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2018-12-07 16:48:29
魚類為何輾轉至陸地 科學家進行了各種猜測
2018-12-07 16:48:29 來源: 科技日報
如今人人都想要一條能帶來好運的“錦鯉”，但其實3億多年前，那條從水中慢慢爬向陸地的小魚才是整個動物世界包括全人類的“錦鯉”。這些上岸的魚類開枝散葉，演化成兩棲類、爬行類、鳥類，以及哺乳類，包括人。
那么，是什么讓魚離開熟悉的水域登上陌生的陸地?這些來自水中的魚兒們又是如何適應陸地環境的呢?生命演化的過程間，存在著許許多多的未解之謎。
為何輾轉至陸地 科學家進行了各種猜測
魚類為何如此大費周折輾轉至陸地呢?對此科學家們進行了各種研究猜測。
一篇發表在《美國博物學家》雜志上的文章顯示，科學家對生活在拉羅湯加島上的鲇魚進行了研究，這種魚善于在陸地上生活，處于魚類進化到陸地動物過程之間。它們大多數時間在水里，漲潮前會花很多時間四處覓食，但漲潮時，它們就開始向海岸邊的巖石上游動。雖然只有鰓，但在岸邊它們仍能從飛濺的海水，以及潮濕的巖縫中獲取所需的氧氣。
不過，為什么它們會在漲潮的時候上岸呢?研究人員發現，漲潮的時候，一些捕食者正在追捕獵食它們，如比目魚、石斑魚、瀨魚和海鰻。但是這些魚沒有一個可以跟著鲇魚爬上岸的。該研究的主要負責人說：“拉羅湯加島的鲇魚首次證明了環境壓力是驅使魚從水里遷移到岸上的一個原因。”
當然，對于剛爬上岸的魚類來說，也有很多食肉動物生活在陸上。但4億年前，大海里有很多可怕的食肉動物，陸地上卻沒有多少威脅，或許這使得魚類慢慢地遷移進化到陸地上。
此外，2017年西北大學學者提出，看到遠方也許是魚類離開海洋的助力之一。雖然魚類早已擁有視覺，但水下環境無法讓它們把視力物盡其用。
根據化石資料，在魚類登陸的過程中，眼部結構的改變讓它們越來越多地享用到視覺帶來的好處。在大約3.9億至2.5億年前，一種先進的魚類——希望螈目逐漸脫離水生。化石測量顯示，它們的雙眼尺寸增長到原來的3倍，這意味著與視覺能力息息相關的瞳孔大小出現增長。與此同時，和其它一些魚類一樣，它們的眼窩由兩側移到頭部頂端。在這個位置，魚可以通過貼近水面，看到水面之上的蟲類獵物，甚至可以把眼睛探出水面。
如果一只動物只能看到附近的事物，這意味著它們大部分行為只是對即將發生的刺激做出反應，而看到更遠的地方，讓復雜決定的出現成為可能。如何能更有效地攻擊獵物、躲避捕食者的突襲，爬上陸地或許是水下生命作出的一個重要決定。
然而，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員盧靜告訴科技日報記者：“演化的原因非常復雜，受各種因素的影響與制約。比如身體結構的變化、環境的變化等。”如果生活環境一直不變，魚類或許最后也不會爬上陸地。
憑啥能夠離開水 4次演化事件打下基礎
“魚類最終順利登陸跟4次大的演化事件有關。”盧靜說，魚類爬上陸地的過程發生在志留紀到泥盆紀之間，也就是4.2億年前至3.6億年前。
首先是有頜魚類的出現。“無頜類魚主要靠寄生或以濾食為生，有頜類就是魚類出現頜骨，這意味著它們可以主動捕食了。”盧靜表示，從演化順序來看，這是一個簡單到復雜的過程。“從原先無法捕食到現在能夠捕食，有頜魚類在整個演化鏈上就更有選擇權，可以適應更多生活方式。這為以后生存帶來更大好處。”
隨著時間的流逝，有頜魚類中的重要一支演化成了硬骨魚類。“我們平時見的鯊魚、鰩魚屬于軟骨魚類，整個骨架都是軟的。軟骨魚類柔軟的骨頭根本無法在陸地上支撐沉重的體重。”盧靜解釋道，與軟骨魚類不同，硬骨魚類全身的骨骼變得更加堅固，為上岸生存提供了更多可能。
硬骨魚類有一支叫做肉鰭魚類，這支魚類的偶鰭(成對的肉鰭)中有內骨骼，盧靜指出，肉鰭的內骨骼非常重要，沒有它們，魚類就不能支撐自己的身體，也就難以上陸。而且它們還是四足動物四肢的前身。比如人的胳膊，從上臂到前臂分為肱骨、橈、尺骨、腕骨、掌骨和指骨，“肉鰭魚類的魚鰭中具備這些骨骼的雛形才會為演化成真正的四足動物提供條件”。
肉鰭魚有很多不同類型，但最后只有一支成功爬上陸地，形成了現在的四足動物。這一支肉鰭魚和其它的肉鰭魚有什么不同呢?盧靜告訴記者，內鼻孔結構的出現是四足動物形成的先決條件。“因為上岸就要呼吸，而魚是用鰓呼吸的，它們原來的鼻孔是兩個外鼻孔，不是呼吸器官。”
但包括人類在內的所有四足動物都用肺呼吸。因此，必須要有與外鼻孔相通的內鼻孔，這樣才能使外部空氣順利進入肺部，保證動物對氧氣的需要。內鼻孔形成鼻腔和口腔之間的通道，當嘴巴閉合或動物取食時，內鼻孔就成為四足動物呼吸的唯一通道。
盧靜稱，這支肉鰭魚類除了有內鼻孔外，一些與陸地生存相適應的其他結構也逐漸演化出來。“比如內耳附近顱頂區域有一個很大的噴水孔，這個噴水孔開始是沒有用的，但它恰恰就是四足動物聽覺器官中耳的前身。”
最早從哪里上岸 登陸點至今還無定論
從志留紀到泥盆紀，魚類登陸歷經上百萬年。然而魚類最早在什么地方登上陸地還是未解之謎。目前發現的證據表明，最早的四足動物的腳印化石位于在波蘭中泥盆世早期的地層中，距今約3.97億年前。泥盆紀四足動物化石分布主要集中在歐洲和北極圈，尤其是東格陵蘭島附近。
然而盧靜告訴記者，四足動物的祖先魚類最早的化石記錄卻是在中國云南曲靖、昭通等地發現的。
2009年，科學家在云南發現了迄今世界上最古老、保存最完整的有頜類化石——夢幻鬼魚;2013年，科學家又發現了初始全頜魚。它有著一張硬骨魚的典型面部，但身體卻是盾皮魚類。
這些研究表明，從志留紀到泥盆紀中期的漫長時間里，中國有頜脊椎動物化石的形態比其他地方同期的化石都要原始一些，并且多樣性極高。
“所以也有假說認為，歐洲地區發現的早期四足動物是從中國遷移、擴散過去的，但由于目前化石記錄很不完整，對此尚無定論。” 盧靜說。
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