如果我们的祖先选择回到水里，会发生什么：这可能是代价最大的“退堂鼓”
中科院物理所
[color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]2022-08-28 21:24 [color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]Posted on 北京
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我们很容易认为生物演化是一个简单的线性过程，但有些发现会提醒我们，生命之树拥有诸多复杂的枝杈。
撰文 | 二七审校 | clefable
最近两年，一种看起来奇奇怪怪的古生物再次走进了人们的视野中。它的走红是因为一张（或者应该说是一类）梗图：画面中央是一个长相类似鱼和鳄鱼混合体的生物，图片四周是拿着棍棒、长矛或是枪械的人，人们叫喊着“滚回水里去！”。
表情包示意（原图来源：Zina Deretsky；制图：二七） 想要理解这张梗图的意思，需要具备一些生物演化的背景知识。图中这个“似鱼非鱼、似螈非螈”的生物名为提克塔利克鱼，它展现了从鱼到四足动物演化的关键阶段：它的胸鳍中，既有发达的长骨支撑着“手臂”，还演化出了灵活的腕关节。这说明它能够用鳍将身体支撑在水底活动，可能偶尔也会冒险来到陆地上，迈出鱼类登陆的关键一步。 现在我们就能理解这张梗图的意思了：被搞得筋疲力尽的现代人希望能穿越时光，把提克塔利克鱼赶回水中，终止鱼到四足动物的演化，来“从根本上”解决人类社会面临的种种问题。 其实，提克塔利克鱼的一种近亲就是这样做的：在演化出初步离开水体的能力后，这种生物打了“退堂鼓”，选择回到安心与信赖的水中，而不是去陆上探险。
长“胳膊”的鱼 故事依然要从提克塔利克鱼说起。2004年，美国芝加哥大学的尼尔·舒宾（Neil Shubin）和同事在加拿大北极圈内发现了一种独特的鱼类化石，这就是罗氏提克塔利克鱼（Tiktaalik roseae，简称为提克塔利克鱼）。 作为一种生活在约3.8亿年前的泥盆纪的鱼类，它却呈现出了非常接近四足动物的形态。提克塔利克鱼的胸鳍比当时已知的任何化石鱼类都更加先进，它既有发达的长骨支撑“手臂”，还演化出了灵活的腕关节。提克塔利克鱼的头骨也非常独特，拥有长而扁平的吻部和类似四足动物的脑颅。 2006年，这项研究发表在《自然》杂志上，引发了极大的轰动。从此之后，提克塔利克鱼几乎成了“从鱼到螈”的代名词，以至于当人们试图追溯当下面临的全球问题的“根源”时，一下子就选择了它。 图片来源：《环球科学》2021年6月刊；绘图: 楚步澜（Brian Choo）；制图：埃米莉· S · 达姆斯特拉（Emily S. Damstra）
事实上，提克塔利克鱼并不是舒宾那次北极圈之行的唯一收获，就在发现提克塔利克鱼化石的前几天，舒宾和同事在大约1500米之外，曾发现过其他一些散落在岩石中的化石。
“在岩石表面，我们可以看到下颌的碎片，长约5厘米，长有尖牙。另外还有一些斑驳的白色的鳞片。”现任宾夕法尼亚州立大学副教授的托马斯·斯图尔特（Thomas Stewart）回忆道，他曾在舒宾的实验室工作，参与处理了这批野外考察采集的化石。
研究团队收集了好几块这样的标本，但回到实验室后，团队的注意力都放在了提克塔利克鱼身上，这些标本都放在了仓库深处，等待着进一步检查。 斯图尔特正在检查化石标本（图片来源：Tom Stewart）
遗世之珠 2020年，在斯图尔特和同事的努力下，这批化石重见天日”。仅仅从外面的鳞片和下颌看来，这显然是一种生活在水下，并且具有强大捕食能力的生物——或许就是某种和提克塔利克鱼一样的四足形类动物。这引发了研究者看看岩石内部藏着的化石的想法。
他们使用了最近古生物领域的“流行”技术——显微CT扫描。这种方法利用X射线穿透岩石内部，可以将密度不同的化石和岩石区分开来，从而在不破坏岩石的情况下，重现岩石内埋藏的化石。
CT图像显示，这些岩石中包括了一条鱼几乎完整的胸鳍和上肢，尤其是保存了一根独特的肱骨（对应着我们上臂的骨骼）。起初，研究者以为这是一条幼年的提克塔利克鱼，因为它体型更小，大部分骨骼的差异也可以用“还没有发育”来解释。但这条鱼的肱骨一下子将它和提克塔利克鱼区别了开来。
“早期的四足形类动物，比如提克塔利克，它的肱骨下侧有一个突出的脊，一处很有辨识度的隆起——肌肉就附着在这里。就是这些骨骼特征告诉我们，这些四足动物的祖先在上岸前就拥有了有力的鳍，或者也可以说手臂。”斯图尔特介绍道。它们生活在湖泊和溪流的底部，用鳍（或手臂）支撑自己，最早的那些生活在水底，后来者逐渐走上了陆地。
奇基克塔尼鱼（图片中央）和比它大一圈的提克塔利克鱼（图片来源：Alex Boersma）
退堂鼓一级选手
在最近发表于《自然》的一篇论文中，斯图尔特和同事正式介绍了这具新的化石。它被命名“奇基克塔尼鱼”（Qikiqtania wakei），属名来自因纽特语的Qikiqtaaluk，这是化石遗址所在地的名字。种名wakei则是为了纪念已故的演化生物学家戴维·韦克（David Wake）。 奇基克塔尼鱼的鳍和我们所见过的任何鱼类或四足动物都不一样。与那些从未上过岸的鱼类比起来，奇基克塔尼鱼的鳍呈现出了完全不同的模式：它已经长出了发达的肱骨（对应我们上臂的骨骼）、桡骨和尺骨（对应我们下臂的两根骨骼），这说明它们似乎已经经历了由鳍向四肢的演化过程，做好了登陆的准备。 可是与正在努力上岸的四足形类动物比起来，奇基克塔尼鱼的鳍明显缺乏力量：与提克塔利克鱼比起来，它的肱骨变得更薄，形状像个回旋镖，也缺少肌肉能够附着的部位。这样薄弱的鳍很可能无法将它们的身体支撑起来，只能用来游泳。系统发育分析似乎也给出了类似的答案：在谱系树上，奇基克塔尼鱼与提克塔利克鱼的亲缘关系更近，属于四足形类动物。
只有一种猜测能最合理地解释这样矛盾的鳍：当其他早期的四足动物在水边玩耍，试图探索广袤的陆地时，奇基克塔尼鱼选择了一条不同的路：它们曾试图离开水中，但在中途转了向，重新回到了水中生活。 “提克塔利克经常被视为一种过渡动物，因为你很容易在它身上看到水中生命到陆地生命的变化。但我们知道，在演化过程中，事情并不总是那么简单。”斯图尔特说，演化并不是一个简单的线性过程，而是一棵复杂的大树。在演化过程中，不同分支会朝着不同的方向前进，有的能够一路高歌演化至今，而另一些则会消失在生命历史的长河中。 “奇基克塔尼鱼展现了一段罕见的过程，”斯图尔特说，从普遍意义上讲，奇基克塔尼鱼并不是一种“成功”的物种，但“它让我们看到了那棵枝干虬结的生命之树。”
相关论文：https://www.nature.com/articles/nature04637https://www.nature.com/articles/s41586-022-04990-w
参考链接：《环球科学》2021年6月刊P42-49https://www.eurekalert.org/news-releases/958886https://theconversation.com/meet-qikiqtania-a-fossil-fish-with-the-good-sense-to-stay-in-the-water-while-others-ventured-onto-land-186116
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发表于 2022-9-1 00:44
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