如果祖先是鱼类,人类为何没有鳃

来源:科技日报 日期:2024-02-22

大约3.75亿年前,长相滑稽的提塔利克鱼利用一种新颖的适应环境的方式冒险上了岸:有裂片的鳍推动它在陆地上“行走”,喉咙里的气囊让它能在空气中“呼吸”。提塔利克鱼实际上有鳃,而且被认为是已知最早的四足动物的共同祖先。在数亿年的时间里,四足动物衍生出无数物种,包括智人。那么,如果人类是从鱼进化而来的,为什么没有鳃呢?据美国趣味科学网18日报道,人类之所以用肺而不用鳃呼吸,与进化过程中的自然选择有关。

其中一个解释是,鳃需要保持潮湿才能有效工作,因此,它仅适用于水生动物。鳃有很大的表面积和数以千计的微小血管,使氧气很容易进入血液。美国蒙大拿州立大学的进化生物学家克里斯·奥尔根表示,当水从鳃上通过时,氧气会吸收进来,二氧化碳则会扩散出去。如果陆地动物有鳃,这些鳃会很快干涸,这不是高效的呼吸方式。

另一个解释是因为肺对于陆地生活具有显著优势。当鱼类祖先仍在水生环境中生活时,它们除了鳃之外,已经拥有了肺。因为只有有肺的鱼才能上岸到达陆地,并在陆地上存活下来。现有证据表明,早期肺先是进化成蜥蜴那样的简单肺,然后进化成哺乳动物特有的细分肺。值得注意的是,哺乳动物进化出了横膈膜,这可能要追溯到3亿年前。

相反,无用的结构往往会消失。随着时间的推移,鳃逐渐退化,到大约3.15亿年前的石炭纪,鳃最终在陆地生活的动物体内完全消失。大约在那时,第一批爬行动物以及第一批鸟类和哺乳动物的祖先开始进化。

原始鱼类竟然有肺,这点令人惊讶。虽然鳃擅长从水中提取氧气,但它们提供的氧气量较少,不适合体型较大需要更多氧气的动物。此外,季节变化也会影响水中的氧气量。因此,鱼类气囊(原始的肺)允许其吸入水面上方的空气,以补充氧气摄入量。

其实,人类并没有进化到完全失去早期的鳃。人类胚胎有一个生理特征:类似鳃的被称为咽弓的微小褶皱。虽然它们不是真正的鳃,但绝对是早期鳃的“遗迹”。在整个胚胎发育过程中,咽弓成为下巴、喉咙和耳朵的一部分。没有咽弓,动物的头部就不能形成。水生的、用鳃呼吸的物种在胚胎发育中同样存在这种结构。不同的是,这种结构是否在不同动物中进化成了真正的鳃。

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