我们都是一条鱼？是的，且看祖先如何长出“手指”

从鱼到人有几步之遥？看看祖先是如何完成这个大项目的。

希望蝾螈化石

作者|辽宁古生物博物馆展览部主任刘森

当你拿出手机，用拇指滑动屏幕，阅读这篇文章时，你可能不会认为这些对我们来说不寻常的行为源于3亿年前一群不情愿的鱼在浅水中用胸鳍移动它们的身体所做的无数努力。

鱼是如何一步一步进化成人类的，这一直是一个让科学家好奇的问题。研究表明，3亿多年前，一群食肉的鳍鱼慢慢爬上陆地，进化成两栖动物、爬行动物、鸟类和四足脊椎动物，包括属于人类的哺乳动物。其中，鱼类登陆是生命进化史上的一个里程碑事件。

但是这个过程到底是什么呢？鱼最初是如何变成两栖动物的？仍然没有足够的理解。

最近，澳大利亚和加拿大的古生物学家发现了一个重要的联系:他们发现了一种古老的蝾螈，化石“希望的蝾螈”，揭示了从鳍到人类手的进化。这项研究发表在2020年3月18日的《自然》杂志上。

“希望蝾螈”艺术修复图

“手指”鱼

鱼类从水生环境向陆生环境的转变将会遇到许多困难。最重要的挑战是逐渐将鳍进化成强壮的肢体，并获得在陆地上移动的能力。

以前已经发现了一些重要的化石。

一种是晚泥盆世的TiTaleq鱼，它的鳍比鱼类祖先的鳍更小更简单。它的胸鳍非常不对称。科学家推测，在胸鳍底部已经形成了一层“手掌肉”，并有骨骼支撑，但是还没有形成明确的指骨。

塔拉克鱼的鳍不足以支撑它们的着陆，但它们可以帮助它们在水下移动。

鱼骨鱼和棘鳍鱼也生活在泥盆纪晚期，被认为是“最早的四足动物”，它们放弃了胸鳍和腹鳍，用鳍条支撑，代之以由骨头支撑的四肢，包括不同数量的手指(以前的鳍条)。

这证明，除了能够在水下移动，它们还有一定的陆地机动性。

最早的四足动物鱼虾已经长出了手指(以前是鳍)。|*

然而，它们之间仍然有一个关键的过渡——有鳍和趾骨的鱼。

我希望蝾螈的出现弥补了这一点。

连接过去和未来的新化石

在这项新研究中，研究人员对3.8亿年前晚泥盆世蝾螈化石进行了高精度的CT扫描。结果表明，该鱼有鳍和明显的指骨。

在由鳍条包裹的胸鳍中，不仅可以清楚地看到肱骨、桡骨+尺骨、腕骨和掌骨(相当于人的大臂、小臂、手腕和手掌)，还可以看到两个确定的指骨和三个可能的指骨。

人们希望将蝾螈的胸鳍骨与人类上肢的胸鳍骨进行比较。图中的红色是确认的方阵|约翰·朗

这个结果告诉我们，鱼在离开水之前已经拥有脊椎动物的基本肢体结构。

同时，通过比较，发现蝾螈比特提斯塔拉克鱼更接近四足动物，填补了鱼类进化为四足动物的重要空白。

“手指”离着陆只有一小步

这是我们“祖先”的亮点。然而，我们不禁要问，“鱼变成人”的整个过程是什么。

鱼不仅要面对身体运动的问题，还要面对其他身体结构的升级，包括呼吸、捕食、繁殖和发育。

如此庞大而复杂的项目是如何产生的？

生物学家认为身体结构有四个主要变化。

1)下巴的外观

首先是下巴的外观。在5.4亿年前的寒武纪大爆发中，以海口鱼和昆明鱼为代表的早期鱼类动物没有下颚，只能被动地吸入(和过滤)海水中的悬浮物质或海底沉积物中的食物碎片作为食物。

大约在4.2亿年前的志留纪晚期，一群鱼的鳃弓(以前的呼吸器官)向前移动，形成上下颚。这使得它们能够攻击和捕猎。

从那以后，鱼类发展迅速，在1000多万年的时间里，它的大小从几十厘米增加到几米。其中，杜氏藻(一种盾形鱼)体长6米，重量超过10吨，其颌部输出咬合力超过霸王龙！

有了“先进”的设备，鱼将把无脊椎动物赶下宝座，成为海洋的新霸主。

杜氏藻的复苏图可达6米长。大白鲨的出现给了鱼巨大的生存优势

2)软骨骨硬化

第二是软骨硬化骨。在鱼主宰了海洋之后，它开始了更加激烈的内部竞争。盾形鱼逐渐进化成两大类，软骨鱼和硬骨鱼。

前者骨骼中碳酸钙含量较低，是鲨鱼和鳐鱼等水生动物的祖先。然而，硬骨鱼的骨骼富含碳酸钙，全身骨骼变硬，这使它们能够支撑自己的体重，并为以后的登陆提供了基础。

3)四肢的外观

第三是四肢的出现。硬骨鱼的一个分支，食肉鳍鱼，已经开始了更大胆的“尝试”。

它们的鳍不再是简单的鳍，而是长出骨头，并覆盖一层肌肉，这可以为它们在水下移动提供动力。

为了摆脱竞争日益激烈的海洋，一些肉鳍鱼开始向内陆迁移到淡水环境中。

现在的肉鳍鱼，拉蒂默，鳍里有骨头，肌肉发达|中国古生物博物馆

与海洋相比，淡水河流和湖泊的水量受季节影响很大。雨季时，低洼蕨林的底层被淹没，植物的根和凹陷的枝条使底部形态更加复杂。这时，宽吻鱼肌肉发达的身体和多肉的鳍可以展示它们的能力，在淤积的水中游来游去。当旱季来临，水库萎缩干涸时，它们可以摇摇摆摆地穿过浅滩，进入更深的水域，以避免干涸。

在这个过程中，它们的肉质鳍变得更加强壮和复杂，并最终进化成能够支撑它们在陆地上移动的四肢。

4)呼吸系统升级

从水到陆地的鱼也需要解决如何从空气中吸收氧气的问题。这一切都取决于由内鼻孔和肺组成的“陆地呼吸系统”的形成。

事实上，早期的鱼可以利用身体表面的皮肤、喉咙粘膜和肠壁来辅助呼吸。后来，一些鱼扩大消化道的一部分来储存空气，这是最初的鱼鳔。

在频繁使用鱼鳔辅助呼吸的过程中，肉鳍鱼不断增强其功能，最终形成肺。

为了将空气送入肺部，需要形成相关的通道。瓶鱼口腔中的一些骨头形成了鼻腔和口腔之间的通道，口腔是内鼻孔。从那时起，当它们闭上嘴或者进食时，内鼻孔成为唯一的呼吸通道。

陆地上的繁荣

至于鱼为什么会登陆陆地，科学家推测环境压力是驱使鱼从水中向岸上迁移的主要原因。

泥盆纪末期，海洋是一个竞争异常激烈的环境，但相反，陆地是一片充满活力的土地:茂盛的植物覆盖着陆地，其中生活着大量的节肢动物。竞争压力和食物的吸引力导致鱼类踏上陆地，进化成充满粘液的两栖动物，笨拙地拖着沉重的身体，在浅沼泽的泥和泥中爬行。

然而，仅靠着陆并不能满足这些四足动物的野心。如果你想深入探索这片广阔的土地，你必须解决一个难题:由于缺乏外部水源保护措施，两栖动物的卵不能在水或潮湿的环境中孵化和繁殖。

在生存的压力下，一些四足动物进化出带硬壳的蛋，于是世界上第一个“蛋”诞生了！

这种繁殖方法被称为羊卵，它为胚胎创造了一个封闭的环境，并能为其生长提供营养和水。摆脱了水环境对繁殖的限制，四足动物开始向沙漠和其他干旱地区进军，最终遍布世界各地并征服了土地。

之后，这些绵羊四足动物进化成两个主要的分支——蜥脚类动物和合轴类动物。前者包括活着的爬行动物及其祖先。鱼龙、翼龙和其他灭绝的动物主宰了中生代的海洋和天空；还有熟悉的星星——恐龙和它们的鸟类后代。

后者是我们哺乳动物的祖先。从二叠纪到三叠纪早期，它们在恐龙之前统治了整个大陆，然后由于二叠纪大灭绝和三叠纪晚期大灭绝的不断侵袭而逐渐衰落，并被蜥蜴从它们的统治地位上夺走。

虽然我们只能缩小体积，战战兢兢地生活在恐龙的阴影下，但我们的祖先并没有放弃他们的努力。他们不断强化自己的技能，逐渐进化出哺乳、胎生、补血等特点。，等待时机的到来。

在恐龙时代，蜥脚类动物处于全盛时期，我们的祖先(Synarctosaurus)生活在一种与世隔绝的状态，在此期间，昆虫的概念被发明出来。

我们都知道以下事情:6600万年前，一颗小行星撞击了地球，结束了以恐龙为代表的蜥脚类动物的统治，空缺的位置很快被哺乳动物填补。

在接下来的6000万年里，哺乳动物进化并逐渐占据了世界。然后，700万年前，在东非，灵长类动物之一的猿和黑猩猩在进化道路上分道扬镳。他们跳出树冠，学会直立行走、制造/使用工具和使用火。

最终，在200万到10000年前，这些原始人走出非洲，迁移到世界各地，进化成我们拿着手机盯着屏幕。

我们都是一条鱼。

最后，我回到一个老问题:新发现的蝾螈希望是我们的直系祖先吗？

不幸的是，这个问题目前无法回答。尽管我们已经发现了许多鱼类过渡到两栖动物的化石，但它们是否是人类的直接祖先仍有很大争议。

从化石判断，许多活着的四足动物中常见的结构在这些化石中是找不到的。例如，大多数活着的四足动物每只手都有5个手指，而蝾螈希望显然有更多的手指，而背部的鱼骨鱼每只手有7个指骨，甚至棘齿鱼有8个。

在它们之后，两栖动物如早石炭世的蝾螈都有五个手指。

由于鱼骨和鱼骨之间有1500万年的四足动物化石空白期(即乔莫空缺期)，它只是在等待更多的化石被发现，以恢复鱼类的上岸过程。

然而，我们需要理解的是，与“直系祖先”的问题纠缠是没有意义的。

生命的进化是一个极其复杂和微妙的过程，而化石记录相对罕见和不连贯，因此很难找到严格意义上的直接祖先。我们能找到的可能永远是近亲或“表亲”然而，这些亲戚中的一些在形式和亲属关系上总是非常接近我们的直系祖先。它们不会阻止我们恢复我们祖先的特征。

希望蝾螈是迄今发现的最接近所有四足动物共同祖先的鱼，所以它可能是也可能不是我们的直接祖先，但它肯定是迄今发现的最相似的生物。通过它，我们对我们祖先的特征有了更多的了解。

随着时间的推移和进化的继续，可以非常肯定地说，我们是一种鱼，一种“超级改良版”的肉翅鱼。我们带着“腹鳍”四处走动，带着拿着手机的“胸鳍”滑动，这就是你现在的样子。

(编辑高培文)

论文地址:

理查德·克劳蒂尔等人的《埃尔皮斯托奇与脊椎动物手的起源》。自然卷579，第549-554页(2020)

https://www.nature.com/articles/s4158020-2100-8