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如果我们的祖先选择回到水里,会发生什么:这可能是代价最大的“退堂鼓”

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发表于 2022-9-1 00:44 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
如果我们的祖先选择回到水里,会发生什么:这可能是代价最大的“退堂鼓”

中科院物理所
[color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]2022-08-28 21:24 [color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]Posted on 北京
The following article is from 环球科学 Author 环球科学


我们很容易认为生物演化是一个简单的线性过程,但有些发现会提醒我们,生命之树拥有诸多复杂的枝杈。
撰文 | 二七审校 | clefable
最近两年,一种看起来奇奇怪怪的古生物再次走进了人们的视野中。它的走红是因为一张(或者应该说是一类)梗图:画面中央是一个长相类似鱼和鳄鱼混合体的生物,图片四周是拿着棍棒、长矛或是枪械的人,人们叫喊着“滚回水里去!”。

                               
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表情包示意(原图来源:Zina Deretsky;制图:二七) 想要理解这张梗图的意思,需要具备一些生物演化的背景知识。图中这个“似鱼非鱼、似螈非螈”的生物名为提克塔利克鱼,它展现了从鱼到四足动物演化的关键阶段:它的胸鳍中,既有发达的长骨支撑着“手臂”,还演化出了灵活的腕关节。这说明它能够用鳍将身体支撑在水底活动,可能偶尔也会冒险来到陆地上,迈出鱼类登陆的关键一步。 现在我们就能理解这张梗图的意思了:被搞得筋疲力尽的现代人希望能穿越时光,把提克塔利克鱼赶回水中,终止鱼到四足动物的演化,来“从根本上”解决人类社会面临的种种问题。 其实,提克塔利克鱼的一种近亲就是这样做的:在演化出初步离开水体的能力后,这种生物打了“退堂鼓”,选择回到安心与信赖的水中,而不是去陆上探险。


长“胳膊”的鱼
故事依然要从提克塔利克鱼说起。2004年,美国芝加哥大学的尼尔·舒宾(Neil Shubin)和同事在加拿大北极圈内发现了一种独特的鱼类化石,这就是罗氏提克塔利克鱼(Tiktaalik roseae,简称为提克塔利克鱼)。 作为一种生活在约3.8亿年前的泥盆纪的鱼类,它却呈现出了非常接近四足动物的形态。提克塔利克鱼的胸鳍比当时已知的任何化石鱼类都更加先进,它既有发达的长骨支撑“手臂”,还演化出了灵活的腕关节。提克塔利克鱼的头骨也非常独特,拥有长而扁平的吻部和类似四足动物的脑颅。 2006年,这项研究发表在《自然》杂志上,引发了极大的轰动。从此之后,提克塔利克鱼几乎成了“从鱼到螈”的代名词,以至于当人们试图追溯当下面临的全球问题的“根源”时,一下子就选择了它。

                               
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图片来源:《环球科学》2021年6月刊;绘图: 楚步澜(Brian Choo);制图:埃米莉· S · 达姆斯特拉(Emily S. Damstra)

事实上,提克塔利克鱼并不是舒宾那次北极圈之行的唯一收获,就在发现提克塔利克鱼化石的前几天,舒宾和同事在大约1500米之外,曾发现过其他一些散落在岩石中的化石。

“在岩石表面,我们可以看到下颌的碎片,长约5厘米,长有尖牙。另外还有一些斑驳的白色的鳞片。”现任宾夕法尼亚州立大学副教授的托马斯·斯图尔特(Thomas Stewart)回忆道,他曾在舒宾的实验室工作,参与处理了这批野外考察采集的化石。

研究团队收集了好几块这样的标本,但回到实验室后,团队的注意力都放在了提克塔利克鱼身上,这些标本都放在了仓库深处,等待着进一步检查。

                               
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斯图尔特正在检查化石标本(图片来源:Tom Stewart)


遗世之珠
2020年,在斯图尔特和同事的努力下,这批化石重见天日”。仅仅从外面的鳞片和下颌看来,这显然是一种生活在水下,并且具有强大捕食能力的生物——或许就是某种和提克塔利克鱼一样的四足形类动物。这引发了研究者看看岩石内部藏着的化石的想法。

他们使用了最近古生物领域的“流行”技术——显微CT扫描。这种方法利用X射线穿透岩石内部,可以将密度不同的化石和岩石区分开来,从而在不破坏岩石的情况下,重现岩石内埋藏的化石。

CT图像显示,这些岩石中包括了一条鱼几乎完整的胸鳍和上肢,尤其是保存了一根独特的肱骨(对应着我们上臂的骨骼)。起初,研究者以为这是一条幼年的提克塔利克鱼,因为它体型更小,大部分骨骼的差异也可以用“还没有发育”来解释。但这条鱼的肱骨一下子将它和提克塔利克鱼区别了开来。

“早期的四足形类动物,比如提克塔利克,它的肱骨下侧有一个突出的脊,一处很有辨识度的隆起——肌肉就附着在这里。就是这些骨骼特征告诉我们,这些四足动物的祖先在上岸前就拥有了有力的鳍,或者也可以说手臂。”斯图尔特介绍道。它们生活在湖泊和溪流的底部,用鳍(或手臂)支撑自己,最早的那些生活在水底,后来者逐渐走上了陆地。

                               
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奇基克塔尼鱼(图片中央)和比它大一圈的提克塔利克鱼(图片来源:Alex Boersma)


退堂鼓一级选手

在最近发表于《自然》的一篇论文中,斯图尔特和同事正式介绍了这具新的化石。它被命名“奇基克塔尼鱼”Qikiqtania wakei),属名来自因纽特语的Qikiqtaaluk,这是化石遗址所在地的名字。种名wakei则是为了纪念已故的演化生物学家戴维·韦克(David Wake)。
奇基克塔尼鱼的鳍和我们所见过的任何鱼类或四足动物都不一样。与那些从未上过岸的鱼类比起来,奇基克塔尼鱼的鳍呈现出了完全不同的模式:它已经长出了发达的肱骨(对应我们上臂的骨骼)、桡骨和尺骨(对应我们下臂的两根骨骼),这说明它们似乎已经经历了由鳍向四肢的演化过程,做好了登陆的准备。 可是与正在努力上岸的四足形类动物比起来,奇基克塔尼鱼的鳍明显缺乏力量:与提克塔利克鱼比起来,它的肱骨变得更薄,形状像个回旋镖,也缺少肌肉能够附着的部位。这样薄弱的鳍很可能无法将它们的身体支撑起来,只能用来游泳。系统发育分析似乎也给出了类似的答案:在谱系树上,奇基克塔尼鱼与提克塔利克鱼的亲缘关系更近,属于四足形类动物。

只有一种猜测能最合理地解释这样矛盾的鳍:当其他早期的四足动物在水边玩耍,试图探索广袤的陆地时,奇基克塔尼鱼选择了一条不同的路:它们曾试图离开水中,但在中途转了向,重新回到了水中生活
“提克塔利克经常被视为一种过渡动物,因为你很容易在它身上看到水中生命到陆地生命的变化。但我们知道,在演化过程中,事情并不总是那么简单。”斯图尔特说,演化并不是一个简单的线性过程,而是一棵复杂的大树。在演化过程中,不同分支会朝着不同的方向前进,有的能够一路高歌演化至今,而另一些则会消失在生命历史的长河中。 “奇基克塔尼鱼展现了一段罕见的过程,”斯图尔特说,从普遍意义上讲,奇基克塔尼鱼并不是一种“成功”的物种,但“它让我们看到了那棵枝干虬结的生命之树。”



相关论文:https://www.nature.com/articles/nature04637https://www.nature.com/articles/s41586-022-04990-w
参考链接:《环球科学》2021年6月刊P42-49https://www.eurekalert.org/news-releases/958886https://theconversation.com/meet-qikiqtania-a-fossil-fish-with-the-good-sense-to-stay-in-the-water-while-others-ventured-onto-land-186116


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