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Coelacanth揭示了脊椎动物颅骨进化的秘密

一组与四足动物密切相关的原始深栖鱼类,四肢脊椎动物包括两栖动物,哺乳动物和爬行动物。

他们被认为已经灭绝了7000万年,直到1938年南非渔民意外捕获了活体标本。腔棘鱼的头骨恰好被一个特殊的颅内关节完全分成两半,它的大脑非常小,它只剩下容纳它的腔的1%,这使它在所有活脊椎动物中独一无二。

腔棘鱼头骨如何生长以及为什么大脑仍然如此之小,这让科学家们困惑多年。为了回答这些问题,布里斯托大学的Hugo Dutel博士,弗林德斯大学的John Long教授和他们来自英国和法国的同事研究了腔棘鱼在不同发育阶段的脑腔。

“我们的发现提供了一个更好的理解为什么古代化石鱼铰接头,并表明为什么四肢动物后来失去了他们头骨的两个部分之间的这种关节,”龙教授说。

“我们认为这种特殊关节的形成可能是由于脊索的独特发育(在生命早期阶段延伸到大脑和脊髓下方的管道)。”“在一些鱼类中,它通常会退化为大脑下方的一根小棒。然而,腔棘鱼的脊索急剧膨胀,成为成年鱼脑的50倍。“

“这种大脑发育过程非常不寻常,特别是与像我们这样大脑扩张的灵长类动物相比。在其他一些生物和化石鱼类中也存在大脑与其腔之间的不匹配,但这里观察到的脊椎动物完全无与伦比。“

当今世界存在两种腔棘鱼:西印度洋腔棘鱼(Latimeria chalumnae)和印度尼西亚腔棘鱼(Latimeria menadoensis)。

在西印度洋腔棘鱼是一种蓝色的鱼已经看见周围的非洲,在南非,莫桑比克,肯尼亚,坦桑尼亚和马达加斯加的海岸。在印尼腔棘鱼是最近在印度尼西亚发现了一个棕色的鱼。

Dutel博士,龙教授和共同作者使用最先进的成像技术来观察西印度洋腔棘鱼的内部解剖结构,而不会损坏它们。他们将一个2英寸(5厘米)长的胎儿数字化,这是最早的发育阶段,在欧洲同步加速器上使用同步加速器X射线。

这些数据用于生成详细的3D模型,使团队能够分析颅骨,大脑和脊索的形态如何从胎儿变为成人。“Coelacanths是被认为与第一批陆地动物或四足动物相关的标志性动物,因为它们有奇怪的铰接头,”龙教授说。

“这项研究表明,头骨中特有的铰链是由大软骨杆或脊索的持续性引起的,这使得颅骨形成骨化为一个固体单位。”科学家们还观察了这些结构在每个阶段如何相对于彼此定位,并将他们的观察结果与其他脊椎动物中颅骨形成的已知结果进行了比较。

“这些都是非常独特的观察结果,但与我们在其他物种的发展中所知的数量相比,它们只是向前迈出了一小步,”Hutel博士说。

“还有更多的问题而不是答案!Coelacanths仍然为我们对脊椎动物进化的理解提供了许多线索,保护这些受威胁的物种及其环境非常重要。“

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