鲸鱼和河马是近亲?

来源:科普中国发布时间:2019-03-12

你当真的?

  什么?鲸鱼和猪牛羊是表亲?这完全违背我们的第一印象啊。笔者分子生物学专业出身,当年在研究某类免疫基因时,亲自从蓝鲸,虎鲸的基因组中鉴定出只属于猪牛羊家族中的免疫基因。而且基因的排列顺序都一致。这瞬间激发起了笔者对于生物奥秘的探索精神,在这里也跟读者分享笔者查到的关于鲸鱼的演化过程。
偶蹄目-当今最为繁盛的哺乳动物
  从分类上来说,猪牛羊包括骆驼,河马,鹿都属于偶蹄目。顾名思义就是他们都有偶数个脚趾,具体来说就是2 个(骆驼)或者4(猪)个脚趾,所以我们要记住我们常吃的猪蹄有4 个脚趾,前面两个大的,后面两个小的。不过也有报道说有种类型的猪的后腿退化成了3 个脚趾,笔者还未考证。
  有偶蹄目,自然会有奇蹄目。奇蹄目种类比较少,只要记住两种就行,一个是马,一个是犀牛。研究表明奇蹄目以前也繁盛过一段时间,后来随着气候变化,陆地上出现了大片的草原,这时候偶蹄目强力的草料消化的胃显示出了优势,逐渐强占奇蹄目的地盘。在记忆偶蹄目和奇蹄目的时候,我们可以把奇蹄目和奇货联系起来。想想汗血宝马和犀牛是多么稀缺的东西。
鲸鱼的祖先是一种陆生哺乳动物
  鲸鱼谓之鱼,但和普通的鱼类,比如鲨鱼,是一点关系都没有。这种论证就牵涉到进化生物学中的3类证据:生理解剖学证据,古生物学(化石)证据以及分子生物学证据。
  从生理解剖学上,鲸鱼符合哺乳动物的一切特征(笔者在中学时期常背的):恒温,哺乳,胎生,用肺呼吸,表面有毛。表面有毛可以用下面这张图片为证。

鲸鱼1


  我们知道观察现今的哺乳动物除了比如海獭,海豹,海象,海牛,儒艮(美人鱼原型)生活在海中外,绝大多数生活在陆地上,根据共同祖先假说和最小进化原则,我们推测鲸鱼的祖先很可能也是生活在陆地上。然而有没有可能哺乳动物的祖先一部分生活在海中,一部分生活在陆地上。海中的哺乳动物演化成了现今的鲸鱼以及其他的哺乳动物,而陆地上的哺乳动物分化成了现今的哺乳动物。换句话说,鲸鱼根本就没上岸过。这也就祭出古生物学的证据和分子生物学的证据。
  了解古生物学的证据,我们只需要了解两个人以及团队的研究成果。一个是美国密歇根大学的Philip D.Gingerich(菲利普.金格里奇)教授和他的学生美国东北俄亥俄大学医学院的 (汉斯·史文森)教授。

鲸鱼2

金格里奇教授

鲸鱼3

史文森教授

  金格里奇教授首先发现了现今最古老的鲸鱼的祖先巴基鲸,巴基鲸在70年代后期发现,发现地在巴基斯坦境内。这里在5千万年前是一片海洋——特提斯海(Tethys sea)。判断巴基鲸是现今鲸鱼的祖先的关键证据是其独特的中耳结构,这种结构只存在于现今的水生鲸鱼中。遗憾的是,巴基鲸只保留了一些头部化石,完整的身体骨骼化石已经淹没在历史长河中。
  80 年代,金格里奇教授的工作重心转移到了埃及。在这里,他发现了原始鲸鱼完整的脚部化石,经过分析,科学家判定这些鲸鱼很可能具有陆地行走能力。
  90 年代,金格里奇教授的工作重心又重新回到了巴基斯坦,这里他发现了早期鲸鱼的踝关节结构,通过这个结构证明了早期鲸鱼和现今的河马的祖先亲缘关系更近。至此,史文森构建出一个比较完整的鲸鱼骨骼演化图,从早期始新世一直到晚期始新世,鲸鱼祖先的四肢逐渐退化,同时尾部增长,并能够强有力的摆动。现如今,史文森的工作还在继续,期待会有其它更重要的发现。

鲸鱼4


  说完金格里奇教授的工作,我们来讲讲他的学生史文森教授的工作。史文森教授1989年毕业于美国密歇根大学,导师就是金格里奇教授。他的主要贡献是发现了一具比较完整的原始鲸类骨骼化石
Indohyus,并命名为走鲸。关键的是,这个化石有比较完整的腿部化石,而之前金格里奇发现的化石都比较零碎。走鲸的发现相当于填补了这个空白。下面是走鲸的艺术照:有点像今天的鹿。

鲸鱼5


  史文森的另一个重要贡献是创新性地发现走鲸的腿的密度相当的高,如此高密度的骨骼使得走鲸像现今的河马一样能够在水中自由行走,这也从另一方面证实了鲸鱼祖先的半水栖生活。
  所以从古生物学证据上来看,水生的鲸鱼出现的时间比陆生的鲸鱼更晚,所以我们断定鲸鱼的祖先很可能是在岸上的。
  从分子生物学的证据来看,中科院院士张亚平在2000年的时候根据各种哺乳动物的分子学数据描绘出一个哺乳动物的进化树,树上清晰地表明了现今鲸鱼和偶蹄目亲缘关系更近,而在偶蹄目中,鲸鱼和河马的亲缘关系更近。河马是半水栖动物。我们也有理由相信鲸鱼的祖先很可能也是半水栖的。
  至此鲸鱼下海的故事就这样被我们描述出来。但是笔者还是想说一句,这故事很美丽,但是探索的过程还是挺不易的,这可能也是科学的一个特征吧。

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