“魚”是怎么爬上岸的

馬潤(rùn)

巖石就如同地質(zhì)學(xué)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(gè)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(gè)泥濘的河岸邊，一雙狡黠的眼睛悄無(wú)聲息地伸出水面。這雙眼睛屬于一只類似蠑螈的動(dòng)物，它腦袋寬，嘴巴扁，長(zhǎng)著針狀鋒利的牙齒，長(zhǎng)尾巴。它甚至還長(zhǎng)出了四肢，笨拙地拖著自己的身體走到岸邊。

這只動(dòng)物綽號(hào)叫“小不點(diǎn)”，是一種遠(yuǎn)古兩棲脊椎動(dòng)物。雖然你可能從未聽說過它，但古生物學(xué)家們卻把它視為珍寶，這是為什么呢？原來(lái)，小不點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了動(dòng)物進(jìn)化史上的空白，小不點(diǎn)生活的這個(gè)階段是地球生命進(jìn)化的重大歷史轉(zhuǎn)折期。在這個(gè)時(shí)期，長(zhǎng)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(dòng)物、爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物的崛起奠定了基礎(chǔ)。但考古學(xué)家卻一度缺乏這個(gè)時(shí)期的陸地化石紀(jì)錄，所以他們無(wú)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(shí)早在2002年，當(dāng)劍橋大學(xué)的詹妮弗·克拉克和同事們仔細(xì)研究了一種名叫彼得普斯螈的生物的骨頭時(shí)，發(fā)現(xiàn)這只生活在3.48億年前，之前一直被誤認(rèn)為是魚的生物，實(shí)際上是史無(wú)前例的四足動(dòng)物。

克拉克發(fā)現(xiàn)，彼得普斯螈每只腳上有五個(gè)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(rèn)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(tuán)隊(duì)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(diǎn)的化石。古生物學(xué)家們受這些發(fā)現(xiàn)的鼓舞，重新認(rèn)真尋找有關(guān)這個(gè)時(shí)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(xué)的杰森·安德森等人從加拿大新斯科舍省藍(lán)色海灘的一組化石中得出結(jié)論，認(rèn)為當(dāng)時(shí)有一群各種各樣的四足動(dòng)物生活在那里。

接下來(lái)，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(dòng)物化石。而小不點(diǎn)與同一時(shí)期的其他兩棲動(dòng)物相比真的是非常小，它的頭只有5厘米長(zhǎng)。這也是它特別的價(jià)值所在：這表明，四足動(dòng)物在這時(shí)已經(jīng)進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間，僅僅是因?yàn)檫@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(zhǎng)時(shí)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(xué)家們對(duì)這一由來(lái)已久的進(jìn)化盲點(diǎn)有了更清晰的認(rèn)識(shí)。在這一時(shí)期的大陸上，從水里出來(lái)的早期的脊椎動(dòng)物蓬勃發(fā)展，并非常快速地演變出了很多個(gè)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?cè)杏隽烁鞣N美味佳肴。只是，這一時(shí)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(lái)越大的眼睛

科學(xué)家的研究告訴我們，很有可能是后者。因?yàn)?，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(qiáng)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(gè)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(jìng)天擇，越來(lái)越大并且賊溜溜的靈活雙眼使它們?cè)陔x開水域的地方能更好地捕食，接下來(lái)這些大眼睛的物種又進(jìn)化出了四肢，最終爬上了岸。

也就是說，眼睛在兩棲動(dòng)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(guó)伊利諾伊州西北大學(xué)的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家馬爾科姆·麥克伊萬(wàn)。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(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，他在思考早期在陸地上生活的脊椎動(dòng)物是如何感知周圍環(huán)境時(shí)，注意到了這些動(dòng)物的眼睛，或者說，這些化石上眼眶的形狀。

接下來(lái)，麥克伊萬(wàn)和他的同事們測(cè)量了3.9億年前至2.6億年前的59個(gè)四足動(dòng)物化石的眼眶。他們發(fā)現(xiàn)在這一時(shí)期內(nèi)，動(dòng)物眼眶的大小呈戲劇性增長(zhǎng)，后期動(dòng)物的眼眶是前期動(dòng)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(wàn)最吃驚的是，這些動(dòng)物眼睛的變化，比它們長(zhǎng)出能帶它們上岸的四肢更早。

但從生物學(xué)角度來(lái)說，保護(hù)眼睛的安全、維護(hù)眼睛的生長(zhǎng)以及拓展眼睛的功能需要付出許多代價(jià)。那么眼睛帶來(lái)了什么樣的好處呢？麥克伊萬(wàn)和他的同事們用從現(xiàn)存生物中得到的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(yuǎn)。

有什么可看的呢？沒有任何提防的節(jié)肢動(dòng)物。

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

當(dāng)然，僅僅看得更遠(yuǎn)還不足以使動(dòng)物們從水中爬上岸。但麥克伊萬(wàn)認(rèn)為，一旦四足動(dòng)物的祖先瞥見那些毫無(wú)抵抗力的陸地食物，那些長(zhǎng)出四肢的動(dòng)物便有了優(yōu)勢(shì)，受到了自然選擇的青睞。

更多待解謎題

科學(xué)家的研究告訴我們，這個(gè)時(shí)期化石的空缺不過就是一個(gè)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(yuǎn)古兩棲動(dòng)物是否和現(xiàn)代兩棲動(dòng)物一樣，仍在水中孕育下一代？第一個(gè)能在陸地上生存的脊椎動(dòng)物的蛋是什么時(shí)候出現(xiàn)的？為什么五個(gè)手指變成了四足動(dòng)物的標(biāo)配？

古生物學(xué)的性質(zhì)就是這樣，每一個(gè)發(fā)現(xiàn)和新的假說都會(huì)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(jìn)化道路上的證據(jù)，僅僅是一些小小的發(fā)現(xiàn)，可能就標(biāo)志著我們對(duì)進(jìn)化過程理解的巨大飛躍。endprint