從魚變?nèi)朔謳撞剑?/h1>
2020-08-02 11:00:27劉森
奧秘 2020年7期
劉森
當(dāng)你打開書本，用手指翻動書頁，閱讀這篇文章的時候，或許不會想到，這幾個對我們來說再平常不過的動作，卻是源于3億年前一群不甘平凡的魚類，在淺灘中用胸鰭移動身體所作的無數(shù)次努力。
魚是怎么一步步演變成人類的，一直是令科學(xué)家好奇的問題。研究表明，3億多年前，一群肉鰭魚慢慢爬上陸地，演化出如今的兩棲動物、爬行動物、鳥類和包括人類所屬哺乳動物在內(nèi)的四足脊椎動物。這其中，魚類登陸是生命演化史上的里程碑式事件。
但這個過程具體是怎樣的？一開始，魚類是如何過渡成兩棲動物的？至今仍沒有足夠認(rèn)識。最近，來自澳大利亞和加拿大的古生物學(xué)家們，揭開了其中重要一環(huán)：他們發(fā)現(xiàn)了一種古老的螈類——“希望螈”化石，揭示了魚鰭向人類手部的演化過程。
長“手指”的魚
魚類從水生到陸生環(huán)境的轉(zhuǎn)換會遇到許多困難，其中最重要的挑戰(zhàn)，就是將鰭逐漸演化為有力的四肢，獲得在陸地上運(yùn)動的能力。
之前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵化石。一個是泥盆紀(jì)晚期的提塔利克魚，它的鰭和魚類祖先相比變得更小也更簡單了。其胸鰭的鰭條很不對稱，科學(xué)家推測在其底部已經(jīng)形成了一層“掌心肉”，并且具有骨骼支撐，只是還沒有長出明確的指骨。提塔利克魚的鰭不足以支撐其上陸，但可以幫助它們在水底移動。
同樣生活在泥盆紀(jì)晚期，被認(rèn)為是“最早四足動物”的魚石螈和棘螈，則已經(jīng)拋棄了由鰭條支撐的胸鰭和腹鰭，取而代之的是由骨骼支撐的四肢，包括數(shù)量不等的手指（原為鰭條）。這證明它們除了能夠在水底移動，還擁有了一定的陸地移動能力。
最早的四足動物——魚石螈，已經(jīng)長出了手指。
但是，在它們之間，還缺少了一個關(guān)鍵過渡——既有鰭條，又有指骨的魚。希望螈的出現(xiàn)正好彌補(bǔ)了這一環(huán)。
承前啟后的新化石
在這項(xiàng)新研究中，研究人員對一塊距今3.8億年的泥盆紀(jì)晚期的“希望螈”化石進(jìn)行了高精度CT掃描，結(jié)果顯示，這種魚既有鰭條，也擁有明顯的指骨。
在由鰭條包裹的胸鰭中，不僅可以清晰地看到肱骨、橈骨和尺骨、腕骨和掌骨（相當(dāng)于人類的大臂、小臂、手腕和手掌），還發(fā)現(xiàn)了兩根明確的指骨，以及三根可能存在的指骨。這一結(jié)果告訴我們，魚類在離開水之前，就已經(jīng)有脊椎動物基本的四肢結(jié)構(gòu)了。
同時，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，希望螈比提塔利克魚更接近四足動物，填補(bǔ)了魚類向四足動物演化的重要空白。登上陸地，“手指”只是一小步。這是我們“祖先”的高光時刻。但我們不免會好奇，“魚類變?nèi)恕钡娜^程是怎樣的。魚類要登上陸地，面對的不僅僅是身體移動的問題，其他身體結(jié)構(gòu)，包括呼吸、捕食，乃至繁殖行為和發(fā)育過程，都要升級換代。如此浩大而復(fù)雜的工程，是如何實(shí)現(xiàn)的呢？生物學(xué)家認(rèn)為，主要經(jīng)歷了四個重要的身體結(jié)構(gòu)變化。
頜的出現(xiàn)
在5.4億年前的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)中，以?？隰~、昆明魚為代表的早期魚形動物沒有頜，只能被動吸入（和過濾）海水中的懸浮物、或海底泥沙中的食物碎片作為食物。在大約距今4.2億年前的志留紀(jì)晚期，一批魚類的鰓弓（原為呼吸器官）向前移動，形成了上下頜。這使得它們可以主動出擊捕食。
此后魚類迅速發(fā)展，在1000多萬年內(nèi)體型就從幾十厘米增大到幾米。其中鄧氏魚（一種盾皮魚類）的體長更是達(dá)到6米，體重超過10噸，頜部輸出的咬合力超過霸王龍！憑借一身“先進(jìn)”裝備，魚類將無脊椎動物趕下寶座，成為海洋新霸主。
從軟骨變硬骨
魚類在海洋中稱霸之后，即開始了更加激烈的內(nèi)部競爭。盾皮魚類逐漸演化成兩大類群——軟骨魚和硬骨魚。前者骨骼中碳酸鈣含量較低，是現(xiàn)生鯊魚、鰩魚等水生動物的祖先。而硬骨魚的骨骼中碳酸鈣含量高，全身骨頭變硬，使其能夠支撐起體重，為以后登陸提供了基礎(chǔ)。
四肢的出現(xiàn)
硬骨魚中的一個支系——肉鰭魚類，開始了更大膽的“嘗試”。它們的魚鰭不再是簡單的鰭條，而是生長著骨骼，并在外面包裹著一層肌肉，能夠?yàn)槠湓谒滓苿犹峁﹦恿Φ募∪?。為了擺脫競爭日益激烈的海洋，一些肉鰭魚開始向內(nèi)陸的淡水環(huán)境遷徙。
最早的四足動物——魚石螈，已經(jīng)長出了手指。
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劉森
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魚是怎么一步步演變成人類的，一直是令科學(xué)家好奇的問題。研究表明，3億多年前，一群肉鰭魚慢慢爬上陸地，演化出如今的兩棲動物、爬行動物、鳥類和包括人類所屬哺乳動物在內(nèi)的四足脊椎動物。這其中，魚類登陸是生命演化史上的里程碑式事件。
但這個過程具體是怎樣的？一開始，魚類是如何過渡成兩棲動物的？至今仍沒有足夠認(rèn)識。最近，來自澳大利亞和加拿大的古生物學(xué)家們，揭開了其中重要一環(huán)：他們發(fā)現(xiàn)了一種古老的螈類——“希望螈”化石，揭示了魚鰭向人類手部的演化過程。
長“手指”的魚
魚類從水生到陸生環(huán)境的轉(zhuǎn)換會遇到許多困難，其中最重要的挑戰(zhàn)，就是將鰭逐漸演化為有力的四肢，獲得在陸地上運(yùn)動的能力。
之前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵化石。一個是泥盆紀(jì)晚期的提塔利克魚，它的鰭和魚類祖先相比變得更小也更簡單了。其胸鰭的鰭條很不對稱，科學(xué)家推測在其底部已經(jīng)形成了一層“掌心肉”，并且具有骨骼支撐，只是還沒有長出明確的指骨。提塔利克魚的鰭不足以支撐其上陸，但可以幫助它們在水底移動。
同樣生活在泥盆紀(jì)晚期，被認(rèn)為是“最早四足動物”的魚石螈和棘螈，則已經(jīng)拋棄了由鰭條支撐的胸鰭和腹鰭，取而代之的是由骨骼支撐的四肢，包括數(shù)量不等的手指（原為鰭條）。這證明它們除了能夠在水底移動，還擁有了一定的陸地移動能力。
最早的四足動物——魚石螈，已經(jīng)長出了手指。
但是，在它們之間，還缺少了一個關(guān)鍵過渡——既有鰭條，又有指骨的魚。希望螈的出現(xiàn)正好彌補(bǔ)了這一環(huán)。
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在由鰭條包裹的胸鰭中，不僅可以清晰地看到肱骨、橈骨和尺骨、腕骨和掌骨（相當(dāng)于人類的大臂、小臂、手腕和手掌），還發(fā)現(xiàn)了兩根明確的指骨，以及三根可能存在的指骨。這一結(jié)果告訴我們，魚類在離開水之前，就已經(jīng)有脊椎動物基本的四肢結(jié)構(gòu)了。
同時，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，希望螈比提塔利克魚更接近四足動物，填補(bǔ)了魚類向四足動物演化的重要空白。登上陸地，“手指”只是一小步。這是我們“祖先”的高光時刻。但我們不免會好奇，“魚類變?nèi)恕钡娜^程是怎樣的。魚類要登上陸地，面對的不僅僅是身體移動的問題，其他身體結(jié)構(gòu)，包括呼吸、捕食，乃至繁殖行為和發(fā)育過程，都要升級換代。如此浩大而復(fù)雜的工程，是如何實(shí)現(xiàn)的呢？生物學(xué)家認(rèn)為，主要經(jīng)歷了四個重要的身體結(jié)構(gòu)變化。
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硬骨魚中的一個支系——肉鰭魚類，開始了更大膽的“嘗試”。它們的魚鰭不再是簡單的鰭條，而是生長著骨骼，并在外面包裹著一層肌肉，能夠?yàn)槠湓谒滓苿犹峁﹦恿Φ募∪?。為了擺脫競爭日益激烈的海洋，一些肉鰭魚開始向內(nèi)陸的淡水環(huán)境遷徙。
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