遠(yuǎn)古魚類揭示人類手指的起源之謎

泥盆紀(jì)的植被和沼澤

故事始于約3.8億年前的泥盆紀(jì)，那是一個“魚類的時代”，盾皮魚類主宰了海洋，而肉鰭魚類則在淡水流域橫行霸道。

泥盆紀(jì)晚期氣候溫暖而干燥，蕨類植物和裸子植物在各地形成茂密的森林，種子植物開始出現(xiàn)，高達(dá)8.8米的原杉藻遮天蔽日。積洼的沼澤邊不斷有昆蟲出沒，而掉落腐敗的枝葉使得水域含氧量下降，一些魚類開始短暫到岸邊的灘涂活動。

也正是在這個時期，地球演化史上發(fā)生了一個重要的事件——水生動物的登陸。

水域和陸地是兩種截然不同的生態(tài)環(huán)境，為了登陸必然發(fā)生重大的適應(yīng)性演化。其中一方面就是支撐身體和運(yùn)動的四肢成為了重要的器官。

四肢起源的研究在很大程度上依賴于泥盆紀(jì)晚期的幾種魚類，主要包括希望螈目的潘氏魚、提塔利克魚和希望螈等。

Tiktaalik鰭骨架的CT掃描，顯示其背鰭（橘黃色）和腹鰭（青藍(lán)色）

其中提塔利克魚的研究較為豐富，例如2019年12月30日PNAS發(fā)文Fin ray patterns at the fin-to-limb transition探究了鰭進(jìn)化為四肢時的工作方式和變化方式。但是之前這些研究，均尚未揭示完整胸鰭骨骼的解剖結(jié)構(gòu)。

加拿大米瓜莎（Miguasha）地區(qū)

希望螈（Elpistostege）是生活在泥盆紀(jì)晚期加拿大魁北克淺海至河口棲息地的最大捕食者。2010年，一條1.57米長完整的希望螈化石在加拿大米瓜莎（Miguasha）地區(qū)被發(fā)現(xiàn)，2020年3月18日，Nature發(fā)表對此化石的研究論文。來自澳大利亞弗林德斯大學(xué)和加拿大魁北克大學(xué)的古生物專家團(tuán)隊(duì)，利用CT掃描技術(shù)，還原了這條希望螈化石完整的胸鰭骨骼，顯示其存在的肱骨（手臂）、橈骨和尺骨（前臂）、腕骨（手腕）和指骨（手指）。這個發(fā)現(xiàn)為四足動物（包括人類）手指的起源演化提供了新的見解。

基位四足動物（Panderichthys、Tiktaalik和Elpistostege）和早期四足動物（Tulerpeton）的胸鰭內(nèi)骨骼（a）與肱骨（b）的解剖結(jié)構(gòu)比較。

在上圖的比較中，顯示了魚類到四足動物轉(zhuǎn)變過程中，胸鰭附肢一些關(guān)鍵特征的進(jìn)化趨勢，我們可以看到，從左到右，中遠(yuǎn)端橈骨數(shù)量成排地增加。

在希望螈（Elpistostege）胸鰭骨中可以看到兩根明顯的指骨（digits）。

因此，Nature文章指出脊椎動物手指的起源，是水生動物胸鰭內(nèi)的骨骼演化而來。隨著魚類短暫離開水中，到岸邊的灘涂和陸地活動，支撐身體的選擇壓力越來越大，鰭中的小骨頭數(shù)量增加，分散平攤支撐的壓力，手指骨逐漸演化出來。

人類手指頭和希望螈鰭骨的對照

這是首次明確發(fā)現(xiàn)在任何已知的魚類中，鰭中已經(jīng)進(jìn)化出了指骨，而這些指骨與大多數(shù)動物的手指骨非常相似。同時，也表明在水生動物完全登陸之前，手指的進(jìn)化已經(jīng)在悄然發(fā)生。

或許希望螈（Elpistostege）不一定是我們?nèi)祟惖淖嫦龋幱隰~類和兩棲動物之間的過渡階段，為我們展示演化過程最直接的證據(jù)。
Journal reference：Cloutier R, Clement A M, Lee M S Y, et al. Elpistostege and the origin of the vertebrate hand[J]. Nature, 2020: 1-6.

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