【doc】关于鲸鱼进化的故事

关于鲸鱼进化的故事

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关于鲸鱼进化

经历了近半个世纪的研究，古生物 学家发现，鲸类与偶蹄类源自同一祖先。 最先提出这一观点的是美国古生物学家 范威伦。1960年，当时还是研究生的范威 伦，在美国纽约自然史博物馆研究原蹄 类化石期间，意外地发现几个已知鲸类 化石的牙齿有三丘齿，与原蹄目的肉食 动物"中爪兽"极为相似。此外，他发现偶 蹄类与原蹄类的另一类"北犬兽"有共同 的牙齿特征，北犬兽也是中爪兽的近亲。 范威伦研究的结论是:鲸是从肉食，似狼 的中爪兽演化来的，因此与偶蹄类一样， 都源自原蹄类。原蹄类是原始的有蹄哺 乳类，不过还没演化成偶蹄类或其他的 哺乳类目。

会游泳又会走路的鲸鱼

在范威伦提出"鲸类源自中爪兽"假 说1o年后，古生物学者才找到接近鲸类 演化分化点的化石。但一开始，学者并不 十分清楚这些发现的意义。事情得从密 西根大学古生物学家金格雷希到巴基斯 坦去寻找始新世陆栖哺乳类说起。那是 1977年，他去的地方有人报告过，说是有 他想找的化石。他们到了当地之后非常

失望，只找到了海洋动物化石。在巴基斯 坦发现古代海洋生物的遗迹，且遗址距 离现在的海岸非常远，并不令人惊讶。因 为在始新世，浩瀚的特提斯海每隔一段 时间就会将今日印度次大陆的大部分地 方都淹没。不过有趣的是，金格雷希的小 组找到的化石，除了古代鱼类，蜗牛，还 有两块骨盆化石，似乎属于体形大，有腿 的动物。金格雷希笑着回忆道:"我们开 玩笑地说那是'会走路的鲸鱼'，那时是 不可能当真的。"这些骨盆碎片尽管令人 好奇，但在那些采集的化石中，当时看来 似乎只有一个很重要，那是一个原始偶 蹄类的颚骨，是在巴基斯坦另一个遗址 发现的。

两年后，在巴基斯坦北部的喜马拉 雅山丘陵地带，金格雷希的小组找到另 64l蹦

一

个古怪的鲸类线索:一个不5

颅，似乎是个体形像狼的动物， 一

些鲸类独有的特征;与它同日

都是5000万年前的陆栖哺乳娄 有现代鲸的耳朵，都有其他脊

没有的特征。虽然那个化石头

水中听方位(现生鲸不可或缺的 需的构造，却有鲸类特有的耳朵 点都不含糊。金格雷希小组发

古老，最原始的鲸，当年它必然

消磨一些时间:或者大部分时

陆地上也说不定。金格雷希为1 "巴基鲸"，以此纪念出土化石的

他也迷上了鲸类起源问题，开

寻古代鲸类化石。

在同时，另一个小组找到一

基鲸化石(一块下颚化石碎片

别的牙齿)，支持鲸类与中爪兽i 极为相似而有演化关联的说法。 年前(始新世末期)，是完全生活在水中的 "怪物"。过去发现的化石中，只找到一根 股骨残片，发现者认为那是已退化的痕迹 器官。但是金格雷希发现的化石有腿有

，表示仍有功能。这条小巧 脚，形态完整

的后肢长不到0。5m，也许不能协助龙王 鲸游泳，更不能让它们在陆上行走，但是 能在它们困难的水中交配过程中引导蛇 一

般的身体。无论功能是什么，那后肢虽 小，意义却很大。"我立刻想到，这地层是 在巴基鲸出现之后的l000万年形成 的"，金格雷希兴奋地回忆道，"要是这些 动物仍然还有脚有趾，我们就有1000万 年的历史可看了。"他们在巴基斯坦所说 的玩笑话，"会走路的鲸鱼"，突然间似乎 完全是可能的了。

这种奇妙的动物居然在1992年"现 身"了。美国东北俄亥俄大学医学院解剖

系副教授泰维森领导的小组，在巴基斯坦 北部4800万年前的海洋岩石中，找到了 一

具几平完整的骨架，正巧介于现代鲸与 它们的陆栖祖先之间。它的脚很大，尾巴 强而有力，显示它的游泳本领高强，可是 它的腿骨结实，肘腕关节可以活动，也透 露了它能在陆地上行走的本领。泰维森 将它命名为陆行鲸，意指既能步行又会游 泳的鲸。

怎样从陆栖变为海栖动物

此后，泰维森，金格雷希与其他学者 发掘出许多化石，于是鲸类从陆地进入海 洋的后续演化阶段，都有*据考察了。学 者研究标本，得到的结论是:陆行鲸与它 的亲属都是从比较陆栖的巴基鲸演化来 的，后裔中有鼻子尖细的雷明顿鲸以及勇 猛的原鲸。原鲸是第一种海栖的鲸，因此 能从印度，巴基斯坦扩散到全世界。由原 鲸再发展出体形像海豚的矛齿鲸，而长得 像海蛇的龙王鲸与现代鲸可能都是从矛 齿鲸演化出来的。这些发现除了用来构 建鲸类族谱的分支，还使研究者了解鲸类 在演化过程中经历过的许多解剖，生理的 巨大变化。要不是那些变化，鲸类不可能 以大洋为家的。根据巴基鲸化石，这些适 应中最早出现的，有些与听觉有关。声音 在水中和空气中的传播方式不同。人类 与其他陆栖动物有薄而扁的耳鼓(又叫鼓

膜)，接收以空气为介质的声波;现代鲸则 有厚而长的鼓韧带，无法接收声波，它们 利用的是一个叫做"鼓泡"的骨头。现代 鲸类的鼓泡非常致密，因此可以传递由稠 密介质传送的声音到内耳去。巴基鲸的 鼓泡已经朝现代型的方向演化了，但是它 们仍然保存了类似陆栖哺乳类的耳鼓，在 水面下毫无作用。

那么，巴基鲸变得厚实的鼓泡有什么 用途呢?泰维森推测，就像乌龟听到的是 以龟壳传送的地面震动，巴基鲸也许是用 鼓泡捕捉地面传递的声音。他将新发现 的体骨与耳朵构造一并考虑之后，将巴基 鲸想象成一种以埋伏为主要策略的猎食 者。它们也许潜伏在河岸浅水处，头朝岸 上，攻击前来饮水的动物。泰维森说，陆 行鲸更可能利用这种听觉方式，因为它们 开始有了连结颚与耳的管道。陆行鲸将 颚置于地面，就能听到猎物接近，现代鳄 鱼就这样做。泰维森推测，早期鲸类用来 接收地面传递的声音的构造，使它们"提 前适应"了水中听声的需求。

美国匹兹堡卡内基自然史博物馆的 古生物学家罗哲西已经*，到了龙王鲸 与矛齿鲸(完全生活在水中的鲸)出现的 时候，像绳子般的鼓韧带也许已经演化出 来了。此外，它们的中耳附近出现了气窦， 也许其中充满了海绵组织，使它们的水中 听觉无论是分辨率还是方向感都提升了。

罗哲西还说，外耳道封闭后(深海潜泳的 必要条件)，下颚在听觉中扮演的角*更 重，于是演化出一条充满脂肪的管道，可 将声音传送到中耳。

鲸类听觉的演化到了后期，齿鲸与须 鲸就分道扬镰了。齿鲸演化出接收与制 造高频声音的装备，因此可以利用回声定 位搜寻猎物，而须鲸则接收与制造极低频 的声音，彼此可以远距离通讯。罗哲西说， 鲸类耳骨化石显示，约2800万年前(渐 新世晚期)，早期齿鲸已经拥有接收高频 声音的些骨质构造，因此它们至少有起 码的回声定位本领。虽然就化石记录来 看，须鲸在3400万年前(渐新世初期)就 出现了，可是它们的低频听觉起源仍然混 沌不明。

其他值得注意的头骨变化还包括眼 窝的位置。早期的巴基鲸与陆行鲸像鳄 鱼，眼窝位于头顶;水栖的原鲸与后来的 鲸，则位于两侧。巴基鲸的鼻腔开口从口 鼻尖端移到头顶，成为现代鲸的喷气孔。 鲸的牙齿也变形了，原始哺乳类祖先的臼 齿齿尖复杂，适于磨碎食物，转变成现代 齿鲸的单纯叉状齿。它们用牙齿咬紧食 物，送入食道，根本不用咀嚼。须鲸的牙 齿全都失去了，演化出梳子状的鲸须板， 从上颚垂下，捕捉海水中的浮游生物。 在鲸类演化中促成的各种变化中，最 地球事ll]然

明显的就是使它们的体形呈流线型以及 成为游泳高手的那些需求上的变化。这个 过程中，有些古怪的两栖型出现，并不令 人惊讶。陆行鲸就是一个例子，它仍然保 存了陆栖祖先灵活的肩，肘，腕，指关节， 以及在陆上用来支撑体重的骨盆。但是它 的后肢大得不成比例，脚掌又像桨一般， 在陆上行走必然不太灵活。不过，以这些 构造在鱼儿充斥的特提斯海浅水处晃荡， 倒方便得很。

若想到外海活动，身体就需要更多的 改造了，我们在原鲸身上就可以观察到许 多这类变化。密西根大学的古生物学家桑 德斯研究过罗德侯鲸。他指出，罗德侯鲸 的后肢骨缩小了，已经朝向符合水动力效 率需求的方向发展。它们的脚长而薄，趾 问有蹼，像潜水员穿的脏0蹼。罗德侯鲸的 骨盆也有适应水中生活的特征，过去由几 块脊椎骨融合成的荐骨，现在松开了，于 是尾巴能够强有力地摆动。罗德侯鲸的化 石是金格雷希小组发现的，这些特征显 示，罗德侯鲸在海面上可以用*爬式游， 在水面下则以后肢划水(像水獭)，尾巴推 进的迅速变换使身体前进。他推测，它们 上岸繁殖或晒太阳时，也许会蜷着身子， 将头埋在后肢间，有点像现代的海狮。 龙王鲸与矛齿鲸出现后，鲸类已经是 十足的水栖动物了。它们与现代鲸一样， 肩关节仍然灵活，肘，腕关节都僵化了，形

成鳍状肢，能控制方向，平衡身体。骨架后 方则只剩下微小的后肢，骨盆也随之缩 小。美国"克兰布鲁克科学馆"的优恩，分 析了矛齿鲸的脊椎骨，发现个圆形的尾 椎。现代鲸在分叉尾巴的基部，有个同样 形状的脊椎骨，叫做"球椎"。优恩怀疑，龙 王鲸与矛齿鲸有现代型分叉鲸尾，能像现 代鲸一样，利用所谓的"尾端摆动"方式游 泳，这是能源效率高的移动模式:脊柱一 个单点产生的运动会推动尾巴在水中垂 直移动，而且分叉的鲸尾能产生浮力。 鲸类究竟什么时候完全丧失后肢，科 学家仍然不清楚。事实上，美国洛杉矶自 然史博物馆的巴恩斯最近有个令人惊讶 的发现，他在华盛顿州找到一个2700万 年前的须鲸化石，似乎仍然保存着发育完 全的后肢，而过去学者以为鲸类早在这之 前就失去后肢了。不过，鲸类的四足祖先 首次进入特提斯海的温暖水域，距今已有 5000万年。时至今日，鲸类构造已极为 简洁。它们的后肢缩成外表看不见的痕迹 器官，骨盆也缩小了，只能供几条与行动 无关的小肌肉附着而已。

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