从古鱼类到人类的进化
2018-11-02 10:32:25   来源:威尼斯人9778官网   评论:0 点击:

地球生物进化旅程(图片由朱敏提供 下同)鱼石螈化石和复原图4亿年前云南曲靖水下艺术想象图和位置地图朱敏等人发现了一种来自中国云南省曲靖市的盾皮鱼(麒麟鱼),它扫除了在脊椎动物颌演化认识上的盲区。鱼类


地球生物进化旅程(图片由朱敏提供 下同)



鱼石螈化石和复原图





4亿年前云南曲靖水下艺术想象图和位置地图



朱敏等人发现了一种来自中国云南省曲靖市的盾皮鱼(麒麟鱼),它扫除了在脊椎动物颌演化认识上的盲区。



鱼类头骨变化成人头骨示意



各种鱼类的化石
 
(威尼斯人9778官网报道)据北京科技报:生命演化过程中,鱼类迈向陆地的一小步,最终促成了脊椎动物乃至人类的大发展。我们身上的哪些特征还能够从鱼的身上发展踪迹?

为什么我们是从一条“小鱼”变成“人”,而不是从一只“小蜘蛛”变成“人”的呢?这之间有什么科学的证据和联系么?10月20日,“时空之旅:从鱼到人的生命变迁”科普宣传活动在北京自然博物馆举行,活动邀请了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏、北京大学外科学博士马向涛为大众带来了一场从古鱼类到人类进化的讲座。解答古鱼类是如何从肉鳍鱼登陆、逐渐演变成人的话题,以下是讲座精彩内容整理。

生命演化中存在许多未解之谜  

“人类从哪里来,现在在哪里,到哪里去”,这是公众与科学界都非常关心的问题,也是个哲学问题。国际上,美国顶级的刊物《科学》杂志在125周年的时候,提出125个重大科学问题,比如恐龙为什么会如此庞大?现在有多少个人种,他们之间有什么关联?什么基因改变造就了独特的人类?鸟类的翅膀、鱼类的鳍等是怎么发育进化的?这些都是非常重大的科学问题。

实际上生命演化的过程中间,存在着许许多多的未解之谜。46亿年前地球诞生;40亿年前出现大块陆地;34亿年前最早的生命出现了。按照进化论来讲,以脊椎动物为例,从鱼类到青蛙、恐龙到鸟类,包括人类都有脊椎骨,这些结构都可以一点一点追溯到早期鱼类。脊椎动物演化的主干是硬骨脊椎动物,包括水中的硬骨鱼和陆地上的四足动物,这两大分支分别征服了今日地球的水域和陆地。

不过从鱼到人并不是几天、几年或者几万年就能完成的事情,这个时间跨度达到了将近5亿年。最早的鱼5亿多年前就有了,当时地球上的高等动物,全在水里头,陆地上非常荒芜,基本上什么东西也没有,没有草木昆虫,生命都在水中间,都在海洋中。然后鱼类在某一阶段,大概3亿年前的时候最终登上陆地,演变出了两栖类,然后变成了爬行类,爬行类变成了哺乳动物,哺乳动物然后慢慢进化了人类,就是这么一个演化的历程。

鱼爬到陆地上有多困难?

鱼类登陆最早的化石证据是鱼石螈类,这种生物有点像现在娃娃鱼的样子,它有鱼的尾巴,同时也有了前肢和后肢,所以它能够爬上陆地。鱼石螈类的化石最早发现于北极附近的格陵兰岛。

100多年前,当时有很多的探险家去探险北极,1897年探险家安德利坐热气球去北极探险,独自一人到格陵兰岛北极圈,一去不复返了,这个地方一到冬天根本进不去了,第二年开始要去搜寻他,在搜寻过程就发现了一些化石材料,这些化石材料后来又交给英国古生物学家,研究后发现是鱼石螈化石。

鱼类要登上陆地的话,也不是那么简单的事情,很多身体结构要发生改变,才可以适应陆地的环境。首先呼吸系统必须要改变,因为在水里是通过鳃进行呼吸的,到了陆地要通过肺进行呼吸。还有在水里大家游泳,如果是“大胖子”不用游就可以漂浮,因为水的浮力把重力抵消了。但是到陆地上就要克服重力影响,手脚必须要强壮,还要通过肩带跟腰带进行支撑,所以整个身体结构要发生很多的变化。

鱼类最早在哪里上岸的?

动物分类学上,硬骨鱼纲可分成两大类,像平时吃的这些草鱼、鲢鱼等,在科学上有个名词叫辐鳍鱼类,现在地球上49%的脊椎动物的物种都是辐鳍鱼类。另外一支叫肉鳍鱼类。肉鳍鱼顾名思义,它的鳍有很大一部分和我们四肢一样有发达肌肉,里面有支撑的骨头,这就使得它们能够爬到陆地上来。

追溯最早的肉鳍鱼的演化历史,大约是在4亿年前的中国云南曲靖,这里是肉鳍鱼类的故乡,所有登陆的鱼类都发源于这个地方。寒武纪生命爆发之前,当时的地球跟现在是不太一样的,包括中国的南方、北方,现在大多在温带,当时都是在赤道上,云南曲靖是个海湾的环境,孕育了最早向陆地进发的鱼类。

志留纪到泥盆纪时的中国南方是漂泊在赤道附近的孤洲,靠近南方广袤的冈瓦纳大陆的北缘。云南处于这片孤洲的南部。那时,植物尚未侵入内陆,河流从大陆中央裸露的荒芜山脉间蜿蜒流出,在相当于现代滇东曲靖的地方汇入海洋,带来丰富的营养物质,养育了河口海湾中欣欣向荣的生态系统。

还在鱼类时代开始以前,这里就已经是鱼类的“王国”:珊瑚和腕足动物在礁岩附近繁衍生息,为鱼类提供了藏身之处;成群的小鱼辛勤地在水底滤食泥沙,或寻找蠕虫等柔软食物;凶猛的大型掠食鱼类在它们头顶巡游……数千万年的时间里,多少奇形怪状的鱼类曾在这里生长、繁衍、死去,遗体沉入水底,为泥沙包裹,少数的幸运地变成了化石。

4亿多年时光过去了,海陆更迭,古老的海湾早已变成今日滇东的起伏山峦和其间的片片农田。古代的海底泥沙经过漫长复杂的地质作用,形成层层叠叠的地层,横跨志留纪、泥盆纪的连续沉积就出露在这里。

鱼的颌部最终演化成了人类颌骨

鱼类早期进化历史上曾经出现过一类叫做盾皮鱼的鱼类,它们身披骨片铠甲,已经有了颌,但是颌部构造要比后来的鱼类简单。2018年,科学家发现一种叫麒麟鱼的盾皮鱼类,这种鱼是个“四不像”,它把不同鱼类的形态结合在一起,很好地解释了盾皮鱼类缺少的复杂的颌部结构是如何出现的,而这种更复杂的颌部结构最终演化成了我们人类的颌骨。

麒麟鱼的正型标本十分精美,包裹它身体的大块骨甲经过4.2亿多年的漫长时光,仍完美地保存下它的形状。它的头顶隆起成“额头”,有点像海豚;头前端有前伸的扁平吻突,口和鼻孔都位于腹面,又有点像鲟鱼;躯体呈长长的箱形,底部平坦。在志留纪曲靖的海湾中,它们大概聚集成群,在水底缓慢游动,用吻部翻起泥沙,寻找蠕虫和有机碎屑为食,靠箱形的骨甲抵御水域中海蝎和大型鱼类等捕食者的袭击。

麒麟鱼的名字一语双关,既以发现地曲靖市麒麟区命名,也寓意它像传说中有龙头、鹿角、麋身、牛尾的神兽——麒麟一样,集多个类群的特征于一身:其位于口部边缘、与面部其他骨骼相接的边缘颌骨足以将它明确无误地归入全颌盾皮鱼类;其颅顶甲也与初始全颌鱼相似,与原始节甲鱼类相去不远,但长方箱形的骨甲、多块中背片和鳃盖构造却与胴甲鱼类相似,真是一条“麒麟”怪鱼。

这条“四不像”怪鱼是中国志留纪特有全颌盾皮鱼类中的最新成员,它的颌骨显示了从盾皮鱼原颌状态到硬骨鱼全颌状态的中间类型,人类的颌骨因此能够一直追溯到最原始的有颌脊椎动物。新发现改变了盾皮鱼类已经灭绝的传统认识,这个类群成为理解脊椎动物的身体结构如何在久远的过去一步步演化而来的关键。

我们的耳朵是鱼的嘴巴变成的?

在地质万卷书中,保存了生命演化的珍贵信息。人类面孔与颌骨演化之谜对于人类来说,面部是至关重要的身体结构区域,从生理上讲,面部集中了对感觉、呼吸、摄食、交流至关重要的五官七窍。达尔文进化论告诉我们,人类和鸟、兽、鱼有着共同的祖先,它们的面孔应该可以追溯到一个共同的模式。

人的面部构造似乎并不复杂,然而它是一系列曲折复杂的演化历程的结果,化石证据可以帮助追溯面部主要骨骼的演化。然而人类面孔具体如何演化而来,还有许多未解开的谜团,成为百年来相关领域研究者致力探索的课题。

比如鲨鱼跟大多数鱼不太一样,鲨鱼身上除了一些小的鳞片之外,没有大片大片的骨头,脑袋上没有天灵盖。化石发现结果证明,其实鲨鱼的祖先有这种大片骨头,只是后来在演化过程中这些骨骼退化了。人的下巴跟鲨鱼下巴的骨头虽然功能相似,但来源完全不同。人的上下颌骨跟鱼嘴巴周围的鳞片是同源结构,而鲨鱼的颌骨则“跑”到人类耳朵里去了,相当于我们的听小骨,变成了耳朵的部分。

人体很多缺陷其实是进化的产物。比如说男性因为肚皮上有一块薄弱区域而特别容易得疝气,如果完美设计的话不应该出现这类缺陷,但是放到漫长的演化史上看,这些缺陷是来自很多过去祖先留下的遗迹的积累。比如说人的豁嘴、兔唇的发育缺陷,实际上是鱼类登陆的过程中,鼻孔从嘴巴外面移动到口腔内部的关键环节留下的遗迹,这也是进化的产物。所以你必须在进化的框架下,去了解人体身体的结构,你才能更好的了解人类的过去、现在和未来。

纵观整个生命演化史,重大演化事件往往是飞跃式的,在地质时间的尺度下转瞬即逝,因而很难在化石记录中保存下来,造成生物种类间大量的形态鸿沟和演化缺环。时代越是久远,这些鸿沟和缺环就越大越多。偶尔,我们会幸运地找到一些填补这些鸿沟和缺环的过渡化石,打开了一扇扇难得的窗口一窥演化的奥妙。

专家介绍

朱敏教授来自中科院古脊椎动物和古人类研究所,主要从事早期脊椎动物起源、演化及相关地层学、动物地理学研究。近年来,带领课题组致力于对硬骨鱼纲起源、早期演化以及鱼类登陆过程等的探索,并参与了对最早脊椎动物化石的研究。在硬骨鱼纲起源与早期演化、四足动物起源、盔甲鱼亚纲的形态学与系统学等研究项目上取得了多项突破性的进展。

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