从鳍到手进化过程中它们经历了什么?科学家找到鱼类登陆过程中的关键化石——希望螈
2020-04-07 10:42:20   来源:化石网   评论:0 点击:

从鳍到手进化过程中它们经历了什么?科学家找到鱼类登陆过程中的关键化石——希望螈(化石网报道)据科技日报(付丽丽):希望螈的指骨虽然看起来只是一些细小的骨骼,但它们对四肢的支撑能力起到了重要作用。鳍






从鳍到手进化过程中它们经历了什么?科学家找到鱼类登陆过程中的关键化石——希望螈

(化石网报道)据科技日报(付丽丽):希望螈的指骨虽然看起来只是一些细小的骨骼,但它们对四肢的支撑能力起到了重要作用。鳍中的这些小骨骼让它们能将重量灵活且均匀地分散给整个鳍。拥有指骨后,这些鱼类就能在水底或短暂地在陆地上支撑起自己沉重的身体。

小时候,我们总会很好奇,人类是从哪儿来的,祖先是谁?其实,不只是普通人,人类起源问题,也一直是科学家在苦苦探究的。

3亿多年前,一部分鱼类登上陆地,最终演化出包括人类在内的种类繁多的陆生脊椎动物。鱼类登陆是生命演化史上的重要事件,但鱼类是如何向陆生脊椎动物过渡的,至今仍缺乏足够的认识。

近日,有媒体报道,在《自然》上发表的论文指出,科学家找到了鱼类登陆过程中的关键化石——希望螈,这是人类首次在已知动物化石身上发现手指与鳍“锁”在一起的现象,揭示了人类的手部是如何由远古鱼类的鱼鳍一步步进化而来的。

从鳍到指缺少重要过渡环节

要想知道人类的手部是如何由远古鱼类的鳍一步步进化而来,首先要知道鱼类是如何向陆地脊椎动物过渡的?

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员卢静在接受科技日报记者采访时说,所有陆地脊椎动物统称为四足动物。四足动物是由鱼类演化而来,为了在两者中间作出区分,一般把长着鳍的定义为鱼,长着指/趾的定义为四足动物,所以偶鳍(鱼的胸鳍和腹鳍)到四肢,特别是指的演化至关重要。对鱼类演变成四足动物过程的详细了解,是古生物学在近200年学科历史中取得的最大成就之一。

“鱼类在真正登上陆地演化出四足动物前,有一系列的过渡形态。”卢静说,其中最重要的有几个,一是现存的肉鳍鱼类拉蒂迈鱼,拉蒂迈鱼保留了很多肉鳍鱼类的祖先形态,但它离四足动物还很远。二是真掌鳍鱼,这是一种很“进步”的泥盆纪四足形类肉鳍鱼,它们基本还是鱼的样子,并没有四足,已经适应在较浅的水域中生活,有点像今天的乌鳢,但并不会爬到岸上去。接下来就是最早的四足动物代表,鱼石螈和棘螈,它们为最早的四足动物的身体构造和生活状态,特别是四肢的发育和演化提供了突破性的资料。

卢静表示,在真掌鳍鱼,和鱼石螈、棘螈中间处于关键过渡位置的“半鱼半螈”的生物,就是希望螈类。希望螈类目前发现3个属:希望螈、潘氏鱼和提克塔利克鱼。

提克塔利克鱼是希望螈类中的知名成员,它的鳍已经向四肢的方向演变。提克塔利克鱼胸鳍的鳍条很不对称,腹侧的鳍条比背侧的鳍条小好几倍,研究者推测,这可能说明在胸鳍的底部,形成了一层肌肉。这层肌肉类似于四足动物掌心的肉,尽管还不足以支撑它们上陆,但可以帮助它们在河底移动。但是,提克塔利克鱼的鳍骨则更接近真掌鳍鱼,特别是末端骨骼很少,无法鉴别出明显的“指头”。

而鱼石螈和棘螈,它们虽然保留有鱼类特征,但胸鳍和腹鳍的鳍条已经完全退化,取而代之的,是由骨骼支撑的四肢和数量不等的手指,这证明它们已经做好了在陆地生活的准备。不过其他证据显示,它们可能主要还是在水环境中生活,四肢用来在水底移动身体,棘螈也许是完全水生的,鱼石螈则已经可以在陆地上移动,姿态可能和今天的海豹很像。

无论是有鳍条但没有指骨的提克塔利克鱼,还是没有鳍条但有指骨的鱼石螈和棘螈,都为鱼类向两栖动物的演变提供了重要线索。但在它们中间,还缺少了一个关键的过渡环节——既有鱼的鳍条,又已经演化出指骨的鱼类。

我们的手指或起源于它的鳍

希望螈的出现,补上了这缺失的关键一环。

加拿大魁北克大学穆斯基校区和澳大利亚福林德斯大学的研究者用CT扫描了一件完整保存的希望螈标本。三维复原结果显示,这种鱼既有发达的鳍条,也拥有明显的指骨。在鳍条包裹的胸鳍中,不仅可以清晰地看到肱骨(对应我们的大臂)、桡骨和尺骨(小臂)、腕骨(手腕)、掌骨(手掌),甚至还发现了两根明确的指骨,以及3根可能的指骨。

“这是第一次在鱼类中观察到指骨和鳍条共存。”论文作者之一、福林德斯大学的古生物与地层学教授约翰·朗介绍,指骨虽然看起来只是一些细小的骨骼,并不起眼,但它其实对四肢的支撑能力起到了重要作用。鳍中的这些小骨骼让它们能将重量灵活且均匀地分散给整个鳍。拥有指骨后,这些鱼类就能在水底或短暂地在陆地上支撑起自己沉重的身体。

卢静恰巧与该研究的几位作者认识。“他们去年都参加了我们组织的早期脊椎动物年会,并在会上作了有关这项研究的报告。”卢静说,希望螈的样子有点像大鲵、鳄鱼和鲇鱼的混合体。它的头和鳄鱼非常像,身体有些像大鲵,但在水中游动的身姿比大鲵飘逸,更像一条大鲇鱼。它的“手”外观可能像现代澳洲肺鱼的鳍,但更强壮,也许能短暂地在浅水中支撑身体,但是这所谓的“手”从外观看还是鱼鳍,有明显的扇状的鳍条部分,也并没有裂开变成有功能的指,所以它还不能算是四足动物。

“提克塔利克鱼和真掌鳍鱼的鳍都没有希望螈这样,数量这么多,和指骨一样排列的小鳍骨。上面说过,有没有指在传统上是区分鱼和四足动物最重要的一个特征,所以说希望螈的鳍是处于偶鳍向四肢过渡的关键阶段。论文的作者甚至认为,希望螈已经模糊了鱼和四足动物之间的界限。”卢静强调。

那么,能不能就此说希望螈是人类的直系祖先呢?

卢静认为,生命演化是极其复杂、精细的过程,而化石记录则相对极为零落。因此,总览生命之树,严格意义上的直系祖先是不可能找到的,找到的永远只是或近或远的“表亲”,它们身上可能有很多真正直系祖先的特征,但也有一定比例自身独有的特征,但哪些是祖先特征,哪些是独有特征,往往并不容易确定。

不过这些化石“表亲”中,有些无论在形态和亲缘关系上都可能已经非常接近真正的直系祖先,只是这里的“非常接近”是一个相对的概念。“所以在科普上,也不妨使用直系祖先或直接祖先来指代某些从鱼到人类演化道路上处于关键位置的生物。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,因此它有资格被称为是人类的直系祖先。”卢静说。

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