从鱼变人分几步?

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  当你打开书本,用手指翻动书页,阅读这篇文章的时候,或许不会想到,这几个对我们来说再平常不过的动作,却是源于3亿年前一群不甘平凡的鱼类,在浅滩中用胸鳍移动身体所作的无数次努力。
  鱼是怎么一步步演变成人类的,一直是令科学家好奇的问题。研究表明,3亿多年前,一群肉鳍鱼慢慢爬上陆地,演化出如今的两栖动物、爬行动物、鸟类和包括人类所属哺乳动物在内的四足脊椎动物。这其中,鱼类登陆是生命演化史上的里程碑式事件。
  但这个过程具体是怎样的?一开始,鱼类是如何过渡成两栖动物的?至今仍没有足够认识。最近,来自澳大利亚和加拿大的古生物学家们,揭开了其中重要一环:他们发现了一种古老的螈类——“希望螈”化石,揭示了鱼鳍向人类手部的演化过程。

长“手指”的鱼


  鱼类从水生到陆生环境的转换会遇到许多困难,其中最重要的挑战,就是将鳍逐渐演化为有力的四肢,获得在陆地上运动的能力。
希望螈艺术复原图

  之前人们已经发现了一些关键化石。一个是泥盆纪晚期的提塔利克鱼,它的鳍和鱼类祖先相比变得更小也更简单了。其胸鳍的鳍条很不对称,科学家推测在其底部已经形成了一层“掌心肉”,并且具有骨骼支撑,只是还没有长出明确的指骨。提塔利克鱼的鳍不足以支撑其上陆,但可以帮助它们在水底移动。
  同样生活在泥盆纪晚期,被认为是“最早四足动物”的鱼石螈和棘螈,则已经抛弃了由鳍条支撑的胸鳍和腹鳍,取而代之的是由骨骼支撑的四肢,包括数量不等的手指(原为鳍条)。这证明它们除了能够在水底移动,还拥有了一定的陆地移动能力。
鱼石螈复原图
希望螈胸鰭骨骼与人类上肢骨骼对比,图中红色为确认的指骨。

  硬骨鱼中的一个支系——肉鳍鱼类,开始了更大胆的“尝试”。它们的鱼鳍不再是简单的鳍条,而是生长着骨骼,并在外面包裹着一层肌肉,能够为其在水底移动提供动力的肌肉。为了摆脱竞争日益激烈的海洋,一些肉鳍鱼开始向内陆的淡水环境迁徙。
最早的四足动物——鱼石螈,已经长出了手指。

  与海洋相比,淡水河湖的水量受季节影响,变化很大。在雨季里,低洼的蕨类森林底层被水浸没,植物的根系和倒沉的枝干使水底形貌更复杂,这时,肉鳍鱼强壮的身体和肉鳍就能大显身手,在淤堵的水下为自己开路,四处游走。当枯水季来临,水塘萎缩干涸,它们又可以蹒跚地爬过浅滩,进入更深的水体,避免被晒成鱼干。在这个过程中,它们的肉鳍越来越强壮和复杂,最终演化成了四肢,可以支持它们在陆地上移动。
  呼吸系统的升级
  鱼类从水中到陆地上,还需要解决如何从空气中吸氧的问题。这全仰赖内鼻孔和肺组成的“陆生呼吸系统”的形成。其实早期的鱼类就可以使用体表的皮肤、咽喉和肠壁的粘膜等来辅助呼吸,之后,有些鱼类将消化道的一部分扩充变大,用来储存空气,这就是原始的鱼鳔。肉鳍鱼在频繁使用鱼鳔辅助呼吸的过程中,不断强化它的功能,最终形成了肺部。而要想将空气送入肺部,还需要形成相关通道。肉鳍鱼类口腔的一些骨骼组成了鼻腔和口腔之间的通道,这就是内鼻孔。从此之后当它们嘴巴闭合或进食的时候,内鼻孔就成为呼吸的唯一通道。

在陆地上繁荣昌盛


  关于鱼类为什么要登上陆地,科学家们推测,环境压力是驱使鱼从水里迁移到岸上的主要原因。泥盆纪末期的海洋,是一个竞争异常激烈的环境,反观陆地上却是一片生机盎然的乐土:郁郁葱葱的植物铺满大地,其间生活着大量节肢动物。竞争压力和食物的吸引,使得鱼类涉足陆地,演化成布满粘液、笨拙地拖曳着沉重身体在浅沼泥污中艰难爬行的两栖动物。
  然而仅仅登陆并不能满足这些四足动物的野心。要想深入探索这片广袤的大地,还要解决一个难题:由于缺乏外部的保水措施,两栖动物的卵无法脱离水或者潮湿的环境孵化繁殖。
  在生存压力之下,一些四足动物演化出了拥有坚硬外壳的卵,于是,世界上第一枚“蛋”诞生了!这种被称为羊膜卵的生殖方式,为胚胎创造了一个封闭的环境,可以提供其生长所需的养分和水分。摆脱了水环境对生殖的束缚,四足动物开始进军沙漠和其他干旱地区,最终遍布全球,征服陆地。而后,这些羊膜卵四足动物演化出两个主要支系——蜥形纲和合弓纲。前者包括现生爬行动物及其祖先;鱼龙、翼龙等叱咤中生代海洋和天空的灭绝动物;还有大家熟悉的明星——恐龙及它的鸟类后裔。后者就是我们哺乳动物的祖先类群。它们曾在二叠纪到三叠纪早期先于恐龙统治着整个大陆,后来由于二叠纪大灭绝和三叠纪晚期大灭绝事件的连续打击,日渐式微,被蜥形纲夺去统治地位。
  虽然只能缩小体型战战兢兢地生活在恐龙的阴影之下,但我们的祖先没有放弃努力。它们不断强化自身本领,陆续演化出哺乳、胎生、热血等特征,等待着时机到来。
现生肉鳍鱼——拉蒂迈鱼,它们的鱼鳍中长着骨头,并被肌肉包裹。

  6600万年前一颗小行星撞击地球,结束了以恐龙为代表的蜥形纲的统治,空出的生态位被哺乳动物迅速填补。此后的6000多万年里,哺乳动物不断演化,逐步占领了世界。再之后,700万年前的非洲东部,灵长类动物中的一支——古猿与黑猩猩在演化路上分道扬镳,它们跳下树冠,学会了直立行走、制造并使用工具和使用火。
  最终,在200万到1万年前,这些原始人类走出非洲,迁徙到全球各地,演化成了手拿手机、书本,眼瞪屏幕、书页的我们。

我们都是一条鱼


  最后回到一个老问题:新发现的希望螈,是我们的直系祖先吗?很遗憾,这个问题目前是无法回答的。尽管我们已经发现了很多鱼类向两栖动物过渡的化石,但它们是否是人类的直系祖先,还存在着很大争议。
  从化石上看,许多现生四足动物普遍具有的结构,在这些化石中都没有发现。比如,大部分现生四足动物每只手都有5根手指,而希望螈,显然有更多手指,后面的鱼石螈,则每只手有 6~7根指骨,棘螈甚至有8根。而在它们之后,石炭纪早期的引螈等两栖动物,都是5根指头。鉴于鱼石螈和引螈之间存在1500万年的四足动物化石的空白期(被称为柔默空缺),想要还原鱼类登陆的过程,只能等待更多化石的发现。
恐龙时代,蜥形纲一片鼎盛,我们的祖先(合弓纲)瑟缩着生活其间。

  不过,我们需要理解的是:纠结“直系祖先”这个问题,其实也是没有意义的。生命演化是极其复杂、精细的过程,而化石记录相对极为稀少并且不连贯,因此严格意义上的直系祖先是很难找到的。我们能找到的可能永远只是近親或“表亲”。但是这些亲戚总是有一些在形态和亲缘关系上,都非常接近我们的直系祖先。通过它们完全不妨碍我们还原直系祖先的特征。
  由于希望螈是目前找到的最接近所有四足动物共同祖先的鱼,因此,它可能是我们的直系祖先,也可能不是,但它一定是迄今发现最像我们直系祖先的生物。通过它,我们又对祖先的特征多了一些认知。
  时间不停,演化不息,可以非常肯定地说,我们就是一条鱼,一条“超级改进版”的肉鳍鱼。我们正在用“腹鳍”四处行走,用“胸鳍”拿着手机不断滑动。
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