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邢立达的恐龙频道

沉闷的午夜时分,我脆弱而困倦时,在被人遗忘的荒野上,有太多离奇古怪的东西..

 
 
 

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关于我

古生物学者,科普作家. 现就读于加拿大阿尔伯塔大学生命科学系,为古生物学方向研究生,方向为恐龙,翼龙等中生代脊椎动物化石,足迹及其功能形态学,已发表论文多篇,描述了一批新物种。科普作家协会会员,已出版科普书籍约40本,同时为多家杂志撰稿,还在《新发现》等杂志设有专栏,并多次在CCTV各频道为公众介绍古生物知识。联系方式与个人主页: http://www.xinglida.net/

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为什么不是“三足”或“五足”?  

2008-11-21 10:25:04|  分类: 媒体采访 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 www.thebeijingnews.com ·2008-8-31 3:07:28 · 来源:新京报  
——关于四足动物的三个终极问题

 
“西方龙”骨骼想象图。注意肩关节,四足动物长更多肢,那里会很别扭。  制图/赵闯 
 
 
  有一些学者认为,这种古怪的肺鱼就是四足动物的祖先。 
 

  有一个流传很广的说法,说某国际快餐巨头培养了一些特种鸡,有很多只翅膀,很多条腿。这个说法的编造者或许并不知道,为什么现在那些最常见的动物:两栖类、爬行类、哺乳类或者鸟类,都有“四肢”。简单一点说,这些动物的祖先就有四条腿,因此它们都是“四足动物”。它们根本没有多余的关节可以容纳更多肢。

  不过,现在的问题是,鱼类活得好好的,为什么非要长出脚来,往陆地上爬呢?为什么我们是由“四足动物”繁衍出来的,而不是“三足动物”、“五足动物”……或者八足动物(就像章鱼一样)呢?下面,我们就来探讨一下这些问题。

  问题1 四足动物祖先在哪里?

  究竟是哪种鱼演化出了四足动物,关于这个问题科学家已经经过了近200年的研究,并形成了三种主要观点。而目前,阿尔伯特等人的研究已经表明,早期的四足动物有多个演化分支,两栖动物是从不同种类分支演化而来。阿尔伯特希望这个新研究能解开更多鱼类向四足动物进化的谜。

  有人认为四足动物的祖先是肺鱼。第一种现生肺鱼是1836年在南美发现的,并被解释为一种四足动物。1849年,动物学家比斯科夫(Bischoff)就将南美肺鱼置于两栖类中。

  采自加拿大魁北克东部米瓜沙(Miguasha)的上泥盆统沉积中的骨鳞鱼类真掌鳍鱼,被认为掀开了关于四足动物亲缘关系讨论的新篇章。1892年,研究者寇普(Cope)认为真掌鳍鱼是四足动物的祖先。

  此外,1933年,霍尔姆格雷(Holmgren)根据偶鳍的个体发育研究,提出了一个四足动物的双系起源说。霍尔姆格雷将有尾两栖类的四肢骨骼与肺鱼偶鳍的原鳍型骨骼进行比较,而将所有其他四足动物的四肢骨骼与扇鳍鱼类偶鳍的双歧式内骨骼进行比较。瑞典学派也主张四足动物双系起源说。贾维克(Jarvik)仅对有尾两栖类的祖先类群做了变动。他认为有尾两栖类起源于孔鳞鱼类,而真四足动物起源于骨鳞鱼类,他基于鼻囊结构的不同将肺鱼排除在外。

  问题2 海洋生物为何长肢体?

  我们的祖先从水中来到陆地,开拓新的领地的原因是什么?在中国地质科学院地质研究所的邢立达看来,这依然是古生物学几个最大的谜题之一。通常,人们用“水塘干涸”假说来解释。

  “水塘干涸”假说最初是在20世纪初提出的。该假说认为,在泥盆纪,地球上首次出现了大片的干旱。为了活下来,一些掌鳍鱼不得不逃离水坑,寻找深水区。它们拖着自己的鳍,勉强“走”上了陆地。“其中一些掌鳍鱼开始在陆地上进化,它们的鳍变成了四肢,从而开始行走。”邢立达指出。

  在美国宾夕法尼亚州的雷诺沃山谷,科学家在密林中发现一片泥盆纪的红色砂岩。红色岩石中间有一个宽阔的绿色岩层。这些是植物化石,是埋在岩石中的绿色植物。美国费城自然科学院的戴斯齐勒博士的研究表明,泥盆纪的地球陆地并非教科书上所写的荒野一片,陆地更像雨林,植物种类繁多。最早的四足动物正是在这种全新的生态系统中进化出来的。沼泽湿地激发了重要的进化过程。四足动物的鳍状肢体,很可能是被用来方便在包含沼泽地的复杂环境中移动身体。为什么会长出四肢,肢体的最早出现不是为了行走,而是为了在沼泽湿地间移动。在邢立达看来,这种沼泽湿地的解说也是归于“水塘干涸”假说之列。

  当然也有一些最新说法。中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏曾指出解释说,最初四足动物由于遗传突变,出现了指骨跟趾骨。而最早的四足动物实际上还是在水里的。它们的指骨、趾骨等结构在当时的环境下是没有用的。不过,环境一发生变化,迫使它要登陆,要开拓新的生态环境、生态域的时候,这些预先结构就起作用了。

  问题3 “四足”是终极形态吗?

  网上有一个传说,国际快餐巨头养的鸡,有六个翅膀,四条腿。迷信这一传闻的人显然并没有想过,如果真的存在这样的鸡,无异于颠覆了四足动物演化的规律。

  “六个翅膀不可能成为动物的常态。”邢立达解释,因为从演化角度来说,现生脊椎动物的手足数已经恒定在四。从整个进化历程来看,陆生脊椎动物的四肢直接继承自其水生祖先的偶鳍(如现存鱼类的胸鳍与腹鳍),这也再次说明了演化之道是为旧结构找出新功能。

  当然,尽管一直以来,我们还没有在化石上发现过非四足的脊椎动物,不过邢立达还是给出了一种假想。假设生命在登陆之初,有可能存在这样的选择———并不一定是四足。“研究人员发现棘螈一只手上有八趾,鱼石螈则是七趾。这说明我们最早长出脚的祖先一定会有多根指(趾)头,然后经过漫长的进化过程,最终确定为五根。趾是这样,肢当然也是这样。”

  所以,脚进化出来的最初目的就是为了方便行走,也可能不成立。因为从最早“登陆”的动物上看,与其说它的肢体像用来承重和走路的,还不如说更像用来划水的。生命史上短暂出现过六足或八足的脊椎动物,也就不足为奇了。

  但是在之后的演化中,多于(或者少于)四足的动物就会发现,让身体平行于大地,并且以最小的能量消耗来达到移动目的,四足才是最佳方案。于是四足的物种得以竞争发展。“我们都知道,稳定性的至少支点是‘三足鼎立’,四足可以有三个支点来稳定身体平衡,另一只足迈出,依次替换。”在邢立达看来,四足成了胜者,也是进化的自然选择。

  新知专题采写:本报记者 李健亚

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