為什麼鯨類的鰭骨就好像人手一樣,也有五個指頭呢?

2020-12-06 酋知魚

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

有一位童鞋向我提了一個非常有意思的問題——為什麼鯨魚類的鰭骨就好像人手一樣?

這個問題本身就是一個冷知識了,不過還是有一點小小的,不嚴謹的地方。雖然大家喜歡把鯨當成魚,也稱其為鯨魚,但我一般會稱其為鯨,因為它們可不是魚,是貨真價實的哺乳動物

鯨與豬是同一個祖先?

鯨屬於脊索動物門、脊椎動物亞門、哺乳綱、真獸亞綱、偶蹄目

偶蹄目?是的!鯨與豬、牛、羊是同一個目分類下的,這是經過遺傳分子學鑑定與化石證據分析後的雙重答案,在過去很長時間裡,動物學家一直不知道鯨算是哪個分類下,所以單獨給它們開了一個「鯨目」。但是後來隨著化石證據的逐漸補齊,我們終於找到了鯨下水前和下水過程中的證據。

在1970年代,在印度和巴基斯坦發現的一種四足動物被鑑定出與鯨有親緣關係,因而命名為巴基鯨,不過這種動物還是以陸生為主的。之後又發現了一種更加過渡階段的化石——走鯨,後來陸續發現了雷明頓鯨、羅德候鯨、原鯨、矛齒鯨、龍王鯨等化石,它們的體態越來越適應水生,後肢也越來越短小,最終變成了我們熟悉的——魚的模樣。

在通過對DNA的鑑定,最終確認現存與鯨關係最密切的物種是河馬,在5000萬年前與鯨類有共同的祖先。

在現在的陸生動物中,有很多動物都是五指的,從青蛙到蜥蜴,從蝙蝠到鱷魚都是如此,就像我們人類一樣。有一些動物在進化路途中為了適應環境,失去了一部分指,比如偶蹄目的豬失去了拇趾,奇蹄目的馬失去了除中指以外的所有趾。還有一些動物為了適應抓握需求,將身體的某些骨骼進化成了偽指,變成了六個,比如熊貓和鼴鼠。

在鯨與陸上上的親戚分道揚鑣之前,它們的祖先還保留著五指的特徵,雖然後來豬與河馬退化了一根指頭,變成了偶蹄目,但是鯨並沒有,它們的五指合併在一直,其中的骨骼保留了下來,變成今天我們看到「鰭裡藏手」的樣子。

為什麼是五指?

如果不想了解更多的話,到這裡問題也就結束了。不過如果你的求知慾不止如此的話,一定會繼續追問——為什麼所有陸生四足動物的祖先都是五指呢?

這就要追溯到所有陸生動物登陸的時候了,大約是在3.8億年前,有一類魚在海洋中過得很不好,它們與我們常見的魚並不相同,現在我們在市場上可以買到的魚都有一個共同特徵——所有的鰭均由平行排列的骨質鰭條組成,也就是高度功能化的魚鰭和魚尾,它們被分類為輻鰭魚

在我小的時候,聽說所有陸地動物都是從海洋中登陸上來時就一直有一個困惑——為什麼這些魚看起來不像是能進化出四肢的樣子,如果要長出四肢來,這些骨質鰭條要如何長出肌肉組織來呢?

不得不感慨一下,我小時候還挺善於思考的,這確實是一個問題,事實是輻鰭魚都沒有登陸的可能性,這種生理結構太適應水中生活了反而斷絕了未來的可能性,而只有在海洋中過得不好的那一支魚類,也就是肉鰭魚才完成了登陸的壯舉

所謂肉鰭魚就是指魚鰭不是骨條而是由肉和骨骼組成的魚,這種魚因為結構不如輻鰭魚高效,現在已經相當危險了,只遺存了四個物種。但是正是因為有肉在鰭上,才讓肉鰭魚可以藉助前肢在泥濘的沼澤中匍匐前進,這就是登陸的前身——灘涂生活。在那一時代發現的化石有真掌鰭魚、提塔利克魚

在適應半水生活的過程中,肉鰭魚的胸鰭與腹鰭不斷增粗,頂端也向著寬大扁平發展,最終在3.65億年,出現了一種裡程碑式的物種,第一個不以魚對其命名的動物——棘螈

棘螈是第一種明確擁有四肢的動物,無論前後都有8根指頭,同時代的塗氏螈有6根指頭,還有魚石螈有合併成5根的六七根指頭。正如你所見,那個時代的登陸動物擁有多種不同的指頭數量,但是就算大家都登陸了,競爭也是存在的。

大約3.5億年前後,五指動物就漸漸佔據了優勢,這個數量的指頭可以同時滿足靈活度和牢固。不過要注意的是,5這個數字並不特殊,並不比4根或6根更有優勢,只是因為自然中的一個意外而已

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