从生物进化来讲,我们只是一条超级改进版的鱼
2020-09-23 09:39

从生物进化来讲,我们只是一条超级改进版的鱼

本文来自公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:王原,中国古生物馆馆长、中科院古脊椎与古人类研究所研究员,题图来自:视觉中国



我今天会讲到恐龙,但不全是恐龙,我今天要讲的是人类的由来。


大家知道,人类来自猿。但是,我今天想把大家的视角再往远处推一下,看一看人类在5亿多年前来自什么。


其实人类来自一条小小的鱼。


我们都知道,宇宙已经产生了130多亿年,“bang”的一声,产生了130多亿年的时间和空间,我们地球也诞生了40多亿年。



和宇宙的年龄、地球的年龄相比,人类非常地年轻。


最早的人类大概在600多万年前出现。我们现代人的直接祖先,大概在二三十万年前才出现。所以,和广阔的时间来相比,人类时间非常短。


可是有人说了,我们虽然出现的时间短,但是我们现在是地球的主宰,我们的出现是必然的。是这样的吗?


其实人类的出现是一个非常非常小概率的事件。


我们知道人类属于脊椎动物,我们摸一摸自己的脖子,后面有一个硬硬的骨头,这个就是脊椎。



我们的身体里头有这么一个脊椎连成的脊柱,而所有这些有这样结构的动物都叫脊椎动物。


一、最早的脊椎动物


最早的脊椎动物出现在什么时候?出现在地球的哪里?



这是一个海洋环境,5亿多年前,寒武纪的海洋里有各种各样奇怪的动物,很多都已经灭绝了。


可是你们看,(上图)这里头比较靠前的位置有一些小鱼,非常小,大概两三厘米这么长。


虽然这个海洋里的生物大部分都已经灭绝了,我们见不着它们的后代了,可是这条小鱼的后代顽强地生存了下来,繁衍产生了我们人类。


这就是世界上最早的脊椎动物,为什么呢?它的身体有很多结构,我只讲一个结构,就是它的身体里有脊椎。


虽然那个时候的脊椎还是软骨质的——不像我们现在摸着的脖子是很硬的骨头——但是已经有了一个内在的支撑,所以可以很明确地知道脊椎的作用,它能够使身体更加坚强。


另外,由于它是一个个脊椎连成的脊柱,它还有很好的灵活性。



海口鱼是世界上已知最早的脊椎动物,它出现在咱们中国的云南。


我们在教科书上看到过,从鱼开始演化,演化出了两栖动物。从两栖动物到爬行动物,爬行动物开始分支,出现了哺乳动物,也出现了鸟类。


在哺乳动物这支里头,演化出了我们人类。



整个过程持续了5亿多年,那人类是不是必然的这样一个演化的产物呢?


其实并不是。在5亿多年间,发生了十四次重大的事件。任何一次事件如果以另外一种形式来展开,可能都不会出现人类。


二、十四次重大事件


我们来看看这十四次事件都是些什么样的事件?


我们刚才已经讲了脊椎的出现,毫无疑问是第一个重要事件。


那第二个是什么呢——颌的出现。


我们知道,在脊椎动物刚刚开始出现的时候,它没有颌。


没有颌的话它的嘴是什么样子呢?像圆盘一样的。这样可以过滤海底的泥沙,或者吸附在其它的动物身上啃食它们的皮肉。


可是,如果出现了这样一个颌呢?



我们想一想,是不是取食的能力就更强了?


我们确实在地球历史上发现了这样的生物,它的名字叫曙鱼。


什么叫曙鱼呢?它实际上是一个无颌动物,我们看到这个动物有两个大眼睛,上面一个大的圆孔,那个不是它的嘴,是它的鼻孔,它的嘴还在下面呢。


但是在它的脑颅里头已经出现了颌的原始结构,开始出现向颌发展的趋势。


这也是它名字的由来——曙鱼,给颌的起源研究带来曙光的鱼。


从这时候开始,有颌动物就要登上历史的舞台了。


有了颌之后长什么样呢?



这是两个非常典型的代表,比如全颌鱼生活在4.2亿年前,它嘴的结构和现在生物的嘴的结构也很像嘛,是吧?


那我们再看看邓氏鱼。


邓氏鱼是一个海底霸王,生活在距今3亿多年前的泥盆纪晚期。


它最大可以长到6米长,那个时候的鲨鱼一两米长,所以它要吃鲨鱼的话就跟啃点心一样,非常厉害。


主要就是用它这个铡刀一样的颌,非常凶悍。


它大嘴一张可以把猎物吸进去,咔嚓一下咬下去。


所以颌的作用、功能是什么?


第一,还是取食,我们要更好地吃东西。


第二,我要反抗,谁想吃我,回头咬它一口。


第三,竞争,竞争其实是同种之内的不同个体来进行竞争。我们俩都抢吃的,我的嘴快,“咔嚓”咬到了。


第四,就像唐僧,它要交流,要不然的话它这嘴要是不停动弹,那就是念紧箍咒了。这就是颌的功能。



第三个重要的事件,是从水到陆。


脊椎动物刚出现的时候,全是在水里,主要是在海洋里,后来有些进入了淡水的环境。


有一群勇敢的鱼,它们首先登上了陆地,就是以鱼石螈为代表,它生活在距今三亿六千多万年前的格陵兰。


那鱼石螈有什么特别的特点呢?



它可以在水里游泳,你看它长了像鱼一样的尾巴,但是它也可以爬到陆地上,为什么呢?


因为它已经长了胳膊和腿,走两步看看,上陆地上走两步,感觉很好!


那上边有好多虫子我可以去吃,那些虫子已经率先登上了陆地。



所以从水到陆是一个重大的转变,拓展了它的陆地领域。


有个问题很有趣,先有鸡还是先有蛋?我估计一群人有不同的答案,你说先有鸡,鸡是从哪儿来的?你说先有蛋,蛋是谁下的?



这个问题怎么解答呀?没关系,我们古生物学家有我们独特的视角。



你们看一看这个照片,左边的照片这是我的手,托着青蛙卵,这是在北京郊区,看水里头的卵像果冻一样,软软的。


而右边是一个鸡蛋,在我们古生物学家眼里,这个蛋指的是羊膜卵。


什么叫羊膜卵呢?


青蛙卵这一个小黑点就是一个小胚胎,它外面有一个胶质的东西,没有膜来保护它。


可是你看鸡蛋,在这小鸡胚胎的外面有一层叫羊膜的膜,再到外面还有其他很多的膜系统:尿囊膜、卵黄囊膜、绒毛膜等很多的膜系统,最外面还有一个硬壳。


一个蛋有这么多膜来保护它,尤其是那层紧贴着胚胎的羊膜的保护,它就可以很好地防止干燥。


我们可以想象,如果青蛙的蛋产到了一个陆地上,那很快就会干了、死了。


但是如果是一个乌龟,它就可以把蛋产到比较深的内陆里头去。


所以有了羊膜的这种卵,就可以在生殖过程中摆脱对水的依赖,更好地征服陆地环境。


所以一开始我们讲到了登陆,有了羊膜卵可以更好地适应陆地环境,这就是羊膜卵的出现。


我们认为羊膜卵最早在三亿一千万年前出现。


这种动物叫羊膜动物,它的名字叫林蜥,是在加拿大发现的。



回到这个问题,羊膜卵什么时候出现的?


刚才说了三亿多年前,可是没有化石,为什么呢?因为这个时间对化石卵来说太长了,很难保存下来。


而且我们推测,最早的羊膜卵很有可能是软壳蛋,就像现在的一些乌龟、鳄鱼,它们会产生革质皮的卵,这样很难保存下来。


化石中最早保存下化石卵的是什么呢?就是恐龙蛋。



这个恐龙蛋是最早保存下羊膜卵的化石。


我们知道它的年龄约为两亿多年。从三亿多年到了两亿多年,时间似乎短了很多。


那我们刚才说的这个鸡是什么?鸡是一种鸟啊。


那最早的鸟是什么时候出现的呢?


我们有化石记录,那就是德国的始祖鸟,1.5亿年前出现。



所以这个问题就有了一个我们自己的答案,在古生物学家眼里是先有蛋!



那我们再谈另外一个演化事件,也是我们提到的第五个演化事件——重返海洋。


为什么呢?我们说这些长了胳膊腿的动物已经爬上陆地——当然水里头还有鱼呢,它们一直生活在那里。


它们爬上陆地之后,已经长了胳膊腿,而且还用肺呼吸,已经很适应陆地环境了。


可是有些的长了胳膊腿的四足动物,它们很叛逆。它们说。我上陆地已经逛得挺好的了,回海洋里头去看看怎么样。


这样就有最早吃螃蟹的重返海洋的脊椎动物,是什么呢?以中龙为代表。



中龙最早的时候可能还没有进入到海洋,可能还是内陆的咸水湖,然后一点一点地进入了海洋。


所以这就是第五个重要演化事件。


我们回到海洋之后有好处啊,海洋里还有什么呢?有鱼、有虾、有蟹,吃点儿海鲜挺好的!


另外生物有两个特点,一个是吃,还有一个重要的是躲。


躲避那些灾难、躲避那些捕食者。


我们知道中生代的陆地上有什么?有恐龙。


这种海洋里的我们管它们叫海生爬行动物,或者叫海洋爬行动物。


它们有很多的种类,大家比较熟悉的鱼龙,长脖子的蛇颈龙,还有一些乌龟类、鳄类,还有咱们看过《侏罗纪世界》里头,最后把大反派虐暴龙一口给咬死,然后拖到水里头的那个沧龙,是一种巨大的海洋蜥蜴。



这些动物都生活在海洋里,而且生活得非常好。其中最典型的就是鱼龙,它为了适应海洋生活,它的胳膊、腿已经变成了鳍状肢,像鱼鳍一样的。


然后它的生殖——我们知道爬行动物都是产蛋的,可是它要是产一个蛋就会掉水里头,那它怎么办呀?


就不产蛋了,直接产小鱼龙,所以它们是重返海洋的杰出代表。



我们再讲下一个演化事件:哺乳动物兴起。


我们人类属于哺乳动物的一员,那我们可以说因为你是人类嘛,所以你肯定把哺乳动物的兴起说成特别重要了。


其实不考虑这一点,我们再看看哺乳动物有哪些优势?



看看这张图的动物身上长了什么?长了毛发。


长了毛发就披上了一个裘皮大衣,非常暖和,它就可以保持比较高的体温,能够维持恒定的体温,这样它能有更好的活动空间。


这是哺乳动物里最早的一个哺乳动物代表,我们管它叫贼兽,生活在两亿多年前的欧洲。


我们中国也有这个类群的早期代表,是生活在一亿六千多万年前,在辽宁发现的神兽和仙兽。



这就提到了哺乳动物的另外的特点,它除了身上有毛发,它还胎生、产奶、哺乳,这是哺乳动物的重要特征。


有了这些特征之后,哺乳动物就能更好地征服陆地。不光是陆地,还有其他各种各样的环境。


我们知道,之前脊椎动物这么长时间的演化,一直是在水里头和陆地上进行的,没有一个飞上蓝天,可广阔的天空还空着呢!


第一个飞上蓝天的脊椎动物是什么?翼龙。



总有人说翼龙是会飞的恐龙,其实这是错的。我们后面会讲什么是会飞的恐龙。


它们不是会飞的恐龙,因为它们根本就不是恐龙,是恐龙的一个近亲。


翼龙飞上蓝天拓展了一个生态领域。


最早的代表,像意大利的真双型齿翼龙,生活在距今两亿多年前,跟恐龙出现的时间差不多。


脊椎动物在成功地实现飞行这个能力的过程中,有三次主要的演化。



第一个就是翼龙的翅膀。翼龙的翅膀主要是一个皮膜,然后来撑开。


另一个事件就是鸟类的出现,它们更好地征服了蓝天。


那它们用的是什么飞行呢?用羽毛来飞行。


之后又有哺乳动物,也尝试着说,空中挺好我也要去一下。


哺乳动物最典型的代表就是哺乳动物的空军——蝙蝠。


蝙蝠也是用翼膜,但它和翼龙还不太一样,可以看到,蝙蝠的手指头是伸到这膜里头去的。而翼龙不是这样的,翼龙是用无名指统治天空。



右边这张图中能看到,特别长的那根手指头是它的第四根手指头。


它要支撑一个非常巨大的翼膜来飞上蓝天,所以这就是飞上蓝天的一个重大事件。


我们再讲另外一个演化事件——羽毛的演化。



大家看到这样一个动物会说,这是什么呢?这是一只鸟嘛!


看看它漂亮的羽毛,其实它是一个恐龙。


它的名字很有趣——近鸟龙,其实也很好理解,形态非常接近鸟类的恐龙,它们的亲缘关系也很近。


它们最早就是出现在1.6亿年前的中国,它们的化石发现在辽宁一带。


它们身上有很漂亮的羽毛,可实际上羽毛的演化,是有一个非常复杂的过程,它一开始并不是这种片状的、能飞的羽毛。


所以羽毛最开始出现的时候,并不是为了飞行。



从最左边的单根的丝状羽毛,然后开始分叉、成簇,最后才产生了这种片状的羽毛。


我们想一想这些丝状的羽毛会干什么用呢?


它很像哺乳动物的毛发,其实它的成分和哺乳动物毛发确实是一样的。


它的主要作用是为了保温,然后还有炫耀的作用。


在鸟类当中,最典型的炫耀羽毛的是谁呢?孔雀,它有漂亮的羽毛能够炫耀。


然后还有飞行的作用,所以飞行的作用是比较晚出现的。它在原有的基础上进行改造,才具有了飞行的功能。



化石里头这些长有羽毛的恐龙都是什么样的?炫耀羽毛的恐龙叫耀龙,名字也很简单粗暴。


它身上有黑色的羽毛印痕,尾部还有四根带状的羽毛,黑色的丝状羽毛估计就是保温用的。


这种带状羽毛,摇摇尾巴有点儿像孔雀的,具有一定的展示和炫耀的功能。


美羽不怕多,那个时期有很多长了羽毛的恐龙。



比如说黑色的北票龙,再比如说巨大的羽王龙——羽王龙个子很大,体长9米。这些都生活在咱们中国的辽宁。


咱们中国有这么多长了羽毛的恐龙出现,其实也证明了一个重大的科学问题,就是恐龙和鸟类之间实际上是有过渡环节。



这是一个会飞的恐龙——小盗龙,它的羽毛已经是片状的,已经像一个鸟的羽毛一样了,和最开始出现的近鸟龙非常相似。


我们讲恐龙的时候肯定躲不开一个议题——恐龙的灭绝。


恐龙到底怎么灭绝的?我们说在6600万年前,确实是有这样一个巨大的灾难事件。


一个直径10公里的小行星撞击到地球上,产生了一个直径180公里的一个大的陨石坑,产生了核冬天效应,使地球上的植物、动物都产生了灾难性的灭绝事件。



这张卡通图上显示,前边有一个小耗子一样的动物,这个恐龙说,“逃命去吧,哺乳动物,我来帮你挡住这个陨石”——其实是一颗陨石,没这么多颗。


但是这确实也说明了一个有趣的问题,如果没有一个大型的陨石撞击地球产生这样一个生物大灭绝事件,后面会留出那么多的生态位让哺乳动物来填补吗?


那就没有这些后面发生的一些事情。


那恐龙灭绝了吗?——没有灭绝!


因为那些长羽毛的恐龙,它们演化成鸟类,飞上了蓝天。



鸟类就是恐龙的后代,鸟类就是未亡的恐龙,所以昨天晚上我们刚吃了一个菜——西红柿炒恐龙蛋。



最后一个演化事件,第九个演化事件——人类的黎明。人类的出现确实是非常奇特的事情。



刚开始出现时候的样子也很奇特,这样子反正我是不太喜欢,但这就是我们祖先的样子,600多万年前在非洲,非洲是我们人类的起源地。


之后又发生了很多中间类型的演化。


大家可能去过北京周口店,那就是一个叫做直立人的演化阶段,我们现在的所有人处于一个什么演化阶段?是智人。



我们说自己是智慧的人,有时候虽然经常犯傻,我们把自己称为智人,这就是人类演化的一个过程。


我们刚才已经介绍了九个重要的演化事件,这些是脊椎动物历史上九次重大的转折事件,它叫关键转折点,英文是key transitions。


你刚才一开始说有十四个呢,这怎么才有九个呀?


我再给大家填一下,我一下给它补上五个,为什么呀?



如果我们任何时候讲演化,肯定离不开灭绝。


大灭绝事件对生物的演化实际上产生了很重要的影响。


地球上曾经发生过五次重大的灭绝事件,分别发生在奥陶纪末、泥盆纪的晚期、二叠纪末、三叠纪末,还有中生代末,也就是白垩纪末。


现在有些学者甚至认为,我们现在所处的时代正在发生第六次大灭绝事件,第六次大灭绝事件是不是在我们身边发生的?


我们确实看到了很多物种在我们身边灭绝了,渡渡鸟是特别典型的一个代表,还有很多其它的物种。


三、生命不息,演化不止


所以,我们快速地看一下这五亿多年的历史,这十四次重大的演化事件,任何一个事件如果以另外一种形式展开,可能就没有我们人类!


但是从五亿年的演化历史来看,从一条小小的两三厘米的鱼演化出我们人类,可以说,人类就是一条超级改进版的鱼,我们用我们的胸鳍翻动书页,用我们的腹鳍四处行走。


人类的出现非常伟大,人类改造自然的能力也非常强。


但是人类在演化时间上出现得非常晚。人类在总体数量上与鼠和兔比也差得很远,所以我们在生物界中是非常渺小的。


我们的出现非常幸运,但是我们本身也应该非常谦卑。


因为在地球的整体演化当中,人类只是沧海一粟。


演化结束了吗?人类向哪里去?其实这是非常有趣的问题。


生命不息、演化不止!只要生命在地球上存在,它就会不停地演化,人类也是一样。



但人类非常特别,是一种非常特殊的生物。他不但有生物学的演化,他还有文化的演化,以及科学技术的演化。


我们很难想象我们的祖先在一万年前,还挥舞着木棒跟剑齿虎、猛犸象去搏斗。


现在我们生产出了各种各样尖端的武器,远远一枪就能把它给干掉。我们还可以发射火箭升到太空中去。


所以人类往哪里去其实是一个挺难的问题,我觉得这个问题其实比先有鸡还是先有蛋更难回答。


我想每个人心里都有自己的答案。也希望大家能够认识到人类在生物界中的位置,然后更好地保护我们的环境,保护我们的地球,其实也是保护我们人类自己。


本文来自公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:王原

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