不懼過(guò)往，不畏將來(lái)！11-27 15:48
研究人員發(fā)現，盡管早期四足動(dòng)物仍具有水生特征，它們也具有一定的陸地行走能力。
肱骨形狀進(jìn)化的三個(gè)主要階段：從水生魚(yú)類(lèi)的塊狀肱骨（左），到過(guò)渡性四足動(dòng)物的L形肱骨（中），再到陸生四足動(dòng)物的扭曲肱骨（右）。上圖：滅絕的動(dòng)物剪影；中圖：3D肱骨化石；下圖：用于量化形狀的標志。
水生到陸生的轉變是脊椎動(dòng)物進(jìn)化中最重要轉變之一。但四足動(dòng)物是何時(shí)從水中過(guò)渡到陸地，又是如何過(guò)渡的？至今還是未解之謎。
在11月25日在《自然》雜志發(fā)表的一篇論文中，哈佛大學(xué)的科學(xué)家們利用高分辨率的化石數據解決了這些問(wèn)題。
他們的結果表明，盡管早期四足動(dòng)物仍具有水生特征，它們也具有一定的陸地移動(dòng)能力。
在這項研究中，科學(xué)家們研究了哈佛比較動(dòng)物學(xué)博物館收藏的40個(gè)來(lái)自世界各地已滅絕動(dòng)物的肱骨化石（上臂骨）三維模型。這些化石覆蓋了從水中到陸地的過(guò)渡時(shí)期，能夠較好地展現從完全水生魚(yú)類(lèi)到完全陸生四足動(dòng)物的整個(gè)過(guò)程。
之所以研究肱骨，不僅是因為它在化石記錄中數量豐富、保存完好，還因為它存在于所有肉鰭魚(yú)類(lèi)中。
從水生魚(yú)類(lèi)到陸生四足動(dòng)物的進(jìn)化路徑和肱骨形狀變化。
通訊作者、哈佛大學(xué)比較動(dòng)物學(xué)博物館古脊椎動(dòng)物館館長(cháng)Stephanie Pierce說(shuō)：“當四足動(dòng)物從功能齊全的魚(yú)類(lèi)轉變?yōu)橥耆懮乃淖銊?dòng)物時(shí)，肱骨會(huì )攜帶很強的功能信號，我們可以利用這一點(diǎn)來(lái)預測四足動(dòng)物是何時(shí)開(kāi)始進(jìn)行陸地移動(dòng)的。結果發(fā)現，幾乎在進(jìn)化出四肢的同時(shí)，陸生能力就產(chǎn)生了?！?/p>
1944年，古生物學(xué)家George Gaylord Simpson提出了“適應性景觀(guān)”的概念。在崎嶇不平的三維表面上，高度的增加代表著(zhù)更好的功能表現和適應能力，隨著(zhù)時(shí)間推移，自然選擇會(huì )驅使種群向高處攀升，接近適應性頂點(diǎn)。
研究人員認為，在水陸過(guò)渡中，隨著(zhù)肱骨形狀的改變，適應性景觀(guān)也會(huì )隨之改變。
“我們可以利用適應性景觀(guān)，看看早期四足動(dòng)物的肱骨形狀是更適應在水中活動(dòng)還是在陸地活動(dòng)，”P(pán)ierce說(shuō)，“最早四足動(dòng)物的肱骨具有獨特的功能特征組合，它們聚集在陸地景觀(guān)的底部，這表明它們的陸地移動(dòng)能力有所提升，但當時(shí)這一能力還非常有限?！?/p>
研究人員認為，陸地移動(dòng)能力可能是由于其他特征的發(fā)展而被限制，比如水中進(jìn)食。一旦四足動(dòng)物擺脫了這種束縛，它們的肱骨就可以自由地進(jìn)化形態(tài)和功能，從而增強四肢的運動(dòng)能力，并最終入侵陸地生態(tài)系統。
Dickson說(shuō)：“我們的研究第一次通過(guò)定量、高分辨率的視角，了解了陸地運動(dòng)能力在水陸過(guò)渡時(shí)期的演化歷程。我們還可以預測何時(shí)、如何發(fā)生這種轉變，以及在這種轉變中哪些功能最為重要?！?/p>
接下來(lái)，研究人員將進(jìn)一步探索四足動(dòng)物骨骼的其他部分以驗證其他假設，比如，有人認為，在后肢出現之前，前肢已經(jīng)具備了陸生能力。
（部分圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )）
◎編譯 | 花花
◎審稿 | 西莫
◎責編 | 陳之涵
◎期刊來(lái)源 | 《自然》
◎期刊編號| 0028-0836
◎原文鏈接：
https://phys.org/news/2020-11-water-to-land-transition-early-tetrapods.html
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