古代肺鱼的颌骨讲述了复杂的进化历程。新的三维分析揭示了令人惊讶的摄食适应性。

得益于对曾生活在澳大利亚北部史前珊瑚礁上的肉鳍鱼类的饮食行为的新研究，古代捕食性鱼类继续为揭示哺乳动物的起源提供线索，正是这些古代捕食性鱼类最终演化出了最早的陆地脊椎动物。

弗林德斯大学研究人员领导的一项最新研究近日发表于《iScience》杂志，该研究为3.8亿年历史的肺鱼生物学研究提供了新视角。这一突破性进展得益于对西澳大利亚州北部偏远的戈戈化石遗址发现的保存异常完好的颌骨进行的高分辨率分析。

研究团队使用三维有限元建模（FEM）评估了这些下颌骨化石的结构特性和功能表现。研究结果有助于科学家们了解在泥盆纪（通常被称为“鱼类时代”）各种肺鱼是如何在同一热带海洋生态系统中共存的。

肺鱼是四足动物的近亲

该研究的通讯作者爱丽丝·克莱门特博士解释说，肺鱼被认为是四足动物的“姐妹分类群”，即包括人类在内的所有四肢脊椎动物。正如她所说，“这意味着它们是我们最亲近的‘鱼类’亲戚。”

她说:“它们的化石历史长达4亿多年，至今仍有现存种类，而且与四足动物有亲缘关系，这让我们得以窥见从水中走向陆地的远古祖先。”

戈戈组地层是迄今为止发现的肺鱼化石种类最多的遗址，目前已确认有 11 个不同的物种。这些样本展现出了多种多样的身体形态，特别是在颅骨和颌骨结构上。

生物力学功能与摄食适应性

研究人员首次重建了这些古代鱼类独特的生物力学功能，以便更好地了解它们的摄食行为和捕食能力。

克莱门特博士说：“我们正慢慢梳理出这些动物的身体和生活方式是如何随着它们从水生鱼类演变成在陆地上行走的四足动物的细节。”

弗林德斯大学的研究团队与澳大利亚及国际专家合作，团队成员包括荣誉古生物学专业学生约书亚·布兰德、克莱门特博士、约翰·隆教授以及美国的生物医学专家，如奥尔加·帕纳吉奥托普卢博士。

“我们的综合数据集提供了迄今为止任何化石鱼类咬合性能的最详细量化指标，为戈戈肺鱼中多样化的摄食适应和生态位分化提供了生物力学证据，”来自加州图罗大学的帕纳吉奥托普洛（Panagiotopoulou）博士解释道。

研究团队利用保存状况极好的三维化石的CT扫描图像，对7个物种进行了研究，以评估其形态变化，并对5个具有完整头骨和下颚的样本应用了有限元建模（FEM）。

她说：“这样我们就能够模拟出这些下颌在咬合过程中所经历的应力和应变。”

所有3D虚拟模型均可在Morphosource上获取。

形态与颌骨功能令人惊讶

古生物学战略教授约翰·朗表示，这项新研究揭示了有关其“纤细”或“强壮”形态和颌骨牙齿的专门方式的重要信息，这种专门方式让这些迷人的鱼类能够捕食、撕咬和进食。

隆教授表示：“结果有些令人惊讶，一些看似‘强壮’的下颌似乎并不那么适合承受咬合力，而一些更纤细的下颌似乎能够很好地承受张力。”隆教授曾描述过来自戈戈组地层纤瘦的长吻肺鱼（Griphognathus whitei） （或称“鸭嘴肺鱼”）。

“肺鱼中存在着如此多样的生物力学功能，这表明肺鱼之间存在生态位分化和食性分化，这可能是该地点肺鱼物种多样性极高的原因。”

新技术让古老化石重获新生

在灭绝之前，原始的盾皮鱼类和其他鱼类作为全球范围内的主要捕食者存在了约6000万年之久。50至100年前发现的一些肉鳍鱼类化石样本，如今可以利用有限元法（常用于工程研究）等新技术进行更为详细的研究。

主要作者、弗林德斯大学古生物学实验室研究员约书亚·布兰德补充道：“戈戈组晚泥盆纪礁石是一个真正独特的肺鱼群落，其中有许多拥有不同习性和能力的物种。

“从骨骼中发掘出隐藏的故事片段，是极具成就感的。感觉就像我们揭开了形态背后某些真实功能的面纱。在测试中，更复杂的形态表现更佳，令人印象深刻，”他说。

参考文献：《2025年6月20日iScience期刊上发表的由约书亚·布兰德、雨果·杜特尔、约翰·A·朗、马泰奥·法布里、约瑟夫·贝维特、凯特·特里纳斯蒂奇、奥尔加·帕纳吉奥托普洛和爱丽丝·M·克莱门特所著的“泥盆纪肺鱼咬合时下颌运动机制的比较”》DOI：10.1016/j.isci.2025.112970

本研究由澳大利亚研究理事会资助（DP 220100825）。

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