鱼的血液循环示意图,鱼解剖怎么知道病因

首页 > 自然 > 作者:YD1662024-05-04 22:01:48

近日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所发表了对盔甲鱼类玉海翼角鱼的最新研究成果,该研究报道了云南曲靖早泥盆世布拉格期(大约4.1亿年前)徐家冲组发现的玉海翼角鱼的新材料,首次揭示了盔甲鱼类食道与背主动脉的位置关系,解开了七鳃鳗、骨甲鱼类背主动脉和食道向右漂移的不对称之谜[1]。

水中“吸血鬼”七鳃鳗&面露“惊讶”的骨甲鱼

在揭示七鳃鳗、骨甲鱼类背主动脉和食道向右漂移的谜底之前,先来认识一下我们的这两位主角。

七鳃鳗是一种生活在水中、营半寄生生活的无颌脊椎动物。它体呈鳗形,没有偶鳍,只有背鳍和尾鳍。在头的前部腹面有一个圆形漏斗状的吸器,用以吸附在其他鱼体上。漏斗里面才是口,上面长着角质齿的特殊“锉舌”,可以从口腔底部伸出。当七鳃鳗吸着捕获物时,锉舌起着活塞的作用,用以吸取捕获物的血液。

鱼的血液循环示意图,鱼解剖怎么知道病因(1)

图1 “水中吸血鬼”七鳃鳗a. 海七鳃鳗(Petromyzon marinus),侧视(图片来源:D. Pulera绘);b. 美国五大湖区的海七鳃鳗(图片来源:盖志琨摄于美国芝加哥)

七鳃鳗的鼻孔长在头顶之上,与其它动物不同的是,七鳃鳗仅有一个鼻孔,单鼻孔是圆口类在现生脊推动物中的一个非常有趣的现象。

鼻孔后方是松果眼(pineal eye)的位置,松果眼具有感光的作用,堪称七鳃鳗的“第三只眼”。眼睛长在头的两侧,由眼向后是一排7个小的圆形鳃孔,七鳃鳗因此得名。

虽然七鳃鳗的神经系统还比较原始,但感觉却非常灵敏,只要在它周围30米以内有鱼类游过,它便会像一支利箭一样,向对方直射而去,瞬间用吸盘将鱼体吸住。通常情况下,只需要2个小时,被吸住的鱼就会因为血被被吸干而丧命,这时七鳃鳗才会松口,“扬长而去”。

在海中,即使是体形巨大的鲸类,也常常会遭到七鳃鳗的“光顾”。鲸类对这些“可恶”的家伙们无计可施,只能任其吸血,饱餐一顿。这么看来,七鳃鳗真是名副其实的水中“吸血鬼”!

故事的第二位主角——骨甲鱼类,是志留纪—泥盆纪时期甲胄鱼类中发展最成功的一个类群,大约有200种,主要生活在北美、欧洲、西伯利亚及中亚地区。

大多数的骨甲鱼类看起来似乎都已经具有了成对的胸鳍和柔韧的尾鳍(上歪尾)。这些特征表明,骨甲鱼类可能是甲胄鱼类中身体最为灵活、运动能力最强的一个类群。

鱼的血液循环示意图,鱼解剖怎么知道病因(2)

图2 形形色色的骨甲鱼类(图片来源:杨定华绘)

骨甲鱼类整个头部背面被一块完整的半圆形的骨质盔甲包裹,腹面是口孔和外鳃孔的位置,周围镶嵌满了微小的骨片或鳞片。头甲前部有一对眶孔(眼睛的位置),中间为单一的鼻垂体孔,后方为一个小小的松果孔。骨甲鱼看起来因为惊讶而张开的“嘴”,其实是它们的“鼻孔”。

骨甲鱼类的“鼻孔”(鼻垂体孔)与现生七鳃鳗的鼻孔惊人地相似,所以最初科学家们一直认为这两个类群可能有着直接的亲缘关系。然而,现在的研究结果表明,它们的相似可能是平行进化的结果。

哟,辈分闹岔了

在无颌类七鳃鳗幼体和一些骨甲鱼类中存在一个比较奇特的现象:它们的背主动脉不成对,而且不对称。也就是说,它们的主动脉并不完全沿着身体中线延伸,会在鳃区的后面有一个明显的向右漂移现象

鱼类的血液循环路线为单循环。单循环指的是从心室压出的缺氧血,经鳃部交换气体后,在身体背侧、脊柱下方汇合成背主动脉,再将多氧血运送至身体的各个器官组织。离开器官组织的缺氧血最终会返回至心脏的静脉窦内,然后再开始新一轮的血液循环。

背主动脉是脊椎动物出现的第一个有功能的胚胎内血管,在躯干中作为两条独立的双侧血管出现,并经历了从侧位到中线的横向易位,最终在中线融合成一条大血管。因此,背主动脉的演化过程可以视作一个非常理想的模型,这个模型能够帮助我们理解控制体内较大血管的建立和重塑机制

目前,背主动脉和食道向右漂移的不对称现象仅发现于七鳃鳗的幼体和骨甲鱼类中,曾经是支持现生七鳃鳗和骨甲鱼类亲缘关系密切的证据之一,科学家们推测:七鳃鳗是由骨甲鱼类外骨骼退化后演化而来的后裔。

随着分支系统学的发展,越来越多的证据表明,七鳃鳗缺失外骨骼可能代表了脊椎动物的原始特征,也就是说,七鳃鳗是一种更原始的无颌鱼类;而骨甲鱼类则具有更多的有颌类的进步特征,比如成对胸鳍、骨细胞、上歪尾等,是与有颌类亲缘关系最近的姊妹群。

因此,七鳃鳗和骨甲鱼类背主动脉向右漂移的不对称现像,可能是平行演化的结果!这种情况下,系统位置位于七鳃鳗和骨甲鱼类之间的中国盔甲鱼类到底是什么情况就显得非常重要了。

鱼的血液循环示意图,鱼解剖怎么知道病因(3)

图3 七鳃鳗(a)、骨甲鱼类(b,c)、盔甲鱼类(d,e)及现生软骨鱼类(f,g)食道及背主动脉分布对比(源:孟馨媛绘)

我国盔甲鱼类的“明星”

过去,由于保存技术和化石稀缺的局限,科学家们对盔甲鱼类腹面以及内部解剖特征知之甚少。而玉海翼角鱼新标本清楚地保存了腹面的关键形态学信息,是第一个明确揭示食道和背主动脉位置关系的关键化石。

上世纪90年代初,我国著名古鱼类学家朱敏院士在云南曲靖地区进行野外地质调查时,首次发现了玉海翼角鱼化石,化石产出层位系早泥盆世布拉格期徐家冲组。

鱼的血液循环示意图,鱼解剖怎么知道病因(4)

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