六、从鱼到兽

— —脊椎动物五大类

进化的阶梯终于走到了脊椎动物,以其背部有一条由一个个脊椎骨连结成的“脊梁骨”——脊柱而闻名。人从分类上也隶属于脊椎动物。脊柱的确是支持身体的一根大梁,它既坚固又灵活,每一脊椎骨都有一个椎孔,脊椎骨相连,椎孔就相连成一条椎管,里面藏着神经系统的脊髓,所以脊柱还起保护作用。当然,一旦脊椎骨发生骨质增生,脊髓就会被挤压,引起相应的运动障碍和麻木;车祸,或其他机械撞击损伤脊柱,就危及脊髓,从而引起相应肢体的瘫痪。

脊椎动物除了脊柱这一特征外,还有以下特征。

神经系统发达,脊髓前端就是位于颅腔里的脑,脑还分成大脑、中脑、间脑、小脑、延髓等部分,动物越高等大脑越发达。有发达的脑,就有明显的头部,有时把脊椎动物称为有头类。不过,这并不很恰当,昆虫的头部也很明显,也有膨大的脑神经节,在腹面还有一条实心的神经索,这样的神经系统要比脊椎动物简单多了。

出现了成对的附肢。与昆虫的附肢不同,脊椎动物是由内骨骼和肌肉组成的。从鱼的偶鳍到两栖动物、爬行动物的足,从鸟的翅膀到哺乳动物的腿,游、爬、飞、跑、跳,运动形式各不相同,但极强的活动能力,扩大了生活的范围,是其共性。

绝大多数脊椎动物具有能活动的上下颌,便于捕食。上下颌构成了口腔,口腔里还有许多与捕食、取食相适应的构造。哺乳动物尤其复杂。回想一下我们自己的上下颌和口腔,有唇,有齿,有舌,有唾液腺等,吃饭、品味、说话都离不开它。

呼吸系统、循环系统和排泄系统都更加复杂和完善化了。水生动物用鳃呼吸,陆生的用肺呼吸。有了强有力的肌肉质的心脏,它收缩、舒张——搏动,把血流压送到全身各处。高等种类的心脏左右分隔,使动脉血和静脉血分开,提高了输送氧气的能力。无脊椎动物中,如环节动物、软体动物、节肢动物,也有心脏,但基本上是血管的膨大,相对简单得多。排泄系统出现了集中的一对肾脏(俗话所说的“腰子”)。无脊椎动物中的排泄器官,常是分散在各节的,如蚯蚓,每节都有肾管(管状的)。昆虫的则是集中为一束密集的小管子,称马氐管。脊椎动物的肾脏把血液中多余的水、盐分和细胞产生的有害于身体的尿素、尿酸排出体外,所以把肾脏的排出物称为尿。“尿”这个字是“尸+水”,是身体(尸)排出的特殊的水,不是消化道排出的粪,两者不要混淆,粪是消化后的食物的残渣,不是身体细胞产生的东西。

脊椎动物这一大类群,习惯上分为鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲这五纲。实际上在鱼纲之前,还有一个圆口纲,种类很少,如七鳃鳗(不是我们吃的鳗鱼),有一个圆形的口漏斗,吸食别的鱼的血肉,由于没有真正的上下颌,所以称圆口纲。

1.五纲的比较

这五纲的动物,我们都是最熟悉的(见图2-38)。因为它们的形体都比较大,又和我们的衣食住行紧密相关。其中有的又是宠物,有的是家禽、家畜,有的是珍稀或濒危动物。它们中的不少种类,由于人类对它们的喜爱,已经变成了人类的动物朋友,陪伴我们渡过了金色的童年,陪伴我们进入五彩缤纷的梦乡。可是,从动物学的角度,你真的了解它们吗?

(1)栖息环境的不同

鱼纲终生水栖,或淡水,或海水,尽管有些种类能短暂地离开水,例如飞鱼,靠尾部强劲的摆动,跃出水面,展开发达的胸鳍,在空中滑翔;滩涂鱼在退潮时在滩涂上蹦来蹦去,但这都是短暂的。还有肺鱼,能用鳔来呼吸空气,那是对付水体缺氧或枯水时的临时办法。

两栖纲,显然是水陆两栖了,这两栖的含义,远不是说无论水、陆,都自由自在,恰恰相反,它们只有在水中才能完成生儿育女——产卵、受精;成体能上陆,但也必须附近有水,或空气湿润,在干旱的沙漠中,绝对找不到两栖动物。

爬行纲是真正的陆生脊椎动物,体表有角质鳞片或甲来防止水分蒸发,防御外部侵害。但爬行纲中有不少水栖种类,如龟、鳖、鲑、某些水蛇、海蛇,还有古代的鱼龙。它们进化上陆之后,又回到水中去了,因此即使在水里,也还是用肺呼吸的。

鸟纲的栖息环境呈多样化,有林栖的,有在田野、草原栖息的,有游水的、涉水的,还有与人为伴的——屋沿上的飞燕。因为它们能飞,所以能征服空间,在更大程度上寻找适于生存的地域和季节。能飞的动物在无脊椎类中是昆虫,脊椎动物中就是鸟;当然也有不能飞的,如企鹅、鸵鸟,这是少数。

哺乳纲的栖息环境也极其多样,草原、荒漠、极地、田野、山林、居民区、地下、水中、空中。地下有鼹鼠、土拨鼠等;水中有鸭嘴兽、海豚、鲸等,空中有蝙蝠、鼯鼠等。其它栖息环境中的哺乳动物,大家就都较为熟悉了。

不过大体来说,脊椎动物的进化趋势和无脊椎动物一样,也是从水中发展到陆上的。

(2)体表保护性结构的差异

鱼纲类脊椎动物的体表有骨质的鳞片,还有粘液。这一方面在运动中能抵抗水压又减少磨擦阻力;两栖纲的皮肤通常裸露,分泌高粘液,不抗干燥;爬行纲则覆盖角质鳞片或甲,不再怕风吹日晒;鸟纲全身披角质的羽毛,既不怕风吹日晒,而且轻而保暖,适于飞翔;哺乳纲全身为角质的毛,轻而保暖,同时皮肤中出现了汗腺,出汗还能借汗液蒸发带走体热。一匹激烈奔驰后的骏马,满身汗淋淋的,而狗就不行,因为它没有汗腺,只好张开口喘气来散热。

(3)体温的高低

鱼纲、两栖纲、爬行纲,都是不定温动物。体温随周围环境的变化而变化,因此,它们的生活,受环境影响较大,比较被动。大家知道出海捕鱼的人,要掌握准确的鱼汛,其中水温是必须了解。不到一定的水温,就捕不到一定种类的鱼。此外,青蛙(两栖纲)、蛇(爬行纲)等经受不了寒冷气温的动物,在冬季到来时,只能冬眠。鸟纲和哺乳纲都是恒温动物,都有自己一定的体温。这就是说心脏发达(两心房、两心室,而且左右分隔,含氧血和缺氧血不会混合)输送氧气的能力强,有足够的氧气氧化有机物,可以使机体像燃烧那样产热。当然,若天气十分寒冷,人体也承受不了,好在人类已学会掌握用动物毛皮、用织物及现代更高级的服装来御寒。对于动物(除人类外),它们仅依靠自身的皮毛,如果天气变冷,那么可迁徙到暖和的地方去,或者也藏起来睡一大觉,如北极熊。

(4)运动器官

鱼纲是用偶(成对的)鳍和尾部摆动来游泳的,前者恰如赛艇上的桨,后者恰如江南水乡乌篷船上的橹。除此之外,还有鳔来协助沉浮。两栖纲的幼体蝌蚪和有尾两栖类的大鲵(娃娃鱼),要靠尾的摆动游泳;成体则有不同的运动方式,如青蛙在陆地上是靠后肢跳跃,在水中靠后肢趾间的蹼,踹水而游,这成了人们学习的一种游泳方式——蛙泳。爬行纲当然是爬行了。爬行就是依靠短小的四肢,腹部着地或离地不高的运动方式。对于蛇,其四肢都已退化了,要靠腹面的大鳞片,蹭着地面,扭动身体肌肉而前进,称为“蛇行”。不过同样是爬行纲的古恐龙类,却曾有过比较发达的四肢。鸟纲有善走的,如鸵鸟。但绝大部分鸟,善飞不善走,前肢为翼,或振翼而飞,或利用上升气流而翱翔,让人类羡慕不已。哺乳纲靠发达而多样化的四肢,或行走、或奔驰、或跳跃、或攀援。有的有蹄,春风得意马蹄疾;有的足底有肉垫,如虎、猫等,行走悄然无声。有的是五趾(指),中大拇趾(指)和其他趾(指)对生,如猴、猿等善于攀握;有的四肢扁宽成鳍状,如鲸、海豚,可以遨游四大洋。总之运动器官的复杂和运动能力之强大,当推鸟纲和哺乳纲。

(5)繁殖与生育

鱼纲中的绝大多数,都在水中产卵,雄鱼排出精子,在水中游动,和卵接合为受精卵,开始了胚胎发育。水中受精,精、卵相遇的机会不易,受精卵、胚胎、幼鱼,多有死亡或被它种动物所食的危险。因此产卵数量较多,以此增多存活的机会。只有鲨鱼这样的软骨鱼,可雌、雄交配,体内受精,而且在体内发育为小鲨鱼。小鲨鱼在体内发育时,靠的是卵内贮存的营养物质,不像哺乳动物那样由母体供给,因此,不算真正的胎生,称为卵胎生。两栖纲中,如青蛙,还是体外受精,但受精率高多了。因为,初夏时节,雄蛙鸣声嘹亮,吸引雌蛙,雌蛙背着雄蛙,也就是雄蛙从背后抱住雌蛙,分别产卵和排出精子,在水中受精。受精卵经胚胎、蝌蚪而成小蛙。爬行纲的动物,都是雌雄交配,体内受精,卵有坚韧的壳,如蛇蛋、龟蛋、鳄鱼蛋等。卵形较大,贮存营养物质也多,靠自然界的温度孵化,自己是不会孵的。大家都在电视上见过,海龟在沙滩挖穴产卵,孵出的小龟再回归大海,这是以说明它原是陆生的爬行类,所以不远千里,到海岸来生育。有一些蛇类也是卵胎生的。鸟纲则大大跃进了一步,它们雌雄交配,体内受精,卵大,有硬壳,富含营养,而且由亲鸟孵化,雏鸟也由亲鸟喂养,所谓“青虫不易捕,黄口无饱期”,形容的就是亲鸟育雏的辛苦。哺乳动物中只有澳洲的鸭嘴兽是卵生而哺乳,其他都是胎生哺乳了。哺乳动物都是胎生,其中袋鼠等有袋类非常奇特,它们有育儿袋。这是因为其胚胎在母体内发育时没有胎盘——母体和胚胎之间物质交换的桥梁,而成了早产儿,只能置于育儿袋中发育。绝大多数哺乳动物都有胎盘,是真正的胎生。胎生,使子代早期得到很好的保护;哺乳则是幼仔发育的营养保障。因此哺乳类的生儿育女方式是最高级的了。人类也是这样,十月怀胎,生下来后要用母乳喂养。

(6)脑的进化

恩格斯在《自然辩证法》中说:“从最初的动物中,主要由于进一步的分化而发展出无数的纲、目、科、属、种的动物,最后发展出神经系统获得最充分发展的那种形态,即脊椎动物的形态,而最后在这些脊椎动物中,又发展出这样一种脊椎动物,在它身上自然界达到了自我意识,这就是人。”所以脊椎动物是神经系统最发达的动物。在五纲中,鱼纲和鸟纲的小脑比较发达,因为小脑管理运动的协调、平衡和准确,水中和空中运动的复杂性,促使了它们小脑的发展。而大脑,则一纲比一纲复杂,即两栖纲比鱼纲发达,爬行纲比两栖纲发达,鸟纲又比爬行纲发达,而哺乳纲则登峰造极。哺乳纲大脑不仅体积和容量大,而且表层出现沟(下陷的)和回(上凸的),即俗话说的脑上的皱纹。沟回越复杂,大脑的表面积就越大,所含的神经细胞就越多,神经细胞间连接的网络就越复杂,行为就越复杂,适应生存环境的能力就越强。以至于哺乳纲中最高级的一个目,称为灵长目,包括猴和猿,广义地还包括人。“灵长”,“灵”就是智慧,“长”就是“老大”,就是指智慧之长!

此外,五纲的内部结构,如消化系统、呼吸系统、循环系统、排泄系统等都可以一一比较。但仅就上述这些方面的比较,就是可以看出,脊椎动物的进化趋势是从水生到陆生,简单到复杂,低等到高等。虽然其中有些曲折,有的上陆了,还回到水中去生活,如龟鳖或鲸;有的能飞了,翅膀又退化,不再飞行,如鸵鸟。但是如同天下黄河十八弯,曾几经曲折,但终究是奔腾到海不复还!

2.纲纲血脉相连

所有的脊椎动物都是由远古鱼类进化来的。鱼类进化为两栖类,两栖类进化为爬行类,爬行类分道扬镳,产生了鸟类和哺乳类。

研究脊椎动物的演化,比研究无脊椎动物要容易。因为它们个体较大,又有坚硬的骨骼、牙齿等,容易在地质变迁过程中形成化石。化石就是生物的遗体、遗迹(如足迹、粪便、印痕)埋藏在地层中,慢慢为矿物质渗透、填充而石化了。特殊情况下,如西伯利亚的永久冻土层,还能把动物的遗体冰冻保存下来,如古大象——猛犸,在被考古学家发现时,其肌肉一如冻肉,口里还衔着没有吃完的青草呢!化石使我们人类有幸见到它们昔日的“尊容”,即使只有部分骨胳,或是破损了,古生物学家根据解剖比例及各部分的关系,也能复原个八九不离十。

最早的鱼类,无上下颌,身体前端都包着坚硬的骨质甲胄(铠甲),称为甲胄鱼(见图2-39)。最早出现在距今5亿年的古生代奥陶纪(地质年代的名称,先分代,如太古代、元古代、古生代、中生代、新生代,代下再划分为纪),繁盛于距今4亿多年的志留纪和泥盆纪,后来就绝灭了。替代它们的是志留纪出现的有上下颌的鱼类。颌的出现,简单说就是有了能张能合的嘴,加强了主动捕食的能力,扩大了食物的范围,较之于原有的那个小圆口似的“嘴”强多了。早期的有上、下颌的鱼类分棘鱼类(体有棘)和盾皮鱼类(体表的甲胄,已分成许多小块)两种,但到距今3亿年左右的古生代末期,也绝灭了。一直延续至今,而且占领了从海水到淡水的鱼类,是软骨鱼类(如鲨类)和硬骨鱼类,它们对水生生活有着相当完善的适应。软骨鱼类都是海生,硬骨鱼类则海洋和淡水中都有,它们是水域中最繁盛的脊椎动物,也是我们今天渔业生产捕捞和养殖的主要对象。

鱼类登上陆地,进而演变为两栖类,则经历了一个艰难的历程!

水域和陆地是两种截然不同的生态环境。水生动物要登上陆地,就要有一系列的适应陆地生活的特征,至少先要解决两个困难:一是陆上不能用鳃呼吸。因为鳃上布满毛细血管,只有浸浴在水中,才能进行气体交换;鱼离开水,鳃就要干,于是死亡。其二是陆上受到地心引力的影响比水中大。因为水中生活,有水的浮力来抵消部分地心引力的影响,于是支持和运动的四肢就成为必要的器官。这两条要是能解决,那么最后还有一个困难:在水里不怕体内水分蒸发散失,但要在陆地上生活,如果不能防止水分的蒸发,就会干死!

在古生代志留纪的晚期,地壳运动开始强烈,陆地从海洋中上升,这在地质史上称为加里东造山运动,而且一直继续到距今4亿年左右的鱼类繁盛的泥盆纪。在泥盆纪晚期,陆地面积扩大。有人认为,此时出现了季节和日温差变化,有季节性干旱,水分蒸发严重,淡水池沼有时干涸,威胁鱼类的生存。也有人认为气候属于湿热类型,像现代的热带、亚热带雨林,水体中积满枯枝落叶,植物的腐烂,水体混浊,严重缺氧,也威胁到鱼类的生存。许多鱼类都死去了,但是有一类总鳍鱼类(见图2-40),特别是其中的真掌鳍鱼,脱颖而出,成功地跃上了陆地。总鳍鱼又叫内鼻孔鱼类,像现存的肺鱼那样,通过外鼻孔到内鼻孔,再到鳔,可呼吸空气中的氧,鳔实际上就是原始的肺。真掌鳍鱼,顾名思义,就是它的偶鳍中有骨骼,就像手掌骨那样,平日可在水底“爬行”。于是,这类鱼就被迫脱离干涸或缺氧的湖沼,爬上了陆地去艰难地求生!毫无疑问,在这苦难的旅程中,死去的比活下来的多,活下来的一代一代加强其鳔的呼吸功能而发展为简单的肺,加强其偶鳍的运动功能而日趋完善为短小的四肢,终于产生了原始的两栖类——坚头类,如鱼石螈。这已经到了泥盆纪的晚期。

上面所叙述的都不是天方夜谭,它们都是古生物学家通过古化石论证出来的。有一个有趣的故事发生在1938年的一天,那是在非洲东海岸马达加斯加的深海中,渔民们捕到了一条“怪鱼”,在甲板上还能长时间活蹦乱跳,全无海鱼离水不久即死的样子。原来它就可用鳔来呼吸,而且肉质的偶鳍中有骨骼支撑,能爬行。自从那时起至今,全球各地已捕获过近百条这样的鱼。它们是总鳍鱼进化到两栖类过程中的一个侧支——空棘鱼类中的矛尾鱼(见图2-41)。它的科研价值,不比大熊猫低,也是一种活化石。

脊椎动物从两栖类演化到爬行类,相对来说,要简单一些。

大约在古生代石炭纪时(距今约3亿年前),整个地球笼罩在海洋性气候条件下,温暖而湿润,很适合两栖类生存。其时也正是古代蕨类植物繁盛的时期,它们有高大的乔木和灌木,组成茂密的沼泽森林,是地壳变动时的重要的煤层。可以设想,这样的环境,对两栖类来说,是再适合不过了。但到石炭纪后期,发生了造山运动,还有两次大冰川袭击地球,进入距今2亿多年前的二叠纪,地球气候的分带明显,相当于我国的南北西地域。北亚、北欧和北美地区成了广大的干旱带。喜湿的蕨类植物逐渐衰退,由耐干旱的裸子植物(如松柏类)取而代之。这种环境,对古两栖类的生存是一个极大的威胁。只有能适应并解决在陆地上生活的两大困难才能发展为爬行类。一是有发达的肺,不再用裸露的皮肤辅助呼吸,同时有角质的鳞或甲来保护身体,以免体内水分的大量蒸发;二是必需改变在水中体外受精,因为卵的结构简单,经蝌蚪这样的水中发育阶段,才能生存下去。有些古两栖类发生了适应性的变化,有了完善的肺,皮肤有了鳞片状的角质覆盖物,尤其是体内受精,产出有保护性壳的卵。卵内胚胎发育时,形成了一充满羊水的羊膜腔把胚胎保护在这卵内的水环境中。爬行类以上的动物常称为羊膜动物,就是人类胚胎发育中,也形成羊膜、羊水,胚胎就浸浴在这水域中完成发育的。至于最早的古爬行动物是谁?目前,古生物学家们还有许多争论。

由爬行类分别演化为鸟类和哺乳类,大约都发生在距今1.5亿多年的中生代的侏罗纪或稍早一些。大家都知道有个著名电影叫《侏罗纪公园》,讲的就是这段时期的故事。

那时是古恐龙类(爬行类)极盛的时期。一些小型爬行动物中的种类,分别发展为最初的哺乳动物和鸟,至于这些种类的具体名称,还不清楚,但可以肯定的有以下几点。

一是爬行类的化石中有一类兽齿类,如在我国山西发现的中国颌兽(见图2-42)和云南禄丰发现的卞氐兽、禄丰兽,颌骨上已着生三种牙齿:门齿、颊齿,颊齿上还有像哺乳类齿上的齿尖。现存的脊椎动物中,只有哺乳类才有门齿、犬齿、臼齿(颊齿的位置)的分化。除此之外,现代生活在澳大利亚的稀有低等哺乳动物——鸭嘴兽,它们虽然哺乳,但还是卵生的(见图2-43、2-44),体温在26~30℃之间波动,还相似于爬行类。

二是在侏罗纪的地层中,找到了始祖鸟化石(见图2-45),最早是在法国(1861),近年来我国也陆续发现了类似的化石,它大小似乌鸦,一方面像爬行类,有连骨带肉的长尾巴,有牙齿,前肢三趾彼此分离,并有爪。另一方面像鸟类,全身长着羽毛,前肢已变成翼,后肢结构也和现代鸟相似。显然是从爬行类到鸟类的过渡类型。它可能是通过奔跑时振动带有羽毛的翅膀以加快速度,最后振翅飞翔起来;也可能是树栖的,在林木间或林、地间,展翅滑翔而发展起来的。不管怎样,由此可以推论,鸟类的爬行动物祖先,应是一种主要以后肢行走,身体结构比较轻巧的小型爬行类,只有这样才容易摆脱重力作用而把身体飞起来。羽毛在这里至关重要,但羽毛的成分和爬行类的角质鳞片一样,如果鳞片向扁平、轻薄方向发展,那就会发展为羽毛的。

粗略算来,从距今5亿年的古生代奥陶纪出现最早的脊椎动物鱼类到中生代的侏罗纪产生了早期的鸟类、哺乳类,共花了整整3.5亿年。而有原始人类到现今的历史不过300万年左右,而人类奠定现代文明的历史只有四五千年。人的个体的寿命不过百年而已。但人类依旧是伟大的,他以自己的智慧将知识记录在文字上(这是文明的最重要的标志之一)代代相传,并通过科学的方法,揭示了自身进化之前古生物的血缘关系,描绘了进化的历史长河的生动画卷!

3.恐龙大热门

在古生物学上,人们把古代生存过,而现在绝灭了的爬行类动物叫作“龙”。当然不是神话传说中能腾云驾雾、呼风唤雨的“龙”,也不是封建帝王把自己称为真龙天子的“龙”,神话中的龙是不存在的动物。

这里所说的“龙”,在距今2亿多年到7千万年前的中生代,广布于地球的陆上、河湖、沼泽、海洋,有的甚至依靠皮膜状的翼而飞翔,跃入到空中。从分类上讲有鱼龙类、蛇颈龙类、翼龙类和恐龙类中的蜥龙类(又分兽脚类、蜥脚类)、鸟龙类(又分鸭嘴龙、剑龙、甲龙、角龙)。但习惯上已把它们统统称为恐龙了。

这里无须再画出这种种的恐龙类复原像,因为如今恐龙已成了大热门话题,在电影中、在科普作品里、在电视上它都早已是“明星”,此外还有恐龙的儿童玩具更受人喜爱。而且报刊文章中不时还有发现一些化石——从骨架、蛋到足迹的报道,以及关于它们如何绝灭的各式各样的推论;博物馆也经常展出恐龙的化石、复原外貌以及当年的生态环境;连商人们,也趋之若鹜以此发财。总之越炒越热。

英国的尼斯湖怪,我国长白山天池的水怪,不管是否真有,难免又使人联想到是否是残存的恐龙。看多了,想多了,有时梦里都会遇见它们。在这“大热门”里,就科学而言,有不少值得思考的东西。

首先是它们为什么会如此繁盛?有两点的答复是肯定的:一是几乎整个中生代,气候温暖、雨量充沛、植被繁茂,是生存的理想环境;二是当时地球上的动物数它们最高级,虽然已开始出现原始哺乳类和鸟类,但还不成气候,在生存斗争中,恐龙几乎是所向无敌。

其次,进化到了高度适应特定的环境,就成了特化——特殊化了。各物种的弱点也非常之多,例如,有些恐龙非常大,是地球上曾经有过的最大的动物。我国四川发现的马门溪龙,身长22米,高3.5米,体重达40~50吨,长长的脖子举起来,有三层楼高,尾长,四足行走,以植物为食。笨重的身体,使它大部分时间生活在沼泽之中,借水的浮力减轻四肢过重的负担,同时也躲避肉食恐龙的袭击。这样巨大的身体一顿要吃巨量的食物,繁殖多了,就会出现食物供应危机。再例如,就是这样的庞然大物,脑量不到500克重,因此行动反应比较迟钝,而且不得不在身体的荐部,再来一个大的神经节,以补偿脑的不足。此外身上有许多骨板、骨刺武装的剑龙,身体有6米长,脑子只有核桃大,于是肩部和腰部各有一个大得多的神经节,协助脑支配。神经系统分散化,是很特殊化的了。其“愚笨”或“聪明”如何?我想是不言而喻的了。又例如甲龙类,全身披甲,活像一辆坦克车,其笨重可想而知。这些进化,正在进入一条“死胡同”。

其三,地球的自然环境在永恒的变化中,在有些时期变化还很剧烈,即所谓“沧海桑田”对恐龙的研究可以考证地球大陆的变迁。例如1963~1964年,在新疆乌尔禾地区采到的准噶尔翼龙,保存完整,两翼伸展达2米,生活在水区,捕食鱼类,由此可以判定,现今新疆的戈壁滩,在1亿多年前曾是植物繁茂,碧波荡漾的大湖!而著名的喜马拉雅鱼龙,是我国科学工作者在珠穆朗玛峰地区,海拔4800米高山上挖掘到的,是迄今所知世界上海拔最高的脊椎动物化石。那么就是说,在1.8亿年以前,今日世界屋脊竟然是一望无垠的汪洋大海!事实是在中生代末期,发生了剧烈的地壳运动——造山运动,我国的喜马拉雅山和欧洲的阿尔卑斯山等都是这个时期形成的,其变化异常激烈,促使地球上整个生态环境发生变化,气温不再温暖潮湿,植被发生改变,对于恐龙类这样体温不定、食物狭隘、神经系统不发达的动物,便是一种灭顶之灾。只有那些小型的爬行动物,延续了下来。而新生的哺乳类、鸟类,由于其更强的适应能力,而取代恐龙成为更适宜的物种。

其四,有关地球恐龙的突然灭绝,引起了人们的许多悬念和猜测。目前又有两种假说,一种是天外星体和地球碰撞的巨大能量——比多少个氢弹还厉害,改变了环境,或直接在一场“大爆炸”中,恐龙类毁灭了。另一种假说差不多,认为是由于撞击、“爆炸”,引起的尘埃云,浓烈的二氧化碳,遮天蔽日,毁灭了恐龙及它们的食物——沼泽森林。总之,是到地球以外去找原因。

无须评价谁对谁错,这种种假说都可留待科学上更多的发现去澄清和完善!但生物永远是和它的生存环境的相互依存;任何事物都有发生、发展和消亡的过程,这样的基本规律不会变。

4.人类的近亲

——灵长类

哺乳动物中最高级的要推灵长类动物,现今主要分布于热带和亚热带森林中,如树鼩、狐猴、眼镜猴、猕猴和猿类等(见图2- 46)。它们与人类有最接近的血缘关系。我国人民对猴似乎情有独钟,《西游记》里的齐天大圣孙悟空,是个神化了的猴,实在了不得,具有超人的本领。作者之所以赋予它如此多的智慧,首先,也因为它原本就与人有许多相似处。灵长类长期生活在茂密的丛林中,攀爬跳跃,四肢变得灵巧,特别是第一趾(指)同其他趾(指)分开,可以对握,便于攀爬抓握。吻鼻部缩短,眼睛变大,高等种类向正面移动,而有不同程度的双眼立体视觉。幼仔生下来,发育缓慢,需要母体较长时间的哺育。大脑发达,行为复杂,不少高等种类,有了不同程度的社群生活。

我们常常会问哺乳动物中谁最“聪明”,有说狗的,有说马的,有说海豚的,当然也有说黑猩猩的。应该说,各有各自的“聪明”,它们都是由原始的哺乳类向着不同方向发展而登峰造极。其中灵长类,也是登峰造极的,但这个极,好比是泰山的南天门,上面最高处,还有玉皇顶!玉皇顶就是人类的进化位置。因此对灵长类的进化,应该更详尽地介绍一下。

灵长类是由大约距今7000万年前的白垩纪(中生代)的原始食虫类进化来的。食虫类是较低等的哺乳类,大家熟悉的如刺猬、鼹鼠等。现在生活在印度、马来西亚、菲律宾以及我国云南、广西、海南岛等地方的东方树,也是食虫类,像松鼠一般大,有一条长尾巴和较突出的嘴巴,常在地面寻食,遇险时逃到树上躲藏。有圆形的眼,脑子较大,第一指(趾)和其他指(趾)稍有分开。食虫类是食虫的,牙齿分化不明显。反过来说,别的哺乳动物,草食的、肉食的各有其牙齿分化特征,有些已到了特化的地步,无法再演化为灵长类那样相对均衡的门齿、犬齿、臼齿。树的牙齿还没有明显分化,而且吃昆虫,也吃些果实和种子,和灵长类的杂食很相近。因此古食虫类中类似树那样的动物是灵长类的祖先。

大约在距今6000万年前的新生代初期,树样的原始灵长类进化为狐猴、懒猴、眼睛猴这些小型的原猴类,它们的后代至今分布在非洲和东南亚。由原猴类中的狐猴类产生了较高等的阔鼻猴类和狭鼻猴类。

现在生活在中南美的热带森林中的卷尾猴、蜘蛛猴,就属阔鼻猴类,它们的鼻孔间隔板厚,两鼻孔相距较远,因此得名。也叫新大陆猴。

现在生活在亚洲、非洲、欧洲的弥猴类和猿类,属狭鼻猴类,它们的鼻孔间隔板薄,两鼻孔距离近,因此得名。也叫旧大陆猴。

狭鼻类里现存的有长臂猿、猩猩、黑猩猩和大猩猩,身体适于半直立姿势,躯干短粗,前肢长于后肢,没有尾巴,与人类的关系最近,称为类人猿。

有足够的证据证明约在2000万年前(新生代的中新世),有一支叫拉玛猿的古猿开始下地,以后发展为人类。另外一支叫森林古猿,分别进化为现代的猩猩、大猩猩和黑猩猩。而拉玛猿和森林古猿的祖先都是埃及猿。因此,可以说,人类和现代的猩猩、大猩猩、黑猩猩的关系,就是堂兄弟了。

人类的数量已繁衍近60亿,而猩猩(东南亚)、大猩猩和黑猩猩(非洲),只剩下很小的种群,当人类不断向热带丛林推进的时候,它们是多么需要关怀和救助啊!愿人类能更多地爱护它们,帮助它们。

5.从无脊椎到脊椎的失落环节

当我们“沿着进化的阶梯走”就要结束这一章的时候,会想到我们把动物界分成了无脊椎动物和脊椎动物,前者演化的最高点是节肢动物,后者演化的最高点是哺乳类。可是无脊椎动物和脊椎动物的联结点是什么呢?

18世纪末,法国的古生物学家居维叶把动物界分成了四门:脊椎动物门、软体动物门、分节动物门、放射动物门。他提出这四门不同的结构图案是一开始就存在的、不变的,它们间没有什么联系。甚至还说,造物主就是按照这些图案来创造各种生物,地层中的各种化石,就是造物主用来制造生物丢弃的模子。这些说法,无疑是陈旧的、错误的。但他是一位有影响的学者,他的错误就会影响更多人。照这种观点,脊椎动物就是脊椎动物,无脊椎动物就是无脊椎动物,互相没有关系。当达尔文的进化论为学术界公认后,人类不断发现动物进化在各阶段上的证据,但从无脊椎到脊椎这个进化过程一直没发现实证物种,成为悬案。

19世纪,俄国的胚胎学家柯瓦列夫斯基(А.О.Ковалевский)研究了文昌鱼(见图2-47)(Branchiostoma belcheri)和海鞘(Ascidia)这两种海洋动物的胚胎发育,这才找到了无脊椎动物和脊椎动物之间的失落的进化环节。具体说,所有的脊椎动物,胚胎时期都有一条支持全身的脊索,后来为脊柱所代替。而一向误认为是无脊椎动物的海鞘,其幼体似蝌蚪,尾部竟发现有脊索(见图2-48),而文昌鱼终生都有完整的脊索。

海鞘,顾名思义,整个身体被一坚韧的鞘——被囊包裹着,一般着生在海底岩石、船帮、船底上,外形像把茶壶,壶盖位置为入水管,壶嘴位置为出水管,入水管进出部是咽,咽壁有鳃裂,下接消化道。成体既没有脊索,也没有管状的神经。人类在2000多年前就知道这种动物,但一直被认为是一种无脊椎动物。柯瓦列夫斯基研究它的胚胎发育,发现海鞘的幼体,形似蝌蚪在水中自由游泳,但这种生活状态只有数小时至一天,然后就沉到水底营固着生活,发生了适应固着生活的变态。就这个短暂的瞬间,被柯瓦列夫斯基抓住了。他对幼体进行了细致观察,发现幼体竟然有脊索(尾部)和鳃裂,还有背神经管,这与脊椎动物的特征一致。由此,柯瓦列夫斯基更正了前人的分类错误,在无脊椎与脊椎动物间开辟了一个脊索的动物门。柯瓦列夫斯基的另一大功劳是对文昌鱼的深入研究。文昌鱼是一种半透明,长4~5厘米的鱼形动物。平时,身体埋在海边泥沙中,只露出前端来呼吸和取食。18世纪发现它时,先是把它归入了软体动物,后来又归入鱼类。其实都不准确。后来,柯瓦列夫斯基发现它同海鞘幼体一样有一条脊索,纵贯整个躯体,终生保留,而且有鳃裂,有背神经管;因此将它归入脊索动物。但它无头无脑,无成对附肢,没有分化出心脏,血液中没有血细胞,也没有集中的肾脏。似乎正介于脊椎动物和无脊椎动物之间,是一种过渡类型。现存种类在我国青岛、厦门海边有。更有意思的还是以下的有趣现象。

在无脊椎动物中,有一个门,称为棘皮动物。它的常见种类是大家都很熟悉的,有作为海珍品的各种海参,有美丽的海星、海燕、海盘车之类。它们最典型的成体是辐射对称的——海星,其形状简直就像个五角星。但它们的幼体都是两侧对称,可自由游泳的。更有趣的是除棘皮动物以外的大部分无脊椎动物像腔肠动物、扁形、线形、纽形和环节动物、软体动物、节肢动物,它们胚胎发育,先是一个细胞的受精卵,分裂成一堆细胞,像个实心球,或如桑椹似的,称为桑椹胚,以后细胞向边缘排列,中间成了一个空腔,称为囊胚腔,胚胎就称为囊胚,而后囊胚壁的一部分细胞陷入囊胚腔,囊胚腔也消失,这时胚胎就像我们的裤袋似的,口袋布是内表一层,“裤子布”是外表一层,分别叫做外胚层和内胚层,口袋腔,未来就发育为消化道,在腔肠动物就是消化腔了,而口袋的口称为原口,腔肠动物的口就是这个口。这时的胚胎称为原肠胚(意思是已有原始的肠子——消化腔)。腔肠动物到此就完成了胚胎发育。其它无脊椎动物(棘皮动物除外)再继续发育,但不管怎么发育,那个“口袋口”——原口,将来都是成年动物取食的口。惟有棘皮动物,和包括尾索动物、头索动物、脊椎动物在内的脊索动物等,这个原口是未来成体的肛门,在原口的另一端(身体的另一端)胚胎再形成一个口——后口,才是成体的取食的口。

以上说明了脊索动物,包括脊椎动物直至人类,和无脊椎动物中的棘皮动物,具有亲缘关系。粗略地说它们的共同祖先应是一种两侧对称,能自由游泳,具有后口的共同祖先进化来的,一支进化为无脊椎动物中的棘皮动物,另一支发展为脊索动物,而脊索动物中的脊椎动物则蓬蓬勃勃地迈步向前,成了今日地球上包括人类在内的最高等类群。

还要补充一点,现代生物化学的研究,知道血液中用于呼吸(携带氧气)的色素,在动物界有两类:血青素(血绿蛋白)和血红素(血红蛋白)。恰恰是环节动物(如蚯蚓)、棘皮动物(如海参)、和脊索动物(包括海鞘类的尾索动物,文昌鱼类的头索动物和全部脊椎动物以及人类),它们的呼吸色素正是血红素。生物化学的研究也揭示了进化的轨迹,找到了无脊椎动物和脊椎动物间失落的环节。