• “行走”鱼帮助科学家了解我们如何离开大海

    2018-11-22 20:20:13

    行走鱼帮助科学家了解我们如何离开大海 Peter Falkingham,利物浦约翰摩尔斯大学 我们的祖先从水中过渡到陆地上是进化中的关键时刻。不再受水的支撑,早期的四足动物(四肢动物)

      “行走”鱼帮助科学家了解我们如何离开大海

      

      Peter Falkingham,利物浦约翰摩尔斯大学

      

      我们的祖先“从水中过渡到陆地上是进化中的关键时刻。不再受水的支撑,早期的四足动物(四肢动物)必须克服重力才能移动它们的身体。这些早期开拓者的确如何先行进化的基本能力使科学家们多年来着迷。

      

      Tiktaalik:弥合陆地和海洋之间的差距。 Imgae:Nobu Tamura / Wikimedia Commons

      

      化石的发现可以告诉我们脊椎动物如何以及何时进化到陆地上所需的物理特征。但是在Cell杂志上发表的一项新研究表明,走路所需的神经回路很可能在实际腿部进化之前就存在了。因为陆地动物和鱼类今天拥有相同的电路,它们最后的共同祖先 - 一种存在于4.2亿年前的古老鱼类 - 可能也有这种电路并用它在水下移动。

      

      我们已经对鱼何时演变成陆基四足动物有了一个相当好的想法,因为化石记录记录了它们身体的变化顺序。其中最具标志性的标本之一是Tiktaalik,这是一种可追溯到大约3.75亿年前的“过渡性”化石。

      

      Tiktaalik很特别,因为虽然它保留了许多类似鱼的特征,但它也拥有腕骨,这表明它可以支撑在它的前肢上。来自比Tiktaalik更古老的岩石的化石缺乏这些腕骨,通常更像鱼。来自较年轻岩石的化石包括更多类似四足动物的物种,具有鲜明的数字和四肢。

      

      小冰鞋(Leucoraja erinacea)通过左后方图案移动后鳍沿海底推进。图片:Page Valentine / USGS

      

      但是,美国纽约大学的这项新研究表明,鱼类需要的不仅仅是腿部学习如何走路,事实上,早期所涉及的神经回路也在不断发展。研究人员通过研究小冰鞋来研究这个结论,这些小鱼是通过左右图案移动后翅而沿着海底移动的,就像我们在行走时移动我们的腿一样。

      

      研究人员发现,小冰鞋用于交替鳍运动的神经回路与那些用于肢体运动的小鼠和其他四足动物相同。更重要的是,这个电路是由类似的基因产生的。

      

      在事前思考

      

      因为同一电路不太可能进化两次,这意味着四足动物和冰鞋中发现的相同基因和神经通路存在于它们最后的共同祖先中,大约在4.2亿年前。这是四足动物最早的化石证据之前很久,这意味着走路中涉及的电路首先在腿或脚首次出现之前进化了数百万年。

      

              

      

              

      

          

      

      冰鞋不是今天仍然存在的唯一的步行鱼。实际上,它的鱼不太适应水中的生活,以最像走路的方式移动,其中一个肢体放在另一个的前面。盲目洞穴鱼落入这一群体,使用它们的鳍在河床上行走并爬上瀑布。在陆地上有点随意移动的肺鱼似乎也在交替模式中使用它们的鳍在水中时沿着沉积物表面推进自己。

      

      科学家们也在观察现代鱼类如何在陆地上移动,而没有水提供的浮力辅助。这类研究的明显选择是能够在陆地上移动的鱼类,并且在自然界中经常这样做。例如,Mudskippers通过使用他们的前肢如拐杖来推动自己前进。另一方面,肺鱼倾向于固定头部并将身体的其余部分向前翻转,这有时会留下看起来像脚印的痕迹。

      

      这项新的研究提醒我们,无论我们的化石记录有多好,它只能向我们展示有机体的形状或解剖结构。决定动物行为的遗传,神经和行为特征最终是解剖学的驱动因素。活体动物之间的联系通常可以告诉我们关于我们的祖先作为化石的骨骼和脚印。

      

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      Peter Falkingham,利物浦约翰摩尔斯大学脊椎动物生物学讲师

      

      本文最初发表于The Conversation。阅读原始文章。