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追踪鱼类的进化起源到浅海水域

地球上的第一批脊椎动物是鱼类,科学家认为它们最初出现在大约4.8亿年前。但此时的化石记录不稳定,只识别出小碎片。然而,到了4.2亿年前,化石记录开花了,各种各样的鱼类大量存在。

“这是一直存在的问题,好吧,他们在哪里?”宾夕法尼亚大学的古生物学家劳伦·萨兰说。“他们藏在哪里?他们的环境起源是什么?”伯明翰大学的Sallan Ivan J. Sansom及其同事在本周的“科学”杂志的一份报告中首次提出了大量证据来回答这个问题。

而答案似乎是靠近岸边,这些区域通常被描述为潮间带或浅水泻湖。“在现代观念中,我们看到珊瑚礁对鱼类的生物多样性非常重要,因此我们假设鱼类与珊瑚礁之间存在着古老的联系,”Sallan说。“但在辛辛那提拱门这样的地方进行数十年的搜寻已经空洞。”“相反,我们的工作表明,几乎所有主要的脊椎动物分裂,从最早的装甲无颌鱼一直到鲨鱼和我们自己的祖先,都开始在靠近海滩的地方,远在礁石近岸。即使老年人群扩散,新的团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,例如为什么很少发现早期鱼类化石;浅海区域的波浪作用可能会将它们炸成碎片。它还有助于科学家理解这样一个事实,即在进化时期,许多鱼类群体从海水转移到淡水中,有些鱼类成为淡水鱼类,而其他鱼群则进化为最早的四足动物,陆栖脊椎动物。“他们经常在珊瑚礁之前去淡水区,这几乎是一个独立的证据,表明在这之前它们必须靠近岸边,”萨兰说。

正是脊椎动物起源和多样化的地方一直是古生物学中一个备受争议的主题。在古生代中期的这个关键时期,某些化石群描述了一个故事 - 也许是一个淡水原产地 - 而其他群体可能指向开阔海域的出生地,还有其他群体出现在其他栖息地类型中。更为复杂的是,无脊椎动物的生物多样性的起源故事似乎已经解决了:它们在珊瑚礁周围变得多样化,它们的后代随后罢工,栖息在较浅或较深的水域。

Sallan,Sansom及其同事决定使用大数据方法研究脊椎动物的问题。“化石记录的好处是我们经常在他们居住的地方找到鱼类,”萨兰说。“拥有它们的岩石告诉我们它们的环境是什么样的,无论是礁石,浅水,深水,河床还是湖泊。”将这种环境背景与已知的480至3.6亿年前中古生代脊椎动物的家谱关系结合起来,研究人员创建了一个数据库,其中涉及2,728种下颌和无颌鱼类的早期记录。“这是一个非常庞大的新数据集,”Sallan说。

然后,该团队能够使用数学模型重建化石记录中缺失的信息,使他们能够对各种脊椎动物群体中最早的祖先出现的栖息地类型做出明智的预测。“对于脊椎动物,我们发现它们起源于这个意想不到的,真正受限制的海洋浅层区域,”Sallan说。“他们出现后,他们在这个有限的区域呆了很长时间。”

然而,当他们留在浅滩时,他们获得了各种适应性,使他们能够在共同的栖息地与其他人竞争。研究人员指出,许多群体获得的特征使其非常适合作为底层居民,或者在海洋更深的水域中自由游动生态。在现代鱼类中也出现了类似的分歧,例如棘鱼,近年来它们从共同的祖先进化出了一种底栖和自由游动的形式。

然而,没有人对活脊椎动物进行类似的综合研究。“我们想知道的事情之一是这些浅水区是否仍然是喂养珊瑚礁的生物泵,”萨兰说。“目前的创新网站在哪里?”如果是这样的话,面对世界各地的大规模礁石死亡,可能会有一些小小的安慰;也许浅水将继续成为鱼类多样化的摇篮,尽管缺乏珊瑚礁栖息地,但生物多样性仍然存在。

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