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國際古生物學家團隊發現最原始有頜脊椎動物體內受精證據

2014年10月，澳大利亞弗林德斯大學約翰•朗教授及其同事在《自然》雜誌上發表了一項新發現，中科院古脊椎動物與古人類研究所朱敏研究員參與了該項工作。新的發現揭示了三億多年前泥盆紀一種披盔戴甲魚類的“私密生活”，證明體內受精的生殖方式比過去所認為的起源更早，可以追溯到目前所知最原始的有頜脊椎動物類群之中。

脊椎動物的受精方式可分兩種：體外受精和體內受精。大部分現代魚類和兩棲動物均行體外受精，而爬行動物、鳥類和哺乳動物則為體內受精。因此，大眾的一般印像是，體外受精較為原始，而體內受精是較進步的受精方式。不過，軟骨魚類（鯊魚、鰩魚和銀鮫）是個反例，其雄性以發達的外生殖器鰭腳（clasper）將精子送入雌性體內。

盾皮魚（placoderms）是一群包裹著骨質“盔甲”的魚類，在泥盆紀（約4.2億年前~約3.6億年前）十分繁盛，演化出許多形態迥異的類群。過去曾經認為盾皮魚類是有頜脊椎動物中一個絕滅的旁支，然而越來越多的證據，特別是2013年我國科學家描述的介於硬骨魚類和盾皮魚類之間的過渡化石——初始全頜魚表明，包括人類在內的所有現生有頜脊椎動物，都起源於盾皮魚類。

胴甲魚類（antiarchs）是一群最為古怪的盾皮魚類。它們的兩眼和鼻孔像潛望鏡那樣集中長在頭頂，身體前半部包裹著笨重的骨甲，就連胸鰭也為具關節的外骨骼包覆，更類似節肢動物的附肢而不像魚類的鰭。比起典型的魚來，胴甲魚類倒更像螃蟹一類的節肢動物。

不僅樣貌奇特，胴甲魚類在演化上更具有重要的意義。最近的一些研究表明，胴甲魚類在盾皮魚類，乃至整個有頜脊椎動物中處於非常原始的地位，與剛剛從無頜的甲胄魚類中演化出來的有頜脊椎動物共同祖先相當接近。

小肢魚（Microbrachius）是一種分佈十分廣泛的胴甲魚類，在蘇格蘭、愛沙尼亞和中國都有化石發現。它長得頭大身小，體長一般只有幾厘米。小肢魚只是許多胴甲魚類中普通的一種，儘管早在19世紀它就已經為科學界所知，但直到最近都沒有引起學者的多大關注。

近年來，朗教授和他的同事在對盾皮魚類的生殖方式研究中取得了一系列新發現，受到激勵，他們又開始興致勃勃地尋找胴甲魚類生殖方式的化石證據。在對大量的小肢魚化石進行檢視後他們發現，有些小肢魚腹面軀體甲殼末端有一對奇怪的側枝，有些則沒有。這種側枝結構與之前發現的褶齒魚類鰭腳十分相似。因此，它應當是雄性外生殖器的骨骼部分。而雌性小肢魚的化石則沒有這種側枝，取而代之的是一對骨板（圖1）。

雄性小肢魚的外生殖器向側面伸出，與身體幾乎成90度，由於僵硬骨骼的存在，其活動性一定不佳。由於身披厚重的骨質外殼，小肢魚也很難像蛇那樣糾纏在一起完成交配。據此，科學家推測了它們的交配過程：雄魚和雌魚並排而行，帶關節的硬質胸鰭互相交挎，就像在跳“愛的舞蹈”，彼此擁抱。最後，雄魚將向側面伸出的外生殖器伸到雌魚身體下方，由雌魚用骨板夾持住，完成體內受精過程（圖2）。

基於化石提供的一系列證據，我們現在知道，體內受精的生殖方式在盾皮魚類，也就是原始的有頜脊椎動物中廣泛存在，到了硬骨魚中次生性地消失，而在包括人類在內的陸生脊椎動物中，又再次演化出來。

雖然陸生脊椎動物與盾皮魚的外生殖器並非嚴格意義上的同源，但分子生物學和發育生物學證據表明，陸生脊椎動物的後肢與外生殖器在胚胎髮育階段密切相關，且與魚類的腹鰭和腰帶受相同的基因控制。因此，包括人類在內的許多動物的“性福生活”，仍可以說是建立在億萬年前盾皮魚祖先演化出的身體藍圖之上。（朱幼安撰寫）