其实我们并不知道。

会议结束之后，朱敏老师就说，详细调查一下珠江源附近的地层。因为化石是在珠江源自然保护区里面发现的，景区里这些铺路的石头不太可能是从太远的地方运过来的，我们应该在附近找找地层，看看露头，试着再找一些化石。

于是我们就去做了这件事情。果然，我们在珠江源保护区的周边发现了大量的更新时期的鱼化石。杨氏鱼是早泥盆世的，而这里就是比杨氏鱼时代上更新的化石，中泥盆世的化石。

我们现在在珠江源景区周围地层中采了大概几百吨化石，也在当地找到了一个存放化石的场所，建立了我们的珠江源古鱼化石工作站。大家可以看到，这里风景非常优美，因为在当地帮助下，我们因地制宜，就在景区里建立了这个工作站。最为重要的是，我们可以向当地的人和游客科普，就在你们的家乡有多么重要的化石发现。

▲红圈处为下颌的凸起

过去我们一直认为中泥盆世这些鱼类的多样性已经很高了，和后面更晚时代在欧美发现的鱼长得很像。直到我们在这里发现了一种非常奇怪的鱼，就是现在大家看到的。我只放了一个下颌图片。

这种鱼它的下颌最大能有多大？能长到30厘米。最大的一整条鱼可以到2米长，这是一种生活在中泥盆纪的巨型鱼类。同时它还有非常厉害的大尖牙，显然这是一条巨型的、凶猛的掠食鱼类。

我们发现，这个鱼的下颌很奇怪。它的下颌前面还有一个突起，我们并不知道它是用来做什么的。因为我们有CT技术，就把它拿到了我们的实验室，进行了扫描和三维重建。

我们想要复原这条鱼的样子，所以也做了大量的尝试，这是我们其中的一个尝试结果。这个鱼的头非常短，而且非常扁，它的下颌又很大，它的牙又很尖。我们从直觉判断，这是一个巨型的伏击捕猎的鱼类。

我们想尝试把它复原，但是当我把两个下颌左右对称地给它拼到一起，它就是不能拼合。我们复原了大概十几种不同的样子，觉得这个鱼总归差点意思，跟我们想象中极度特化的脑袋不太一样。

直到有一天我们突然发现，这种下颌可能不是左右都长的一样，而是一侧覆压另一侧，两边是不一样的。

大家可以看这个鱼的左右下颌。突出来的那个板，正好是可以和覆压的那个区域叠覆在一起。这证明什么？如果我们按正常的方式复原它的下颌，怎么也拼不起来。但是，如果当我们把两边下颌按覆压方式放到一起，就能完美契合上，头自然很平了。

上面就是我们意识到这点后画的一张草图。鱼两边的下颌几乎是以180°水平的方式连结到一起，形成了这个胖头胖脑的宽嘴扁头鱼。而且我们发现的这个鱼的所有骨片都符合一个扁的、嘴非常宽的、同时容纳了巨大尖牙的这种身体形态。

最后，在经过了80多版修改，我们复原了这一条目前在中泥盆发现的最大的、最残暴的、捕食的肉鳍鱼类。

这个成果目前还没有发表，但是我很希望通过正在进行的这些工作，让大家看到古生物学家到底是怎么样抽丝剥茧、一点一点地把这一些看起来不相关的结构联系到一起，最后对整个演化的故事和整个鱼的结构进行解读的。

Part.3

再现各种远古生物

实际上，我们目前还在做很多三维可视化的尝试。

▲澳大利亚早泥盆世盾皮鱼布林达贝拉

鱼脑颅三维重建模型

下载地址：http://admorph.ivpp.ac.cn/download.html

我们自己研发了软件，对这些标本、化石进行重建之后，再进行三维渲染。

▲自主开发三维表面数据编辑软件

Vayu 1.0（娲鱼）Lu，2023

为了对比来找到化石在比较解剖学上的不同，我们建立了一个巨大的数字三维形态学数据库。我们把三维分割好的一些现生的鱼类、现代脊椎动物、三维模型全都放进去，集中展示和供大家下载研究。

▲使用VR技术探索现生鲨鱼（角鲨）的内部结构

Lu, 2023

同时，大家还可以通过VR的方式钻到这条鱼的肚子里，去看它的身体结构到底是什么样子。

通过各种各样的展示方式，我们希望大家可以更好地了解生物的形态演化。

▲DigEvo 生命演化数字世界

打造“数字脊椎动物博物馆”

大家可能知道，我们研究所还有一个博物馆——中国古动物馆。我们在研究所一楼就是古动物馆的东厅做了一个巨大的电视墙，展示数字生命演化。

我们把各种珍稀的、很难见到的生物进行了三维重建，把它们的三维模型和数字模型放到了这里，让大家参观打卡。每天下午4点半的时候，我们就开始播放这些“网红”内容。

大家感兴趣的话都可以去这个地方看一看，就在我们的研究所的门口，西直门外大街142号，去看这些我们最新的研究成果。

最后，我想再简单介绍一下我们现在的工作流程，我们到底是怎样把这些标本从CT扫描到三维重建，再复原，动画的过程。

▲Lu et al. in review

我们会对扫描的标本进行预处理，为的是让它在扫描的过程中能获得更高质量的成像。在获得了高质量的CT数据之后，我们会对这些数据进行三维分割和三维渲染。过去在我们研究中做到这一步就已经够用了，因为已经有很漂亮和详细的结果可以用于发表文章。但是我们觉得这样还不够，还想再往前走走。

所以我们就基于所有的CT数据对这些化石的结构进行了三维复原，从骨骼、血管神经到肌肉再到皮毛，让大家看到这些史前生物它们“真正”的样子。同时也做出三维动画，让大家看到这些活蹦乱跳的最早的鸟、最早的兔子、最早的鱼、最早的四足动物，它们是什么样子。

与此同时，我们做的这些三维可视化的工作又可以反哺到我们的科研里面，进一步推动我们的科研工作。在这样的工作过程中，我们复原了非常准确的三维模型，这些科学的三维模型可以帮助我们进行有限元分析、流体力学分析等等。

我们还建立了一个庞大的数字三维形态学数据库，通过这个数据库，研究者和公众都可以看到所有的这些过去的、现代的生物它们的三维形态学结构是什么样子，更好地了解生物演化中形态变化的过程。

▲印尼拉蒂迈鱼Latimeria menadoensis

最近有一个非常有意思的工作是，我们有一项形态学研究将在2024年年底开始，就是印尼的拉蒂迈鱼。

▲科摩罗拉蒂迈鱼：极危

刚刚我讲到，肉鳍鱼到现在一共留下来了两种，一个是在科摩罗发现的拉蒂迈鱼，另外一种就是在印尼发现的拉蒂迈鱼。

在印尼发现的拉蒂迈鱼实际上数量非常少，但是我们即将和当地的科学家进行合作，把这条鱼运到中国来，进行详细的CT扫描和三维分割和可视化，对它的形态学进行最为彻底的研究。

我们也希望通过我们的研究可以揭开拉蒂迈鱼这种生活了4亿年的“古鱼”或者“活化石鱼”身体里面蕴含的更多的信息，这些都是过去我们从来都不知道的。

所以，非常幸运我的老师给了我这本书，更幸运的是我现在能够研究这些标本。

谢谢大家！

来源：格致论道

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