一个由中英法等国科学家组成的研究小组利用最先进的同步辐射X射线断层扫描和三维重建技术，对来自中国4亿年前无颌类盔甲鱼的脑内颅进行了三维虚拟重建。这项研究为脊椎动物颌的起源提供了关键证据。
8月18日出版的英国《自然》杂志以封面推荐文章的形式报道了这项由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员盖志琨、朱敏和英法等国科学家合作完成的成果。
据介绍，科学家们通过三维虚拟重建全面复原了盔甲鱼的脑、神经系统、头部血管系统、鼻垂体系统以及内耳等感觉器官。结果显示盔甲鱼的鼻垂体系统已经分裂，成对鼻囊位于口鼻腔的两侧，并已经完全脱离垂体管。这一结果正是分子和发育生物学长期以来所推测的在颌的起源之前所发生的最为关键的一次演化事件，正是这一事件为颌的起源提供了先决条件。科学家为这一来自中国志留纪的盔甲鱼起名为“曙鱼”。
科学家介绍说，颌的起源是脊椎动物演化中的一个关键事件，它标志着脊椎动物由被动的滤食性生活向主动的捕食性生活方式的一个过渡。此后有颌脊椎动物演化出包括人类在内的有颌脊椎动物的各大类群。但关于颌的起源长期以来一直是困扰着古生物学家和发育生物学家的一个谜。
盔甲鱼类目前被认为是可能解开有颌类起源之谜的一个关键类群。由于化石材料和研究方法的限制，对于盔甲鱼类脑内颅的结构人们知之甚少。该研究小组早在1998年就在浙江北部的志留纪地层中采获大量保存完好的盔甲鱼脑内颅标本。他们借助瑞士光源中心最先进的同步辐射X射线断层扫描技术，对新采获的曙鱼的脑内颅标本进行了无损探测扫描。在此基础上，研究小组利用最先进的三维重建技术，重绘了2万多张具有复杂结构的盔甲鱼脑内颅的三维切片。前后历时5年，终于完成了对7个盔甲鱼脑内颅的三维虚拟重建与复原。
该项目的主要设计者朱敏说：“目前的研究只是揭开了冰山的一角。随着对盔甲鱼脑内颅的深入研究，我们将全面讨论有颌类其他特征的演化，逐步揭开有颌脊椎动物的起源之谜，重建早期脊椎动物的演化框架。”(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1038/nature10276
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Fossil jawless fish from China foreshadows early jawed vertebrate anatomy
Zhikun Gai; Philip C. J. Donoghue; Min Zhu; Philippe Janvier; Marco Stampanoni
Most living vertebrates are jawed vertebrates (gnathostomes), and the living jawless vertebrates (cyclostomes), hagfishes and lampreys, provide scarce information about the profound reorganization of the vertebrate skull during the evolutionary origin of jaws1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. The extinct bony jawless vertebrates, or ‘ostracoderms’, are regarded as precursors of jawed vertebrates and provide insight into this formative episode in vertebrate evolution8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. Here, using synchrotron radiation X-ray tomography15, 16, we describe the cranial anatomy of galeaspids, a 435–370-million-year-old ‘ostracoderm’ group from China and Vietnam17. The paired nasal sacs of galeaspids are located anterolaterally in the braincase, and the hypophyseal duct opens anteriorly towards the oral cavity. These three structures (the paired nasal sacs and the hypophyseal duct) were thus already independent of each other, like in gnathostomes and unlike in cyclostomes and osteostracans (another ‘ostracoderm’ group), and therefore have the condition that current developmental models regard as prerequisites for the development of jaws1, 2, 3. This indicates that the reorganization of vertebrate cranial anatomy was not driven deterministically by the evolutionary origin of jaws but occurred stepwise, ultimately allowing the rostral growth of ectomesenchyme that now characterizes gnathostome head development1, 2, 3.
