一个多世纪以来,Eusthenopteron foordi 常常替一幕证据边界还很松动的场景站位:一条肉鳍鱼拖着身体离开水面,走向两栖动物的开端。它的身体确实容易把故事引向那里。成对鳍里有相当发达的内部骨骼。头骨、颌、牙齿和鼻孔格局,也贴近四足动物祖先一侧。它来自一个泥盆纪化石地点,而那个地点之所以著名,正因为鱼类到四足动物的转变在那里格外可见。[2][3]

更好的读法也更有意思。Eusthenopteron 的重要性,在于它尚未成为陆生动物。它是晚泥盆世一只完全水生的动物,身体保存了后来四足动物会重新使用、改造、甚至放弃的若干组成条件。演化漫画里那种走出海面的姿态,只会缩窄它的价值。它真正说明的是,肢体故事中相当多的部分,已经存在于一条仍然需要鳍、鳞、鳃和游泳身体的鱼体内。

图像说明:题图使用 Wikimedia Commons 上一张真实化石照片,展示的是一件 Eusthenopteron 展出标本;复原图的姿态、栖息地或行为想象被暂时放在画面之外。[1] 这种克制很重要。化石照片把论证留在这只材料动物本身。

Miguasha 让一条鱼变得格外可读

这个属在十九世纪命名,材料来自魁北克加斯佩半岛 Miguasha 的化石鱼沉积。加拿大关于该地点的科学史说明提到,1879 至 1881 年间,加拿大地质调查局的考察帮助建立了相关收藏;Joseph Whiteaves 于 1881 年以 Arthur Foord 之名命名 Eusthenopteron foordi。[2] Miguasha 后来成为 UNESCO 世界遗产,原因在于 Escuminac 组保存了一套出色的晚泥盆世鱼类群,其中包括与四足动物起源关系密切的肉鳍鱼。[3]

这个背景会改变读这只动物的方式。Eusthenopteron 出名,主要依靠 Miguasha 产出的丰富材料;某一具戏剧化骨架对转变问题的单次解决,承载不了这份科学分量。足够多、保存足够好的标本,能支撑一次又一次解剖学研究。材料的丰富程度让研究者能够比较生长阶段、头骨细节、鳍骨、鳞片和显微组织,单个标本也就不会被推成英雄式的缺环。

也正因为如此,旧式直线图会带来误导。一条从鱼到两栖动物的线,会让 Eusthenopteron 看起来像梯级。Miguasha 让它更像一个更广阔泥盆纪生态系统中的参照种群。它位于四足动物干群附近,但“附近”与“直接祖先”之间仍有清楚边界。它的解剖结构帮助定位的是一片演化空间,单一路径式的水陆叙事在这里会变得过窄。

鳍里已经有近似肢体的骨骼,但它仍然是鳍

最容易吸引人的特征,是胸鳍。概括地说,Eusthenopteron 具有一个近似肱骨的近端构件,鳍骨架更深处还有近似桡骨和尺骨的骨头,这也是它在二十世纪关于肢体起源的叙事里占据中心位置的原因。Clack 关于鱼类到四足动物转变的综述,把 Eusthenopteron 描述为一个长期被用于思考肢体如何从肉鳍鱼附肢演化而来的基准,同时又把它放在 PanderichthysTiktaalik 等更接近四足动物形态的类型之下。[4]

这个层级关系很重要。肢体涵盖的内容,远超一套内部骨骼图案。它还涉及鳍条丧失、关节改变、肌肉改变、肩带不再把头部锁定在身体上,以及一副能够以新方式承受基质负荷的身体方案。Eusthenopteron 具备重要的内骨骼部件,可它仍然带着由皮质鳍条支撑的蹼状鳍。把它读成一只等待显形的手,会把动物整体的水生结构条件抹掉。

这里的重点,比“鱼已经有手臂骨”更细。近端骨骼说明,前肢的原始架构早于陆地行走。但远端鳍仍记录着水生功能。演化过程没有给一块普通桨状结构直接加上手指。它重新分配了两个系统之间的关系:内部内骨骼,以及外部皮质鳍条构成的鳍网。

鳍条让这只动物保持真实

近年关于鳍条的研究,有助于把 Eusthenopteron 从吉祥物角色里拉出来。Stewart 及其同事利用 CT 数据,比较了 SauripterusEusthenopteronTiktaalik 的胸鳍鳍条。他们的研究强调,鳍到肢体的转变不仅涉及指的起源,也涉及皮质鳍条的变化;相较内部骨骼,后者过去常常得到较少关注。[6] 在 Eusthenopteron 中,背侧鳍条只比腹侧鳍条略大;到了 Tiktaalik,这种不对称显著增强,并与一种更能抵抗基于基质负荷的鳍相关。[6]

这个对比提供了一条有用边界。Eusthenopteron 展示了一副带有四足动物相关内部骨骼的鳍,但它的鳍条格局尚未接近那些更靠近有指类型的专门支撑系统。它属于故事变成腕部之前的阶段。

皮质骨骼也有自己的历史。Zylberberg、Meunier 和 Laurin 用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜重新描述了 Eusthenopteron 的鳍条与鳞片,显示出有关节、分枝的 lepidotrichia,以及不同于更古老厚重菱形甲片的鳞片组织。[7] 这个细节很重要,因为它让这只动物不再被压缩为一张“鳍内骨骼”示意图。鱼体外侧也在演化。鳍、鳞片、游泳效率和体表覆盖,同属一只动物的功能系统,有自己的演化重量。

骨髓提供线索,也划出预言的边界

显微解剖又增加了一层证据。Sanchez、Tafforeau 和 Ahlberg 研究了 Eusthenopteron 的肱骨,并提出其内部组织预示了四足动物肢骨骨髓的一些方面。[5] 这是一个有力结果,因为它把肢体故事推进到可见形状之下。转变不仅关乎外部形态。它还涉及生长、重塑、血管空间,以及长骨如何处理自身组织经济。

即便在这里,克制仍然重要。一根具备四足动物相关内部特征的肱骨,不能把整只动物变成原始蝾螈。它说明,后来肢体的某些组织层面性质,已经在水生肉鳍鱼体内出现。化石记录最有力量的时刻,往往正是它拒绝让单一性状承担整只动物的时候。

这也是 Eusthenopteron 反复给出的教训。胸鳍有近似肢体的内部骨骼,但它仍然是鳍。肱骨有重要显微解剖特征,但这只动物仍然水生。Miguasha 地点对四足动物起源至关重要,但那里的每一种重要鱼类都不能自动变成直接祖先。每一条陈述在边界清楚时,力量更足。

谱系是一张分支地图,梯子隐喻会把它压平

鱼类到四足动物的转变很容易被铺成平面故事,因为它带着读者熟悉的方向。我们生活在陆地上,于是陆地常常开始显得像目标。Eusthenopteron 修正了这种偏向。它本身就是一只成功的泥盆纪捕食者,或至少是一条大型鱼,属于陆生脊椎动物在生态上变大之前那个由鱼类主导的世界。它的解剖结构后来对解释肢体有用,但它首先为自身所在的水生世界而存在。

Clack 的综合研究把 EusthenopteronPanderichthysTiktaalik 和早期四足动物放进一组四足动物特征逐步增加的序列中,但这组序列承担的是比较功能,祖先队列式读法会误伤它。[4] Eusthenopteron 标记了一种组合:水生鱼体、粗壮肉鳍附肢、与四足动物相关的头骨和鳍部性状,以及保留下来的鳍条。Tiktaalik 标记了另一种组合。早期四足动物又标记其他组合。转变之所以变得可理解,是因为这些化石彼此重叠又彼此不同,任何一个类型都无法按指令变成下一个。

这就是为什么把 Eusthenopteron 留在水里时,它最清楚。把它放到陆地上,它就成了一只拙劣的两栖动物。把它留在泥盆纪水体中,它就成为一件更好的化石:一只有着鱼类身体承诺的动物,同时在部分骨骼里保存着四足动物故事。

这件化石教会我们的事

最有力的教训关乎时间。最终产生腕部、手指、承重肢体和陆生脊椎动物的身体方案,在海岸线上出现之前已经经历了更早、更水生的阶段,并且在行走之前已经有用。内部鳍骨可以在手指出现之前先行复杂化。骨组织可以在陆地运动之前发生改变。皮质鳍条可以在内骨骼变得更复杂时,继续保持功能上的重要性。

这不会削弱 Eusthenopteron 的过渡意义。它让“过渡”这件事脱离戏剧化。演化经常通过改变既有结构的工作方式展开。一片曾经推动鱼在水中移动的鳍,可以成为肢体出现的解剖邻域,但这一切只有在许多相互连接的系统共同改变之后才会发生。Eusthenopteron 正是少数能让这些系统被分开观察的化石之一。

那幅鱼爬向命运的旧图像太整齐。化石照片更好:一只长身体的泥盆纪动物,仍然像鱼,仍然有鳍,仍然有鳞,却携带着证据,说明四足动物肢体的历史早于水边那一刻。它更早开始,发生在那些没有理由知道自身骨骼后来会开启何种空间的水生身体内部。

来源

  1. Tim Evanson,"Eusthenopteron - Cleveland Museum of Natural History",Wikimedia Commons 文件页与源照片。
  2. 加拿大政府,"36. Miguasha (1881)",History of the Geological Survey of Canada in 175 Objects
  3. UNESCO World Heritage Centre,"Miguasha National Park" 地点说明与突出普遍价值。
  4. Jennifer A. Clack,"The Fish-Tetrapod Transition: New Fossils and Interpretations",Evolution: Education and Outreach 2(2009)。
  5. Sophie Sanchez、Paul Tafforeau、Per E. Ahlberg,"The humerus of Eusthenopteron: a puzzling organization presaging the establishment of tetrapod limb bone marrow",Proceedings of the Royal Society B 281(2014),SwePub 记录。
  6. Thomas A. Stewart、Justin B. Lemberg、Natalia K. Taft、Ihna Yoo、Edward B. Daeschler、Neil H. Shubin,"Fin ray patterns at the fin-to-limb transition",PNAS 117, no. 3(2020),Penn State 研究记录。
  7. Louise Zylberberg、François J. Meunier、Michel Laurin,"A microanatomical and histological study of the postcranial dermal skeleton in the Devonian sarcopterygian Eusthenopteron foordi",Acta Palaeontologica Polonica 55, no. 3(2010)。