四足動物如何在陸地上過渡到生活

2021-01-10 騰訊網

棘魚石螈模型,一種已滅絕的四足動物,是最早進化四肢的脊椎動物之一。Acanthostega代表葉鰭魚和早期兩棲動物之間的中間形式。Acanthostega生活在大約3.65億年前。

在大約3.75億年前的泥盆紀時期,一群脊椎動物匆匆走出水面並降落在陸地上。這個事件,這個跨越海洋和堅實地面之間的邊界,意味著脊椎動物最終炮製解決方案,無論多麼原始,解決生活在陸地上的四個基本問題。為了使一隻水生脊椎動物成功地在土地上殖民,那隻動物:

必須承受重力的影響

必須能夠呼吸空氣

必須儘量減少水分流失(乾燥)

必須調整感官,使它們適合空氣而不是水

陸地脊椎動物:物理變化

重力的影響對陸地脊椎動物的骨骼結構提出了很高的要求。骨幹必須能夠支撐動物的內部器官並有效地將重量向下分配到四肢中,這又將動物的重量傳遞到地面。實現這一目標的骨骼修改包括增加每個椎骨的強度以保持增加的重量,增加肋骨以進一步分配重量並增加結構支撐,以及椎骨的互鎖以使脊柱保持必要的姿勢和彈簧。另外,附著在魚中的胸帶和顱骨在陸地脊椎動物中是分開的,以使得在運動期間引起的震動被吸收。

呼吸

早期陸地脊椎動物被認為是由擁有肺部的一系列魚類產生的,因此當陸地脊椎動物首次進入乾燥的土壤時,呼吸空氣的能力可能相當發達。要解決的更大問題是動物如何處理過量的二氧化碳,這種挑戰可能比獲取氧氣更大,塑造了早期陸地脊椎動物的呼吸系統。

水分流失

處理水分流失(也稱為乾燥)也為早期陸地脊椎動物提出了挑戰。通過皮膚的水分損失可以通過多種方式最小化:通過開發不透水的皮膚,通過皮膚腺體分泌蠟質防水物質,或棲息在溼潤的陸地棲息地。

適應陸地功能

對陸地生命的最後一個主要挑戰是調整感覺器官以在陸地上而不是在水中起作用。眼睛和耳朵的解剖結構的修改對於補償通過空氣而不是水的光和聲傳輸的差異是必要的。此外,一些感覺丟失了,例如側線系統,它在水中使動物能夠感知水中的振動,而在空氣中幾乎沒有價值。

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