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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    向著陸地前進

                    2019-09-22 21:51:00

                      3.5億年前,遠古魚類離開海洋,登上陸地,成為長有四肢的脊椎動物,又稱作四足動物。

                      這是動物進化史上的大事件。當它們來到陸地,便演化成兩棲動物、爬行動物、恐龍、鳥和哺乳動物,拉開了陸棲動物大繁榮的序幕。

                      在這之后,每一種四足動物都書寫了自己的演化故事。有的失去了四肢(如蛇),有的將前肢演變成了翅膀(如蝙蝠、鳥和翼龍),還有的又離開陸地重返海洋(如鯨魚、海豹,以及一些海生爬行動物)——或許是受不了陸地上的干旱吧。

                      而在這之前,所有的四足動物都要追溯到近4億年前的肉鰭魚類。

                      誰是第一個真正的陸棲動物

                      與現在大部分魚類的祖先鰭刺類魚不同,肉鰭魚類的鰭演變成肢,又漸漸長出物盡其用的骨骼,在這個逐漸適應陸地環境的過程中,肉鰭魚類演化出不同的物種。

                      化石記錄表明,距今約3.75億年前存在著一些過渡性的魚類,它們既有原始魚類的影子,也出現了能適應半水棲生活的特點。雖然這些物種進化出了更強壯的四肢,并且它們的四肢都有腳趾,但它們仍然不是真正的四足動物。至于誰才是第一個真正的陸棲動物?早期的魚類怎樣一步步成為登上陸地的真正的四足動物?這仍然是一個演化之謎。

                      如何成為一個真正的陸棲動物

                      四足動物需要具備4個關鍵功能才能適應陸上生活。

                      運動

                      上岸之后,肉鰭魚附肢的肌肉和骨骼就權當是腿了。然而,第一批離開海洋的脊椎動物可能并不會走路,甚至還不會爬呢。2012年重建的魚石螈模型表明,它在走路時不能像蜥蜴那樣左右傾斜,可能更像現在的跳跳魚那樣,讓兩個前肢同時抬起,一跳一跳地向前行進。

                      早期四足動物的肩胛骨和骨盆都變得更強大,畢竟陸地上沒有浮力,所有的重量都要靠自己的身體承擔。

                      呼吸

                      鰭刺類魚和肉鰭魚的共同祖先都有原始的內部氣囊,用來呼吸空氣。鰭刺類魚的囊狀物最終進化為膀胱,來控制浮力;而在肉鰭魚類的四足動物后代身上,它們進化成肺。

                      對早期的四足動物來說,比起在水中游泳,在陸地上行走必須大口大口地呼吸——當然,這就需要消耗更多氧氣。一些研究人員認為,在脊椎動物上岸的那段時期,空氣中的氧氣含量是30%~35%,明顯比今天的21%高得多,這使得它們在陸地上的活動更加容易。

                      進食

                      從水里爬到陸地之后,最大的挑戰不是行走,也不是呼吸,而是吃東西。

                      在水里,魚可以改變嘴巴里的壓力,迫使水和食物進入食道??墒顷懙厣系沫h境變了,這個辦法行不通了,而像舌頭和下巴這樣專門適用于吞咽的器官要等到登上陸地的數百萬年之后才會進化出來。2013年的一項研究發現,現代的鱔胡鯰魚用嘴在陸地上捕食,但它們會回到水中吞咽食物。過渡時期的四足動物可能也是如此。

                      感覺系統

                      四足動物即將登上陸地之前,它們的眼睛變大了兩倍。雖然大眼睛在水里并不能幫到什么忙,但在陸地上用處可就大了,因為這會大大擴展它們的視野。大約同期,提塔利克魚等一些過渡物種的眼睛位置從側面移動到了頭骨的頂部。這些線索都表明,過渡時期的四足動物可能像今天的鱷魚一樣,潛伏在岸邊淺灘上伺機捕食。

                      它們是怎樣登上陸地的

                      蘇格蘭南部地區是早期四足動物的研究熱點,在那里,研究人員發現,許多四足動物化石出現在季節性泛濫的平原上。距今約4億年前,也就是四足動物開始登陸的時候,那里還是熱帶氣候,研究人員試圖據此還原早期四足動物登陸的場景:那是一個氣候溫潤的時期,水生的四足動物可能游到了淺水區,或者不小心被暴風雨沖到了岸上,那里茂密的植被可以遮擋陽光,所以四足動物不會被太陽曬干。

                      科學家還在苦苦尋找第一個登上陸地的四足動物,在找到之前,這就是我們所能推測出的全部場景了。

                    本文來自《科學畫報》

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