3億年前 魚兒為什么要上岸

是什么讓魚離開熟悉的水域登上陌生的陸地？這些來自水中的魚兒們又是如何適應(yīng)陸地環(huán)境的呢？

如今人人都想要一條能帶來好運(yùn)的“錦鯉”，但其實(shí)3億多年前，那條從水中慢慢爬向陸地的小魚才是整個(gè)動(dòng)物世界包括全人類的“錦鯉”。這些上岸的魚類開枝散葉，演化成兩棲類、爬行類、鳥類，以及哺乳類，包括人。

那么，是什么讓魚離開熟悉的水域登上陌生的陸地？這些來自水中的魚兒們又是如何適應(yīng)陸地環(huán)境的呢？生命演化的過程間，存在著許許多多的未解之謎。

魚類為何如此大費(fèi)周折輾轉(zhuǎn)至陸地呢？對(duì)此科學(xué)家們進(jìn)行了各種研究猜測(cè)。

一篇發(fā)表在《美國(guó)博物學(xué)家》雜志上的文章顯示，科學(xué)家對(duì)生活在拉羅湯加島上的鲇魚進(jìn)行了研究，這種魚善于在陸地上生活，處于魚類進(jìn)化到陸地動(dòng)物過程之間。它們大多數(shù)時(shí)間在水里，漲潮前會(huì)花很多時(shí)間四處覓食，但漲潮時(shí)，它們就開始向海岸邊的巖石上游動(dòng)。雖然只有鰓，但在岸邊它們?nèi)阅軓娘w濺的海水，以及潮濕的巖縫中獲取所需的氧氣。

不過，為什么它們會(huì)在漲潮的時(shí)候上岸呢？研究人員發(fā)現(xiàn)，漲潮的時(shí)候，一些捕食者正在追捕獵食它們，如比目魚、石斑魚、瀨魚和海鰻。但是這些魚沒有一個(gè)可以跟著鲇魚爬上岸的。該研究的主要負(fù)責(zé)人說：“拉羅湯加島的鲇魚首次證明了環(huán)境壓力是驅(qū)使魚從水里遷移到岸上的一個(gè)原因。”

當(dāng)然，對(duì)于剛爬上岸的魚類來說，也有很多食肉動(dòng)物生活在陸上。但4億年前，大海里有很多可怕的食肉動(dòng)物，陸地上卻沒有多少威脅，或許這使得魚類慢慢地遷移進(jìn)化到陸地上。

此外，2017年西北大學(xué)學(xué)者提出，看到遠(yuǎn)方也許是魚類離開海洋的助力之一。雖然魚類早已擁有視覺，但水下環(huán)境無法讓它們把視力物盡其用。

根據(jù)化石資料，在魚類登陸的過程中，眼部結(jié)構(gòu)的改變讓它們?cè)絹碓蕉嗟叵碛玫揭曈X帶來的好處。在大約3.9億至2.5億年前，一種先進(jìn)的魚類——希望螈目逐漸脫離水生。化石測(cè)量顯示，它們的雙眼尺寸增長(zhǎng)到原來的3倍，這意味著與視覺能力息息相關(guān)的瞳孔大小出現(xiàn)變化。與此同時(shí)，和其它一些魚類一樣，它們的眼窩由兩側(cè)移到頭部頂端。在這個(gè)位置，魚可以通過貼近水面，看到水面之上的蟲類獵物，甚至可以把眼睛探出水面。

如果一只動(dòng)物只能看到附近的事物，這意味著它們大部分行為只是對(duì)即將發(fā)生的刺激做出反應(yīng)，而看到更遠(yuǎn)的地方，讓復(fù)雜決定的出現(xiàn)成為可能。如何能更有效地攻擊獵物、躲避捕食者的突襲，爬上陸地或許是水下生命作出的一個(gè)重要決定。

然而，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員盧靜告訴記者：“演化的原因非常復(fù)雜，受各種因素的影響與制約。比如身體結(jié)構(gòu)的變化、環(huán)境的變化等。”如果生活環(huán)境一直不變，魚類或許最后也不會(huì)爬上陸地。

“魚類最終順利登陸跟4次大的演化事件有關(guān)。”盧靜說，魚類爬上陸地的過程發(fā)生在志留紀(jì)到泥盆紀(jì)之間，也就是4.2億年前至3.6億年前。

首先是有頜魚類的出現(xiàn)。“無頜類魚主要靠寄生或以濾食為生，有頜類就是魚類出現(xiàn)頜骨，這意味著它們可以主動(dòng)捕食了。”盧靜表示，從演化順序來看，這是一個(gè)簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程。“從原先無法捕食到現(xiàn)在能夠捕食，有頜魚類在整個(gè)演化鏈上就更有選擇權(quán)，可以適應(yīng)更多生活方式。這為以后生存帶來更大好處。”

隨著時(shí)間的流逝，有頜魚類中的重要一支演化成了硬骨魚類。“我們平時(shí)見到的鯊魚、鰩魚屬于軟骨魚類，整個(gè)骨架都是軟的。軟骨魚類柔軟的骨頭根本無法在陸地上支撐沉重的體重。”盧靜解釋道，與軟骨魚類不同，硬骨魚類全身的骨骼變得更加堅(jiān)固，為上岸生存提供了更多可能。

硬骨魚類有一支叫作肉鰭魚類，這支魚類的偶鰭（成對(duì)的肉鰭）中有內(nèi)骨骼，盧靜指出，肉鰭的內(nèi)骨骼非常重要，沒有它們，魚類就不能支撐自己的身體，也就難以上陸。而且它們還是四足動(dòng)物四肢的前身。比如人的胳膊，從上臂到前臂分為肱骨、橈、尺骨、腕骨、掌骨和指骨，“肉鰭魚類的魚鰭中具備這些骨骼的雛形才會(huì)為演化成真正的四足動(dòng)物提供條件”。

肉鰭魚有很多不同類型，但最后只有一支成功爬上陸地，形成了現(xiàn)在的四足動(dòng)物。這一支肉鰭魚和其它的肉鰭魚有什么不同呢？盧靜告訴記者，內(nèi)鼻孔結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是四足動(dòng)物形成的先決條件。“因?yàn)樯习毒鸵粑~是用鰓呼吸的，它們?cè)瓉淼谋强资莾蓚€(gè)外鼻孔，不是呼吸器官。”

但包括人類在內(nèi)的所有四足動(dòng)物都用肺呼吸。因此，必須要有與外鼻孔相通的內(nèi)鼻孔，這樣才能使外部空氣順利進(jìn)入肺部，保證動(dòng)物對(duì)氧氣的需要。內(nèi)鼻孔形成鼻腔和口腔之間的通道，當(dāng)嘴巴閉合或動(dòng)物取食時(shí)，內(nèi)鼻孔就成為四足動(dòng)物呼吸的唯一通道。

盧靜稱，這支肉鰭魚類除了有內(nèi)鼻孔外，一些與陸地生存相適應(yīng)的其他結(jié)構(gòu)也逐漸演化出來。“比如內(nèi)耳附近顱頂區(qū)域有一個(gè)很大的噴水孔，這個(gè)噴水孔開始是沒有用的，但它恰恰就是四足動(dòng)物聽覺器官中耳的前身。”

從志留紀(jì)到泥盆紀(jì)，魚類登陸歷經(jīng)上百萬年。然而魚類最早在什么地方登上陸地還是未解之謎。目前發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，最早的四足動(dòng)物的腳印化石位于在波蘭中泥盆世早期的地層中，距今約3.97億年前。泥盆紀(jì)四足動(dòng)物化石分布主要集中在歐洲和北極圈，尤其是東格陵蘭島附近。

然而盧靜告訴記者，四足動(dòng)物的祖先魚類最早的化石記錄卻是在中國(guó)云南曲靖、昭通等地發(fā)現(xiàn)的。

2009年，科學(xué)家在云南發(fā)現(xiàn)了迄今世界上最古老、保存最完整的有頜類化石——夢(mèng)幻鬼魚;2013年，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了初始全頜魚。它有著一張硬骨魚的典型面部，但身體卻是盾皮魚類。

這些研究表明，從志留紀(jì)到泥盆紀(jì)中期的漫長(zhǎng)時(shí)間里，中國(guó)有頜脊椎動(dòng)物化石的形態(tài)比其他地方同期的化石都要原始一些，并且多樣性極高。

“所以也有假說認(rèn)為，歐洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)的早期四足動(dòng)物是從中國(guó)遷移、擴(kuò)散過去的，但由于目前化石記錄很不完整，對(duì)此尚無定論。” 盧靜說。