最早“登陆”的动物

远古的动物在海洋的摇篮中度过了“幼年时期”,以后它们中的一些种类就要离开这个摇篮,去寻找新的世界了,那就是它们从未涉足的陆地。

最早登陆的动物是古蝎类和蜘蛛类,它们都属于节肢动物。而在寒武纪的浅海中,最典型的节肢动物是三叶虫,古蝎类和三叶虫是近亲,它们最早可能都是由共同的原始祖先进化而来的。

节肢动物的登陆并不是偶然的,在志留纪晚期到泥盆纪,由于地壳挤压所引发的造山运动,使陆地大面积地从海底升起来,水面面积减少,气候也变得干燥。水生节肢动物常常处在浅滩或泥潭里。为了适应这种环境,它们开始分化出气管进行呼吸,并利用附肢和分节的身体在干涸的泥地上跳跃或者爬行。渐渐地,它们的鳃退化了,摇身一变,彻底成了陆生动物。

此后,登上陆地并能够安全生存下来的动物越来越多,陆地慢慢成了动物们的第二故乡。在这个过程中,脊椎动物的登陆具有重大的意义,因为它们以后要演化出人类这样的陆生智慧生命。

脊椎动物登陆

最早登陆的脊椎动物是什么样子的呢?这还得从1929年在格陵兰岛上发现的一个古生物说起,当时这个发现几乎震惊了全世界。因为它又一次证明了达尔文的进化学说,并且向世人显示了脊椎动物从水生向陆生过渡的这个“缺失的环节”。

1929年,瑞典地质学家库霖博士加盟科赫组织的格陵兰岛科考活动,成功地采集到一大批脊椎动物化石,大批化石中就包括第一件鱼石螈化石。鱼石螈的发现在国际学术界和公众中引起了极大兴趣,丹麦的媒体有趣地将它称为“四足鱼”。

鱼石螈是一种仍保留了某些鱼类特征的早期两栖类。今天的蝾螈,长着一个扁平的头,拖着一个长长的尾巴。如果光看尾巴,它更像鱼,有尾鳍,也有鱼鳞。但鱼石螈已经能够在陆地上爬行,并能用肺直接从空气中摄取氧气。

根据化石所提供的信息,鱼石螈体长60 ～70厘米。它的身体骨骼各部位的比例与象海豹十分相似,但比后者小得多。研究发现,鱼石螈的后肢并不强壮,它们的主要作用也不是支撑身体和行走,而是像一对划水的桨,用来辅助游泳。根据对鱼石螈骨骼特征的研究,推测它的长尾巴是在水中主要的划水工具,而后肢则起着桨和舵的作用;到了岸上,强壮的前肢才是真正的运动工具,它们拖着整个身体,包括后肢和尾巴,一点一点向前爬行。

如果我们亲眼目睹当年鱼石螈在岸上爬行的憨态,恐怕会忍不住笑出声来,可就是它们,成了脊椎动物征服陆地的“急先锋”。

鱼石螈生活的时代距今已有3.6亿年。在很长一段时间里,它被认为是最早登陆的脊椎动物,也是泥盆纪四足动物的唯一代表。但是在1977年,澳大利亚发现了一件被认为是泥盆纪四足动物的下颌标本。此后,比鱼石螈更早的四足动物化石又陆续在俄罗斯、苏格兰、拉脱维亚和美国被发现。这些化石的发现,将四足动物的历史向前推进了1000多万年。

有人认为,最早的四足动物是从古代肉鳍鱼类中的总鳍鱼演化而来。

总鳍鱼类最著名的代表是加拿大发现的真掌鳍鱼。这是一种身体细长、肉食性的鱼类,有两个背鳍和一个上下对称的尾鳍,它的头颅、上下颌的骨片式样,与早期两栖类已经比较接近,偶鳍(胸鳍和腹鳍)的内部骨骼结构已具备四足动物肢体的雏形。

所以, 20世纪80年代以前一般都认为,两栖类是由总鳍鱼类中的真掌鳍鱼发展而来的。

但是近年来,有人用分子生物学技术进行基因组测序和比较分析后发现,陆生四足动物与肺鱼之间有着比较密切的亲缘关系。一场争夺陆生脊椎动物祖先头衔的斗争,在同属于肉鳍鱼类的总鳍鱼和肺鱼之间展开了。

肺鱼生活在淡水中,除了以鳃呼吸外,还能用鳔在空气中呼吸,即使是在枯水时期,它们钻入淤泥之中进行夏眠,眠期可达数月之久。现存的种类有非洲肺鱼、澳洲肺鱼和美洲肺鱼。

虽然有分子生物学研究的一些证据,而且通过对各种总鳍鱼类头骨化石的研究发现,总鳍鱼不具有内鼻孔,这样就不能离开水在空气中呼吸,因而失去了到岸上生活的基础。但是,由于肺鱼的骨骼和偶鳍支持骨的结构与原始两栖类有明显的不同,所以目前多数人还是认为,两栖动物是由泥盆纪晚期的总鳍鱼类演化产生的,也就是说,最早登上陆地的是总鳍鱼类。

此外,包括我国古鱼类学家张弥曼院士在内的一些国内外科学家还支持另一种假说,即从一种接近古代总鳍鱼类和肺鱼类共同祖先的原始鱼类,进化出了陆生四足动物。

究竟谁是四足动物真正的祖先?这个深埋在历史中的答案,还需要我们进一步的探索。

水陆两栖

很久很久以前,一群“勇敢”的鱼率先爬上了陆地。它们学会了用肺呼吸,鳍也变成了强壮的四肢,并获得了“两栖动物”的称号。“登陆”的过程,对这些原本在靠近岸边的浅水里游动的生灵来说,或许只是迈出了一小步,但对于生命的演化来说却是值得纪念的一大步。从此陆地上就热闹起来了,四条腿的动物们有的爬行,有的奔跑,还有的长出羽翼飞上了天空。这一切都是源自“两栖动物”的出现。

如果我们用“水陆两栖的动物”来解释两栖动物的话,那恐怕就要把鳄和龟之类的爬行动物都扯到里面来了,我们可不愿意看到这样的笑话。

两栖动物是一种具有四肢的脊椎动物,它们皮肤中的腺体比较发达,而缺少其他四足动物所特有的鳞片、羽毛和毛发等表皮结构。大多数两栖动物的幼体生活在水中,像鱼一样有尾巴,并用鳃呼吸,而它们的成体在陆地上生活,用肺呼吸,尾部消失。这个发育的过程叫“变态”,是这类动物的一个重要特点。它们的卵没有硬硬的卵壳,多数产在水里或潮湿的环境中。

两栖动物一般是昼伏夜出,并以冬眠度过寒冷季节。但也有一些种类习惯于在白天活动,如南美洲热带雨林中生活着许多种体色斑斓的箭毒蛙,它们与生俱来的毒腺足可吓跑所有对它们心存恶念的动物,自然也就没有必要趁着夜色偷偷摸摸行事了。

古代两栖类

今天的两栖动物,如青蛙、娃娃鱼等,都是体表湿润光滑的,所以它们又统称为“滑体两栖动物”。然而在遥远的古生代,大多数两栖动物却带着厚厚的“盔甲”,身上长着鳞片,俨然一副笨重的体态。

古生代曾经有两大类两栖动物比较繁盛。这些动物的头部很大,结构坚实,覆盖有坚厚的骨板,所以也常常被称为“坚头类”。

第一类叫做迷齿两栖类,在它们牙齿的横断面上可以看到迷路状的珐琅质,因此而得名。它们是最早出现的两栖动物,也是地球上最早的四足动物,在距今3.5亿～2.5亿年前的石炭纪、二叠纪时期十分繁盛,从中生代初期开始逐渐衰落,一直延续到白垩纪早期,然后从地球上销声匿迹。迷齿两栖类在繁盛的时候种类繁多,有些个体到后来发展成2米多长,是当时陆地上一种可怕的捕食者。

第二类古老的两栖动物叫做壳椎两栖类。它们都是一些小型的,生活于沼泽、水边地洞中的两栖类,有的身体细长,有的扁平,体长一般小于30厘米。如二叠纪的笠头螈,头骨侧面和顶盖部分的骨骼向侧面极度生长,使整个头骨的形状像一顶斗笠,故此而得名。它们的身体扁平,而且肢骨又小又弱。显然,这种动物很可能属于底栖型的两栖动物,大部分时间可能都是待在小溪或池塘的水底生活的。

壳椎类最早出现于石炭纪早期(约3.4亿年前),在二叠纪的中期彻底灭绝,其实,它们在这段时间里并没有真正地繁盛过。目前发现的壳椎两栖动物只分布在欧洲、北美和北非的古生代地层中,我国尚未发现这种动物。

在古生代“粉墨登场”的古老两栖动物中,多数种类都在演化过程中衰落并灭绝了,但从古生代的两栖动物中发展出了两个重要的分支,其中一支是向现代的两栖类方向发展,最后演化成为今天的青蛙、蝾螈、大鲵等滑体两栖动物;另一条道路或许更为重要,也更引人注意,即从迷齿两栖类中一个叫做“石炭螈类”的分支中演化出了爬行动物,后来又从爬行动物进一步演化出鸟类、哺乳类等。所以说,在低等的两栖动物中,孕育着以后更加高等的脊椎动物,从而最终出现了天空中飞翔的鸟类以及高等智慧生物——人类。