山显任 盖志琨
灵动土家鱼生态复原图。郑秋旸绘
灵动土家鱼正型标本照片（a）及解释性素描（b）。
彭礼健摄史爱娟绘
灵动土家鱼三维复原模型。杨定华制作
灵动土家鱼Tujiaaspis vividus
■分类位置：盔甲鱼亚纲—真盔甲鱼目—曙鱼科—土家鱼属
■化石产地：重庆秀山、湖南保靖
■层位与时代：迴星哨组，志留纪兰多维列世特列奇晚期（距今约4.36亿年）
■命名人与命名时间：盖志琨、李强、王俊卿、朱敏等，2022年
近日，我国的科研人员在英国《自然》杂志报道了一个埋藏了4.3亿年之久的古鱼天团——“重庆特异埋藏化石库”。这是一个具有大量鱼类完整身体保存的特异埋藏化石群，灵动土家鱼便是其中之一。灵动土家鱼属名“土家”，是因为鱼化石发现于土家族聚居的地方；而种名“灵动”，则是该鱼化石呈现了一个“鲤鱼跃龙门”的姿态，非常的灵动。
关于盔甲鱼的研究已经有50多年，人们对盔甲鱼类的头部解剖特征有了全面的认识，但它们的身体长什么样一直以来是未解之谜。灵动土家鱼作为世界上第一块具有完整身体保存的盔甲鱼类化石，首次完整地揭示出盔甲鱼类身体的全貌。它全身披有菱形倾斜排列的鳞列，具有适应底栖生活的扁平的腹部，在腹部中央还保存了肛门，但是没有臀鳍；身体背部具有三个背鳍，其中前两个背鳍彼此靠得很近，具有叉形的下歪尾。尤其令人惊讶的是，灵动土家鱼的腹部长有一对纵贯全身的腹侧鳍褶，从头的后部一直延伸到尾尖。这是一个巨大的惊喜，因为之前人们一直认为盔甲鱼类完全没有成对的偶鳍。这一发现不仅为100多年前的“鳍褶理论”提供了最为关键的化石证据，而且与现代分子发育生物学的数据高度吻合。古生物化石证据与发育生物学的交叉印证，使得脊椎动物成对附肢的起源研究跟颌起源研究一样成为演化-发育生物学的一个经典范例。
传统理论认为脊椎动物成对附肢的出现可能首先是为了改善运动能力，毕竟游得快才能快速捕食或在遇到危险时及时逃跑。但是，灵动土家鱼的这对纵贯全身的腹侧鳍褶中没有肌肉和内骨骼支撑，这意味着它们不能像真正的偶鳍和四肢那样，可以自由活动和控制方向。那么问题来了，既然鳍褶不能用来游泳，那为什么还要生长出它？难道是为了好看？难道传统理论真的错了？
为搞清楚这个问题，研究团队采用了一种新的研究方法——计算流体力学模拟实验。他们用计算机模拟了海洋中的水流，把带有成对鳍褶的土家鱼模型放进去，再把去除成对鳍褶的土家鱼模型放进去作为对照，分析它们在不同水流速度和不同迎角下，这对腹侧鳍褶的功能表现。研究结果表明，具有成对鳍褶的土家鱼模型，在水流流过时，能够产生相当的上升力，而这个上升力，在没有任何肌肉力量输入的情况下，就足以抵消自身的重力。它的工作原理跟现代一种堪称快艇中的战斗机的水翼船或水翼艇的“水翼”非常相似。通俗地讲就是，这对腹侧鳍褶相当于在鱼体扁平的腹部插上了“翅膀”，利用水流过“水翼”以后，下表面压力比上表面压力大，因而产生了升力，从而实现高效的海底巡航。腹侧鳍褶的这个隐藏功能，对早期这些“戴盔披甲”笨重的底栖鱼类来说非常重要，因为在没有活动偶鳍的帮助下，只靠尾鳍的推动，对它们来说脱离水底将是一件非常困难的事情。因此，这一发现从功能机制上提出了有关脊椎动物成对附肢起源的新假说，即成对附肢的产生最初可能只是利用水流产生升力来抵消自身重力，而非增加推动力和控制方向。
令人惊叹的是，我们的鱼祖先在志留纪早期就了解并利用了现代水翼船的“水翼”原理，率先演化出世界上最古老的“水翼”结构，这比我们人类发明水翼船整整早了4.36亿年！灵动土家鱼纵贯全身的成对鳍褶展现了鱼类偶鳍和四足动物四肢演化的初始状态，后来，成对鳍褶首先分化出了具有肌肉和内骨骼支撑的胸鳍，但依然保留了鳍褶状的腹鳍，再后来，到了有颌类的盾皮鱼类，真正的腹鳍才开始出现，腹鳍的功能才真正转化为增加推动力和控制方向。在此后4亿多年的时间里，脊椎动物成对附肢先是经历了由成对的鳍向四肢演化的过程（比如肉鳍鱼类凭借发达的偶鳍登上了陆地，成为所有四足动物的祖先，彻底改变了地球的生物面貌），然后又经历了由四肢到翅膀（鸟类），甚至四肢又退化为“鳍”（鲸）或完全退化（蛇）等一系列演化过程。因此，今天我们可以自豪地说，正是中国盔甲鱼类的这一演化创新奠定了今天鱼类、陆地四足动物、鸟类、鲸鱼、蝙蝠，甚至我们人类运动的基础。
,
