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人类鼻孔如何进化而来?上百年学术之争落定(图http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2004-12-16
你知道吗？鼻孔最初不是用来呼吸的，它只有闻味功能。如今，鱼类的两对鼻孔仍然是进出水的通道，不能用来呼吸，而人类的鼻孔却发生了巨大变化，竟然渐渐形成了一个呼吸通道。但学术界对人类鼻孔的起源，一直争论不休。 近日，中国科学家朱敏和瑞典科学家佩尔?阿尔贝里发现，在云南境内的一种肯氏鱼化石表明了人类鼻孔进化的过程，结束了学术界关于鼻孔的争论。 人类有了内鼻孔才能靠肺呼吸，但它的起源一直被学术界争论激烈。 中国的云南曲靖，不仅是徐霞客当年曾多次游历之地，而且还是众多鱼类科学家所钟情的地方。 上世纪80年代初，在云南曲靖距今4亿年前形成的岩层里，发现了一种肉鳍鱼类化石。为了纪念我国古脊椎动物的奠基者、已故的杨钟健教授，科学家们给它起了个好听的名字，叫杨氏鱼。 到了90年代，仍然是云南曲靖，中科院古脊椎动物所研究员朱敏博士又发现了另一种肉鳍鱼：肯氏鱼。
“肯氏鱼的位置很重要，它是最原始的四足形动物。”朱敏博士边指着电脑屏幕上的古鱼类进化树，边给记者做详细的解释。
四足形动物也叫陆生脊椎动物，包括人类、鸟类以及两栖动物等等，它们都是由鱼类进化而来的。四足动物为了适应新的环境，自身系统的很多特征必须要随之转变。 比如，鱼类从水中到陆地，靠鳍游泳要转变成四肢行走，在陆地上要克服重力的影响，四肢发育开始变化；另外一个重要转变就是，由鳃呼吸变为肺呼吸，在空气中要建立新的呼吸通道，外鼻孔不再满足自身的需要。 包括人类在内的所有四足动物都靠肺来呼吸，因此它们必须要有一个和外鼻孔相通的内鼻孔，这样才能让外面的空气顺利地进入到肺，保证动物对氧气的需要。内鼻孔正好形成了鼻腔和口腔之间的一个通道，这样才使我们吃饭和睡觉的时候，也能照常呼吸。内鼻孔是四足动物适应陆地生活的重要特征之一，但它的起源过程一直是学术界争论的问题。 与四足动物亲缘关系最近的鱼类是肉鳍鱼类，现生种类只有四个属(非洲肺鱼、南美肺鱼、澳洲肺鱼与“活化石”拉蒂迈鱼)。科学家研究表明，肺鱼与拉蒂迈鱼同其他的鱼类一样，没有真正的内鼻孔，只有前、后两对外鼻孔。要探讨内鼻孔的起源，必须从化石中寻找证据。 一种观点认为，内鼻孔由外鼻孔演化而来；另一种观点认为，内鼻孔是新生的构造。 上世纪30年代，瑞典著名古生物学家雅尔维克教授认为：内鼻孔是四足动物新生的一个构造，内鼻孔和外鼻孔之间没有任何联系。他们认为，在鱼类的进化过程中，其中有一对外鼻孔逐渐消失，而后新出现了一对内鼻孔。他们所持有的证据是，在孔鳞鱼类化石中发现，它们不仅有一对内鼻孔，还具有两对外鼻孔。这就是著名的“三孔理论”。 与此同时，也有学者提出另外一种观点：鱼类的内鼻孔是由一对外鼻孔演化而来的，其中最难解释的是，孔鳞鱼类化石中的“三对鼻孔”。由于缺少有力的化石证据，这种观点在当时并未得到广泛支持，内鼻孔的起源问题成了一个悬而未决的问题。 80年代初，我国著名古生物学家张弥曼院士在云南曲靖发现一种肉鳍鱼类化石，杨氏鱼，它与孔鳞鱼类有很多相同的地方。这项工作再次引发学术界对内鼻孔起源问题的关注。 按照传统的观点，杨氏鱼也应该有内鼻孔，但张弥曼院士对杨氏鱼吻部仔细研究后发现，“杨氏鱼只有两对外鼻孔，而过去认为的内鼻孔根本不存在”。这一发现立即引起国内外科学家的热烈讨论和反思。研究表明，在有两对外鼻孔的鱼类（比如孔鳞鱼类）中，所谓的“内鼻孔”并不存在。这就为“内鼻孔从外鼻孔起源”学说解开了一个困惑。 虽然否定了“三孔”理论，但是当时的研究仍然没有回答内鼻孔起源的问题。所有外鼻孔在前上颌骨的位置会形成一个颌弓，外鼻孔在颌弓外，内鼻孔则在颌弓内，从外到内的转变很显然需要一个过渡阶段，这就需要找到过渡的有力证据。 我国科学家找到鱼类化石，证实内鼻孔确实由外鼻孔“漂移”形成。 90年代初，在“鱼的故乡”，张院士和朱敏博士又发现了一种古老的鱼化石。它生活在距今3.9亿年前，是最原始的四足形动物，它，就是肯氏鱼。比肯氏鱼更古老的鱼，有两对外鼻孔；而比肯氏鱼更先进的鱼，已经成了一对外鼻孔和一对内鼻孔，这样一来，肯氏鱼的位置就成为鼻孔进化的关键。然而，由于当时化石材料的限制，肯氏鱼的初步研究并没有特别的结果。 2000年以来，朱敏博士领导课题小组连续几次在野外发掘，发现了大批新化石。通过细致的标本修理和研究，他们在对肯氏鱼的研究上获得了重要进展。这一次，他们幸运地发现，肯氏鱼正处于从外鼻孔向内鼻孔过渡的阶段。 过去一直很难解释，外鼻孔如何从头外侧“漂移”到内侧形成内鼻孔的？它们如何跨越鱼类上颌骨和前上颌骨之间的颌弓？有意思的是，肯氏鱼内鼻孔的位置恰好就处在外鼻孔向内鼻孔“漂移”的位置上，漂移的时候正好是前上颌骨和上颌骨裂开的时候，它们之间有个裂口，这个裂口就是肯氏鱼内鼻孔的位置，裂开的阶段正好符合这个漂移特点。这就取得了化石上的一个实证。 这就意味着，在肉鳍鱼类进化中，存在一个上颌骨和前上颌骨裂开然后又重新相接的过程，这为鼻孔的“漂移”提供了通道。肯氏鱼为这一解释提供了实证，并确立了内鼻孔和后外鼻孔之间的同源关系。 和这个道理十分类似，人类在胚胎发育初期，上腭的同样位置也会出现一个缺口，正常的胎儿会在发育后期闭合，如果有的胎儿发育不完整，那么这两个部位就连接不起来，出生后就会呈现兔唇。 “其实道理很简单，但一下就把争论上百年的问题结束了。”对于此次发现，朱敏博士这样评价。 拉蒂迈鱼的故事 长期以来，科学界一直以为总鳍鱼类早在白垩纪早期就已灭绝，但20世纪30年代末，一位名叫拉蒂迈的小姐打破了这一“死寂”。 拉蒂迈小姐是一位解剖学教授的助手，经常到海边收购鱼类制作标本。1938年12月，圣诞节将至，教授回家度假，拉蒂迈小姐却没有停止工作。22日这天，她又来到渔港，在一筐刚打上来的鱼里翻看。忽然，一条鱼引起了她的注意。一般鱼的鳍都直接长在身体上，可这条鱼的鳍都长在附肢状结构上。拉蒂迈小姐立即买下了这条鱼。可当时学校实验室封了门，情急下她买了几斤盐，将这条鱼像腌咸鱼一样保存起来。教授回来后，这条珍贵的“咸鱼”只剩下鱼皮和鱼刺了。 即使如此，教授还是马上进行了研究，原来被认为已经灭绝了1.2亿年的动物突然被发现仍生存在地球上，而且这种动物还和包括我们人类在内的所有四足形动物有关。为了纪念拉蒂迈小姐对科学做出的重大贡献，教授将这条鱼命名为“拉蒂迈鱼”。 [北京科技报]
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