谁是鲸类陆地祖先
最近，一些世界著名的科学出版物，如《自然》、《科学》和《科学新闻》，都发表了关于鲸类化石重大发现的研究文章。这一重大发现的意义是什么？它将如何影响我们对哺乳动物进化史的理解？记者采访了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究员邓涛博士。
■鲸类起源的两个假设
科学家认为现代鲸目动物起源于食肉的四足哺乳动物。这些鲸目动物的祖先有点像大型的狼，那时他们经常在大陆上漫游和追踪猎物。直到5700万年前，即始新世初，这些食肉动物在当时干燥的生活环境带来的生存压力下，毅然跳入大海，开辟了一片新的生态领域。结果，他们的身体经历了深刻的进化。渐渐地，它们的四肢和骨盆退化了，它们的尾巴变得越来越强壮，变成桨状拍打海水，从而推动这些“海洋巨兽”在海里漫游。
然而，在哺乳动物进化史中占据重要地位的鲸鱼是如何进化的呢？鲸类的祖先是谁的问题一直未能得到准确的回答，而且因为没有生物化学家的明确证据，所以还存在争议。根据邓涛的介绍，根据牙齿和耳朵的形态特征，古生物学家声称鲸鱼最接近中国动物(早在第三纪已灭绝的食肉有蹄动物)。然而，分子生物学家认为鲸鱼属于偶蹄类物种(如绵羊、牛、猪、骆驼和鹿)，并且是河马的姐妹群(偶蹄目的一个科)。
最早的陆地哺乳动物是如何进化成现代水生鲸鱼的？4500万年前的中始新世鲸目动物是在一个世纪前被发现的，但是很长一段时间内没有发现肢体骨骼材料，只描述了这些动物的头骨。从那以后，在北美、巴基斯坦和埃及发现的许多化石显示，这些早期的鲸鱼在体外有活动的肘部和有关节的膝关节后肢。然而，除了两栖鲸(非常类似海狮)之外，它们都是完全水生的。因此，没有鲸类陆地祖先的详细解剖信息。
■新证据带来的新假设
今年9月20日，《自然》报道，美国俄亥俄州立大学医学院的泰森在巴基斯坦东北部发现了一种生活在大约5000万年前的哺乳动物化石。它的脚踝骨类似于偶蹄动物，而它的头部非常类似于鲸鱼。它们属于已知最早的鲸目动物。新发现的鲸类化石还表明，早期的鲸类祖先完全是陆地动物，甚至是“有效的赛跑者”。他们还揭示了鲸鱼比任何其他哺乳动物都更接近已知最早的偶蹄动物。这些结论基于可靠的比较解剖学数据，不同于古生物学家和分子生物学家的前两个假设。
邓涛解释说，生活在第三纪早期(约6500万至5000万年前)的所有哺乳动物都是陆生的。因此，水生鲸目动物一定是从陆生哺乳动物进化而来，并回到了水中。目前鲸目动物的前肢仍然具有与陆地哺乳动物相同的结构。然而，现代鲸鱼已经高度专业化，许多适应性特征使它们能够游泳、潜水和进食。
目前的鲸目动物与其他哺乳动物非常不同，所以这个领域的另一个老问题是，哪一个哺乳动物群包含鲸目动物的近亲，也就是说，谁是它们的“姐妹群”？与陆生哺乳动物相比，鲸目动物头骨和骨骼的解剖特征发生了很大变化。早期鲸目动物化石非常罕见，而且总是不完整，因此很难确定这一群体的亲缘关系。
新的化石显示，它脚踝骨的形态类型适合奔跑，这曾被认为是偶蹄类动物独有的，但现在明显出现在鲸鱼身上。因此，形态学证据首次表明偶蹄是鲸鱼的近亲。
这意味着偶蹄和鲸形成一个更大群体的两个分支(即鲸偶蹄分支)。这些研究人员也将中国动物排除在这个更大的群体之外。他们还指出河马不是鲸类的姐妹群。鲸类最接近的化石可能是已知最早的偶蹄动物，例如古代的偶蹄动物(大约5000万年前)。
仅仅一天后，《科学》杂志在9月21日报道，由美国密歇根大学地质和古生物学教授金格里奇领导的研究小组在巴基斯坦西南部发现了另一个大约4700万年前的动物骨骼化石。这些化石还提供了强有力的形态学证据，证明鲸鱼与中国动物没有亲缘关系，但与偶蹄有亲缘关系，是偶蹄的后代。这无疑为解决以前的争议提供了更多的证据，因为这一结果使得形态学证据至少在客观层面上与分子数据相一致。
邓涛告诉记者，原始的古代鲸鱼以前曾被报道过，但这些新的标本是第一次，它们与鲸鱼骨骼直接相关，并且保存完好。特殊的踝骨特征足以为鲸类和偶蹄类之间的亲缘关系提供重要线索。此外，这些新的化石证据表明，鲸类早就与偶蹄动物区分开来，并起源于一种未知的最初偶蹄动物，这种动物与河马的关系比任何已知的已灭绝的原始偶蹄动物更为密切，包括古代偶蹄动物和石炭纪动物(一种与猪形态相似但与猪没有直接系统关系的动物)。大约2500万年前，在第三纪中期，石炭纪动物繁盛起来。)甚至蹄，更原始的脚踝骨。
因此，可以想象河马和鲸目动物是始新世以前区别于其他偶蹄类物种的一个分支的活成员。这一假设意味着一些偶蹄的进化特征已经进化了不止一次:在石炭纪-河马谱系中(在鲸类分化之后)，在其他偶蹄中独立进化。
■结论存在差异，这些差异同样显著。
然而，关于鲸鱼的进化还有许多问题需要理解，上述两篇研究论文的结论也是不同的。泰森等人认为古生物学家和分子生物学家之前的两个假设是不正确的，即鲸鱼既不是中国动物的姐妹群，也不是河马，鲸鱼是包括河马在内的所有偶蹄类动物的姐妹群。另一方面，金格里奇和其他人同意鲸鱼与中国动物无关，而是与偶蹄动物有关。然而，他们认为鲸鱼是偶蹄动物的后代。根据分支分类学的原则，鲸鱼是偶蹄动物的一员。它们与河马和石炭纪动物形成姐妹群。石炭纪动物早已灭绝，所以河马是鲸鱼的近亲。这个结论支持分子生物学家的假设。
显然，这场争论的彻底解决将取决于更多化石材料的发现，而一些相关的问题仍然没有答案，例如河马的确切祖先和偶蹄本身的起源。最终的答案也可能来自与上述两篇论文相同的化石来源。
尽管还需要进一步的发现和研究，邓涛相信泰森和金格里奇的发现对早期鲸目动物进化的研究是一个巨大的促进。特别是，泰森和其他人在水生鲸目动物和它们的陆地祖先之间的进化链中发现了一个缺失的环节，就像始祖鸟发现那一年在鸟类的早期进化中扮演了重要角色一样。他说，只有少数化石，比如这次发现的化石，揭示了两类形状不同但进化密切的脊椎动物之间的联系。当生活环境发生巨大变化时，例如从陆地到水，由于自然选择的巨大压力，重新适应的动物总是会在它们的形态上经历显著的变化，并且它们与原始祖先的任何相似之处可能很快就会消失。然而，毫无疑问，这些新化石是现代鲸鱼和它们的陆地祖先之间联系的极好证据，这就是为什么一些批评家认为它们可以与著名的“过渡类型”相比较，如最原始的鸟类始祖鸟和早期人类南方古猿。