书城科普探索神秘的大自然:变幻莫测的大自然
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第30章 脊椎动物之祖——鱼类

鱼类的起源

鱼类是最古老的脊椎动物。它们几乎栖居于地球上所有的水生环境——从淡水的湖泊、河流到咸水的大海和大洋。

在三叶虫之后,在地球上占统治地位的是属于脊椎动物的鱼类。早在奥陶纪的海洋中,一种外形似鱼,头部无上下颌骨,身上披有骨质甲片的“甲胄鱼”已经出现;到了志留纪晚期,真正的鱼类登场了。到了泥盆纪,鱼类进入繁殖盛期,一时地球上成了鱼类的世界。

据文献记载,鱼最初发现于距今4亿年的奥陶纪地层,但所得到的那时鱼类的化石是不完整的,一直到了志留纪晚期,才完整地获取了关于化石及早期脊椎动物关系的概念。泥盆纪时,各种古今鱼均已出现。泥盆纪时代既可谓是鱼的初生年代,也是鱼的极盛时代,当时,由于其他的脊椎动物还不多,所以有人把泥盆纪称为“鱼的时代”。到了新生代,各群鱼类十分繁多,成为脊椎动物中最大的类群,为鱼类的发展史中的全盛时代。

从泥盆纪所取得的化石分析,古代鱼类可分为4大类:无颌类、盾皮类、软骨鱼类及硬骨鱼类。无颌类动物在志留纪及泥盆纪中最多,被公认为最早的脊椎动物,化石的无颌类的身体总鳍鱼几乎被厚硬骨板及硬的东西包被,故称为甲胄鱼类。盾皮鱼类是最早的有颌类,它们在泥盆纪时盛极一时,但到了末期则大部分绝灭。有人认为软骨鱼类及硬骨鱼类是由盾皮类沿两个方向演变而来,但至今仍无证据证实。软骨鱼类被认为是最“原始”的鱼类,但一般认为软骨鱼类与硬骨鱼类是两支平行发展的分支。最早的硬骨鱼类是古鳕类,再由此演变现存的绝大多数的硬骨鱼类。硬骨鱼类中的内鼻孔鱼类的典型原始类型代表是双鳍鱼与和骨鳞鱼,后者是最早的泥盆纪的总鳍鱼类。而总鳍鱼类又被认为是最早的两栖类的直接祖先。

1938年12月22日,有人在非洲东南沿岸捕到一条大鱼,其身长1.5米,重58千克,后经专家研究与确认,认为这条鱼应属总鳍目的一个新的科,至此,人们终于把已绝迹的鱼找了回来,后来此鱼被命名为拉蒂迈鱼(即矛尾鱼)。矛尾鱼这种活化石的出现给了我们很大的启示。大家都知道,人类是经过漫长的历程进化而来的;鱼类上陆进化为两栖类,然后完全脱离水域进化为陆地是的爬行类和哺乳类,最后才进化为人类。具体地说,总鳍鱼类分为2支,其中一支(骨鳞鱼类)脱离了水域,逐步进化为人;另一支比较保守(空棘鱼类),始终没有离开水。现在的矛尾鱼类就是后者的后代。矛尾鱼这种活化石为我们提供许多无法从化石材料中获取的情况。

鱼类的进化

鱼类,作为地球上最古老的脊椎动物的一个类群,其漫长的演化历史一直是众多的生物学家感兴趣的问题。鱼类的出现,标志着从低等、原始的无脊椎动物向脊椎动物进化的一个质的飞跃;鱼类的发展、演化又提出了脊椎动物进化的明显谱系。一切高等动物,两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类,甚至我们人类自身都是在此基础上发展而来的。

研究古生物通常以化石材料为根据。科学家通过放射性同位素来测定岩石的绝对年龄,并划分成不同的地质年代。这些地质年代中保存下来的古生物,记录了当时的环境条件和生物信息,经过千万年的沉积,形成化石,成为研究地质历史和生物进化史的根据。

鱼类的化石并不十分丰富,但它们依然能够展示出古今各种鱼类发生、发展的过程。最早的鱼类化石沉积在寒武纪和奥陶纪的岩石里,距今已有大约4亿年的历史了。通过对岩石的研究,人们知道这种最早的鱼类生活在咸水环境里,或者说是生活在海洋中,它们的身体外面披有铠甲一样坚硬的外骨骼。这些原始的鱼类浑身布满了硬甲、具有扁平的前背甲。由于它们没有颌,所以被称为无颌类。它们可以说是最古老的鱼类,因为穿了甲胄,它们不能游泳,只能生活在水底沉积物中。应该说,它们是一群不会游泳的鱼类。无颌类的内骨骼没有被保存下来,所以科学家们推测它们具有软骨骼,像现在我们见到的软骨鱼类鲨鱼和鳃鱼一样。

大量完整的无颌类化石是在泥盆纪找到的,泥盆纪可算是鱼类初生时代。中生代的侏罗纪和白垩纪(距今约1.3亿~1.6亿年),是鱼类中兴时代。新生代时,各种古今鱼类共存于海洋和地球上的其他水域,鱼类家庭达到全盛。

在无颌鱼类的基础上,最早的有颌鱼类也发展了。最初的颌是由几个硬骨鳃弓改造过来的。鳃弓最初埋在肌肉里,在进化过程中,颌与头部背甲融为一体,从而形成了一个更坚固、更有效率的进食器官——咀嚼器。

盾皮鱼原始有颌类也称作盾皮鱼,它们在泥盆纪盛极一时,但到泥盆纪末已大部灭绝了,一般认为,软骨鱼类和硬骨鱼类都是由盾皮鱼演化来的,它们分别朝不同的方向发展,但尚未找到十分清楚的证据证明这个推论。一些盾皮鱼仍具有扁平的身体,像它们的祖先一样;但是大多数都变成流线型,甲胄也减少了,这种变化使它们获得了很强的游泳能力。软骨鱼类也脱去了沉重的甲胄(但仍有背板的痕迹),发展出更加强劲有力的适于游泳的肌肉组织。有些科学家认为,软骨鱼类是“原始”鱼类,但它们是否真正比硬骨鱼原始,还有待证实。

有关脊椎动物颌的发生与进化的研究,是从19世纪进行的胚胎学研究开始的,它揭示了进化中的一个重要过程。颌的出现,说明动物的某个新的重要的特征的出现,可以使一个类群的生活领域扩大到以往不能生活的地区。这以后,鱼类得到了迅速扩展,成为今日最普遍的游泳生物类群。

硬骨鱼最初生活在淡水里,后来逐渐向海洋伸展,终于成为海洋鱼类的优势类群。在进化过程中,它们产生了内部硬骨骼,把僵硬的甲胄变成了薄薄的鳞片,从而使动作敏捷灵活,提高了运动速度。

硬骨鱼有2个类群,其中辐鳍鱼类在数量和种类上都大大超过另一种鱼——内鼻孔鱼类。内鼻孔鱼类包括一些形态和构造都很特殊的原始种类,它们具有内鼻孔构造,可以把嘴闭上而并不影响呼吸。内鼻孔鱼类今天能见到的只有肺鱼和矛尾鱼。矛尾鱼隶属空棘目腔棘纲,它被誉为活化石,在1938年以前一直被科学家们认为是已经灭绝了的种类。第一尾矛尾鱼是1938年被一名渔民在非洲东南海岸捕到的,这一发现轰动世界。以后又陆续捕到,证实这一古老鱼类仍生活在现代的海洋里。腔棘鱼的重要特征是,鳍呈叶状,具有肌肉,并有相连的辐棘,从而使一些鱼可以在陆地上爬行。它们与两栖类有密切的亲缘关系。人们认为两栖类就是由它们演化而来的。

圆口类很像鱼,但缺乏成对的胸、腹鳍,特别是嘴巴上没有上下颌,所以又叫“无颌类”。古代的无颌类,都是些体外披着硬骨片的“甲胄鱼”。古代的无颌类,从奥陶纪出现以后,真掌鳍鱼在志留纪很繁盛。但因为无颌,生活方式落后,仅能以流入口内的水中夹杂的食物为食,所以在生存斗争中,它们敌不过新兴的有颌鱼类而日趋衰落了。

真掌鳍鱼:生活在距今4亿年前的泥盆纪。是一种淡水鱼类,以水生动物为食。体表有鳞,并有供呼吸用的内鼻孔和鳔。头骨构造、牙齿的类型以及肉鳍骨骼的排列方式,都同早期的两栖动物相似。距今3.6亿年前地球气候变化,使许多湖泊干涸或水质变坏。它们就靠内鼻孔、鳔和肉鳍的优势,慢慢爬上了陆地,经过漫长而艰难的历程,在连续不断的世代演变中,它们逐渐变成了两栖动物。

矛尾鱼

矛尾鱼,腔棘鱼目矛尾鱼科的惟一种,是惟一现生的总鳍鱼类。矛尾鱼一般生活在200~400米深的海水中。一旦离开这黑暗、低温的环境,它就不能生活很久。在200米以下的深海区域,一片漆黑,眼睛自然就失去了作用。它平常吃小鱼,靠感受器捕食。肉食性,以冲刺方式捕食,专吃乌贼和鱼类。