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信息來源于Knowable Magazine、Understanding Evolution、the Beaty Biodiversity Museum、drawnbydawn。
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2016年2月,在江蘇省南通市如東縣洋口港擱淺了一只成年雄性抹香鯨,它被取名為“沙沙”。
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經過了8個月的處理后,它被制作成了兩套大型標本,分別是表皮、骨骼。
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然后就被陳列于如江蘇如東洋口港香鯨館。
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2017年2月15日,新華社的記者李響去該館采訪的時候拍攝了一張著名的照片,他把自己的手放在這只抹香鯨的前鰭上對比,可以看到這只鯨魚的骨骼結構非常類似我們人類。
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這張照片被作為了陸地四足動物祖先的五指型附肢遺跡的證據,被廣泛的運用,其中包含各種專業機構和組織,當然也有像我這樣的臭營銷號。
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不只是抹香鯨,鯨魚的前鰭的外形看著就完全是魚鰭的樣式,只是比較肉質。至于為什么會出現這樣的外形,顯然是“趨同演化”了,比較鯨魚是在水中活動的,自然就不約而同地演化出方便游動的流線型外觀。
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不過雖然外觀是如此,但當你翻開其皮膚和肌肉,你就會發現鯨魚前鰭的骨骼結構跟咱們人類非常相似!是能對應上。一根肱骨對應對應我們的上臂骨,然后是橈骨和尺骨對應前臂兩根骨頭,末端就是一串腕骨、掌骨和分節的指骨。
這樣高度相似的骨骼設計并不是巧合,而是同源結構的證據,畢竟鯨魚和人類往上追溯非常非常遠之后,大家其實是相同的祖先。那個遙遠的四足祖先的肢體骨架,經過億萬年演化,在鯨類身上被改造成了鰭狀,卻依然保留了基本的骨骼藍圖。
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只是鯨魚為了游泳,它們把手指給拉長了、骨骼的關節變得扁平緊湊,外面再包裹上厚厚的結締組織形成鰭葉。
等于是功能不同,但底層設計邏輯是一樣的,所以就按照自己的需求去改造了。
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不過鯨魚鰭狀肢里的“手指”數量不是固定的,像是抹香鯨、虎鯨等齒鯨,以及露脊鯨,它們是有5個趾的。這類鯨的鰭狀肢通常短而寬,有助于在水中靈活地轉向和機動。而座頭鯨、藍鯨等須鯨是4個趾,這種結構使得它們的鰭狀肢變得長而窄,更符合流體力學,有助于快速游動。
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當然還存在這變異的情況,極少數鯨類擁有比五指還多的“手指”,這被稱為“多趾畸形”,這種就不是常規情況。
對了圖片里我圈起來的這個紅色的骨頭不是第6個趾,這是抹香鯨肱骨近端的肱骨大結節,也叫肱骨頭外側結節 。
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大約在4億年前,因為水里的競爭實在太激烈,而且剛好陸地上已經有點適合生命活動了,植物和昆蟲早就分幫結派了。于是現今所有四足動物的祖先邁出了踏上陸地的第一步,企圖來分一杯羹。
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然而過了3.5億年,一部分早期陸生動物又覺得陸地上的競爭同樣激烈,有點卷不過了!于是它們居然反其道而行之,重新進入了水中。
花了那么多年才適應陸地生活,現在回水里就得重新演化了,這可非常不容易,但是鯨魚的祖先居然只花了短短約一千萬年!聽起來很久,但這點時間從進化的角度看,不過是一瞬間。鯨魚失去了幾乎所有毛發、舍棄了后肢、長出了強有力的尾鰭。
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內部也進行了大改造,血液、唾液、肺等器官都完全不同了。許多此類改變在化石中并不明顯,而且鯨類也不容易在實驗室中進行研究。最終,還是基因學讓它們重見天日。
在20世紀90年代末,基因數據證實鯨魚與牛、豬和駱駝同屬一個進化譜系,即偶蹄目。后來,在現代印度和巴基斯坦發現的化石進一步完善了這一譜系,確定了鯨類最近的古代親屬是體型較小、類似鹿的生物。
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這些最早的鯨類,比如最著名的巴基斯坦古鯨(Pakicetus),它們當時是典型的陸地動物。它們擁有長長的頭骨、巨大的牙齒、健全的四肢和不算濃密的毛發,很可能是獵食者生態位,看起來跟現存的鯨魚沒有任何相似之處。
但是它們的頭骨,尤其是被骨質壁包圍的內耳區域,其實已經跟現在的鯨魚的頭骨非常形似了。也就是這個關鍵性的證據才讓研究者們將這種毛茸茸的小獸跟鯨魚這樣的海洋龐然巨物聯系起來。
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早期有好幾種鯨類都試圖演化為水生生活,比如印度鯨、巴基斯坦古鯨和游走鯨。其中最快適應水生生活的是游走鯨,它們的腿較短,手腳像槳一樣肥大,尾巴也更長、更強壯。
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同位素分析是化石研究非常重要的一部分,研究者可以知道它們飲用的是海水還是淡水,因為海水和淡水的氧同位素比例不同。而游走鯨的同位素分析顯示,它們既飲用海水也飲用淡水,說明它們居住在河口或海灣等海水和淡水交界的區域。
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而游走鯨之后的鯨類,比如庫奇鯨,它們的化石內的海水氧同位素含量更高,說明它們開始生活在近岸海洋棲息地,并且能夠像今天的鯨魚一樣飲用海水。它們的鼻孔位置開始后移,這樣的演化到了極致,就是現代鯨魚這樣了,骨質鼻孔的外部開口,也就是噴氣孔,這個孔位于頭部上方、眼睛上方。
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另外,它們的骨盆變得越來越小,甚至跟脊椎骨分離開了,說明它們活動的時候得更多地利用整個脊柱,包括背部和尾部。
鯨魚的尾鰭在使用的時候是水平上下擺動的,而魚類大部分是垂直擺動的。這也是鯨魚是陸地動物進化來的一個證據,因為陸地哺乳動物的脊椎骨并非自然地左右彎曲,而是上下彎曲。
為了更方便游泳,骨骼還得發生更多的變化。軀干椎骨的高度大于寬度,而尾鰭椎骨的寬度大于高度、后肢幾乎要完全消失了,前肢越來越像魚鰭。早期的龍王鯨科動物,比如多魯頓鯨和龍王鯨的化石是鯨類適應水生生活方式的骨骼變化的最明確證據。
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人類對鯨類進化的基因奧秘才剛剛開始探索。
還需要更進一步探究鯨類從水生過渡到水生環境的歷程,以及鯨類進化史上其他關鍵節點。
就光拿海豚來說,我們就還存在很多謎題:海豚幾乎占鯨類物種總數的一半!它們是如何演化成如此眾多的種類的?它們和其他齒鯨是如何掌握回聲定位的技能,利用聲音在海洋中導航的?海豚的大腦又是如何進化得如此龐大,以至于其腦體比可以與大型猿類相媲美的?
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太多奧秘了。
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