你可能一直以为,最早爬上陆地的脊椎动物,小时候大概像蝌蚪一样在水里游来游去。但现在,一些3亿年前的化石告诉我们,故事可能完全是另一回事。它们的小宝宝,也许一出生就是缩小版的成年体,压根没有经历过“变态发育”这种折腾的童年。

这个发现发表在周四(6月18日)的《科学》期刊上,研究的对象是一种叫做“embolomeres”的早期陆生捕食者。说人话就是,它们长得像鳄鱼和鳗鱼的结合体,在3.5亿到2.8亿年前——听起来是石炭纪和二叠纪之间——统治着当时的河流、湖泊和沼泽。成年后,这些家伙能长到超过3米长。而这次的关键证据,来自芝加哥附近一个叫马宗溪的地方,那里保存了一些非常罕见的embolomeres幼体化石

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科学家通过这些新出土的化石,以及一些此前从未被描述过的、像刚孵化的小鳄鱼一样的生物标本,重新审视了我们的水生祖先征服陆地的过程。早期四足脊椎动物(也就是tetrapods)在泥盆纪时期第一次踏上陆地,那大概是4.19亿到3.59亿年前的事。这个时间节点,可以说是整个动物演化史上最重要的篇章之一,因为最终,包括我们人类在内,都是从这帮先行者中走出来的。

而新研究得出了一个挺有意思的推论:这些早期四足动物,可能不像今天的很多两栖动物。它们不需要经历一个类似蝌蚪的阶段。相反,研究人员推测,它们更可能是一种“直接发育者”——也就是说,从更小的个体,直接长成更大的版本,样子基本不变。这种模式,其实更像它们的祖先,也像我们人类和很多其他动物。

剑桥大学的一位访问学者提姆·史密森专门研究早期四足动物,虽然没有直接参与这项研究,但他在给“生命科学”网站的邮件里提到,这项工作对于我们理解早期四足动物的生殖发育生物学,是一个很重要的贡献。按照他的说法,这项研究暗示,“最早踏上陆地的那批四足动物,也许可以依靠它们祖辈那些已经成功的繁殖和发育策略。直接发育这种模式,让生活变得简单了一些——少了一件需要操心的事情。”

这里可以稍微解释一下“直接发育”到底意味着什么。在很多人的印象里,两栖动物的一生像一场变形记:从水里游动的、用鳃呼吸的蝌蚪,慢慢长出四肢、收起尾巴,最后变成能上陆地的成年个体。这个过程在生物学上叫“变态发育”。但如果按照新研究的看法,这些3亿多年前的embolomeres幼体,可能从一孵化出来,样子就跟爸妈差不多,只是个头小了几圈。它们不用面临一个完全不同的生存环境,不用在童年期和水生环境做绑定,生命形态的切换少了一次剧烈的折腾。

这为什么重要呢?因为登陆,对于水生动物来说,是件充满挑战的大事。重力、呼吸方式、保持水分、繁殖……每一个环节都像一道新的考题。如果一个物种的宝宝出生时就已经是适应陆地生活的形态,那它从一开始就能在陆地上活动、捕食和躲避危险,而不必先在水里完成一次耗时又脆弱的成长。这听起来,似乎是一种更稳健的登陆策略。史密森的评价,“少了一件需要操心的事情”,说的就是这个意思。

那么,科学家是怎么得出这个推论的?研究团队发现并分析了那些embolomeres的幼体化石。在马宗溪出土的这些化石,个头非常小,但解剖结构已经呈现出成年个体的特征。换句话说,它们不是某种“中间形态”的生物,而更像是一个等比例缩小版的成年体。这种“从小就是大人脸”的发育模式,正是直接发育的关键线索。

当然,这件事本身也留下了一些值得继续追问的地方。比如,直接发育在早期的四足动物中,到底有多普遍?它是不是登陆成功的一个关键因素?后来的两栖动物演化出变态发育,是某种环境压力下的新策略,还是对更古老发育模式的一种回归?科学界对这些问题,目前还没有定论。能够确认的一点是,这些3亿年前的“鳄鱼鳗鱼混血儿”,正在用它们保存在石头里的生平,一点点修正我们对那趟伟大登陆旅程的想象。