这条长有手指鱼是我们的共同祖先吗?
这条长有“手指”鱼是我们的共同祖先吗？
这条长有“手指”鱼是我们的共同祖先吗？
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图片来源:Katrina Kenny）
撰文 | 张毛毛
三亿多年前，一些鱼登陆陆地，最终演变成各种陆生脊椎动物，包括人类。鱼类登陆是生命进化史上的一个重要事件，但我们仍然对从鱼类到两栖动物的过渡缺乏足够的了解。研究小组在《自然》的研究中发现了鱼登陆过程中的关键化石——希望蜥蜴，这种有指骨的鱼，能让我们窥见生命进化的规律，但它们是人类的直系祖先吗？
约4.2亿~3.在6亿年前的泥盆纪时代，海洋中的各种鱼类正在挣扎着生存，抓住有限的食物、栖息地甚至氧气资源。与此同时，广阔的陆地要安静得多——蕨类植物和昆虫占据了大片土地，大片宝贵的生态位置仍在等待。泥盆纪晚期，一些鱼开始尝试登陆。
鱼类登陆是生命进化史上的一个重要事件。今天，包括我们人类在内的陆地上各种脊椎动物都是这些登陆者的后代。从水生环境到陆生环境的转变将遇到许多困难，最重要的挑战是在陆地上运动的能力。鱼鳍逐渐演变成强壮的四肢，支撑着它们沉重的身体，并提供足够的运动能力。
鱼到两栖过渡阶段
谁是最早的登陆者？科学界对这个问题有很多争论。现在，随着更多的化石证据被发现，古生物学家将注意力集中在的一种——四足形类（tetrapod-like）动物。这种动物的化石保留了鱼的基本身体形态，但也有一些适应陆地生活的特征，因此被认为是从鱼到两栖动物之间的过渡形态。
借助四足形提供的化石证据，我们可以看到泥盆纪晚期的肉鳍鱼是如何一步抛弃无力鳍，获得强壮的四肢登陆地的。例如，我们很熟悉鱼石螈（Ichthyostega）和棘螈（Acanthostega），虽然它们保留了鱼的特征，但它们已经抛弃胸鳍和腹鳍和腹鳍。取而代之的是由骨骼支撑的四肢，包括不同数量的手指，这证明它们有一定的能力在陆地或水下移动。
图片来源：Dr。 Günter Bechly）
但形态特征表明，它们不能完全离开水环境。例如，棘蜥蜴头部扁平，身体笨重，前肢不能弯曲肘部，所以很难在陆地上支撑它巨大的身体，更不用说快速移动了。显然，这种动物更多的是生活在水中，四肢平摊划水，而不是在身体下部提供支撑。正是因为它们很可能无法脱离水体生活，所以尽管它们被命名为“螈”，但它们不属于狭义上的两栖动物。
复原棘蜥蜴骨骼(图片来源:Ryan Somma）
与此同时，古生物学家也发现了更倾向于鱼类的化石——提塔利克鱼（Tiktaalik）。2019年发表在《美国科学院院刊》上的一项研究发现，提塔利克鱼的鳍比鱼类祖先更小更简单。提塔利克鱼胸鳍的鳍条非常不对称，腹部的鳍条比背部的鳍条小几倍。研究人员推测，这可能表明胸鳍底部有一层肌肉。这种肌肉类似于四足动物掌心的肉，虽然不足以支撑它们上陆，但可以帮助它们在河底移动。提塔利克鱼仍然有胸鳍，但是鳍已经有骨支撑，但仍然缺乏明确的指骨。
提塔利克鱼仍然有胸鳍，但已经有骨骼支撑(图片来源:Tom Stewart）
无论是带鳍但没有指骨的提塔利克鱼，还是带鳍但有指骨的棘蜥蜴和鱼石蜥蜴，都为鱼类向两栖动物的进化提供了重要的线索。但在它们之间，仍然缺乏一个关键的过渡环节——鱼既有鳍条支撑，又演变成指骨。
希望带来希望
最近，发表在《自然》杂志上的一项研究终于弥补了这一缺失。
加拿大魁北克大学穆斯基校区和澳大利亚福林德斯大学的研究人员使用CT扫描了一件希望螈（Elpistostege watsoni）的标本。
希望螈（Elpistostege watsoni）标本及复原图(图片来源:Cloutier et al。， 2020）
希望蜥蜴生活在3.8亿年前的浅海和河口，长约1.6米，是一种大型捕食者。这个物种最早发现在加拿大魁北克Miguasha当时国家公园只发现了一块残缺的头盖骨化石，并将其分早期的四足动物。但随后，一些头骨化石在1985年再次发现，希望蜥蜴实际上属于肉鳍鱼。2010年，在这里又发现了一保存完好的希望蜥蜴完整化石，也是本研究的对象。
三维复原结果显示，鱼既有鳍条，又有明显的指骨。之前的研究表明，希望蜥蜴接近提塔利克鱼的系统发生。CT扫描图像后，研究人员惊讶地发现，他们希望蜥蜴比提塔利克鱼更接近四只脚。在鳍包裹的胸鳍中，不仅可以清楚地看到肱骨（对应于我们的手臂）、桡骨和尺骨（手臂）、腕骨（手腕）和掌骨（手掌），还可以找到两根明确的指骨和三根可能的指骨。
与人类上肢骨骼相比，图中红色为确认指骨(图片来源:John Long）
“这是指骨和鳍条在鱼类中首次共存。标本中的指骨与其他四足动物的指骨非常相似。”福林德斯大学古生物与地层学教授约翰是论文作者之一·朗（John Long）介绍道。
虽然指骨看起来只是一些小骨头，并不显眼，但它实际上对四肢的支撑起着重要的作用。“拥有指骨后，这些鱼可以在水下或陆地上短时间支撑沉重的身体。将这些小骨骼添加到鳍中，使它们能够灵活均匀地分散到整个鳍中，”朗教授说，“我们的发现将指骨的起源推回了鱼类。这个结果也告诉我们，在鱼离开水之前，已经有了脊椎动物的基本四肢结构。”
加拿大魁北克大学里穆斯基校区的理查德·克卢捷（Richard Cloutier）据说，在过去的十年里，化石证据很好地揭示了由于水陆环境的变化，鱼类登陆过程中呼吸系统、听觉器官和觅食方式的变化。这一发现填补了鱼类运动能力进化中的空缺。
我们的祖先？
不幸的是，虽然我们已经发现了这么多从鱼到两栖动物的过渡化石，但是它们是否是人类和其他陆生生物的祖先仍存在争议。这是因为这些化石中没有发现许多四足动物的一般结构。例如，大多数现生的四足动物每只手都有5根手指，而鱼石蜥蜴每只手有6~7根指骨，甚至8根棘蜥蜴。
更有可能的情况是，当时不同地区的鱼试图登陆并发展出类似的形式。这些希望蜥蜴、棘蜥蜴和鱼更有可能是当时我们祖先的竞争对手，我们真正的祖先没有形成化石，或者没有被发现。
但这种研究仍然很重要。通过这些化石，我们可以看到生命进化的历史和规律。正如克卢捷所说：“希望蜥蜴不一定是我们的祖先，但它仍然反映了从鱼到四足动物的进化过程。”
