今天生活在陸地上的我們,總會把「四足動物登陸」視為生命演化史上的偉大事件,畢竟沒有它們上陸發展,就不會有後來的恐龍、鳥類、哺乳動物,更不會有我們人類。而「登陸先鋒」這頂桂冠,自從19世紀以來,就常常被放在了一種貌不驚人的古生物——魚石螈頭上。
魚石螈復原圖。圖片來源:arcadiastreet.com 繪圖:Walter Mayers
魚石螈生活在距今3.67億年前~3.6億年前的泥盆紀晚期,它們的模樣、體型都有點像今天的大鯢:體長約1~1.5米,有碩大的腦袋、短小卻完整的四肢,以及拖在身後的長尾巴。根據化石顯示的骨骼結構,魚石螈應該是用肺呼吸的。儘管後來也發現了3.75億年前、長有肉鰭和肺部的「提塔利克魚」,但它們的肉鰭沒有完整的四肢骨骼,而且仍主要用鰓呼吸,不算真正的「四足動物」。
然而對於這個「先進典型」,一直有古生物學家心存疑慮。泥盆紀被稱為「魚類的時代」,魚石螈是不是太超前了呢?
肢體太弱難走路
100多年來,從歐洲西部、格陵蘭到北美大陸,都發現了魚石螈的化石,這些地方在泥盆紀都是同一塊大陸。根據這些豐富的化石材料,如今古生物學家可以用計算機技術,精確模擬魚石螈的四肢運動方式。結果發現,它們在岸上幾乎寸步難行!
原來,魚石螈雖有真正的四肢,但四肢結構還比較原始,無力把身體推離地面,做出關節彎曲、向前爬行的動作也很費力。尤其是它們的後肢又短又弱,上岸的話真的會「拖後腿」,基本沒啥用。另外魚石螈的尾椎也像魚一樣是側扁的,如果在岸上爬行太久,非磨得遍體鱗傷不可。
早先的古生物學家認為,魚石螈是最早上岸的脊椎動物,具有足夠強壯的四肢(上圖),但後來研究表明魚石螈的後肢很弱,根本無力支撐起身體,在岸上行動笨拙,因此應該主要還是水棲動物(下圖,繪圖:張鐵)。
不過也不能說,魚石螈不會上岸。它們的前肢、脊柱和肋骨都比較強壯有力,足夠在岸上支撐身體,可以用前肢拖著身子勉強往前爬;此外與頭骨相連的幾節脊椎,也變得比魚類更加靈活,成了最早的「脖子」。如果它們一輩子生活在水裡的話,是不會演化出這些骨骼結構的。
先長腿,再登陸
目前來看,魚石螈和同一時期的原始兩棲動物,仍處於從魚類向兩棲類的過渡階段。它們平時主要生活在水中,比今天的鱷魚、海鬣蜥等更依賴水,卻也有了一定的上岸活動能力。陸地對它們來說,要麼是提供食物的淺灘(比如陸上的植物殘渣、被衝上岸的腐屍),要麼是在乾旱時期,需要被迫爬上陸地,努力向附近其他水源轉移。除此之外,魚石螈們還是待在水裡更自由自在,發達的前肢在水中也能幫助划水,比用來走路方便多了。當然,它們的幼體和今天的兩棲動物一樣,應該都是在水裡生活、用鰓呼吸的。
魚石螈的頭骨,和今天的兩棲動物已經比較接近了。圖片來源:維基百科
正是從這種有限的陸地活動能力開始,魚石螈們在水陸之間開拓出了一片新的生存領域,為後來的兩棲動物、乃至所有陸生脊椎動物的演化邁出了關鍵一步。哪怕在岸上挫了點,「登陸先鋒」的稱號也算當之無愧。只不過按照一般演化規律,個頭這麼大的魚石螈,不可能是後來爬行動物、哺乳動物以及今天我們人類的直系祖先。
登陸先鋒?沒啥大不了……
實際上,把魚石螈一族捧為登陸先鋒,主要還是出於我們的「脊椎動物本位」心理。早在泥盆紀的前一個紀元——志留紀,類似蠍子、蜘蛛和蜈蚣的節肢動物就已經在陸地上生活了,比魚石螈們早了5000~6000萬年。而動物能在陸地上生存,也離不開植物的支持,裸蕨、石松這些最早登陸的植物也是在志留紀出現的。而真正「深藏功與名」的登陸老前輩,還得說是那些單細胞藻類甚至原始細菌吧……
早先的生物學課本,還把「從水生到陸生」作為生物進化的基本規律之一,今天看來也有失偏頗。一部分水生動物上岸發展,只是演化的一個方向而已,且不說還有魚龍、海龜、鯨類這些返回水中生活的呢。儘管陸地上複雜的環境、多變的氣候,確實比相對穩定的水體環境更能刺激生物演化,但如今脊椎動物中種類最多的仍是魚類,全世界的硬骨魚和軟骨魚約有3.2萬種,超過兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類的總和;全球大氣中的氧氣,也有近90%來自海洋藻類,陸地植物的貢獻只佔一小部分。生命在陸地上奮鬥了幾億年,從某種意義上依然是「非主流」啊!