這條有“手指”的魚是我們共同的祖先？

這條有“手指”的魚是我們共同的祖先？

新浪財經(jīng)APP縮小字體放大字體收藏微博微信分享

希望蠑螈藝術修復圖

作者|張

3億多年前，一些魚類登陸陸地，最終進化出包括人類在內(nèi)的多種陸生脊椎動物。魚上岸是生命進化史上的一個重要事件，但我們對魚向兩棲動物的過渡還缺乏足夠的認識。在發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，研究小組發(fā)現(xiàn)了魚類登陸過程中的關鍵化石——希望蠑螈。這條手指魚讓我們一窺生命進化的規(guī)律，但它們是人類的直系祖先嗎？

在大約4.2-3.6億年前的泥盆紀，海洋中的許多種魚都在掙扎求生，掠奪了有限的食物、棲息地甚至氧氣資源。與此同時，廣袤的土地安靜多了——蕨類植物和昆蟲占據(jù)了大片土地，大量有價值的小生境依然是徒勞。直到泥盆紀晚期，一些魚類開始試圖上岸。

魚上岸是生命進化史上的重要事件。如今，陸地上各種各樣的脊椎動物，包括我們?nèi)祟?，都是這一類上岸動物的后代。從水生環(huán)境過渡到陸地環(huán)境有很多困難，最大的挑戰(zhàn)是在陸地上移動的能力。魚鰭逐漸進化成有力的四肢，在陸地上支撐著沉重的身體，提供足夠的運動能力。

從魚類到兩棲類的過渡

最早的登陸者是誰？科學界對這個問題有很多爭議?，F(xiàn)在，隨著更多化石證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，古生物學家將注意力集中在四足動物上，這是一種鰭魚類。這類動物的化石保留了魚類的基本體型，但又具有一些適應陸地生活的特點，因此被認為是魚類和兩棲類之間的過渡形態(tài)。

有了四足動物提供的化石證據(jù)，我們就可以一窺泥盆紀晚期的多肉鰭魚類是如何一步步拋棄脆弱的鰭，獲得強健的四肢，登陸陸地的。比如我們熟悉的細管姬鼠和細管棘球絳蟲。它們雖然保留了魚類的特征，卻拋棄了鰭支撐的胸鰭和腹鰭。而是由骨骼支撐的四肢，包括不同數(shù)目的手指，證明它們具有一定的陸地或水下移動能力。

日本黃鱔修復圖

但形態(tài)特征表明，它們不能完全脫離水環(huán)境而生存。比如它頭扁平，身體笨重，前肢不能曲肘，在陸地上很難支撐起龐大的身軀，更不用說快速移動了。顯然，這種動物仍然生活在水中，四肢均勻展開地劃水，而不是在身體的下部提供支撐。考慮到它們很可能離不開水，所以不屬于狹義的兩棲動物，盡管它們被命名為“蠑螈”。

修復脊柱蠑螈骨

與此同時，古生物學家也發(fā)現(xiàn)了一種更傾向于魚類的化石——塔萊克魚。2019年發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上的一項研究發(fā)現(xiàn)，Taleq魚的鰭變得比魚類祖先的鰭更小更簡單。Taleq魚胸鰭的鰭非常不對稱，腹鰭比背鰭小幾倍。研究人員推測，這可能表明胸鰭底部形成了一層肌肉。這塊肌肉類似于四足動物手掌的肉。雖然不足以支撐它們上岸，但可以幫助它們在河底活動。Taleq魚還有胸鰭，但是鰭已經(jīng)有骨骼支撐，但是缺少清晰的指骨。

Taleq魚仍然有胸鰭，但鰭已經(jīng)有骨骼支撐

無論是有鰭但沒有指骨的塔列克魚，還是多刺的蠑螈和沒有鰭但有指骨的魚石蠑螈，都為魚類向兩棲動物的進化提供了重要線索。但是，其中還有一個關鍵的過渡環(huán)節(jié)——魚類靠鰭支撐，已經(jīng)進化出指骨。

帶來希望的希望

最近發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究終于彌補了這個缺失的環(huán)節(jié)。

來自魁北克大學穆斯基分校和澳大利亞弗林德斯大學的研究人員用CT掃描了一只希望蠑螈的標本。

希望蠑螈標本及修復圖

希望蠑螈生活在約3.8億年前的淺海和河口地區(qū)，身長約1.6米，是大型食肉動物。本種首次發(fā)現(xiàn)于加拿大魁北克省米瓜沙國家公園。當時只發(fā)現(xiàn)一個不完整的頭骨化石，被歸類為早期四足動物。但是后來，1985年又重新發(fā)現(xiàn)了一些頭骨化石，表明希望蠑螈其實屬于肉鰭魚。2010年，這里發(fā)現(xiàn)了保存完好的希望蠑螈完整化石，也是本次研究的對象。

三維復原結果顯示，魚既有鰭，又有明顯的指骨。以前的研究表明，希望蠑螈和塔萊克魚之間的系統(tǒng)發(fā)育關系非常密切。在看到CT掃描圖像后，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，希望蠑螈比塔拉克魚更接近四足動物。在被鰭包裹的胸鰭中，不僅可以清楚地看到肱骨、橈骨和尺骨、腕骨和掌骨，還可以發(fā)現(xiàn)兩個清晰的指骨和三個可能的指骨。

希望能把蠑螈胸鰭的骨骼和人類上肢的骨骼進行對比。圖中紅色是確認的指骨

“這是指骨和鰭第一次在魚類中共存。這個標本中的趾骨與其他四足動物的趾骨非常相似。”該論文的作者之一，弗林德斯大學古生物學和地層學教授約翰·朗說。

指骨雖然看起來像微小的骨頭，不起眼，但實際上在支撐四肢方面起著重要的作用?！坝辛酥腹牵@些魚可以在水下或陸地上短時間支撐它們沉重的身體。郎教授說:“將這些小骨頭添加到魚鰭上，可以讓它們靈活而均勻地將重量分布在整個魚鰭上。”?！拔覀兊陌l(fā)現(xiàn)將指骨的起源推回了魚類。同時，這個結果也告訴我們，魚在離開水之前已經(jīng)具備了脊椎動物的基本肢體結構?！?/p>

魁北克大學Mousky校區(qū)的Richard Cloutier說，在過去的十年里，化石證據(jù)很好地揭示了呼吸系統(tǒng)、聽覺器官、覓食方式等的變化。，由于水土環(huán)境的變化。這一發(fā)現(xiàn)填補了魚類運動能力進化中空的空白。

我們的祖先？

不幸的是，雖然我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這么多從魚類到兩棲動物的過渡化石，但它們是否是人類和其他陸地生物的祖先仍有爭議。這是因為在這些化石中沒有發(fā)現(xiàn)許多四足動物的共同結構。比如大部分活著的四足動物，每只手有五個手指，而長鰭姬鼠每只手有6~7個手指，長鰭棘球絳蟲甚至有八個。

更可能的情況是，當時不同地區(qū)的魚試圖上岸，并形成了類似的形式。這些希望蠑螈、多刺蠑螈和魚石蠑螈在當時更有可能是我們祖先的競爭對手，但我們真正的祖先并沒有形成化石來留存或者尚未被發(fā)現(xiàn)。

但是這種研究還是很有意義的。通過這些化石，我們可以一窺生命進化的歷史和規(guī)律。正如克勞蒂亞所說:“希望蠑螈不一定是我們的祖先，但它仍然可以反映出從魚類到四足動物的進化過程。”