如果地球變成水世界,人類會進化出鰭嗎?海豚的側鰭就是這麼來的

2021-01-10 寰宇科學新觀察

看過電影《未來水世界》的朋友,也許還記得電影裡的一些場景,受全球變暖的影響,地球兩極的冰川全部融化,地球變成了一片汪洋。從水災中倖存下來的少部分人,只能在人造島上求生。因為環境的變化,有一些人已經耳朵後面已經進化出了魚鰓一樣的器官。

這部電影算是半部科幻電影了,是對地球未來的提前想像,如今的地球似乎也正在向著一片汪洋的水世界發展。我們可以看到的是,隨著全球變暖愈演愈烈,兩極的冰川正在加速消融——最近加拿大北部最後一塊完整的冰架發生了崩塌,有科學家預計到2035年,北冰洋將會出現無冰的現象。

在這樣的節奏下,或許不用三百年,地球真的會變成一片汪洋。在此後的很長一段時間裡,人們不得不在水中生活,那麼人類會不會進化出鰭呢?科學家給出的答案讓人難以接受:會,海豚的祖先本來也有手指的,但是因為習慣了在水中生存,它們的手指逐漸退化,前肢進化成了側鰭。

把海豚的側鰭放進X光機裡,你會看到一個驚喜:一段手指骨的弧線。海龜、海豹、海牛和鯨魚等海洋爬行動物或哺乳動物的側鰭也有類似的結構。所有這些動物都有四條腿的祖先,它們原本都生活在陸地上,隨著它們適應了水中的生活,原本多指的四肢慢慢地變成了鰭狀肢。

最近發表在《生物學快報》(Biology Letters)上的一篇論文中,研究人員將19種海洋物種的鰭狀骨結構與它們的陸地祖先進行了比較。從今天的物種,如海豚和海龜,到已經滅絕的生物,如恐龍時代在海洋中遊弋的摩梭龍和魚龍。研究人員發現,大多數動物,包括大多數仍在生存的動物,它們的前肢結構都與它們的祖先有很多的相似之處。

為了比較和對比這些不同動物的鰭狀肢,研究人員使用了一種叫做網絡分析的技術。這種技術長期以來在社會科學界很受歡迎,用來追蹤思想、流言甚至病毒的傳播。美國紐約理工學院的研究員朱莉婭·莫納爾(Julia Molnar)說,解剖學家正利用這項技術來研究生物學中最古老、最複雜的問題之一:結構和功能之間的進化關係。

在這項研究中,研究人員想知道一種功能——遊泳——是如何激發了許多獨特肢體結構的發展的。為了做到這一點,他們需要「比較那些無法直接比較的東西」,比如海龜的鰭狀肢和它們祖先的五指肢,來自阿根廷丘布特古生物博物館的研究員埃文蓋洛斯·弗拉喬斯(Evangelos Vlachos)說。

網格分析使研究人員能夠將每隻動物的骨骼鰭結構轉換成一個由節點和連接組成的抽象網絡。通過將這個網絡與陸棲動物祖先同樣支離破碎的肢體結構進行比較,他們可以看出這種生物的骨骼從其類地時代起是如何獲得、丟失、融合、連接或以其他方式重組的。研究人員發現,幾乎所有的這些被研究的動物都保持著手指。但它們的「手指」通過周圍的皮膚和組織相互連接,不能獨立移動。就好像它們就在「嬰兒連指手套」裡,弗拉喬斯博士說。

除了企鵝(企鵝的祖先在進入水裡之前進化出翅膀),所有在研究中生存的水生動物都採用這種策略。一些現已滅絕的生物,如蛇頸龍和古鱷魚,它們的鰭狀肢也有手指。唯一的例外是魚龍,一種在侏羅紀早期統治海洋的厚身爬行動物。它們的祖先也有手指,但隨著時間的推移,它們彼此相連,直到它們不再像一棵多分枝的樹,而更像一叢茂密的灌木。弗拉喬斯博士說:「通過重新整合,他們『失去』了手指」。

通過這項新研究,我們可以了解到,海龜、海豹、海牛和鯨魚等海洋動物,它們的陸地祖先原本都有手指的,但隨著對水生環境的適應,它們的手指逐漸演變成了鰭。同樣的,如果人類也必須適應海洋水生生活,他們的手指也很有可能會退化,整條胳膊會進化成鰭。如果我們不想讓將來的人類進化成這樣的怪物,為何我們不行動起來,從身邊小事做起,節能減排,減緩全球變暖呢?

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