“魚”是怎么爬上岸的

馬潤

巖石就如同地質(zhì)學的鏡頭，向我們透露著數(shù)億年前的景觀?，F(xiàn)在蘇格蘭東南部徹恩賽德區(qū)附近的一個村莊，在數(shù)億年前曾是河岸邊一片悶熱和潮濕的熱帶沼澤。

噓—快看！3.5億年前的某一天，就在這個泥濘的河岸邊，一雙狡黠的眼睛悄無聲息地伸出水面。這雙眼睛屬于一只類似蠑螈的動物，它腦袋寬，嘴巴扁，長著針狀鋒利的牙齒，長尾巴。它甚至還長出了四肢，笨拙地拖著自己的身體走到岸邊。

這只動物綽號叫“小不點”，是一種遠古兩棲脊椎動物。雖然你可能從未聽說過它，但古生物學家們卻把它視為珍寶，這是為什么呢？原來，小不點的發(fā)現(xiàn)填補了動物進化史上的空白，小不點生活的這個階段是地球生命進化的重大歷史轉(zhuǎn)折期。在這個時期，長得像魚的生物漸漸靠近陸地，并一步步把自己從水里挪到陸地上生存，為兩棲動物、爬行動物和哺乳動物的崛起奠定了基礎。但考古學家卻一度缺乏這個時期的陸地化石紀錄，所以他們無從研究這些“魚”是怎樣一步步從水里爬上陸地的。

新發(fā)現(xiàn)的化石

其實早在2002年，當劍橋大學的詹妮弗·克拉克和同事們仔細研究了一種名叫彼得普斯螈的生物的骨頭時，發(fā)現(xiàn)這只生活在3.48億年前，之前一直被誤認為是魚的生物，實際上是史無前例的四足動物。

克拉克發(fā)現(xiàn)，彼得普斯螈每只腳上有五個腳趾，而不是像它之前的生物那樣只有蹼一樣的腳。所以克拉克認為，雖然彼得普斯螈還不完全是陸棲生物，但它的肢體構(gòu)造表明，在陸地上它更有生存能力。

隨后，在2012年，克拉克的團隊又發(fā)現(xiàn)了前文所提到過的距今約3.5億年前的小不點的化石。古生物學家們受這些發(fā)現(xiàn)的鼓舞，重新認真尋找有關這個時期的化石。結(jié)果，他們被自己的新發(fā)現(xiàn)震驚了。2015年，加拿大卡爾加里大學的杰森·安德森等人從加拿大新斯科舍省藍色海灘的一組化石中得出結(jié)論，認為當時有一群各種各樣的四足動物生活在那里。

接下來，2016年，克拉克和她的同事們也重新回到了蘇格蘭徹恩賽德區(qū)附近的河床上做研究。這次他們發(fā)現(xiàn)了大量的新化石—不只是一種，而是五種新的四足動物化石。而小不點與同一時期的其他兩棲動物相比真的是非常小，它的頭只有5厘米長。這也是它特別的價值所在：這表明，四足動物在這時已經(jīng)進化出了各種不同的身體尺寸。

略顯諷刺的是，這些化石之所以被忽視了這么長時間，僅僅是因為這片土地上的巖石并不包含商業(yè)上可利用的資源，比如煤、石灰石或鐵礦石。所以，由于長時間沒人開發(fā)，也就沒人注意過它們。

通過這些最新發(fā)現(xiàn)，科學家們對這一由來已久的進化盲點有了更清晰的認識。在這一時期的大陸上，從水里出來的早期的脊椎動物蓬勃發(fā)展，并非?？焖俚匮葑兂隽撕芏鄠€種類。它們開始探索陸地，而陸地上千奇百怪的環(huán)境也為它們孕育出了各種美味佳肴。只是，這一時期它們的主要棲息地還是在水里。

那么，到底是什么驅(qū)使它們上岸的呢？是水中捕食者的威脅，還是陸地上新食物的誘惑？

越來越大的眼睛

科學家的研究告訴我們，很有可能是后者。因為，這些早期上岸的“魚”都有一雙善于發(fā)現(xiàn)新食物的眼睛。

曾經(jīng)，我們以為生物從水生到陸生的過程只是由一些強壯的開拓者開始的，它們想要上岸，便逐代選擇了用四肢取代自己的魚鰭，隨后深吸一大口空氣，永不回頭地上岸了。但是，我們從新發(fā)現(xiàn)的化石中看到，“魚上岸”可能只是個偶然的事件。那些眼睛更大、視力更好的“魚”偶然發(fā)現(xiàn)陸地上遍布著容易捕獲的獵物，繼而物競天擇，越來越大并且賊溜溜的靈活雙眼使它們在離開水域的地方能更好地捕食，接下來這些大眼睛的物種又進化出了四肢，最終爬上了岸。

也就是說，眼睛在兩棲動物的產(chǎn)生過程中，比早期形成的四肢更早起到了作用。

首先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的，是美國伊利諾伊州西北大學的神經(jīng)系統(tǒng)科學家馬爾科姆·麥克伊萬。他曾用電流研究線翎電鰻（黑魔鬼刀魚）是怎樣在水中尋找獵物的。受實驗的啟發(fā)，他在思考早期在陸地上生活的脊椎動物是如何感知周圍環(huán)境時，注意到了這些動物的眼睛，或者說，這些化石上眼眶的形狀。

接下來，麥克伊萬和他的同事們測量了3.9億年前至2.6億年前的59個四足動物化石的眼眶。他們發(fā)現(xiàn)在這一時期內(nèi)，動物眼眶的大小呈戲劇性增長，后期動物的眼眶是前期動物的3倍大小，并逐漸往頭頂遷移。以3.75億年前的提塔利克魚為例，這種魚仍然生活在水里，但是它眼睛的大小和位置表明它至少開始注意水面上的世界發(fā)生了什么。讓麥克伊萬最吃驚的是，這些動物眼睛的變化，比它們長出能帶它們上岸的四肢更早。

但從生物學角度來說，保護眼睛的安全、維護眼睛的生長以及拓展眼睛的功能需要付出許多代價。那么眼睛帶來了什么樣的好處呢？麥克伊萬和他的同事們用從現(xiàn)存生物中得到的實驗數(shù)據(jù)，模擬這些史前生物的眼睛能看到的水面上的和水下的情景。他們發(fā)現(xiàn)，變大的眼睛對于水下生活未必有幫助，但是，一旦那些大眼睛露出水面，就完全是另一回事了：在空氣中，眼睛越大，看得越遠。

有什么可看的呢？沒有任何提防的節(jié)肢動物。

顯然，更大的眼睛和更好的視力使早期脊椎動物在陸地上更容易捕食，而陸地食物的誘惑力十分強大，因此這些動物逐漸由水中轉(zhuǎn)向陸地。

當然，僅僅看得更遠還不足以使動物們從水中爬上岸。但麥克伊萬認為，一旦四足動物的祖先瞥見那些毫無抵抗力的陸地食物，那些長出四肢的動物便有了優(yōu)勢，受到了自然選擇的青睞。

更多待解謎題

科學家的研究告訴我們，這個時期化石的空缺不過就是一個化石采樣的問題。而他們目前正期待著找出下面這些問題的答案：遠古兩棲動物是否和現(xiàn)代兩棲動物一樣，仍在水中孕育下一代？第一個能在陸地上生存的脊椎動物的蛋是什么時候出現(xiàn)的？為什么五個手指變成了四足動物的標配？

古生物學的性質(zhì)就是這樣，每一個發(fā)現(xiàn)和新的假說都會帶給我們更多問題。而我們所想知道的答案，就藏在那些化石記錄中。那些化石，就是生命記載在進化道路上的證據(jù)，僅僅是一些小小的發(fā)現(xiàn)，可能就標志著我們對進化過程理解的巨大飛躍。endprint