人類(lèi)的魚(yú)形祖先從水里來(lái)

人類(lèi)的祖先從水里來(lái)，而且來(lái)自魚(yú)類(lèi)，這已是世界眾多科學(xué)家的共識(shí)。又是哪種魚(yú)類(lèi)最先登上陸地的呢？硬骨魚(yú)類(lèi)包括肉鰭魚(yú)類(lèi)和輻鰭魚(yú)類(lèi)兩大分支。輻鰭魚(yú)類(lèi)至今在地球上還幸存大約有3萬(wàn)種之多，不可能是它們。脊椎動(dòng)物從水中登上干燥的陸地，首先要解決在陸地上活動(dòng)和呼吸空氣兩個(gè)問(wèn)題。肉鰭魚(yú)類(lèi)的偶鰭內(nèi)具有較為強(qiáng)壯的肉質(zhì)肌葉，又有內(nèi)骨骼支撐，可以支撐身體在陸地上行走，許多屬種還具有內(nèi)鼻孔，有直接呼吸空氣的“原始肺”，符合陸生脊椎動(dòng)物祖先類(lèi)群的基本條件[1]。化石研究認(rèn)為，在大約4億年前早泥盆紀(jì)的“魚(yú)類(lèi)時(shí)代”，肉鰭魚(yú)類(lèi)得到爆發(fā)式的發(fā)展，大約在3.8億年前的晚泥盆紀(jì)，一支肉鰭魚(yú)類(lèi)首先登上陸地，經(jīng)過(guò)艱難的適應(yīng)和調(diào)整，進(jìn)化成兩棲動(dòng)物，最終演化出所有陸生脊椎動(dòng)物，即包括人類(lèi)在內(nèi)的四足動(dòng)物[2]。四足類(lèi)是從肉鰭魚(yú)類(lèi)進(jìn)化而來(lái)這一觀(guān)點(diǎn)得到普遍贊同。

現(xiàn)存肉鰭魚(yú)類(lèi)包括肺魚(yú)類(lèi)(dipnomorphs)和總鰭魚(yú)類(lèi)的腔棘魚(yú)(coelacanths)兩個(gè)分支。但最早登陸的“先頭部隊(duì)”在進(jìn)化歷史的長(zhǎng)河中沒(méi)有留下任何印記。值得慶幸的是，生存了4億年之久腔棘魚(yú)和肺魚(yú)，仍保留了許多“先頭部隊(duì)”原始的生物學(xué)特征，為人類(lèi)研究陸生脊椎動(dòng)物的演化提供了依據(jù)。那么它們中誰(shuí)與四足動(dòng)物更接近一些呢？在第一條活體腔棘魚(yú)被發(fā)現(xiàn)之前，古生物學(xué)家繪制的最早登陸的四足動(dòng)物祖先的圖形，與活體腔棘魚(yú)極其相似，因此，早期的研究結(jié)果更傾向于腔棘魚(yú)。隨著生物科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近幾年對(duì)現(xiàn)生肉鰭魚(yú)類(lèi)的另外一支-肺魚(yú)有了新的認(rèn)識(shí)，對(duì)四足動(dòng)物的祖先又產(chǎn)生了新的觀(guān)點(diǎn)。下面就讓我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下神奇的肺魚(yú)。肺魚(yú)類(lèi)化石記錄始于早泥盆紀(jì)，在晚泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)曾經(jīng)大量繁殖，是肺魚(yú)的鼎盛時(shí)期，并呈現(xiàn)高度的多樣化，至今已發(fā)現(xiàn)化石肺魚(yú)約80個(gè)屬近250種[3]。

肺魚(yú)體長(zhǎng)一般1-2米，體型細(xì)長(zhǎng)如鰻魚(yú)，被有覆瓦狀的圓鱗。體灰褐色，布滿(mǎn)大理石花斑。幾乎每條魚(yú)的花斑都是不相同的，因此，可以通過(guò)花斑識(shí)別不同的個(gè)體。背鰭、臀鰭和尾鰭愈合在一起，偶鰭呈撓狀或鞭狀。肺魚(yú)的許多解剖學(xué)特點(diǎn)和胚胎發(fā)育過(guò)程與現(xiàn)生硬骨魚(yú)類(lèi)差異很大，有些特征還與兩棲動(dòng)物類(lèi)似[1]。頜上沒(méi)有硬骨，有特殊的齒板，大部分骨骼終身都是軟骨，脊索發(fā)育很好。鰾內(nèi)呈螺旋瓣?duì)睿纬稍嫉姆巍Ｐ呐K從魚(yú)類(lèi)的一心室，進(jìn)化成二心室，分別接受來(lái)自肺部和鰓的血液。魚(yú)類(lèi)都是在水中產(chǎn)卵，兩棲類(lèi)一般在近岸水草中產(chǎn)卵，而肺魚(yú)則把卵產(chǎn)在泥巢中。繁殖季節(jié)，雌魚(yú)在泥中挖出一個(gè)小隧道，把卵產(chǎn)在其中。為解決泥巢中氧氣不足問(wèn)題，這時(shí)候雄魚(yú)利用腹鰭長(zhǎng)出的微血管豐富的絲狀突起，將血液中攜帶的氧氣釋放到泥巢中。

夏季的非洲大陸，高溫和干旱給水中的一般魚(yú)類(lèi)帶來(lái)了滅頂之災(zāi)，但肺魚(yú)演化出了“夏眠”的奇特功能，成功躲過(guò)了災(zāi)難。肺魚(yú)在枯水期鉆進(jìn)淤泥中，用嘴挖鑿出一個(gè)小洞，身體分泌的粘液與洞壁泥土粘合在一起，形成封閉的泥洞，身體縮蜷在洞中，只在口前方留一個(gè)供肺呼吸的小透氣孔，使肺魚(yú)度過(guò)長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的干旱期[4]。有實(shí)驗(yàn)證明，“夏眠”時(shí)肺魚(yú)新陳代謝率只有大約不到正常的2%，最長(zhǎng)可以度過(guò)3~5年的時(shí)間，只要有足夠的水分就能喚醒它們。“夏眠”是肺魚(yú)適應(yīng)惡劣環(huán)境特有的方式。

夏眠中的肺魚(yú)：文獻(xiàn)[4]

現(xiàn)存的3科3屬6種肺魚(yú)，分布在美洲、非洲和大洋洲熱帶淡水中，分別稱(chēng)為美洲肺魚(yú)、非洲肺魚(yú)和澳洲（大洋洲）肺魚(yú)。澳洲肺魚(yú)有1種，主要分布于澳大利亞的一些沼澤地帶，它只有一個(gè)肺（鰾），鰓蓋較大，當(dāng)水中缺氧時(shí)，可游到水面用肺呼吸，但完全脫離水則不能存活。廣泛分布于南美大陸的美洲肺魚(yú)也只有1種，偶鰭縮小成相當(dāng)小的附肢。分布在非洲赤道附近的非洲肺魚(yú)有4種，偶鰭退化成細(xì)長(zhǎng)的鞭狀，鰭中只保留了一根分節(jié)的主軸骨。非洲肺魚(yú)和美洲肺魚(yú)都有兩個(gè)肺，鰓蓋相對(duì)較小，能完全脫離水在空氣中存活。

美洲肺魚(yú)|D. Terver/Muséum-Aquarium de Nancy

研究發(fā)現(xiàn)，澳洲肺魚(yú)是現(xiàn)生的6種肺魚(yú)中最接近最早上岸的“先頭部隊(duì)”的種類(lèi)，它們與一億年前沒(méi)有多大變化?；蚪M全面測(cè)序后，科學(xué)家確認(rèn)，澳洲肺魚(yú)是四足動(dòng)物最接近的活體魚(yú)類(lèi)近親，與人類(lèi)有著相同的控制肺部胚胎細(xì)胞發(fā)育和肢體（鰭部）骨頭發(fā)育的基因，這說(shuō)明兩個(gè)物種的進(jìn)化，可以追溯到同一起源[1]。魚(yú)類(lèi)在登陸過(guò)程中，在呼吸系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等諸多方面進(jìn)行了系統(tǒng)革新，從而適應(yīng)從水生到陸生環(huán)境的改變[7，8]。2013年，美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十余年的 DNA測(cè)序研究證明，肺魚(yú)與四足動(dòng)物的親緣關(guān)系比腔棘魚(yú)更近[4]。因?yàn)檠莼乃俣确浅Ｂ?，現(xiàn)存腔棘魚(yú)的基因與它們的祖先非常接近，是現(xiàn)存的肉鰭魚(yú)類(lèi)中，最早“自立門(mén)戶(hù)”的一支。肺魚(yú)是四足動(dòng)物最近的現(xiàn)生姊妹群，是解析脊椎動(dòng)物登陸過(guò)程不可或缺的橋梁。持續(xù)數(shù)十年的“誰(shuí)是四足動(dòng)物近親”的爭(zhēng)論到此告一段落。

2021年，Cell雜志在線(xiàn)發(fā)表了我國(guó)西北工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所等十幾個(gè)單位合作完成的兩項(xiàng)脊椎動(dòng)物演化的重大成果，為理解脊椎動(dòng)物的演化歷史提供了新的遺傳學(xué)證據(jù)[5，6]。四足動(dòng)物陸生性遺傳基礎(chǔ)早在硬骨魚(yú)類(lèi)共同祖先就已經(jīng)出現(xiàn)，肉鰭魚(yú)類(lèi)祖先在空氣呼吸、陸地運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)系統(tǒng)方面進(jìn)一步完善，為成功登陸做好了前期準(zhǔn)備。我國(guó)中科院古脊椎動(dòng)物研究所通過(guò)對(duì)云南化石肉鰭魚(yú)類(lèi)的研究，揭開(kāi)了“魚(yú)類(lèi)時(shí)代”雄霸地球的人類(lèi)魚(yú)形祖先演化謎團(tuán)。原來(lái)，我們的祖先既不是肺魚(yú)也不是腔棘魚(yú)，而是被稱(chēng)為四足形類(lèi)的肉鰭魚(yú)類(lèi)祖先，是泥盆紀(jì)非常繁盛的兇猛的獵食者[2，9]。它們身上既保留了早期肉鰭魚(yú)類(lèi)和現(xiàn)代肉鰭魚(yú)類(lèi)的特征，又有自身演化出的獨(dú)有特征[9]。當(dāng)四足形類(lèi)的后代稱(chēng)霸地球，肺魚(yú)和腔棘魚(yú)依然固守著祖先的模式。特殊的生活方式使得肺魚(yú)和腔棘魚(yú)延續(xù)了4億年之久，它們見(jiàn)證了四足動(dòng)物的起源、恐龍王朝的覆滅和人類(lèi)的崛起。在生命進(jìn)化的歷程中，他們戰(zhàn)勝了無(wú)數(shù)次無(wú)法想象的艱難險(xiǎn)阻。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和新的化石證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，也許還會(huì)產(chǎn)生新的研究結(jié)果。無(wú)論我們是從哪種魚(yú)類(lèi)進(jìn)化來(lái)的，我們都不能忘記，人是魚(yú)演化而來(lái)的，魚(yú)是人類(lèi)的祖先，保護(hù)魚(yú)類(lèi)是人類(lèi)的職責(zé)。珍惜愛(ài)護(hù)人類(lèi)和動(dòng)物共同的地球家園，不能讓這些歷盡劫難從遠(yuǎn)古走來(lái)的“活化石”成為真的化石。

作者：海底世界

參考文獻(xiàn)：

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[9]劉歡.中科院新發(fā)現(xiàn)：4.1億年前水中掠食者是人類(lèi)魚(yú)形祖先.北京日?qǐng)?bào). 2016-06-05.