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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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向着陆地前进

2019-09-22 21:51:00

  3.5亿年前,远古鱼类离开海洋,登上陆地,成为长有四肢的脊椎动物,又称作四足动物。

  这是动物进化史上的大事件。当它们来到陆地,便演化成两栖动物、爬行动物、恐龙、鸟和哺乳动物,拉开了陆栖动物大繁荣的序幕。

  在这之后,每一种四足动物都书写了自己的演化故事。有的失去了四肢(如蛇),有的将前肢演变成了翅膀(如蝙蝠、鸟和翼龙),还有的又离开陆地重返海洋(如鲸鱼、海豹,以及一些海生爬行动物)——或许是受不了陆地上的干旱吧。

  而在这之前,所有的四足动物都要追溯到近4亿年前的肉鳍鱼类。

  谁是第一个真正的陆栖动物

  与现在大部分鱼类的祖先鳍刺类鱼不同,肉鳍鱼类的鳍演变成肢,又渐渐长出物尽其用的骨骼,在这个逐渐适应陆地环境的过程中,肉鳍鱼类演化出不同的物种。

  化石记录表明,距今约3.75亿年前存在着一些过渡性的鱼类,它们既有原始鱼类的影子,也出现了能适应半水栖生活的特点。虽然这些物种进化出了更强壮的四肢,并且它们的四肢都有脚趾,但它们仍然不是真正的四足动物。至于谁才是第一个真正的陆栖动物?早期的鱼类怎样一步步成为登上陆地的真正的四足动物?这仍然是一个演化之谜。

  如何成为一个真正的陆栖动物

  四足动物需要具备4个关键功能才能适应陆上生活。

  运动

  上岸之后,肉鳍鱼附肢的肌肉和骨骼就权当是腿了。然而,第一批离开海洋的脊椎动物可能并不会走路,甚至还不会爬呢。2012年重建的鱼石螈模型表明,它在走路时不能像蜥蜴那样左右倾斜,可能更像现在的跳跳鱼那样,让两个前肢同时抬起,一跳一跳地向前行进。

  早期四足动物的肩胛骨和骨盆都变得更强大,毕竟陆地上没有浮力,所有的重量都要靠自己的身体承担。

  呼吸

  鳍刺类鱼和肉鳍鱼的共同祖先都有原始的内部气囊,用来呼吸空气。鳍刺类鱼的囊状物最终进化为膀胱,来控制浮力;而在肉鳍鱼类的四足动物后代身上,它们进化成肺。

  对早期的四足动物来说,比起在水中游泳,在陆地上行走必须大口大口地呼吸——当然,这就需要消耗更多氧气。一些研究人员认为,在脊椎动物上岸的那段时期,空气中的氧气含量是30%~35%,明显比今天的21%高得多,这使得它们在陆地上的活动更加容易。

  进食

  从水里爬到陆地之后,最大的挑战不是行走,也不是呼吸,而是吃东西。

  在水里,鱼可以改变嘴巴里的压力,迫使水和食物进入食道。可是陆地上的环境变了,这个办法行不通了,而像舌头和下巴这样专门适用于吞咽的器官要等到登上陆地的数百万年之后才会进化出来。2013年的一项研究发现,现代的鳝胡鲶鱼用嘴在陆地上捕食,但它们会回到水中吞咽食物。过渡时期的四足动物可能也是如此。

  感觉系统

  四足动物即将登上陆地之前,它们的眼睛变大了两倍。虽然大眼睛在水里并不能帮到什么忙,但在陆地上用处可就大了,因为这会大大扩展它们的视野。大约同期,提塔利克鱼等一些过渡物种的眼睛位置从侧面移动到了头骨的顶部。这些线索都表明,过渡时期的四足动物可能像今天的鳄鱼一样,潜伏在岸边浅滩上伺机捕食。

  它们是怎样登上陆地的

  苏格兰南部地区是早期四足动物的研究热点,在那里,研究人员发现,许多四足动物化石出现在季节性泛滥的平原上。距今约4亿年前,也就是四足动物开始登陆的时候,那里还是热带气候,研究人员试图据此还原早期四足动物登陆的场景:那是一个气候温润的时期,水生的四足动物可能游到了浅水区,或者不小心被暴风雨冲到了岸上,那里茂密的植被可以遮挡阳光,所以四足动物不会被太阳晒干。

  科学家还在苦苦寻找第一个登上陆地的四足动物,在找到之前,这就是我们所能推测出的全部场景了。

本文来自《科学画报》

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