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不在水中饲养长大的鱼为陆地变迁提供了线索

苏珊·米利厄斯

陆地环境改变动物的进化发展。

被迫在陆地长大的能够灵活蠕动的鱼类为我们研究上古时代脊椎动物离开海洋,走向陆地的进化提供了线索。

现代多鳍鱼( Polypterus senegalus )一般在非洲的河流中游弋,这种细长的鱼同时拥有鳃和肺,必要时能够在陆地上行走。这也是艾米莉·斯坦登(Emily Standen)所做的事,她让多鳍鱼在幼年时尽可能多地在陆上行走。

在蒙特雷麦吉尔大学工作时,她发明了一个具有特殊底部的水箱,只有几毫米的水渗出表面供多鳍鱼活动。杂货店过道为她的水箱设计提供了灵感。经过八个月,水箱容纳了一群大致有7到8厘米长的幼年多鳍鱼,它们用鱼鳍和尾巴在底部行走着找寻食物。

随着这些鱼成熟,其肩部某些骨骼的发育与水中长大的多鳍鱼不同,这种骨骼的变化与科学家发现的早期过渡到陆地生活的动物化石一致,现在在渥太华大学工作的斯坦登说。和水中长大的鱼相比,陆地长大的鱼的运动方式更适应陆地行走。斯坦登和她的同事们在2014年8月27日的《自然》杂志发表了该报告。

图片权利和来源(IMAGE CREDIT):Antoine Morin

图片按序列显示了多鳍鱼如何在陆地进行移动。鱼在地面上支起一片鱼鳍,然后尾巴和身体的后部从一侧向另一侧扭动,向前推进,这将带动鱼的“肩膀”向上和向前,就好像鱼鳍是一根拐杖。

如果多鳍鱼自幼年起就用行走的方式而非游泳的方式饲养长大,鱼的胸部就会发育出更长、更结实的附属锁骨。这种变化标志着向骨骼进化又迈出了一步,用骨骼可以承受更多的重量,而不用依靠水的浮力支撑。同时,腮部扩大了一点,后脑部位的骨连接更加松散,使得其颈部更加灵活。(鱼在水中可以颈部不动地冲向上方、下方或者任何地方的食物,而有一个会弯曲的脖颈有利于陆地捕食。)

陆地上饲养长大的多鳍鱼能够比水中的幼年多鳍鱼更轻松地行走。保持向前行走时,前鳍拍打着贴近身体,“肩膀”向前或向上抬起,从而获得一些额外的高度,鱼鳍仿佛一根拐杖。贴身的鳍能够临时将更多的多鳍鱼身体举起到空中,减少与地面的摩擦。

多鳍鱼不属于引发了陆生脊椎动物进化的叶鳍鱼这一大类,却是它们的近亲。斯坦登认为,陆地饲养的多鳍鱼的变化显示出这些早期鱼类是如何进行运动的。

在这一环境中生长的多鳍鱼只用了一代的时间就发生了变化,这使古生物向陆地演化最初是从适应离开水的生活开始的论断更加可信。

印第安纳大学的阿明·莫克扎克(Armin Moczek)说,近年来,这种所谓的进化可塑性引起了进化生物学家的兴趣。环境的变化能够将生物已有基因重新编排,在没有基因突变的情况下发展出新形态。同时,他认为可塑性在海洋脊椎动物向陆地的演化中具有重要意义。

然而,现代鱼类灵活适应陆地并不能证明远古鱼类也具备同样的能力。他补充道,这个实验“让我们迈出了进化可塑性研究的第一步”。 c/RfmO+1SL13dyS3pyLeyW2UucAbDQx1Lb+ETVDPmntE0mk8VZmWyObkf12x0BOl

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