先驅楊氏魚Youngolepis praecursor是一種發掘於雲南曲靖的古老肉鰭魚類化石,於1980年由我國著名的女性古脊椎動物學家張彌曼院士命名。屬名和種名均獻給我國古脊椎動物學的奠基人楊鍾健教授,其屬名中的“young”即指楊先生的姓氏,種名“praecursor”則意為先驅。
先驅楊氏魚骨骼化石與復原圖 | Min Zhu & Xiaobo Yu / Nature (2002)
這位楊鍾健教授究竟何許人也,又為何成為了我國古脊椎動物的奠基人呢?一切還要從一百年前的故事說起。
中國古脊椎動物第一人
楊鍾健是我國地質研究和古生物研究的先驅者。1923年楊鍾健考入慕尼黑大學地質系古生物專業,四年後,他發表的博士論文《中國北部之齧齒類化石》被認為是中國古脊椎動物學誕生的標誌。
1928年,楊鍾健返回祖國,主持周口店發掘工作,考察隊發現了具有劃時代意義的北京直立人(北京猿人)第一顆頭蓋骨。1929年,中國古生物學會在楊鍾健和其他學者的合作下成立,隨後的1929~1937年間,楊鍾健共以唯一作者發表與恐龍有關學術文章10篇,領導恐龍發掘2次,幾乎以一己之力奠定了中國恐龍研究的基礎。
許氏祿豐龍骨盆化石 | Eduard Solà Vázquez / Wikimedia Commons
1937 年,楊鍾健隨西南聯大的大部隊來到後方,在雲南地區繼續開展地質和古生物化石的調查工作。1939年,楊鍾健與同事在祿豐發掘出一具恐龍化石,命名為許氏祿豐龍(Lufengosaurus huenei)。因為是第一具由中國人完成發掘、研究、組裝全過程的恐龍化石,它被後人譽為“中國第一龍”。
楊鍾健教授一生的科研領域,幾乎涵蓋了“從魚到人”的古脊椎動物學,既是我國古脊椎動物學的開創者,也是我國自然博物館事業的拓荒者和熱心推動者。楊老曾說過:“相比我們年輕一代,到野外多是直奔化石地點,很少過問四周,這樣是愈做愈窄,知識面狹窄又限制了思維的開拓,就會制約我們研究的深度和廣度,對比前輩我們不應當反躬自問嗎?”這段話啟發了許多後來的年輕學者,也包括命名楊氏魚的張彌曼院士。
值得一提的是,在電影《無問西東》中楊教授和許氏祿豐龍出現過多次 | 電影《無問西東》
人類起源的秘密在鼻孔
說完了楊老的故事,我們說回先驅楊氏魚和張院士。
先驅楊氏魚不僅有紀念意義,還具有極高的科學研究意義。自達爾文的進化論提出以來,科學家們開始意識到包括人在內的四足動物,是由水中脊椎動物——魚類逐步演化而來的,那麼究竟哪一類魚才是陸生四足動物的祖先呢?人們圍繞這個話題探討了許久,並最終將問題的突破口聚焦在了不起眼的鼻孔上。
泥盆紀的真掌鰭魚屬(Eusthenopteron)化石 | James St. John / Wikimedia Commons
陸地上的四足動物們用肺呼吸,因此有與外鼻孔相通的內鼻孔。這樣在進食、吞嚥時,外面的空氣才可以進入肺部。而現生魚類並沒有肺,且大多需要依靠魚鰓呼吸,因此只有兩對外鼻孔。水流從前面的外鼻孔流入,流經嗅囊後直接從後面的外鼻孔流出,只能提供嗅覺而不參與呼吸。而魚類從海洋到陸地的關鍵一步,就是擺脫魚鰓,呼吸空氣。因此起到氧氣通道作用的內鼻孔的出現,成為了判斷四足類動物祖先的關鍵特徵。
張彌曼的老師雅爾維克花了25年時間還原總鰭魚類(一類原始的肉鰭魚,如今肉鰭魚類只剩下了2種矛尾魚和6種肺魚,但在4億年前它們曾是地球水域裡的主角)的化石,對其頭骨構造進行了非常詳細的分析,認為它們存在內鼻孔的痕跡。於是,他提出了總鰭魚類就是四肢動物的祖先的觀點,獲得了學界的普遍認可。
總鰭魚類和其他硬骨魚、兩棲類的系統發生圖 | Min Zhu & Xiaobo Yu / Nature (2002)
然而,在我國雲南東部,距今4億年前的岩層裡,發現了完整的總鰭魚類腦顱化石,即先驅楊氏魚,它即將撼動“總鰭魚是我們的祖先”這一寫進教科書的結論。
我們的祖先是哪種魚?
上世紀80年代初尚未出現CT掃描技術,因此在修理還原楊氏魚的過程中,張彌曼採取了連續磨片制蠟模法,以放大顯示化石的內部結構。這種方法是將古魚類化石封固在硬石膏模型中,小心地一點點磨掉,每磨去一層就要繪製出一個截面圖案,這樣就可以像斷層掃描一樣看到化石裡面了。
對一個僅兩釐米長的先驅楊氏魚腦顱化石,這個製作過程實在是冗長、枯燥且乏味。每一次研磨都要用精密的尺子量一下,保證化石磨得均勻平整。之後要將磨好的化石放在顯微鏡下,利用反光鏡將影象映在紙上,再用鉛筆仔細描出來。張彌曼利用一切時間,不厭其煩地進行磨片、畫圖,常常工作到深夜。
先驅楊氏魚頭骨結構繪圖 | Min Zhu & Xiaobo Yu / Nature (2002)
即便如此,張彌曼也花了將近兩年才最終完成磨片,畫出了540多張圖。之後她細心地把它們貼在平整的石板上,並用熔化的石蠟和蜂蠟,製作出薄薄的拓片,最後,將所有的拓片“拼裝”成一個等比例放大20倍的模型。楊氏魚的腦顱結構就像經歷了魔法的放大,完整地呈現在我們面前了。
透過對放大模型的研究,張彌曼意外發現身為總鰭魚類,楊氏魚腦顱中並沒有內鼻孔的痕跡。隨後她重新觀察了老師的標本,發現這些化石上本該是內鼻孔的部位並不完全,有些甚至沒有儲存下來,並不能直接得出總鰭魚類具有內鼻孔的結論。於是她否定了老師的權威觀點,從根本上動搖了總鰭魚類“四足動物祖先”的地位,在當時全世界的地質學界和古生物學界引起了極大震動。
先驅楊氏魚頭骨結構繪圖 | Chang & Yu / Scientia Sinica (1981)
隨後張彌曼和學生朱敏在曲靖發現的骨鱗魚類(四足形動物)——肯氏魚(Kenichthys campbelli),進一步佐證她之前的發現,並確認了以肯氏魚等為代表的原始四足形動物,才是四足動物的最近祖先。這一觀點逐漸被學界所認同,張彌曼院士也因此於2016年10月,獲得古脊椎動物學界的最高榮譽獎項:羅美爾—辛普森終身成就獎。
中國古生物學薪火相傳
除先驅楊氏魚外,張彌曼院士還將在青藏高原發現的一種特殊裂腹魚化石,命名為伍氏獻文魚,獻給指導她走上古魚類學道路的恩師——伍獻文院士(也是我國水生生物學的奠基人)。之後張彌曼院士的弟子朱敏博士,又以老師的名字命名了最早的輻鰭魚類——晨曉彌曼魚。曾和楊老、伍老共事的我國魚類/古魚類學先驅張春霖先生,也擁有以自己名字命名的古生物——張氏春霖魚……
相比起命名背後複雜的物種分類,我更喜歡的是人名背後所體現的精神。伍獻文82歲時曾言,自己甘做人梯,以餘生為國家培養科學人才。我國科學家代代薪火相傳,中國的古生物學才得以繁盛,如今已躋身於世界一流水平。
“韶華易逝,勸君惜取少年時!”