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科研進展

攀鲈西遊記—化石校正分子鍾揭秘迷鰓魚類演化謎題

發表日期:2019-04-06來源:放大 縮小

  印度板塊與亞歐大陸的碰撞與隨後青藏高原的隆升是新生代以來最重要的地質事件,由此帶來的氣候環境變化對亞洲及其周邊地區生物區系的演變産生了巨大影響。尤其是青藏高原地區,隨著印度板塊的碰撞、副特提斯海退卻、熱帶和亞熱帶低地出現、巨大山系發育近而最終隆升爲今天面積巨大、海拔高峻的世界第三極。伴隨地貌和環境的滄桑巨變,置身其中的生物輪番上陣,最初適應熱帶和亞熱帶的生物,或逃離、或絕滅、或自我改變“演化與隆升並進”,最終只剩下適應高寒缺氧環境的物種得以保留和繁衍,由此成就了一部生命演化的史詩。近日中科院古脊椎所和水生所合作研究,利用已知迷鰓類多個代表性化石,將化石種和現生物種一起納入曆史生物地學分析,通過化石校正和祖先分布區重建,揭示適應熱帶和亞熱帶的迷鰓魚類可能在始新世經由西藏借道印度擴散至非洲的演化曆史,爲印度-亞歐板塊碰撞和高原生長的環境生物效應再添注腳。

  迷鳃鱼类(Labyrinth fishes)是鲈超目里一个很特殊的类群,因为鳃腔上方长有一个结构复杂的迷鳃而能呼吸空气。它们中的斗鱼、丝足鲈、吻鲈等是常见的热带观赏鱼类。

  迷鰓魚類多數種類現在分布在印度和東南亞的熱帶平原地區,只有攀鲈類還分布在撒哈拉以南非洲中西部的熱帶平原和雨林地區。這樣一個特殊的間斷分布模式是岡瓦納裂解、印度板塊漂移隔離分化的産物?還是新近紀大陸間擴散事件的結果?或者由其他原因造就?前人曾嘗試分子學分析解疑,但由于缺乏較可靠的化石記錄,一直沒有清晰的答案。

  中科院古脊椎所青藏高原科考队通过多年的考察,在藏北伦坡拉和尼玛盆地发现了迄今所知最古老的攀鲈化石(Wu et al., 2017),将这一类群(攀鲈科)的化石记录前推2千多万年。研究者也借此首次将青藏高原与这类独特的热带鱼类的演化历史相联系。

  古脊椎所吳飛翔團隊聯合中科院武漢水生所魚類學同行基于上述發現及其他相關化石記錄和分子學數據,運用不同的化石校正結合年代推定方法和生物地理學分析模型,重建了攀鲈類的動物地理學曆史,認爲攀鲈類在始新世中期的東南亞與吻鲈分道揚镳後,隨當時連通西藏的水系擴散至位于較低古緯度(21-24oN)、溫暖濕潤的西藏腹地,並在那至少逗留到古近紀末,後因高原隆升導致的環境變化而在這一地區消失。而它們的先輩卻在印度次大陸與亞歐大陸碰撞後不久,借道印度在約4千萬年前擴散到了非洲。研究者還認爲,攀鲈亞非間斷分布模式在這次它們到達非洲時就此定型,之後的陸地連結(如早中新世非洲-阿拉伯板塊與亞歐板塊碰撞)並沒有造成攀鲈的二次擴散,盡管這一構造事件曾促成了非洲和亞洲之間可觀的生物交流。這可能與北非和西亞地區始新世之後逐漸變幹的古環境變化有關。另外,通過對烏鳢(黑魚)的平行分析發現,烏鳢和攀鲈的擴散路線大致相同,只是進入非洲的時間略有先後。

  这一研究再次突出了化石发现在生物地理学研究中的重要作用。分子学结合古生物学推演生物地理学历史,除了能纳入更好的年代约束,更可能补全被灭绝或者环境变化抹去的历史分布,特别像青藏高原这样经历了剧烈环境变化的地区。该研究成果,近日发表在《Science Bulletin》。

  該研究得到中科院戰略性先導專項、生物演化與環境卓越中心、國家自然科學基金和中科院青促會項目的資助。

  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.03.029 

图1. 现代攀鲈分布区(蓝色)及青藏高原攀鲈化石产地(红圆)。化石为西藏始攀鲈正模标本,现存于中科院古脊椎动物与古人类研究所(吴飞翔供图)

图2. 攀鲈目谱系时间树(The Timetree of Anabantiformes)前标爲化石屬種。圈內數字爲節點時間平均值。支系顔色代表分布區(見左上方框)。縮寫:Ch.=Channa鳢屬; Mi=Microctenopoma細梳攀鲈屬(吳飛翔供圖)

图3. 攀鲈目祖先分布区分析结果。缩写: A.=Anabas攀鲈屬; Ch.=Channa鳢屬; Ct=Ctenopoma 非洲攀鲈屬; Mi=Microctenopoma細梳攀鲈屬(吳飛翔供圖)

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