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数百万年的时间里活化石停止演化是真的吗

2019年11月04日 栏目:故事

现存的一些动物看起来与它们远古祖先别无二致,在数百万年的时间里,这些“活化石”是否一直没有变化?欧氏尖亲密鲛是很

现存的一些动物看起来与它们远古祖先别无二致,在数百万年的时间里,这些“活化石”是否一直没有变化?

欧氏尖亲密鲛是很难得一见的鲨鱼,而一旦被人们发现,它们就会马上占据新闻报道的版面。这部分因为它们具有非常奇特的外观——粉红色的躯体看起来似乎是被剥了皮,头部前面是突起的长而扁平的尖亲密。它们被称为“深海异形”也就顺理成章了。

鲎是为古老的活化石之一

不过,欧氏尖亲密鲛让人更感兴趣的是它们特殊的演化史。它们是尖亲密鲛科(Mitsukurinidae)的一个物种,在长达1.25亿年的历史中几乎没有变化。也就是说,欧氏尖亲密鲛是名副其实的“活化石”。

从外形特征上,“活化石”物种与几百万年前的化石物种几乎相同,这似乎意味着它们的演化完全停滞了,好比已经演化至于完美,不需要再进行改进了。但是,外观可能掩盖事实,要深入了解这些古老的幸存者,我们需要更进一步。

“活化石”(living fossil)这个词汇来源于达尔文于1859年发表的《物种起源》一书。在这本书中,达尔文首次阐述了生物演化的理论。在其中一节,达尔文讨论了鸭嘴兽和肺鱼,这两种动物属于古老的支系,且都具有一些与化石祖先相同的特征。

达尔文写道:“这些不同寻常的生物几乎可以称为活化石;它们一直存活到了现在,分布于有限的区域内,所受到的竞争压力也因此没那么激烈。”在那个时代,我们现在已知的许多活化石物种还没有被发现。1938年在南非,一位名叫玛罗丽·考特内-拉蒂迈(Marjorie Courtenay-Latimer)的博物学家在检查鱼类标本时,发现了一种原本以为已经灭绝的鱼类。这种鱼后来被命名为西印度洋腔棘鱼(Latimeria chalumnae),科学家原以为它们在6500万年前就已经灭绝。

腔棘鱼的历史可以追溯到3.9亿年前。它们是大型的深海鱼类,能长到2米长,鱼鳍上长有肌肉,如同肢体,鳍上也有鳞片覆盖,且全身鳞片上长有斑点。现存的腔棘鱼有两种,一种是西印度洋腔棘鱼,另一种为印尼腔棘鱼(L. menadoensis),二者是肉鳍鱼类的幸存者。

“腔棘鱼的发现让‘活化石’变得广为人知,”古生物学家理查德·福提(Richard Fortey)说,“这是个戏剧性的发现,所有人都认为它们已经和恐龙一块灭绝了。”不过,腔棘鱼更为重要的意义是告诉了我们有关陆地动物演化的信息。

大约4亿年前,一些鱼类以鱼鳍为肢体,开始登上陆地。这些先行者开启了陆地四足动物演化的序幕,包括从蜥蜴到青蛙,从鸟类到人类等陆地脊椎动物都由这些鱼类分化而来。2013年,科学家对西印度洋腔棘鱼的基因组进行了测序,发现它们是接近批陆地动物的物种。不过,这还不足以使它们成为真正的“活化石”。同样发表于2013年的另一项研究称,通过对腔棘鱼化石和DNA的检测,发现现存的两个物种与它们恐龙时代的祖先具有显著差异,这种差异不仅表现在基因水平,而且表现在体型特征上。

“(活化石)这个词暗示在很长的时间跨度内,演化没有在生物体上体现出来,”西雅图Benaroya研究所的克里斯·阿梅米亚(Chris Amemiya)和马克·罗宾森(Mark Robinson)说,“而在腔棘鱼身上这显然是不成立的。”阿梅米亚和罗宾森都从事腔棘鱼基因组的研究。

简而言之,腔棘鱼的骨骼已经发生了改变,它们的第二背鳍从棘刺变成了肉叶状,失去了口部边缘的骨骼。4亿年前的腔棘鱼与现在的腔棘鱼已经不大一样,那么,还存在身体结构没有变化的动物吗?

鸭嘴兽看起来似乎是地球一段失落岁月的遗存

鲎虫看起来比腔棘鱼更像是远古生物。它们都长着宽阔、平坦的背甲,下面藏着头部和节状的腹部,尾节的两侧是一对细长的尾叉,如同天线。鲎虫的分布地点可以相隔很远,中国、欧洲和美洲都有,它们已经存活了3亿年,是二叠纪大灭绝的幸存者。

根据2013年的一项研究,鲎虫在数百万年时间里经历了显著的分化。研究负责人、英国赫尔大学的阿非利加·戈麦斯(Africa Gómez)说:“存在着许多演化的清晰证据。”事实上,鲎虫之所以存活至今,关键可能就在于它们的繁殖方式。鲎虫是雌雄同体的,可以单独产生后代。

鲎虫是自体受精的雌雄同体动物,在卵巢中具有能产生精子的器官,因而能给自己的卵细胞授精。“雌雄同体或许可以使生物能更好地占据栖息地,”戈麦斯说,“因而在一些环境变化频繁的区域,它们就具有更大的优势。”特别是在20000年前的末次冰期末期,欧洲北部被冰盖覆盖。当冰雪融化是,新的洪水平原、河流和湖泊出现,雌雄同体的动物如鲎虫等,就能以相对较快的速度占据栖息地。

鲎虫依然在演化进程中。戈麦斯发现,撒哈拉地区的鲎虫繁殖速度比欧洲的鲎虫快,可能是为了赶在水塘被太阳晒干之前完成繁殖后代的任务。而且,“澳大利亚的一些鲎虫物种可以忍受海水的高盐度,欧洲的一些物种在此盐度下则立刻死去,”戈麦斯说。

根据以上的例子,似乎我们是被误导了,以为这些古老动物是一成不变的。这可能与我们本身的习性有关。人类是视觉动物,擅长识别形状,而很难透过外表,发现隐藏的演化过程。也有人认为,这些活化石可能并没有我们之前认为的那么古老。例如,苏铁植物被认为是与恐龙同时期的植物,有些苏铁种类确实如此,但对现生苏铁的DNA检测表明,它们是在约1200万年前出现的。

戈麦斯说:“它们一直在不停演化,不断辐射分化,为什么还被称为活化石呢?”实际上,对每一个活化石物种的研究结果都差不多是这样。显然,这些物种都在演化,有的可能只是演化得比较慢而已。

印第安纳大学的大卫·波利(David Polly)说:“演化背后的数学事实是,存在一种使物种保持同样的机制。”基因一直在不断突变,而且通过有性繁殖进行重组,但这并不一定意味着动物体会发生大的改变。演化并不一定会向着新的外形和结构进行。

然而,相比之下,大部分的动物似乎一直在变化,这些活化石肯定有着不同寻常的特质。“它们保持着基本相同的形态,意味着有些因素使它们这样,”大卫·波利说,“问题的有趣之处就在于,这些因素是什么?”

可能的原因之一,是它们在合适的时间处在了合适的地点。动物需要有合适的栖息地才能生存。大灭绝事件摧毁了许多动物栖息地,但并没有完全摧毁。“如果这些动物的栖息地经受住了危机的考验,那这些动物也就能幸存下来,”理查德·福提说,“它们在危机过后就能自由地演化,系统发展线不会断掉。”

栖息地的消失速度也比较慢。“在过去的地质时期中,有些特定的环境曾经广泛存在,”大卫·波利说,“而在目前的地质时期,这些环境变得不那么常见,同时出现了新的环境。”这也解释了许多物种被迫做出了改变。

像海豆芽这样的物种找到了合适的栖息地

今天,一些物种已经适应了新的栖息环境。例如,蟑螂可以生活在许多环境中,如洞穴、墙壁裂缝、岩石堆、排水沟等,而且几乎能以任何东西为食。这或许能解释它们为什么能在地球上存在这么长时间。

对于适应能力相对较弱的物种,问题的关键是找到的地点。以海豆芽为例,这类腕足动物分布于印度洋的近海区域。它们看起来很像贝类,但实际是属于古老的舌形贝属(Lingula)。它们的化石祖先主要生活在潮间带中。

在二叠纪大灭绝事件期间,海洋中的氧急剧减少,使得许多海洋生物变得极为脆弱,终导致约95%的海洋生物灭绝。与此同时,由于气候变得干燥,沙漠扩张,使陆地动物也出现相同程度的灭绝。但是,海豆芽的祖先幸存了下来。在潮间带,海水持续地循环,不存在缺氧问题。正是由于生活在正确的地点,才使类似海豆芽的一些物种躲过了大灭绝。

除了栖息地点,物种的某些特征也能帮助它们存活下来。例如,腔棘鱼的肉味道很差可能正是幸存的原因之一。它们的体表似乎覆盖着黏液,据说肉的味道像蜡一样,而且会使吃的人肚子不适。

鲎也是伟大的幸存者,其早的化石记录出现在近5亿年前。鲎具有亮蓝色的血液,在遇到病菌的时候会凝固,避免了更进一步的感染。每年有成千上万的鲎被捕捉用于制药业,因为它们血液中的化学物质能用来检测人体内部组织是否存在致病菌。

事实上,并没有真正意义上的“活化石”存在。所有的物种都在演化,即使表面上并不明显。戈麦斯认为,我们应该不再使用这个词。他说:“达尔文从未有意严肃地使用它。这个词过于简化,并且导致人们认为有些东西没有演化,而这恰恰是错误的。”理查德·福提更倾向于将腔棘鱼这样的物种称为“某个支系的极端幸存者”。这更加准确,但也不那么朗朗上口。

还有一个活化石物种我们都不陌生,这就是人类本身。有些人宣称人类已经停止演化,这是真的吗?该论点的依据是,科学技术和医疗的发展已经去除了人类演化的压力。通过建造庇护所,开发疫苗等手段,现代社会可以使弱的个体活下来。因此,现代环境更加容易让人存活下来,我们可能只是在文化上进行演化,正如大卫·爱登堡(David Attenborough)2013年接受采访时所说的那样。

不过,遗传学研究并不支持这一观点。大约40000年前,人类数量出现了爆发式增长,演化速度加快。2007年,威斯康辛大学的约翰·霍克斯(John Hawks)对来自270人的DNA进行了研究,发现人类演化“在近期加快了100倍”。

与此类似的,2014年的一项研究估计,现代人类近的共同祖先大约生活在239000年前。这比其他一些估计早得多,也表明人类演化的速度在加快。即使是在近10000年里,人类也发生了改变。蓝眼睛的出现,以及一些成年人能饮用含乳糖的动物Nai制品,就是近期演化的两个例子。

对过去几千年里发生的事情,现在还很难说得清楚,因为这样的时间跨度过于短暂。如果说那些活化石物种能给我们带来什么启示的话,那应该就是:人类不可能停下演化的脚步。

现存的一些动物看起来与它们远古祖先别无二致,在数百万年的时间里,这些“活化石”是否一直没有变化?

欧氏尖亲密鲛是很难得一见的鲨鱼,而一旦被人们发现,它们就会马上占据新闻报道的版面。这部分因为它们具有非常奇特的外观——粉红色的躯体看起来似乎是被剥了皮,头部前面是突起的长而扁平的尖亲密。它们被称为“深海异形”也就顺理成章了。

鲎是为古老的活化石之一

不过,欧氏尖亲密鲛让人更感兴趣的是它们特殊的演化史。它们是尖亲密鲛科(Mitsukurinidae)的一个物种,在长达1.25亿年的历史中几乎没有变化。也就是说,欧氏尖亲密鲛是名副其实的“活化石”。

从外形特征上,“活化石”物种与几百万年前的化石物种几乎相同,这似乎意味着它们的演化完全停滞了,好比已经演化至于完美,不需要再进行改进了。但是,外观可能掩盖事实,要深入了解这些古老的幸存者,我们需要更进一步。

“活化石”(living fossil)这个词汇来源于达尔文于1859年发表的《物种起源》一书。在这本书中,达尔文首次阐述了生物演化的理论。在其中一节,达尔文讨论了鸭嘴兽和肺鱼,这两种动物属于古老的支系,且都具有一些与化石祖先相同的特征。

达尔文写道:“这些不同寻常的生物几乎可以称为活化石;它们一直存活到了现在,分布于有限的区域内,所受到的竞争压力也因此没那么激烈。”在那个时代,我们现在已知的许多活化石物种还没有被发现。1938年在南非,一位名叫玛罗丽·考特内-拉蒂迈(Marjorie Courtenay-Latimer)的博物学家在检查鱼类标本时,发现了一种原本以为已经灭绝的鱼类。这种鱼后来被命名为西印度洋腔棘鱼(Latimeria chalumnae),科学家原以为它们在6500万年前就已经灭绝。

腔棘鱼的历史可以追溯到3.9亿年前。它们是大型的深海鱼类,能长到2米长,鱼鳍上长有肌肉,如同肢体,鳍上也有鳞片覆盖,且全身鳞片上长有斑点。现存的腔棘鱼有两种,一种是西印度洋腔棘鱼,另一种为印尼腔棘鱼(L. menadoensis),二者是肉鳍鱼类的幸存者。

“腔棘鱼的发现让‘活化石’变得广为人知,”古生物学家理查德·福提(Richard Fortey)说,“这是个戏剧性的发现,所有人都认为它们已经和恐龙一块灭绝了。”不过,腔棘鱼更为重要的意义是告诉了我们有关陆地动物演化的信息。

大约4亿年前,一些鱼类以鱼鳍为肢体,开始登上陆地。这些先行者开启了陆地四足动物演化的序幕,包括从蜥蜴到青蛙,从鸟类到人类等陆地脊椎动物都由这些鱼类分化而来。2013年,科学家对西印度洋腔棘鱼的基因组进行了测序,发现它们是接近批陆地动物的物种。不过,这还不足以使它们成为真正的“活化石”。同样发表于2013年的另一项研究称,通过对腔棘鱼化石和DNA的检测,发现现存的两个物种与它们恐龙时代的祖先具有显著差异,这种差异不仅表现在基因水平,而且表现在体型特征上。

“(活化石)这个词暗示在很长的时间跨度内,演化没有在生物体上体现出来,”西雅图Benaroya研究所的克里斯·阿梅米亚(Chris Amemiya)和马克·罗宾森(Mark Robinson)说,“而在腔棘鱼身上这显然是不成立的。”阿梅米亚和罗宾森都从事腔棘鱼基因组的研究。

简而言之,腔棘鱼的骨骼已经发生了改变,它们的第二背鳍从棘刺变成了肉叶状,失去了口部边缘的骨骼。4亿年前的腔棘鱼与现在的腔棘鱼已经不大一样,那么,还存在身体结构没有变化的动物吗?

鸭嘴兽看起来似乎是地球一段失落岁月的遗存

鲎虫看起来比腔棘鱼更像是远古生物。它们都长着宽阔、平坦的背甲,下面藏着头部和节状的腹部,尾节的两侧是一对细长的尾叉,如同天线。鲎虫的分布地点可以相隔很远,中国、欧洲和美洲都有,它们已经存活了3亿年,是二叠纪大灭绝的幸存者。

根据2013年的一项研究,鲎虫在数百万年时间里经历了显著的分化。研究负责人、英国赫尔大学的阿非利加·戈麦斯(Africa Gómez)说:“存在着许多演化的清晰证据。”事实上,鲎虫之所以存活至今,关键可能就在于它们的繁殖方式。鲎虫是雌雄同体的,可以单独产生后代。

鲎虫是自体受精的雌雄同体动物,在卵巢中具有能产生精子的器官,因而能给自己的卵细胞授精。“雌雄同体或许可以使生物能更好地占据栖息地,”戈麦斯说,“因而在一些环境变化频繁的区域,它们就具有更大的优势。”特别是在20000年前的末次冰期末期,欧洲北部被冰盖覆盖。当冰雪融化是,新的洪水平原、河流和湖泊出现,雌雄同体的动物如鲎虫等,就能以相对较快的速度占据栖息地。

鲎虫依然在演化进程中。戈麦斯发现,撒哈拉地区的鲎虫繁殖速度比欧洲的鲎虫快,可能是为了赶在水塘被太阳晒干之前完成繁殖后代的任务。而且,“澳大利亚的一些鲎虫物种可以忍受海水的高盐度,欧洲的一些物种在此盐度下则立刻死去,”戈麦斯说。

根据以上的例子,似乎我们是被误导了,以为这些古老动物是一成不变的。这可能与我们本身的习性有关。人类是视觉动物,擅长识别形状,而很难透过外表,发现隐藏的演化过程。也有人认为,这些活化石可能并没有我们之前认为的那么古老。例如,苏铁植物被认为是与恐龙同时期的植物,有些苏铁种类确实如此,但对现生苏铁的DNA检测表明,它们是在约1200万年前出现的。

戈麦斯说:“它们一直在不停演化,不断辐射分化,为什么还被称为活化石呢?”实际上,对每一个活化石物种的研究结果都差不多是这样。显然,这些物种都在演化,有的可能只是演化得比较慢而已。

印第安纳大学的大卫·波利(David Polly)说:“演化背后的数学事实是,存在一种使物种保持同样的机制。”基因一直在不断突变,而且通过有性繁殖进行重组,但这并不一定意味着动物体会发生大的改变。演化并不一定会向着新的外形和结构进行。

然而,相比之下,大部分的动物似乎一直在变化,这些活化石肯定有着不同寻常的特质。“它们保持着基本相同的形态,意味着有些因素使它们这样,”大卫·波利说,“问题的有趣之处就在于,这些因素是什么?”

可能的原因之一,是它们在合适的时间处在了合适的地点。动物需要有合适的栖息地才能生存。大灭绝事件摧毁了许多动物栖息地,但并没有完全摧毁。“如果这些动物的栖息地经受住了危机的考验,那这些动物也就能幸存下来,”理查德·福提说,“它们在危机过后就能自由地演化,系统发展线不会断掉。”

栖息地的消失速度也比较慢。“在过去的地质时期中,有些特定的环境曾经广泛存在,”大卫·波利说,“而在目前的地质时期,这些环境变得不那么常见,同时出现了新的环境。”这也解释了许多物种被迫做出了改变。

像海豆芽这样的物种找到了合适的栖息地

今天,一些物种已经适应了新的栖息环境。例如,蟑螂可以生活在许多环境中,如洞穴、墙壁裂缝、岩石堆、排水沟等,而且几乎能以任何东西为食。这或许能解释它们为什么能在地球上存在这么长时间。

对于适应能力相对较弱的物种,问题的关键是找到的地点。以海豆芽为例,这类腕足动物分布于印度洋的近海区域。它们看起来很像贝类,但实际是属于古老的舌形贝属(Lingula)。它们的化石祖先主要生活在潮间带中。

在二叠纪大灭绝事件期间,海洋中的氧急剧减少,使得许多海洋生物变得极为脆弱,终导致约95%的海洋生物灭绝。与此同时,由于气候变得干燥,沙漠扩张,使陆地动物也出现相同程度的灭绝。但是,海豆芽的祖先幸存了下来。在潮间带,海水持续地循环,不存在缺氧问题。正是由于生活在正确的地点,才使类似海豆芽的一些物种躲过了大灭绝。

除了栖息地点,物种的某些特征也能帮助它们存活下来。例如,腔棘鱼的肉味道很差可能正是幸存的原因之一。它们的体表似乎覆盖着黏液,据说肉的味道像蜡一样,而且会使吃的人肚子不适。

鲎也是伟大的幸存者,其早的化石记录出现在近5亿年前。鲎具有亮蓝色的血液,在遇到病菌的时候会凝固,避免了更进一步的感染。每年有成千上万的鲎被捕捉用于制药业,因为它们血液中的化学物质能用来检测人体内部组织是否存在致病菌。

事实上,并没有真正意义上的“活化石”存在。所有的物种都在演化,即使表面上并不明显。戈麦斯认为,我们应该不再使用这个词。他说:“达尔文从未有意严肃地使用它。这个词过于简化,并且导致人们认为有些东西没有演化,而这恰恰是错误的。”理查德·福提更倾向于将腔棘鱼这样的物种称为“某个支系的极端幸存者”。这更加准确,但也不那么朗朗上口。

还有一个活化石物种我们都不陌生,这就是人类本身。有些人宣称人类已经停止演化,这是真的吗?该论点的依据是,科学技术和医疗的发展已经去除了人类演化的压力。通过建造庇护所,开发疫苗等手段,现代社会可以使弱的个体活下来。因此,现代环境更加容易让人存活下来,我们可能只是在文化上进行演化,正如大卫·爱登堡(David Attenborough)2013年接受采访时所说的那样。

不过,遗传学研究并不支持这一观点。大约40000年前,人类数量出现了爆发式增长,演化速度加快。2007年,威斯康辛大学的约翰·霍克斯(John Hawks)对来自270人的DNA进行了研究,发现人类演化“在近期加快了100倍”。

与此类似的,2014年的一项研究估计,现代人类近的共同祖先大约生活在239000年前。这比其他一些估计早得多,也表明人类演化的速度在加快。即使是在近10000年里,人类也发生了改变。蓝眼睛的出现,以及一些成年人能饮用含乳糖的动物Nai制品,就是近期演化的两个例子。

对过去几千年里发生的事情,现在还很难说得清楚,因为这样的时间跨度过于短暂。如果说那些活化石物种能给我们带来什么启示的话,那应该就是:人类不可能停下演化的脚步。

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