李湘濤

骨骼中的生命秘密

脊椎動物的骨骼系統(tǒng)是由許多骨骼借關(guān)節(jié)和韌帶巧妙連接而形成的一個支架。自從出現(xiàn)骨骼，大地開始增加關(guān)于生命的記憶。很多早期的物種，因為沒有可以長遠(yuǎn)保存的結(jié)構(gòu)，所有的痕跡蕩然無存。然而，一塊塊像巖石般緘默的骨骼化石，埋葬在不同地層里，隱藏著一個個生命的秘密。

由于骨骼質(zhì)地堅硬，易于形成化石，億萬年前的骨骼能夠以化石的形式保存下來。有經(jīng)驗的古生物學(xué)工作者，通過對骨骼的研究可以窺視到幾乎所有器官系統(tǒng)：大部分肌肉的起點和止點均在骨塊上，通過骨塊上的嵴、突和瘢痕可以看出肌肉的位置和發(fā)達(dá)程度;重要的腦神經(jīng)可以通過頭骨上的孔道顯示出其粗細(xì)和走向;腦不同部分的發(fā)達(dá)程度可以由腦顱各部分的比例和骨骼的相對位置推測出來。不僅頭骨上的鼻腔、眼窩和鼓室及巖乳部可以提供嗅覺、視覺、聽覺等器官方面的信息，某些血管也會在骨骼上留下印記。

通過對不同時期地層中化石的研究，可以了解生物發(fā)生發(fā)展的歷史，不斷完善對生物進(jìn)化歷史的認(rèn)識。這些化石清楚地反映了生物界的發(fā)展規(guī)律，而某些化石種類、數(shù)量的多少，又反映了不同生物興衰存亡的歷史。

有些化石還能反映生物大類群之間的親緣關(guān)系。例如，大家熟知的始祖鳥化石，它一方面保留了爬行類的許多特征：口中有牙齒，前肢指端有爪，胸骨不發(fā)達(dá)，沒有龍骨突，尾部有許多尾椎骨等。但是它的前肢已經(jīng)演化為翅膀，而且翅膀、軀干和尾部已經(jīng)有了羽毛等，這些又都是鳥類的特征。這些特征說明了鳥類是由古代爬行動物進(jìn)化而來的。

動物骨骼化石可為動物種、屬的進(jìn)化提供許多具體證據(jù)。在這方面研究得比較清楚的有馬、象和駱駝等。馬的最早祖先出現(xiàn)于新生代第三紀(jì)的始新世，稱為始祖馬。它們的身體只有狐那么大，生活在氣候溫濕的森林里，吃鮮嫩的青草和樹葉。始祖馬的背脊彎曲上拱，四肢細(xì)長，前肢有四趾著地，后肢三趾著地，不善于奔跑。由于后來環(huán)境條件的變化，氣候變得干燥涼爽，森林越來越少，干燥的草原越來越多，它們的食物由嫩草、樹葉轉(zhuǎn)為多纖維的野草。最后，到上新世末或第四紀(jì)初，它們就進(jìn)化成真馬，即現(xiàn)代馬。從始新世的始祖馬到第四紀(jì)初的現(xiàn)代馬，經(jīng)歷了5000多萬年。從漸新世、中新世等地層中發(fā)現(xiàn)的馬化石來看，它們是向著體軀高大、頭骨壯碩、背脊平直、中趾寬闊等更適于草原奔跑的方向發(fā)展的。這一系列的馬化石，生動地反映了馬的進(jìn)化過程。

由各個不同地質(zhì)時期的地層和各種古生物形成的化石所構(gòu)成的這本巨大的生物進(jìn)化歷史“書”，為人們提供了許多難得的生物進(jìn)化發(fā)展的信息，但這本“書”畢竟有點破損、殘缺不全或有一定的局限性，要真正深入全面地掌握生命進(jìn)化的歷程，還需要其他學(xué)科的協(xié)助、配合。

骨骼的功能

骨骼存在的意義非常重大。骨骼的第一大功能就是如同軀體“大廈”的“鋼筋水泥”框架一樣，支撐和維持著脊椎動物的身體形態(tài)。骨骼的第二大功能是為肌肉提供附著的基礎(chǔ)，由骨骼、關(guān)節(jié)和肌肉三個密切相關(guān)的部分構(gòu)成人與動物的運動裝置。人與動物各種動作都是以骨骼為杠桿、關(guān)節(jié)為樞紐、肌肉的收縮為動力來完成的。正是由于骨骼系統(tǒng)所提供的堅實支撐，地球上才出現(xiàn)了鯨、大象、長頸鹿和恐龍那樣的龐然大物;也正是由于通過骨骼連接起來的運動杠桿系統(tǒng)，才使脊椎動物無論在速度還是在靈敏度方面，都具有很大的優(yōu)勢。

骨骼的第三大功能是像鎧甲一樣保護(hù)內(nèi)部器官，使其在劇烈運動時能夠保持穩(wěn)定。身體中最重要的柔軟器官，全都獲得了骨骼周到而堅強(qiáng)的護(hù)衛(wèi)。這樣，動物的身體就經(jīng)得起平時的磕磕碰碰，甚至較小的意外打擊。

動物的“臉面”

對于人類來說，“顏值”非常重要。在日常生活中，無論是親朋好友還是陌生人，我們都需要根據(jù)對方的面孔來認(rèn)識和區(qū)分。而且在現(xiàn)代社會中，“刷臉”已經(jīng)作為對每個人進(jìn)行身份認(rèn)證的生物特征識別技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于多個重要行業(yè)及領(lǐng)域。

不過，相貌或臉面并非是人類所獨有，而且人的臉面與動物的臉面有著許多相似之處，從我們?nèi)粘Ｊ褂玫拟^鼠目、尖嘴猴腮等一類的詞語就可見一斑。事實上，從鯊魚到松鼠等所有脊椎動物都有自己的臉面。自從脊椎動物進(jìn)化出了頜骨，動物的臉面就應(yīng)運而生了。隨后，與之相關(guān)的骨骼也為動物擁有美麗動人的外表做出了巨大的貢獻(xiàn)，更使許多動物“顏值爆表”。

在鳥類的“臉面”中最引人注目的無疑就是鳥喙，它由頭骨的前頜骨和下頜骨延伸并在外部包裹一層致密的角質(zhì)鞘而成，上下兩部分的形狀可以相互吻合。它就像國人吃飯用的筷子、西方人吃牛排使用的刀叉一樣，是鳥類取食的工具。不過，不同鳥類喙的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能千差萬別，都因其所司的特殊“工作”而有不同的設(shè)計，其“花樣”之多、功能之巧，為其他動物所“望塵莫及”。

這種鳥喙差別主要是鳥類由于食性的差異而出現(xiàn)的適應(yīng)性變化的結(jié)果，每種鳥的取食習(xí)慣都與其喙的形狀和大小有著直接的關(guān)系。不同形狀的鳥喙可用于捕捉、叼住、啄取、撕咬、分割以及從水中過濾食物，還可以充當(dāng)錘子、鑿子、鉗子、剪子、夾子、鉤子、錐子、菜籃子（如鵜鶘）等工具，有時也用于攀登、修飾、爭斗、攻擊、自衛(wèi)、筑巢和育雛等。

（張迪摘自《科學(xué)畫報》2019年第8期）