鸟儿扑棱着翅膀在空中飞翔,鱼儿摇摆着鳍在水中游动,而我们人类每天都要用胳膊和双腿完成各种动作。估计没有人会将人的胳膊和双腿,跟鱼鳍、牛蹄或鸟的翅膀混为一谈,因为它们看上去差别太大了。
然而,如果你有一双透视眼,能看到皮毛和血肉之下的骨骼,你就会惊讶地发现:它们的骨骼结构竟然如此相似!这是为什么呢?因为鱼、牛、鸟等动物虽然外观迥异,但它们都是脊椎动物。我们人类也是脊椎动物,摸一摸你的后背,正中的那根骨头就是由脊椎骨组成的脊柱。鱼、牛、鸟和我们人类都起源自同一个祖先。故事要从很久很久以前说起……
从海洋到陆地
(相关资料图)
在距今约5.3亿年前的寒武纪,地球上忽然涌现了各种各样的动物,这就是著名的“寒武纪生命大爆发”。就是在这段时间内,海洋里的一种蠕虫发育出了一条贯穿背部的中枢神经。从此,脊椎动物登上了生命演化的舞台,而这种蠕虫就是所有脊椎动物的共同祖先。
当然,从蠕虫到人类要经历漫长的演化过程。最早出现的是鱼类,接着是更多种类的鱼。到了约4亿年前,海洋中遍布着两大类硬骨鱼——辐鳍鱼类和肉鳍鱼类。前者的家族不断壮大,逐渐“征服”了江河湖海,我们如今常见的鲤鱼、鲫鱼、鲈鱼等都属于辐鳍鱼类。而后者则开辟了另一番天地。
随着时间的推移,有一种肉鳍鱼演化出了由一根大骨头和几根小骨头组成的鳍。后来,一些肉鳍鱼发育出更强壮的鳍,它们在鳍的帮助下踏足海洋与陆地的交界地带,甚至在陆地上爬行。
登上陆地使它们得以躲避海洋中的大型捕食者,而且它们发现,陆地上到处都是美味的虫子,生活既安全又富足。于是,它们待在水里的时间变得越来越少了。渐渐地,它们的鳍演化成了四肢,它们还发育出了踝关节和腕关节,它们变得更擅长行走,反而不太擅长游泳了。终于,它们演化成了一种新的动物——四足动物。
最早的四足动物长得很像大型蝾螈,其行走方式与海豹很像:用前肢撑地,身体一拱一拱地前进。两栖动物(如青蛙)、爬行动物(如蜥蜴、恐龙)、鸟类和哺乳动物(如我们人类,还有鲸、海豚等海洋哺乳动物)这些长着四肢或翅膀的动物,都是从四足动物演化而来的。甚至连蛇这种没有腿的动物也属于四足动物家族,因为蛇是在后来的演化过程中才失去腿脚的。
不同的外表,相同的骨头
天上的鸟儿长着羽毛,地上的牛羊长着毛发,水中的海豚却全身光滑。它们长得如此不同,为什么会来自同一个祖先呢?这是生物演化的结果。
我们如今看到的各种生物,都经历了漫长的演化过程。生物在一代代的繁衍中会发生一些自然变异,产生一些新的特征,比如,有的毛发更少,有的腿更长。如果新特征能帮助它们更好地适应环境,拥有这种特征的个体就能更好地生存下来,生育更多后代,并通过遗传让这些特征保留下来。经过数百万年,生活在不同环境中的生物就有了不同的面貌。
比如,一些四足动物演化出了更长的四肢,“大长腿”让它们更擅长奔跑;再后来,它们还演化出了坚硬的蹄子,从而跑得更快了——最终,它们演化成了马。再如,一些四足动物演化出了较长的前肢,“长胳膊”又渐渐演化成了覆盖着羽毛的翅膀——它们演化成了鸟类。又如,一些四足动物演化出了爪子,而一些有爪动物又演化出了用手制造工具的能力——这就是灵长类动物。
为了在不同的环境中生存繁衍,四足动物的后代走上了不同的演化之路。但在身体内部,它们又都保持着相似的骨骼结构。科学家正是通过隐藏在化石中的骨骼证据,发现了动物间的亲缘关系。
长着“四肢”的鱼
四足动物竟然都是肉鳍鱼类的后代,这听起来太不可思议了。这种观点有证据吗?当然有,证据就是一堆“骨头”——一种长着“四肢”的鱼的化石。
2004年,美国古生物学家尼尔·舒宾带领一个研究小组来到位于北极圈内的加拿大努纳武特地区。他们此行的目的是寻找化石证据,从而了解肉鳍鱼类是如何离开海洋,开始陆地生活的。
功夫不负有心人,舒宾的团队有了惊人的发现:他们找到了一块有3.75亿年历史的动物化石,这种动物同时具有鱼类和两栖动物的特征,它们的“鳍”拥有虽然原始、但功能相当于四肢的腕骨和趾头。这块化石证明了四足动物的祖先来自史前海洋。舒宾将这种新发现的物种命名为提塔利克鱼。现在,科学家认为,提塔利克鱼是介于鱼类和早期四足动物之间的物种,或者说,它们就是最早登上陆地的海洋生物之一。
本文来自《科学画报》