鱼类进化起源于浅海水域而不一定是珊瑚礁

摘

要

珊瑚礁被认为是生物多样性的中心，但它们可能不是所有生物多样性的起点。古生物学家揭示，最早的鱼类可能是在靠近海岸的较浅水域中被多样化的。

地球上最早的脊椎动物是鱼类，科学家认为它们最早出现于4.8亿年前。但是，从那时起的化石记录就参差不齐，只有少量的碎片被鉴定。但是到4亿2千万年前，化石记录开始繁荣，大量种类的鱼类成群出现。“这是一个持续的问题，即，他们在哪里?” 宾夕法尼亚大学的古生物学家Lauren Sallan说:“他们藏在哪里?它们的环境起源是什么?” 伯明翰大学的Sallan Ivan J. Sansom和他的同事们在本周发表在《科学》(Science)杂志上的一篇报告中首次拿出了大量证据来回答这个问题。并且答案似乎是靠近海岸的区域，这些区域通常被描述为潮间带，或浅泻湖。 Sallan说:“在现代观念中，我们看到珊瑚礁对鱼类生物多样性非常重要，所以我们认为鱼类和珊瑚礁之间的古老联系可以追溯到最初” ， “但在辛辛那提拱门(Cincinnati Arch)这样的地方进行的数十年的搜索，结果却是一无所获。  “相反，我们的工作表明，几乎每一种主要的脊椎动物，从最早的无颚甲鱼到鲨鱼，再到我们的祖先，都是从离海岸很近的暗礁附近开始的。”即使是较老的群体分散开来，较新的群体也出现在海岸线上。

这些发现有助于解释化石记录的重要特征，例如为什么很少有早期鱼类化石被完整地发现；浅海区域的波浪作用很可能将它们冲击成小碎片。这也有助于科学家理解这样一个事实:在进化的过程中，许多鱼群从海水转移到淡水中，有些变成了淡水鱼，而另一些则进化成了最早的四足动物，陆生脊椎动物。Sallan说:“他们在珊瑚礁出现之前就经常去淡水区域，这几乎是一个独立的证据，表明他们必须在这么做之前靠近海岸。”脊椎动物的起源和多样性一直是古生物学界热议的话题。中古生代这一关键时期的某些化石群显示——淡水地域可能是起源——而其他的一些化石群指向于开阔的海域，还有一些化石在其他生态环境类型中突然出现。更复杂的是，无脊椎动物生物多样性的起源似乎已经确定:它们在珊瑚礁周围多样化，它们的后代随后迁徙到较浅或较深的水域。Sallan、Sansom和他的同事决定用大数据的方法研究脊椎动物的问题。Sallan说:“化石记录的好处是，我们经常可以在鱼类生活的环境中发现它们。”“保存它们的岩石能告诉我们它们周围的环境是什么样子的，不管是暗礁、浅水、深水、河床还是湖泊。”

将这种环境背景与已知的4.8亿到3.6亿年前中古生代脊椎动物的族谱关系结合起来，研究人员建立了一个数据库，其中包括2728条有颚和无颚鱼类的早期记录。“这是一个巨大的新数据集，”Sallan说。随后，研究小组利用数学模型重建了化石记录中缺失的信息，使他们能够对各种脊椎动物类群最早的祖先的栖息地类型做出有根据的预测。Sallan说:“对于脊椎动物，我们发现它们起源于意想不到的、真正受限的浅海区域。”“并且在它们在这个有限的区域停留了很长一段时间。”

然而，当它们停留在浅滩上时，它们获得了各种各样的适应能力，使它们能够在共享的栖息地与其他物种竞争。研究人员注意到，许多群体都获得了一些特征，这些特征使他们很适合生活在海底，或者生活在像深海这种自由游动的生态环境中。在现代鱼类中也发现了类似的差异，比如棘鱼，它们从近代共同祖先进化出一种生活在海底的自由游动的形态。然而，没有人对活着的脊椎动物进行过类似的全面研究。“我们想知道的一点是，这些浅水区域是否仍然是养活珊瑚礁的生物泵，”Sallan说。“新兴的地点在哪里?”如果是这样的话，面对世界各地大量的珊瑚礁死亡，我们也许会有一些小小的安慰;或许，尽管珊瑚礁生境稀少，浅水将继续成为鱼类多样化的摇篮，使生物多样性得以持续。

（翻译：汤先峰）