人到底是鱼变的还是猴变的?如果我们的祖先选择打“退堂鼓”,会发生什么?
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正文开始前,尹哥想先和大家探讨一个近期热门的演化问题,人到底是鱼变的还是猴变的?
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如果我们的祖先当年没上岸,会发生什么?
以下文章来自:“环球科学” (id:huanqiukexue)
△奇基克塔尼鱼化石的三维复原(视频来源:Justin Lemberg)
撰文 | 二七 审校 | clefable
最近两年,一种看起来奇奇怪怪的古生物再次走进了人们的视野中。它的走红是因为一张(或者应该说是一类)梗图:画面中央是一个长相类似鱼和鳄鱼混合体的生物,图片四周是拿着棍棒、长矛或是枪械的人,人们叫喊着“滚回水里去!”
△表情包示意(原图来源:Zina Deretsky;制图:二七)
想要理解这张梗图的意思,需要具备一些生物演化的背景知识。图中这个“似鱼非鱼、似螈非螈”的生物名为提克塔利克鱼,它展现了从鱼到四足动物演化的关键阶段:它的胸鳍中,既有发达的长骨支撑着“手臂”,还演化出了灵活的腕关节。这说明它能够用鳍将身体支撑在水底活动,可能偶尔也会冒险来到陆地上,迈出鱼类登陆的关键一步。
其实,提克塔利克鱼的一种近亲就是这样做的:在演化出初步离开水体的能力后,这种生物打了“退堂鼓”,选择回到安心与信赖的水中,而不是去陆上探险。
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长“胳膊”的鱼
故事依然要从提克塔利克鱼说起。2004年,美国芝加哥大学的尼尔·舒宾(Neil Shubin)和同事在加拿大北极圈内发现了一种独特的鱼类化石,这就是罗氏提克塔利克鱼(Tiktaalik roseae,简称为提克塔利克鱼)。
作为一种生活在约3.8亿年前的泥盆纪的鱼类,它却呈现出了非常接近四足动物的形态。提克塔利克鱼的胸鳍比当时已知的任何化石鱼类都更加先进,它既有发达的长骨支撑“手臂”,还演化出了灵活的腕关节。提克塔利克鱼的头骨也非常独特,拥有长而扁平的吻部和类似四足动物的脑颅。
△图片来源:《环球科学》2021年6月刊;绘图: 楚步澜(Brian Choo);制图:埃米莉· S · 达姆斯特拉(Emily S. Damstra)
“在岩石表面,我们可以看到下颌的碎片,长约5厘米,长有尖牙。另外还有一些斑驳的白色的鳞片。”现任宾夕法尼亚州立大学副教授的托马斯·斯图尔特(Thomas Stewart)回忆到,他曾在舒宾的实验室工作,参与处理了这批野外考察采集的化石。
△斯图尔特正在检查化石标本(图片来源:Tom Stewart)
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遗世之珠
2020年,在斯图尔特和同事的努力下,这批化石“重见天日”。仅仅从外面的鳞片和下颌看来,这显然是一种生活在水下,并且具有强大捕食能力的生物——或许就是某种和提克塔利克鱼一样的四足形类动物。这引发了研究者看看岩石内部藏着的化石的想法。
CT图像显示,这些岩石中包括了一条鱼几乎完整的胸鳍和上肢,尤其是保存了一根独特的肱骨(对应着我们上臂的骨骼)。起初,研究者以为这是一条幼年的提克塔利克鱼,因为它体型更小,大部分骨骼的差异也可以用“还没有发育”来解释。但这条鱼的肱骨一下子将它和提克塔利克鱼区别了开来。
“早期的四足形类动物,比如提克塔利克,它的肱骨下侧有一个突出的脊,一处很有辨识度的隆起——肌肉就附着在这里。就是这些骨骼特征告诉我们,这些四足动物的祖先在上岸前就拥有了有力的鳍,或者也可以说手臂。”斯图尔特介绍道。它们生活在湖泊和溪流的底部,用鳍(或手臂)支撑自己,最早的那些生活在水底,后来者逐渐走上了陆地。
△奇基克塔尼鱼(图片中央)和比它大一圈的提克塔利克鱼(图片来源:Alex Boersma)
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“退堂鼓”一级选手
在最近发表于《自然》的一篇论文中,斯图尔特和同事正式介绍了这具新的化石。它被命名“奇基克塔尼鱼”(Qikiqtania wakei),属名来自因纽特语的Qikiqtaaluk,这是化石遗址所在地的名字。种名wakei则是为了纪念已故的演化生物学家戴维·韦克(David Wake)。
奇基克塔尼鱼的鳍和我们所见过的任何鱼类或四足动物都不一样。与那些从未上过岸的鱼类比起来,奇基克塔尼鱼的鳍呈现出了完全不同的模式:它已经长出了发达的肱骨、桡骨和尺骨(对应我们下臂的两根骨骼),这说明它们似乎已经经历了由鳍向四肢的演化过程,做好了登陆的准备。
可是与正在努力上岸的四足形类动物比起来,奇基克塔尼鱼的鳍明显缺乏力量:与提克塔利克鱼比起来,它的肱骨更薄,形状像个回旋镖,也缺少肌肉能够附着的部位。这样薄弱的鳍很可能无法将它们的身体支撑起来,只能用来游泳。系统发育分析似乎也给出了类似的答案:在谱系树上,奇基克塔尼鱼与提克塔利克鱼的亲缘关系更近,属于四足形类动物。
△奇基克塔尼鱼胸鳍的三维复原图(图片来源:Tom Stewart)
只有一种猜测能最合理地解释这样矛盾的鳍:当其他早期的四足动物在水边玩耍,试图探索广袤的陆地时,奇基克塔尼鱼选择了一条不同的路:它们曾试图离开水中,但在中途转了向,重新回到了水中生活。
“提克塔利克经常被视为一种过渡动物,因为你很容易在它身上看到水中生命到陆地生命的变化。但我们知道,在演化过程中,事情并不总是那么简单。”斯图尔特说,演化并不是一个简单的线性过程,而是一棵复杂的大树。在演化过程中,不同分支会朝着不同的方向前进,有的能够一路高歌演化至今,而另一些则会消失在生命历史的长河中。
“奇基克塔尼鱼展现了一段罕见的过程,”斯图尔特说,从普遍意义上讲,奇基克塔尼鱼并不是一种“成功”的物种,但“它让我们看到了那棵枝干虬结的生命之树。”
相关论文及参考链接:
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