鱼是如何获得肩膀的

对古代鱼类骨骼和肌肉的新分析提供了有关动物(包括我们)肩部如何进化的新线索。

肩带——人类支持手臂运动的骨骼和肌肉的结构——是进化“新奇”的典型例子。这是一个新的解剖特征出现的地方，没有任何明显的先兆;那里没有确凿的证据，其中的哪个特征显然导致了另一个。

这项新研究汇集了一系列进化研究技术，包括化石、发育生物学和比较解剖学，提出了一种研究肩膀等主要解剖特征如何进化的新方法。

这项由伦敦帝国理工学院的Martin Brazeau 博士和自然历史博物馆研究人员领导的研究结果今天发表在《自然》杂志上。

关于肩部起源的一种理论认为，它是鱼身体两侧成对形成鳍的一部分，其进化使鱼类能够更好地控制游泳，并最终促进从水到陆地的迁移。“鳃弓”假说表明，这些鳍是从支撑鳃的骨“环”进化而来的，鳃也形成了肩膀。然而，很难为这一假设收集任何证据，因为这些特征很少保存在化石中。

关于鳍如何形成的另一种理论，即“鳍折叠”假说，表明成对鳍的前体是由鱼侧腹上的一条肌肉进化而来的。自这两个理论提出以来的 150 年来，这一理论已经获得了大量支持证据，但它无法解释相关的肩带是如何进化的。

现在，通过重新分析肩带出现后不久的古代鱼类头骨化石以及其他证据，研究小组认为真相可能在于鳃弓假说的修改版本，该假说与鳍褶假说相一致。

研究小组观察到的化石是盾皮鱼，属于西伯利亚Kolymaspis，它生活在大约4.07亿年前，是最早的有颌鱼类之一。该化石有一个保存完好的脑壳——头骨的坚硬内部部分，记录着大脑的印记和其他特征。

布拉索博士意识到，尽管这些化石中的鳃弓保存很差或不存在，但它们的证据可以很好地保存在脑壳中：包围大脑并支撑眼睛和耳朵等感觉结构的软骨或骨“盒子” 。脑壳显示出一个奇怪的头肩关节，突出显示了肌肉和血管的结构。

通过将有颌鱼化石中的这一特征与其祖先无颌鱼的脑壳特征进行比较，他和团队发现了比较两者的新方法。他们发现这种不寻常的头肩关节与早期鱼类的鳃弓有相似之处，这表明正是这些部位在早期阶段被保留下来并融入到肩部的形成中。

大多数无颌鱼有 5-20 个鳃弓，但有颌鱼的鳃弓几乎不会超过 5 个。结合新的脑壳证据，研究小组认为第六鳃弓被纳入肩部，成为分隔头部和身体的重要边界。有趣的是，无颌鱼鳍的血液供应出现在第六和第七鳃弓之间。

帝国理工学院生命科学系的布拉佐博士说：“鳃弓似乎参与了头部和身体通过肩部的早期分离。但我们不再有鳃弓了——虽然肩膀是用它们做模板的，但它们今天不需要仍然存在。

“这与一些早期的研究相一致，这些研究表明肌肉可以保持高度稳定，而支撑肌肉的特定骨骼会逐渐取代另一块骨骼。鳃弓可能已经发挥了作用，并被替换，因为肩膀呈现出新的结构，包括支撑我们的脖子等东西。”

这一发现还意味着就成对鳍的进化方式而言，不一定非得是非此即彼。布拉索博士补充道：“我们的研究表明，这两种理论都有其优点，而无需全盘接受其中一种。相反，我们可以合理化重叠的领域。”

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