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活化石的兴衰

认为某些物种是停止进化的遗迹的观点最终将走向灭绝。

1997年5月,也就是《失落的世界:侏罗纪公园》在美国上映的同月,美国邮政总局发行了15部华丽的

一世1997年5月,同月失落的世界:侏罗纪公园这枚邮票在美国首次发行后,美国邮政总局发行了15枚华丽的邮票,邮票上描绘了各种各样的恐龙和灭绝的爬行动物。这些邮票在恐龙爱好者和古生物学家中引起了轰动。爱荷华大学的古生物学家克里斯托弗·布罗楚回忆说:“我们都冲出去买。”作为研究鳄鱼及其祖先(被称为鳄鱼目和鳄鱼形目)的专家,Brochu特别高兴地看到一枚邮票上的鳄鱼形目Goniopholis,一种来自侏罗纪晚期的鳄鱼形目。然而,当他仔细观察时,他发现了一些奇怪的地方:它的尾巴上有棋盘格,鳞片的形状和牙齿的排列都不太正确。Brochu意识到,这幅画不是基于Goniopholis的化石,而是基于当代的尼罗河鳄鱼。

“人们认为,要使景观看起来原始,你所需要做的就是把一只鳄鱼扔进去——即使是一只现代鳄鱼,”布罗楚说。“有一种观点认为,自恐龙时代以来,鳄鱼根本没有改变,它们是所谓的‘活化石’。’”这是一个经常在杂志、博物馆和自然纪录片中重复的概念。但这是完全错误的。事实上,“活化石”的整个概念已经瓦解了。

查尔斯·达尔文创造了“活化石”这个词物种起源用来描述地球上一些比较模糊的生物,比如肺鱼和鸭嘴兽,它们进化得比较早,“一直延续到今天”。他认为这些动物是海洋生物和两栖动物之间进化转变的活生生的证据。达尔文小心翼翼地指出,这句话是“空想的”,但它也富有诗意,令人难忘。它在学术写作和大众媒体中迅速增加。最终,这个词用来表示很久以前就出现了的生物,并且在千万年来都没有改变,保持着一种与其他任何生物都不同的原始外观。“活化石”不再是一个过眼烟云;它已经成为一个强有力的概念,塑造了科学家对现代物种的态度。根据推理,如果某些生物在进化过程中被冻结了,那么它们可能是我们了解远古生命时代的窗口。

人们习惯说,‘哦,这个化石看起来像鳄鱼,我们把它放在抽屉里吧。’

今天,活化石的观点仍然存在于从十大怪异生物的名单到最近的科学研究中。唯一的麻烦是:没有活化石这种东西。的确,早期动物谱系的活着的后代可以让我们了解他们的祖先,但认为任何现存物种已经停止进化的想法是完全错误的。在过去的10年里,科学家们已经将许多物种从这种进化的束缚中解放出来,包括腔棘鱼、马蹄蟹、苏铁、蜥蜴状的刺蜥和蝌蚪虾。在这些动物中,也许没有“活化石”像鳄鱼那样得到了戏剧性的救赎。


E.早期的古生物学家注意到某些古代鳄鱼与现代鳄鱼非常相似。然而,到了19世纪早期,研究人员还发现了鳄鱼化石,这些化石与现存的鳄鱼在细微但重要的方面明显不同。一些科学家淡化了这些区别,因为它们与当时流行的观点相矛盾:物种不会随着时间而变化。这些科学家中的许多人都是基督徒,正如《圣经》所言,他们相信所有的生命都来自于神的创造——所有的生物都是并且一直都是上帝创造的。在1836年,神学家和古生物学家先驱威廉·巴克兰写道:“鳄鱼科爬行动物的化石与现存的属类并没有太大的区别,因此不需要对任何特殊的、已经停止使用的发明进行任何描述。”巴克兰基本上是在说鳄鱼“没有改变,研究它们没有意义,”布罗楚解释说。

在19世纪末,这些态度融合了生活化石越来越受欢迎的概念 - 这似乎完全描述了鳄鱼的短语。古生物学家们进入20世纪中叶,假设祖传鳄鱼和现代人都适合相同的生物学模板:它们都是鳞片状的,部分水生伏击掠夺者平均10英尺的长度,平坦的鼻子和圆锥形的鼻子。化石鳄鱼没有被忽视,但他们也没有慷慨解切的检查。“习惯说,'哦,这个化石看起来像一个鳄鱼,让我们把它放在一个抽屉里,”艾伦特·特纳解释,化石鳄鱼和他们在石溪大学的祖先专家。

现存鳄鱼理论把它们的进化年龄高估了大约10倍。

20世纪80年代,情况开始发生变化。新的化石发现,更复杂的化石分类方法,以及对现存物种的尖端分子分析,重新激起了人们对鳄鱼进化史的兴趣,并推翻了长期以来的观念。Brochu开始仔细研究来自世界各地的鳄鱼化石,分类和比较它们在巨型矩阵中最小的特征,以确定进化关系。他越仔细地观察,就越明显地发现,早期的古生物学家误解了鳄鱼的进化轨迹。他发现许多被标记为鳄鱼状的化石,因为它们看起来与现代鳄鱼有点相似,实际上它们是亲缘关系更遥远的爬行动物。无论是外表还是生活方式,真正的鳄鱼科远比人们所承认的要丰富得多。“我开始意识到有很多被低估的多样性,”他说。

恐龙世界的拉布拉多:艺术家的作品Simosuchus clarki是一种小型穴居食草动物,是鳄鱼的早期近亲。 维基百科

Terrestrisuchus是早期鳄鱼亲戚的灰狗:一种柔软的蜥蜴状生物,以昆虫和较小的爬行动物为食。Pristichampsus是一群敏捷的陆栖食肉动物,有锯齿状的牙齿和蹄状的脚趾。Simosuchus clarki(如上图所示)是一种钝口、短尾、拉布拉多大小的食草动物,很可能会在地下挖洞。的成员metriorhynchus看起来像海豚和鳄鱼的混合动力:流线型,光滑的身体,桨肢和大型翅片,他们在海上生活了他们的整个生活,足够强大,可以从水中跳到天空中捕捉翼龙。Stomatosuchus inermis.这是一种32英尺长的野兽,长着一张巨大扁平的鸭子嘴,下面有一条膨胀的食道,就像鹈鹕的食道一样。Mourasuchus是一群类似鸭脸鳄鱼,Brochu将其描述为“有眼球和非常小的牙齿的冲浪板”。Purussaurus可以长到43英尺的长度,鼻孔如此之大,你可以将头部粘在化石头骨上的一个骨头上面 - 有些东西已经完成了。他说这是羞辱。相比之下,鱼类吃饭Euthecodon“如果你想让苏斯博士和赫诺米斯·博斯合作,让一只动物的前额长出一件乐器,它会是什么样子?Euthecodon布罗许说。

Brochu和其他古生物学家通过仔细研究未被研究过的和最近发现的化石,证明了古代鳄鱼形动物不仅仅是我们现代概念中的“鳄鱼”的微小变化,也许最好的体现是鳄鱼牌的标志。鳄鱼曾经和恐龙一样多样化。事实上,鳄鱼的祖先是这个星球上种类最多样、最具统治力的动物,直到大约2亿年前的一场神秘的灾难杀死了它们中的许多人,使恐龙得以崛起。幸存下来的鳄鱼继续繁荣和多样化,在6600万年前的小行星撞击导致除鸟类以外的所有恐龙灭绝后再次反弹。

大约在Brochu和其他古生物学家对鳄鱼祖先多样性的新认识的同时,另一条证据正在改变科学家们的想法,即当代鳄鱼——鳄鱼、凯门鳄、短吻鳄和长吻鄂——究竟是何时进化的。就像所有的活化石一样,鳄鱼被认为是在遥远的过去出现的,然后基本上保持不变。标准理论认为,我们今天所知的鳄鱼物种起源于白垩纪时期的非洲(1.45亿至6600万年前),当时七大洲的距离要近得多。随着大陆的分离,鳄鱼也随之而去,这解释了它们是如何最终形成环绕地球的热带地带的。如果这是真的,那么现代鳄鱼物种在基因和分子水平上应该彼此非常不同,因为有足够的时间来积累大量的突变。然而,到了20世纪90年代,分子分析显示,现存鳄鱼物种的免疫系统分子在结构和行为上非常相似。

这些被驯服的鳄鱼会是完全不同的物种吗?

华盛顿大学(University of Washington)一位名叫杰米·奥克斯(Jamie Oaks)的博士后研究员对这个谜题很感兴趣,他开始收集所有23种现存鳄鱼的DNA样本,比较基因组中最有可能出现突变的部分。尽管化石记录证实了古代鳄鱼比之前认识到的更加多样化,但它也表明,总体上,与哺乳动物和其他脊椎动物相比,鳄鱼并不是特别迅速的进化。即使考虑到这种比平均水平慢的进化,奥克斯也没有发现现代鳄鱼基因组之间的差异,不像人们预期的那样,这些物种在白垩纪就开始分化了。他的结论是,现代鳄鱼物种是在800万到1300万年前从它们的最后一个共同祖先中分离出来的,就在古人类从它们和黑猩猩的最后一个共同祖先中分离出来前不久。鳄鱼活化石理论把它们的进化年龄高估了大约10倍。

奥克斯还注意到,他从标志性的尼罗河鳄鱼(Crocodylus niloticus例如他们彼此不般配。事实上,它们之间的差异非常大,足以表明他观察的是两个不同的物种。如果是这样的话,那么现代鳄鱼不仅太年轻,不可能成为活化石,而且在从它们的基础祖先分化出来之后,它们还继续进化——这是活化石不应该做的事情。奥克斯的研究本身就很有趣,但还不足以说服更大的科学界把尼罗河鳄鱼分成两个物种。

然而,他不知道的是,另一组科学家正准备证实他的结果。21世纪初,在一次去乍得的旅行中,野生动物保护主义者迈克尔·克莱门斯(Michael Klemens)在沙漠绿洲里遇到了一些奇怪的小鳄鱼。它们非常温顺,他和他的同伴们可以毫不担心地在它们旁边游泳。他从最近死去的鳄鱼身上提取了一份组织样本,并将其送到了纽约市的美国自然历史博物馆(American Museum of Natural History),在那里,福特汉姆大学(Fordham University)研究鳄鱼多样性的助理教授埃文·赫卡拉(Evon Hekkala)对其基因组进行了测序。当她将这种温顺的鳄鱼的DNA与其他尼罗河鳄鱼进行比较时,她注意到一些相当显著的差异。她在毛里塔尼亚发现了类似的驯服鳄鱼的报告,她记得有一次读到希腊历史学家希罗多德(Herodotus)关于古埃及人在神庙仪式上使用圆润鳄鱼的描述。这些被驯服的鳄鱼会是完全不同的物种吗?

一个曾经令人惊叹的各色爬行动物部落——有游泳的、短跑的、爬树的,有蜥蜴的、像猫的和哈巴狗鼻子的——已经减少到少数幸存者。

对123只非洲鳄鱼的DNA分析,以及包括古埃及鳄鱼木乃伊在内的57个博物馆标本的DNA分析,证实了她的猜测。在它们各自基因组的几个部分中,所有温和鳄鱼都有一个DNA序列,所有典型的尼罗河鳄鱼都有另一个。它们甚至有不同数量的染色体。“这让我们非常确信,实际上有两个不同的种群,他们的DNA没有混合,”赫卡拉说。这两个不同的物种在300万到600万年前分化了:Crocodylus niloticus在东部和较小的,不那么咄咄逼人的地区Crocodylus suchus在西方。绝大多数木乃伊鳄鱼是c . suchus这表明古埃及人已经认识到了这种区别。

一起,哈克卡拉,橡木和其他科学家帮助重新绘制了鳄鱼在空间和时间在空间和时间发展如何发展的地图,并得出从活化石类别中删除它们。随着化石记录已经表现出来,鳄鱼队在大约1500万年前幸存下来,在冰川薄板的戏剧性冷却和扩张时期,在1500万年前幸存下来。到目前为止,曾经奇怪的爬行动物,短跑运动员和树登山者的爬行动物,蜥蜴,猫等和哈巴狗鸟类困扰着少量幸存者。那些幸运的是,世界各地的殖民丰富的热带地区,最有可能通过踏上史诗海洋旅程(就像鸟类海岸的热量,节省能源,现代咸水鳄鱼冲浪,以最小的努力行驶数百英里)。新的DNA证据表明,在过去的1300万年内,最近剩下的鳄鱼的Globetrotting后裔演变成今天的24种现代物种。


E.确切地说,为什么这些鳄鱼能存活,而其他鳄鱼却死亡了,还不清楚。这可能归结为这样一个事实:潜伏在水中直到猎物离得太近是在这个星球上生存的绝佳方式,而这个生态位只能容纳这么多人。一个强大的,重装甲的身体也不会造成伤害。无论它们恢复能力的原因是什么,很明显,现代鳄鱼比最初怀疑的要年轻得多,它们一直在适应,而且它们只是和其他物种一样戏剧性的进化故事中的一组角色。那么,把鳄鱼称为“活化石”,就暴露了他们严重缺乏视角。

“我认为‘活化石’这个词应该被淘汰,”特纳说。“它没有什么好处,因为它几乎总是建立在过度简化的基础上。“活化石”通常是根据整体形态的相似性来判断的。crocs就是这样。如果你眯着眼看,这些不同的血统看起来都差不多,但细节却各不相同。它忽略了进化在多个层面上是如何运作的。我不会错过的。”

橡树呼应了他:“总的来说,我认为这个词伤害了更多,这有助于人们对进化的理解。仅仅因为一个物种看起来与来自多年前的数百万年前的化石肯定并不意味着它没有进化。术语“活化石”通常用于通过低多样性解释的情况;仅仅因为只有一个或几种代表分类学团体的物种并不意味着它们是进化的静态。“

当我们看看鳄鱼时,我们看到的原始龙是一种幻觉。

我们倾向于忽视某些生物的内在动态主义的进化故事 - 假装他们以某种方式陷入困境 - 强调我们经常自信的对进化的感知。我们希望将化石记录视为进展的证据,具有稳定的改善,具有进化工程的巅峰。首次演变的生物很久以前就是不知何故“高级”。今天那些看起来那些原始野兽的任何动物都必须逊于我们;在这里和现在的唯一能够努力解决他们的外表的唯一方法就是表现得好像他们受到了伟大的进化暂停。相反,我们认为自己如此高度发展,我们已经超越了通常的自然选择压力。然而,只有最适合的野生动物生存,我们可以保证绝大多数的健康和安全;由于我们崇高的大脑 - 我们的科学,技术和医学 - 我们从大自然中提醒自己。甚至尊敬的科学沟通者,如David Attenborough延续了这一信念。

然而,认为人类进化停止是因为我们太先进的想法就像认为腔棘鱼或鳄鱼进化停止是因为它们看起来太原始的想法一样,都是错误的。在过去的一万年中,人类已经进化出了蓝眼睛、乳糖耐受能力和疟疾抵抗力,这只是最近的一些适应性。并不是所有的进化都会导致可见的差异;有时它隐藏在生物的基因组中,等着有合适工具的人来解读它。无论是人类还是鳄鱼,无论是否显而易见,所有生物都在不断进化。进化的速度因物种和环境的不同而不同,其复杂的方式科学家们仍在试图理解,但它从来不会停止。我们在看鳄鱼时看到的原始龙是一种错觉。相反,我们应该认识到进化中最伟大的幸存者之一——一个和我们一样现代的地球同胞。没有活化石。化石不能改变; life must.


Ferris Jabr是纽约市的一位作家。他曾为纽约时报《纽约客》科学美国人《连线》杂志《新科学家》《大众机械》新下一个,AWL.


本文最初发表于2015年3月的《Slow》杂志。

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