科学周刊|人类的先祖是鱼！“老祖宗”昆明鱼率先进化出头、脑、眼  记者专访西北大学地质学系教授韩健

近日，有消息称，根据现有科研成果，其实人类的先祖是鱼。这一话题引发网友关注，有网友说“因为万物离不开水，水是生命之源”，有网友说“原来我是美人鱼”。到底其中有什么奥秘呢？华商报大风新闻记者对相关报道进行了梳理，同时专访了西北大学地质学系研究员、陕西省古生物学会秘书长韩健教授（舒德干院士团队成员）。

　　》》科研成果

　　“老祖宗”昆明鱼率先进化出头、脑、眼

　　2022年9月，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏院士团队在重庆、贵州等地志留纪早期地层中发现距今约4.39亿至4.36亿年的鱼类化石，包括“灵动土家鱼”“奇迹秀山鱼”等，通过研究揭示了有颌脊椎动物起源与早期演化关键信息，相关成果发表于国际期刊《自然》，将完整有颌脊椎动物化石记录向前推进1100万年。

　　当时，“从鱼到人演化过程需近5亿年”这一话题迅速登顶热搜。

　　从鱼到人演化过程需近5亿年，先后经历了最早的无颌类演化变成有颌类、肉鳍鱼类，之后登上陆地变成两栖类和哺乳动物，最终演化成人类这样一个漫长的过程。

　　2024年9月，“天下第一鱼”被纳入最新版人民教育出版社七年级《生物学》教材。它的发现背后，离不开舒德干院士及团队的努力。

　　“从1995年到2003年，我们一共花了8年时间才逮住了‘天下第一鱼’，过程非常漫长。”西北大学古生物学家、中国科学院院士舒德干介绍，昆明鱼的发现具有非常重要的科学意义和深厚的人文价值。“200多年前，拉马克将地球上的所有动物划分为脊椎动物和无脊椎动物两大类，所有脊椎动物都是由无脊椎动物逐步进化而来，‘第一鱼’正是这个进化链条中的关键里程碑。一直以来，古生物学界一直在苦苦追寻它的身影，结果被中国古生物学家找到了。”

　　舒德干院士介绍，正是昆明鱼这个“老祖宗”率先进化出头、脑、眼，才最终演化出我们智人聪明的大脑，成为天之骄子；也正因为昆明鱼首创了原始脊椎骨，进化出我们强大的脊椎骨，从而让人类得以挺立于地球，成为万物之灵，迈向太空。

　　》》专家问答

　　人类器官在5亿年前的脊椎动物身上已有了雏形

　　华商报：我们常说“人类是从古猿进化来的”，但新的科研成果表明“人类是从鱼进化来的”！可否先用一个最形象的方式描述一下，我们和5亿多年前的鱼到底有什么关系？

　　韩健：想象有一颗动物演化之树（如图），自下而上，开枝散叶，由老到新。我们人类、金丝猴、大猩猩、鸟类、鳄鱼等位于不同的树枝上，而树的根部，就是最古老的脊椎动物，也就是昆明鱼目，包括昆明鱼、海口鱼以及钟健鱼。我们人类就是由这些鱼经历漫长的地质年代，逐渐演变而来。我们的头脑、眼睛、脊柱、下颌、耳骨、心脏、四肢等器官和结构，在5亿年前的脊椎动物身上，就已经有了雏形。

　　华商报：您所在的团队发现的昆明鱼和海口鱼，被称为“天下第一鱼”，这个名字是怎么来的？它“第一”体现在哪里？

　　韩健：舒德干教授所带领的西北大学早期生命研究团队，于1999年在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上发表了题为《华南早寒武世脊椎动物化石》的重要论文。同期刊发的法国古脊椎动物学家Janvier教授刊发的评论文章题目为《Catching the first fish》（逮住天下第一鱼），这就是“天下第一鱼”的由来。因为它们是迄今已知最早、最原始、而且能把“头—眼—脊椎”这三件套一次性配齐的脊椎动物，把脊椎动物的“出生证”一下子往前推了约5000万年。换句话说，5.18亿年前的昆明鱼、海口鱼才是后来一切鱼、一切爬行动物、一切哺乳动物——包括我们人类——的“老祖先”。更重要的是，在脊椎动物起源上第一次实现“从无脊椎动物王国向脊椎动物大家庭的进化飞跃”，是“从零到一”的跃升，是人类祖先系列中的“第一头脑眼，第一脊椎”。即人类聪明大脑的源头，人类赖以挺立地球的脊柱的起点。

　　舒德干教授团队跨越多年的“寻宝记”

　　华商报：埋了几亿年的石头（小化石），你们是怎么发现的？讲讲背后有趣的“寻宝”故事。

　　韩健：任何科学发现并不是一蹴而就的。早在1981年，舒德干教授（当时是硕士研究生）就带领西北大学地质学系李荣社等几位本科生在云南澄江帽天山采集节肢动物标本。1984年7月，中国科学院南京地质古生物研究所侯先光研究员（当时也是硕士研究生）在云南澄江帽天山发现了保存软躯体的节肢动物化石，标志着该特异埋藏群的正式发现，揭开了对寒武纪生命大爆发深入、系统性研究的序幕。1991年舒德干教授带领团队成员张兴亮等人在帽天山周围大规模采集澄江化石标本，但因为1997年地方政府在帽天山周围建立其省级自然保护区，化石开采难以为继，只能在滇东地区继续寻找新的化石产地。1993年2月云南省地质科学研究所罗惠麟、胡世学、张世山等人在昆明市海口镇澄江动物群化石新产地。这一地区化石极其丰富，岩石风化适度，是寻找澄江动物群软躯体化石最理想的地区之一。1997年8月，罗惠麟、胡世学、陈良忠在昆明海口耳材村剖面首先发现一枚不太完整的鱼形动物化石，也就是耳材村海口鱼（Haikouichthys ercaicunensis）化石。因为研究寒武纪大爆发的同行对早期脊椎动物都比较陌生，因此罗惠麟等人在请教多位同行以后，仍然难以断定这枚鱼形动物化石的分类位置。

　　机遇总是留给有准备的人。舒德干老师1995年就已经开始关注脊椎动物在内的后口动物化石演化研究。1996年在云南澄江发现一枚保存脊索和S型肌节的最古老的脊索动物化石——华夏鳗。1998年12月，舒德干、张兴亮造访罗惠麟老师时，舒老师检查了这枚鱼形标本，辨认出眼睛、鳃弓、脊索、原脊椎以及背鳍等特征，才肯定地告诉罗老师：“这是最古老的脊椎动物”。非常碰巧的是，同月舒德干、张兴亮、李勇、韩健在耳材村剖面也发现一块完整的脊椎动物化石，定名为凤姣昆明鱼（Myllokunmingia fengjiaoa ）。随后，舒德干教授等人联合罗惠麟、胡世学以及中科院古脊椎与古人类研究所古鱼研究专家朱敏老师、英国剑桥大学Conway Morris教授联合撰文，在《自然》杂志发表论文“华南早寒武世脊椎动物化石”。

　　“鱼祖宗”与现代的鱼有哪些不同

　　华商报：神奇的“鱼祖宗”与我们今天在菜市场看到的鱼有什么不一样？它长得什么样？

　　韩健：昆明鱼,身体呈流线型，体长28mm，最大高度（包括背鳍）6mm，可分为头部和躯干部。头部具5个鳃囊以及一对小眼睛。口可能位于身体最前端。躯干从前向后约25个双“V”型肌节，有一条背鳍和成对腹鳍，但没有鳍条。身体背中部可见一条脊索，腹部可见消化道，消化道前面具有可能的心脏（如图）。

　　海口鱼身体也呈流线型，比昆明鱼更为细长，体分头部和躯干部，头部下方具7个鳃，头顶具有一对透镜状大眼睛、一对可能的嗅囊。一对大眼睛之间，还可能有一对嗅囊或松果眼。眼睛之后还具有一对听囊。背鳍明显，具向前指向的鳍条。下腹部的腹鳍可能为偶鳍。躯干肌节与昆明鱼一样呈双“V”型，内部解剖学特征包括头颅软骨、围心腔、肠道以及一列生殖腺，生殖腺沿躯干腹侧排列。但是后续发现的数百枚标本表明，海口鱼除了具有一条脊索之外，沿着脊索还具有呈棒状的成对排列的垂直脊索的原脊椎。身体后端腹部的肛门位于身体末端的前面（如图）。

　　昆明鱼和海口鱼跟现代的鱼有很大不同，最为显著的特征有五点。其一，现代鱼跟我们人一样，都有吃饭用的上下颌，属于有颌类。其二，我们吃鱼的时候，就会发现，现代鱼的脊椎骨一节一节连在一起，而昆明鱼和海口鱼的脊椎骨彼此之间间距非常大，因此游泳的时候，更加柔顺丝滑，但速度要慢很多。其三，现代鱼的脊椎骨属于钙化的硬骨，而昆明鱼和海口鱼只有软骨，就是构成我们耳朵以及喉结的那个相对柔软的软骨。其四，现代鱼鳃弓外面有鳃盖，而昆明鱼和海口鱼鳃弓裸露，没有鳃盖。其五，昆明鱼和海口鱼口腔没有鱼牙，体表也没有鱼鳞保护，以过滤海水中的浮游有机小颗粒为食，在寒武纪弱肉强食的世界能够活下来，实属不易。

　　昆明鱼等脊椎动物创造了“第一头脑”、“第一脊椎”

　　华商报：昆明鱼与我们熟悉的恐龙、三叶虫这些化石明星相比，谁更古老？它的发现为什么能改写教科书？它身上有哪些关键的“人体零件”雏形？

　　韩健：寒武纪以前号称为“三叶虫的时代”。因为三叶虫身体重甲，能够有效抵御捕食者，因此数量众多，类型多样。昆明鱼体表没有鳞片，但昆明鱼与最古老的三叶虫却是同时代的。而恐龙最早出现在大约2.45亿年前（中三叠世），比寒武纪5.18亿年前的昆明鱼晚了2.8亿年。

　　寒武纪最古老的脊椎动物的发现以后，得到了世界同行的广泛认可，因此1999年开始就已经先后进入国内外大学的教科书。2024年纳入人民教育出版社七年级《生物学》教材。 为什么发现最古老的脊椎动物如此重要呢？

　　其一，因为脊椎动物在4亿年前的泥盆纪已经登陆，以牙形刺或牙形动物（真牙形类）为代表的脊椎动物首次出现在于晚寒武世（约4.9亿年前），广布于奥陶纪（约4.9亿年前），所以国际古生物学界很难想象在寒武纪早期就已经有了脊椎动物。其二，以海口鱼为代表的脊椎动物已经具有了一对大眼睛以及其他感官，因此也具备了处理各种信息的发达大脑。因为现代地球上所有的脊椎动物，包括我们人类本身，都是由寒武纪的脊椎动物演变而来，因此也可以说，人类的意识的起源，就是从寒武纪开始的。其三，昆明鱼等脊椎动物创造的“第一头脑”、“第一脊椎”和“第一心脏”，为达尔文在《人类的由来》中关于人类的主要基础器官起源悬案的破解提供了关键证据。

　　我们身上有哪些“鱼祖宗的遗迹”

　　华商报：在我们现代人的身体上，还能找到哪些从鱼类祖先那里继承来的“遗迹”或“痕迹”？

　　韩健：我们人类是由寒武纪的脊椎动物逐步演变而来，在我们身上能看到很多鱼类祖先器官残留下来的痕迹。我们的眼睛可以调整焦距，俗称“相机眼”，在昆明鱼、海口鱼身上已经相当显著。我们的头部和躯干的分化，在寒武纪已经演化出来了。大脑在寒武纪脊椎动物身上已经产生，虽然当时还没有分化成大脑、小脑、脑干、间脑。我们身体上的软骨组织，耳朵、鼻子、喉管，关节软骨，在寒武纪脊椎上已经出现。我们灵活的四肢，实际上也是由脊椎动物腹鳍演变而来。

　　鱼为什么要从海里走向陆地

　　华商报：鱼在水里游得好好的，是什么促使它们开始向往陆地？

　　韩健：脊椎动物从5.18亿年前就已经跟三叶虫共生在一起，同时代的还有奇虾等大型掠食动物，所以从寒武纪海底生态已经进入一个弱肉强食的丛林社会。昆明鱼等脊椎动物口腔没有尖锐的鱼牙，体表也缺乏鱼鳞保护，以过滤海水中的浮游有机小颗粒为食，在寒武纪弱肉强食的世界属于被压迫的族群，能够活下来，实属不易。现代的头索动物文昌鱼无齿、无鳞、滤食生活，经常躲在泥砂里面，可能是寒武纪脊椎动物生活的真实写照。

　　除了避免被捕食以外，最要命的是脊椎动物之间的竞争，俗称内卷。仅在云南滇东地区的海底世界，除了昆明鱼和海口鱼以外，还有钟健鱼以及其他尚未发现的脊椎动物，大家都要传宗接代，内卷不可避免。为了活下去，要么改变自己，要么开疆扩土寻找新的栖息地，才能适应这个不断变化的世界。化石记录表明，从寒武纪开始生活在浅海的脊椎动物，以及其他动物类型，就已经开始逐步向深海拓展新领地。所以，有限资源前提下的内卷是脊椎动物不断更新身体结构功能、扩张生境，最终登上陆地的根本原因。

　　寒武纪的陆地仍然像戈壁滩和荒漠，毫无绿色生机。但之后，陆地面貌逐渐发生变化。随着细菌、古菌、真菌、藻类开始慢慢随着河流向陆地扩展，各种植物和动物先后逐步登上陆地。而脊椎动物也在泥盆纪、甚至更早一些的志留纪首先进入陆地中的河流和湖泊，最后两栖类、爬行类最终踏上陆地。在此之前各种包括脊椎动物在内的生物并非没有尝试登陆，而是一次次的失败并没有被化石记录下来。

　　在脊椎动物从水生到陆生的演化过程中，无论是生活还是生殖，都有许多的障碍需要克服。吃、喝、拉、撒、睡等生活问题都需要一一解决。想象一下我们刚从游泳池爬上来时，身体多么沉重，就体会到了动物在陆地上行走多么困难。但其中一个关键的生活问题，就是如何呼吸空气中的氧。鱼儿在水中，氧气可以溶解到水中，通过扩散作用就可以进入鱼鳃，然后通过血管循环到身体各处。人呼吸的时候，氧气也是先进入我们细润的肺泡中的水，然后再然后通过血管送到全身。对于早期尝试离开水体尝试登陆的脊椎动物而言，如果肺泡在体外，肺泡表面的水分很快就会蒸发，导致动物无法呼吸，或者只能短暂离开水体或者呆在阴暗潮湿的地方。因此演化出位于体内的肺是脊椎动物从水生到陆生的演化过程中的关键。

　　华商报：您可以讲一个简单的时间线吗？比如，从最早的鱼开始，过了几亿年变成了两栖动物，又过了几亿年变成了哺乳动物，最后才到我们人类？

　　韩健：5.18亿年前出现原始脊椎动物；有颌类4.6亿年前出现，随之出现了鲨鱼的祖先软骨鱼类；市场上常见的鲟鱼、草鱼等硬骨鱼类祖先起源于4.25亿年前。两栖类（鱼石螈）登陆始于大约3.7亿年前。2.5亿年前，爬行动物（鳄鱼、恐龙）兴起。2亿年前，哺乳动物开始出现。低等灵长类早在距今6500多万年以前的白垩纪末期就出现了。人类与其他动物（黑猩猩）的分界点是在500万—800万年前。

　　专家研究化石时采用哪些“黑科技”

　　华商报：除了用眼睛看，你们还用到了哪些“黑科技”来研究化石？这些技术怎么帮你们“看”清数亿年前的秘密？

　　韩健：研究古生物化石，包括但不限于研究其形貌、结构、成分、功能、演化、生活习性和古生态。观察形貌古生物学最常用的仪器是体式显微镜。利用X射线显微镜、工业CT以及同步辐射装置可以透视化石的内部结构。扫描电子显微镜、红外光谱仪和拉曼光谱仪系统观察化石微米甚至纳米级别的结构和矿物组成以及有机质成熟度。研究化石中残留的生物大分子，如古DNA，需要用到分子生物学的各种相关设备。透射电镜和聚焦离子束系统将使化石实验技术手段进一步提升至纳米尺度。各种力学仿真手段有助于我们了解动物整体或者局部的功能。基于形态和分子特征的大型计算机可用来研究化石的谱系位置。通过同位素地球化学手段（如质谱仪、纳米离子探针）可以了解古代生物的取食方式和生态位。

　　华商报：这么长的岁月里，地球环境变化很大，我们的这一支祖先是怎么在无数次灾难中（比如恐龙灭绝）幸运地存活并演化下来的？

　　韩健：幸运地存活并演化下来的因素可以简单总结为外因和内因。在外因方面，首先我们得庆幸，我们地球在太阳系中的位置，适合生命繁衍。脊椎动物本身在五亿年来漫长的地质历史屡遭磨难，广布海洋及陆地，经历无数次大大小小的灾难，有许许多多的脊椎动物，都没有走到终点。具体历程，难以赘述。脊椎动物幸存下来的内因有很多，众说纷纭。我们认为其中最为关键的就是演化一根可弯曲又能防止断裂的“生物钢筋”——作为内骨骼的脊椎。有肌肉附着的脊椎，让动物身体从“软面条”升级为“动力梁”，产生瞬间爆发力，使动物高速运动。脊椎包括演变而来的头骨能够保护头脑、眼耳口鼻舌等各种感官，神经以及各种内脏器官，即使强烈运动也不受很大影响。头骨和下颌，使脊椎动物从滤食生活的底层草根，演变成顶级捕食者，草肉通吃。内骨骼中空化，为登陆、滑翔、飞行预留升级空间。 从羊膜卵到胎盘，把“下一代”带在身上或包在壳里，摆脱对水的依赖，征服沙漠、天空以及冰原。总之，脊椎动物用一条“钢筋脊柱”搭好框架，再不断改善身体结构，最终把“运动—摄食—感知—智能—繁殖”做成可无限升级的“开放式平台”，最终成为陆地、天空和海洋的主宰。

　　将继续探索脊椎动物祖先的演化故事

　　华商报：关于我们祖先的演化故事，还有哪些未解之谜？下一步，您所在的团队最想找到什么样的化石来填补空白？

　　韩健：关于脊椎动物祖先的演化故事，我们一直有很多问题有待解决。比如，中寒武世加拿大布尔吉斯页岩生物群中的脊椎动物后斯普里格鱼（Metaspriggina）已经具有了上下两分的鳃弓，这是有颌类起源的前提条件。然而朱敏老师团队工作表明，有颌类在志留纪已经开始辐射演化，因此其源头应该在奥陶纪。寻找奥陶纪有颌类的祖先是脊椎动物研究应该寻找的一个重要目标。而早期生命研究团队这些年来，则本着“源头探源”的精神，希望在更老的地层中找到比寒武纪脊椎动物更原始的化石类型，并且能够回答脊索和鳃裂的起源问题。因为脊椎是由脊索演变而来的，但脊索是怎么演变出来的，原始脊索长什么样子，仍然是未解之谜。脊索背部的神经索，现在也无踪影。另外，研究团队2001年已经发现了具有二分身体构型（咽区+躯干）的原始后口动物——古虫动物门。这一动物类型的特征就是具有原始鳃裂构造，这是从无鳃裂到有鳃裂是后口动物呼吸系统的革命，但是对它们如何向具有鳃弓的真鳃裂演化，尚缺少可靠证据。这些都是需要以后慢慢探索的关键问题。

　　》》专家简介

　　韩健，西北大学研究员，二级教授，国家高层次人才特殊支持计划人选，陕西省古生物学会秘书长、中国古生物学会科普委员会第二届、三届委员、陕西省科普“薪火计划”项目特邀科普教育专家组成员。从事寒武纪生命大爆发及动物门类演化研究，聚焦于寒武纪早期澄江生物群（518Ma）、宽川铺生物群（535Ma）中的蜕皮动物和刺细胞动物，取得了一系列重要成果。先后负责国家自然科学基金5项含国际合作项目1项、中国科学院战略性先导科技专项（B类）子课题1项，参加国家重点基础研究发展计划（973计划）课题、国家自然科学基金重点项目、基金委创新群体及陕西省重点领域科技创新团队等项目。在《Nature》、《Science》、《PNAS》、《Nature Communications》、《Gondwana Research》、《eLife》等国内外刊物上发表学术论文180余篇。两次入选中国古生物学会“中国古生物学十大进展 ”，获第十届陕西省青年科技奖一等奖及陕西省青年科技标兵一等奖，参加多项古生物科普活动，以第一完成人两次入选中国古生物学会“全国地质古生物科普十大进展”。

　　另外，中国地质大学欧强教授、中科院古人类预估脊椎动物研究所盖志琨研究员也参与了本次科普专访，在此表达感谢！

　　华商报大风新闻记者 任婷

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