有哪些进化树点偏的动物?

有哪些进化树点偏的动物?

五莲花开,天行有常,不为尧存,不为桀亡。

有很多,只是我们很少注意到而已。

生物进化史上非常重要的事件就是植物和动物的登陆。我们现在已经非常清楚的知道,智人是由肉鳍鱼进化而来的。如果说大地是母亲,那么海洋应该是姥姥。生命发源于海洋,最终扩展到陆地。

肉鳍鱼在泥盆纪的登陆是进化史上最重要的事件,衍生出大量的脊椎动物,像是恐龙、大象、猫和老虎,还有后来再次回到海洋的海豚和鲸鱼。

目前认为的生命发生树长这个样子

tree of life 来源:reddit

肉鳍鱼是蝎子和尼莫中间那个,位于图片中间部分。人类进化路径就是它变成达尔文的路线。

那么除了肉鳍鱼有没有其他的鱼类试图在陆地这块巨大的生态位上一展身手呢?答案是肯定的。

肉鳍鱼能够离开水的原因首先是解决了陆上呼吸问题——采用鱼鳔进化出肺部结构进行空气中的气体交换,以此获取生命活动中需要的氧气。

那么有没有其它鱼类试图解决陆上呼吸的问题呢?

看过我之前回答的朋友们肯定已经知道了。

不仅有,而且有很多。同时它们采取的方法多种多样,我总结如下

首先我们要知道普通鱼类是怎样呼吸[1]

普通鱼类呼吸示意图 来源:附注 1

我在之前的很多回答里都详细解释过鱼类呼吸原理,就不再赘述了。简单来说就是一句话,主要是靠鱼鳃摄取水中的氧气,用心脏泵到全身来循环。

然后鱼类为了抢占陆地这块超级肥美的生态位开始在进化之路上表演起来

第一种方法

原有呼吸器官升级——鱼鳃变异、进化出鳃上器官,水陆两用。鳃上器官是由鳃弓的咽鳃骨、上鳃骨及周围的阻止特化而来,既可以在水中使用也可以在空气中使用。

黑鱼(乌鳢)、攀鲈、鲶鱼甚至斗鱼都有一种叫做鳃上器官的构造。

黑鱼鳃上器官(木耳状)

就用黑鱼做代表吧,其他鱼类同理,鉴于篇幅就不贴其他的图了,鳃上器官已经无数次被证明是有用的,我们已经非常清楚地知道黑鱼、鲶鱼等能够离水生活很久,但是最终会死掉,为什么呢?因为运动能力不强,离开水虽然能在空气中呼吸,但是想再回到水里就很难了,这就导致了这些鱼类无法觅食也无法喝水,最终死亡。不过运气好下点雨的话它们还是能在水生环境下找到适合生存的地方,大概也只有这种方法能挽救他们。

第二种方法

使用其他器官呼吸,这个就精彩纷呈了

使用皮肤呼吸,这一类代表鱼类就是我们常见的黄鳝、鳗鲡、弹涂鱼、鲤鱼和鲫鱼等。

弹涂鱼 来源:wikimedia

现在大量的科普知识已经让我们明白弹涂鱼是可以在潮间带生活一段时间的,而弹涂鱼能做到这一点的原因就是它的皮肤能够帮助呼吸。

黄鳝能被从干涸的池塘中挖出来也是因为这个原因。它的皮肤能辅助呼吸。

鱼类通过皮肤辅助呼吸示意图 来源:附注 1

使用口咽腔黏膜辅助呼吸,代表鱼类为黄鳝、双肺鱼和电鳗。这些鱼类的口咽腔黏膜上有很多乳突,布满了丰富的毛细血管,因此可以在空气中呼吸。

警告,此图十分恐怖,先做好心理建设再播放,来源见水印

电鳗的口咽腔黏膜

使用肠管或者胃呼吸,代表鱼类为鳅科和甲鲶科

鳅科鱼类在高温季节停止进食,将肠管排空。它们会从水面将空气吞下压入肠中,在肠内进行气体交换后,废气从肛门排出。有些渔民会根据排出气泡的大小判断泥鳅的分布密度和体型。如果下次有人问你鱼会不会放屁,你可以把这个告诉他。

2010 的一份研究报告[2]给我们展示了钩鲇的胃肠呼吸能力

钩鲇的肠胃呼吸示意图 来源:附注 1
钩鲇胃部 X 光照 来源: Air-Breathing Fishes: Evolution, Diversity, and Adaptationedited by Jeffrey B. Graham

使用鱼鳔呼吸,代表鱼类为肺鱼、多鳍鱼、雀鳝和弓鳍鱼,这几种进化比较彻底,鱼鳔已经成为气呼吸器,在空气中呼吸比较容易做到。也有一些进化不彻底的,比如巨骨舌鱼、荫鱼以及部分脂鲤。

澳洲肺鱼、弓鳍鱼呼吸示意图(外形为弓鳍鱼) 来源:附注 1
南美肺鱼呼吸示意图 来源:附注 1

第三种方法

进化出气体储藏室

代表鱼类为鲇形目的囊鳃鲶

图片中的 air sac 就是它的气囊,在鳃腔后壁,开口处有瓣膜,贯穿身体直到尾部,有丰富的毛细血管。充满空气的时候可以在陆地上生活一段时间。

是不是有很多常见的鱼类?他们都是进化树点歪了,不能高效地适应环境,这里面最强的就是肺鱼了。离水生活可以长达 3 年,然而这已经是它的极限了。

先更这么多吧,有时间再更新一下鱼类登陆的另外一个重要特性,四足,这使得他们可以四处活动,寻找更合适的生存环境。


没想到这个回答还是有很多人看的,那我决定尽快补充得完整点。

上文中提及了部分鱼类解决陆地呼吸的方式,有几种方案是比较成功,在现实生活中我们也知道攀鲈、乌鳢、弹涂鱼以及黄鳝等是可以在干旱缺水环境中生活一段时间的。

我们知道肉鳍鱼进化成四足动物是因为具备辐鳍鱼没有的四个小胳膊式的构型。我们现在认为的四足脊椎动物进化路径是这个样子的。

四足动物进化历程 来源:berkeley

好的,那么我们来解释一下攀鲈和乌鳢的行进方式,可能我之前发的攀鲈陆地行走的视频已经被很多人看过了,我还提及攀鲈能走长达一公里。那我们先来看一下上文提及的攀鲈吧,它既可以陆地行走也可以陆地呼吸。

攀鲈是通过鳃盖边缘的尖刺和臀鳍配合身体扭曲前进

行走中的攀鲈
攀鲈鱼 注意看鳃盖后缘的尖刺,这与鲈鱼后缘尖端有明显差异

在我之前的回答里有个不算清晰的视频,攀鲈鱼通过鳃盖后缘的尖刺配合臀鳍在陆地上自我支撑,通过扭曲身体的方式前进。这种方式很完美,可以配合它的鳃上器官一边呼吸一边在陆地上行走。但是非常可惜的是,它最多也只能走一公里,最长离水生活六天。不过这已经非常让人头痛了,澳洲和美国人一直在担心攀鲈入侵,因为乌鳢的泛滥已经使得澳洲和美国头痛不已了。

乌鳢(重要的酸菜鱼原料)是通过强壮的肌肉和特殊的身体构造在陆地上游动,只能在很短的范围内移动。通过身体扭曲加上其能够在空气中呼吸的鳃上器官,可以进行短距移动。之所以一直被认为可以走路,完全是美国媒体(主要是华邮)的夸大。

塘鲺(胡子鲶)也是同样的原理,由于入侵美国生态系统也被称作 walking fish

这两种都不是真正的行走,靠鱼鳍支撑身体然后蛇形走位前进,主要方向还是回到水环境里去。

乌鳢

那么有没有另外的鱼类往肉鳍鱼的方向进化呢?还真有一个。

2016 年发表在 scientific reports 上的一篇研究报告[3]帮我们展示一个在进化中神奇的鱼类。

新泽西理工学院的研究人员在泰国的一个山洞里面研究了一种盲眼的鱼类 Cryptotora thamicola(大多数情况下被翻译为洞穴天使鱼,但是我很想翻译成洞穴攀瀑鱼),这种鱼类竟然可以行走,而且可以在激流中逆向攀爬。由于这些鱼类是泰国的保护动物,他们只好去博物馆用高分辨率 CT 研究了一些标本。

Cryptotora thamicola 来源:附注 3
Cryptotora thamicola 行走的动图 来源:附注 3 S3
Cryptotora thamicola 骨架 CT 结构拼接图 来源:附注 3

Cryptotora thamicola 以四足动物的步态行走,复原的 CT 图像显示,它的腹鳍(也就是后面那对)形成类似骨盆的结构,与脊椎第七节的肋骨相连,这已经非常像人类的样子了(可以参考人类骨骼结构拍自己的屁股感受一下)。我们也可以从照片中看出来腹鳍位置有突起,类似人类臀部的感觉。

这是迄今为止发现的最像早期四足动物步态的鱼类,非常可惜的是,它们穴居在洞穴中,全盲,种群数量稀少。

而且从图片和视频里可以看出它们的鱼鳍是辐鳍,没有中间骨骼和肌肉。虽然这些鱼鳍具有强大的吸附力,但是距离肉鳍的差别还是很远的。这就不太能够进化出四肢结构。

左侧辐鳍 右侧肉鳍

先更新这么多吧,就不写未完待续了,生物进化是非常奇妙的,这也是我们要保护珍惜动物的原因,我们要为自然界的基因宝库留下火种,智人最终会像恐龙一样灭绝,而那些经历了多次灭绝事件的生物依旧会掌控地球——像是蓝细菌,它们应该会见到另外的地球霸主。

最后,飞鱼看了我的回答,点了反对、没有帮助以及匿名收藏。经过本人跟飞鱼的沟通,飞鱼表示这群愚蠢的鱼类目标定的太低了,梦想只是去陆地看看而已,天空那么大,它想去那里看看。

飞鱼 体长 45cm 目前飞行距离最长的鱼类—400 米