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泥盆纪末海平面变化可能是脊椎动物登上陆地的一个重要原因(1 / 2)

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脊椎动物从水生到陆生是脊椎动物演化史上的一次飞跃,也是脊椎动物演化中最重要的科学问题之一。

伴随着无脊椎动物的登陆,海洋鱼类分化出来的肉鳍鱼类中一支也成功登上陆地,最重要的登陆发生在距今约36亿年前的泥盆纪晚期,一些勇敢的肉鳍鱼(硬骨鱼的一个分支爬上了陆地,即“鱼石螈类四足动物”。

鱼石螈的一小步,却是包括我们人类在内的脊椎动物演化的一大步。鱼石螈等早期四足动物保留了鱼形尾,但已拥有具多趾的四肢。它们在陆地上行走时显得很笨拙,可能更多的时间是在水中游泳或水底爬行。

脊椎动物登陆离不开地球环境巨变带来的推动。

泥盆纪早期大气氧含量的明显上升,也是鱼类登陆的关键因素。

脊椎动物从水生到陆生是生命史的一次飞跃,但不是一蹴而就的,而是经历了一个艰难而壮丽的过程,需要克服包括呼吸系统、运动系统和支撑系统等一系列的困难,突破陆地生活带来的一系列重要影响,实现开辟新的天地。

科学家研究表明,鱼类能够离开水,可能与4次重要演化事件有关,如鱼类具颌带来新陈代谢的革命、硬骨鱼类骨骼的支撑作用、偶鳍内骨骼的爬行功能和内鼻孔的呼吸效果。

在42亿年至36亿年前志留纪到泥盆纪期间,有颌鱼类的出现改变了靠寄生或以滤食为生的取食方式,表明鱼类从此拥有了主动捕食的能力,在整个演化链上拥有了更大选择权,可以适应更多生活方式,这为以后生存演化带来更大好处。

随着时间的流逝,有颌鱼类中的重要一支演化成了硬骨鱼类。硬骨鱼类全身的骨骼变得更加坚固,为上岸生存提供了更多可能。硬骨鱼类中有一分支叫肉鳍鱼类,其偶鳍(成对的肉鳍中有内骨骼,起着支撑自己的身体的功能,成对的鳍已经具备特化的内骨骼与肌肉,可以在水底进行简单的“行走”。指(趾骨是四足动物出现的一个标志,泥盆纪四足动物演化出6-8个指(趾头,图拉螈6个,鱼石螈7个,而棘螈则有多达8个指(趾头。泥盆纪之后,四足动物才固定到了5个指(趾头。为了有效地支撑身体,肩带和腰带在登陆进程中也有了很大幅度的改变。

肉鳍鱼有很多不同类型,但最后只有一支成功爬上陆地,形成了现在的四足动物。这一支肉鳍鱼和其他的肉鳍鱼有什么不同呢?科学家发现,内鼻孔结构的出现是四足动物形成的先决条件。因为上岸就要呼吸,而鱼是用鳃呼吸的,它们原来的鼻孔是两个外鼻孔,不是呼吸器官。因此,为了解决在水中呼吸转变为在空气中呼吸,还得依赖内鼻孔的出现。鱼类在头的两侧各有两个鼻孔,前面的是进水孔,后面的是出水孔,里面与嗅囊相通,但与口腔或咽腔没有任何联系。换句话说,鱼类的“鼻子”只有嗅觉功能,而没有呼吸功能。四足动物只有一对外鼻孔,不过在鼻腔内部,还有一对开孔,成为鼻腔与咽腔之间的通道,这就是内鼻孔。

内鼻孔的出现,使外面的空气能顺利地进入肺,保证了动物对氧气的需求。当口闭合或取食时,鼻子就成为四足动物呼吸的唯一通道。

科学家研究发现,这支肉鳍鱼类除了有内鼻孔外,一些与陆地生存相适应的其他结构也逐渐演化出来。比如内耳附近颅顶区域有一个很大的喷水孔,这个喷水孔开始是没有用的,但它恰恰就是四足动物听觉器官中耳的前身。

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