人类模仿鱼鳍发明了什么东西？人类的手指竟起源起鱼鳍

人类模仿鱼鳍发明了什么东西？人类的手指竟起源起鱼鳍过去科学家对鱼类和早期四足动物间演化过渡阶段的了解，主要是透过连结两者关系的数个惊人化石，其一是生活在泥盆纪中晚期（约3亿8400万~3亿7900万年前）波罗的海地区的潘氏鱼化石。潘氏鱼延长的肱骨和大型桡骨、尺骨（分别对应四足动物的上臂骨和前臂骨）以及类似四足动物的头骨形态提供了最初的线索，显示它所属的希望螈目是最接近四足动物的鱼类，其名称来自加拿大东部鲜为人知的希望螈。模糊不清的起源从手掌延伸而出的五根手指既灵活又有力，可以弹钢琴、使用槌子，也能轻抚。手是我们最熟悉的身体部位，举凡穿衣、开车、烹饪、传简讯等大多数日常工作都需要手。不过，我们对这个上肢的演化过程仍有许多未知之处，特别是它最初起源的演化阶段。其他四足动物的前肢外观和功能与人类的手大不相同：鸟类和蝙蝠的前肢成了精巧的翅膀，大象的前肢则壮如树干支持着身体，但基本结构却一样。1859年，英国演化学家达尔文（Charles Darw

实锤了！人类的手指竟起源起鱼鳍

远古鱼类关键化石显示，手指构造在脊椎动物离开水域到陆地生活前就已演化出来。

长久以来，由于缺乏鱼类到四足动物过渡阶段的化石记录，科学家一直难以确定四足动物的手如何从鱼类祖先的鳍演化而来。

最近发现3亿7500万年前远古鱼类的完整骨骼，正是手的起源与早期四足动物出现的有力证据。

▲爬上陆地的鱼：希望螈（Elpistostege watsoni）是存活于3亿7500万年前的鱼类，与四足动物的亲缘关系接近，其胸鳍内有指骨，可能有助于在陆地上支撑身体的重量。

从手掌延伸而出的五根手指既灵活又有力，可以弹钢琴、使用槌子，也能轻抚。手是我们最熟悉的身体部位，举凡穿衣、开车、烹饪、传简讯等大多数日常工作都需要手。不过，我们对这个上肢的演化过程仍有许多未知之处，特别是它最初起源的演化阶段。其他四足动物的前肢外观和功能与人类的手大不相同：鸟类和蝙蝠的前肢成了精巧的翅膀，大象的前肢则壮如树干支持着身体，但基本结构却一样。1859年，英国演化学家达尔文（Charles Darwin）在《物种起源》提到这些相似之处：「人类用来抓握的手、鼹鼠掘土的手、马的前腿、鼠海豚的桨状前肢和蝙蝠的翅膀，都有相同型式的构造和骨头，并且位在一样的相对位置上，还有什么比这更令人好奇？」

达尔文的解释很棒：不同动物共享一样型式，是因为它们都是从前肢具有指骨的共祖演化而来。达尔文提出演化论思想迄今160多年，演化生物学家利用搜集到的古生物学、遗传学和胚胎学证据，证明达尔文是正确的。透过科学家的努力，阐明了演化自鱼类的四足动物拥有共祖，也发现人类手部骨头的组成，于蛙类、鸟类和鲸鱼有类似的构造，并且在不同物种变异中辨识出控制手部、翅膀和鱼鳍发育的特定基因。然而，因为科学家缺少介于水生鱼类和陆生四足动物间的过渡生物的完整化石，故事的最初篇章仍模糊不清，即有关共祖鱼类的鳍内骨头如何演化出手部和腕部的成因。

去年3月，科学家发现了一具极为特殊的化石，属于3亿7500万年前的鱼类希望螈（Elpistostege watsoni）的完整骨骼，终于填补故事的空缺。该化石保留的鳍内骨和我们的指骨相似，显示手指的演化在脊椎动物离开水域前就已发生。此项发现颠覆了手指演化时间及方式的过往知识，并让地球生命史上极重要的四足动物的崛起焕发出新的光芒。

模糊不清的起源

过去科学家对鱼类和早期四足动物间演化过渡阶段的了解，主要是透过连结两者关系的数个惊人化石，其一是生活在泥盆纪中晚期（约3亿8400万~3亿7900万年前）波罗的海地区的潘氏鱼化石。潘氏鱼延长的肱骨和大型桡骨、尺骨（分别对应四足动物的上臂骨和前臂骨）以及类似四足动物的头骨形态提供了最初的线索，显示它所属的希望螈目是最接近四足动物的鱼类，其名称来自加拿大东部鲜为人知的希望螈。

2006年，美国芝加哥大学的古生物学家苏宾（Neil Shubin）和同事宣告在加拿大北极圈内发现另外一种希望螈目的鱼化石，也就是3亿8000万年前的提塔利克鱼。提塔利克鱼的发现极为关键，随之而来的许多新资料显示，它的胸鳍比其他已发现的此类鱼化石更发达，具有发育良好的臂骨与可活动的腕关节；而它的头骨也很独特，包含长扁形的吻部和特化的脑颅，这些是四足动物的共同特征。

从提塔利克鱼和其他已发现的希望螈目化石可知，四足动物的某些指标特征系源自其鱼类祖先，包括有利于陆地生活的臂骨和关节，但这些鱼并没有指骨。以潘氏鱼而言，研究人员最初认为可能是指骨的组成小骨，后来确定不是。而提塔利克鱼化石则未保存完整的胸鳍末端，那是最有机会找到指骨的部位（如果有的话）。专家就已有的证据做出结论：手指不属于最初鳍到肢过渡阶段的某一环节；相反地，手指是后来四足动物登陆生活才演化出来。

然而，科学知识并非一成不变，它会因为新的研究证据而不断更新，新发现使教科书需修订内容，我们在希望螈化石上最新的研究发现就是一例，该化石于2010年在联合国教科文组织（ UNESCO）世界遗产地魁北克的米瓜莎（Miguasha）挖掘而出，它不是希望螈目的新种生物，而是早已发现的原始成员。但这次我们找到了完整化石标本，让我们提出一项关于手指演化过程与形成脊椎动物手部构造的不同理论，现生超过3万3800种四足动物皆具有此种手部构造，包括人类在内。

寻找关键证据

稍微了解希望螈化石的发现史，便可体会它的地位有多重要，改变了我们对手与手指演化的观点。1937年夏天，两名年轻的英国古生物学家韦斯托尔（Thomas Stanley Westoll）和格雷姆－史密斯（William Graham-Smith）沿着加拿大东部刮风不断的加斯佩半岛南岸、夏路湾（ Chaleur Bay）的悬崖（现今米瓜莎国家公园）搜寻着泥盆纪的化石，夏路湾的悬崖一直被认为是藏有此类珍宝的宝地。当地收藏家协助这两位古生物学家寻找化石，有时也卖化石给他们。韦斯托尔所购得的化石中有一小块头骨顶部碎片，是我们了解鱼类演化成四足动物过渡阶段的关键证据。

在韦斯托尔和格雷姆－史密斯的年代，科学家早已怀疑四足动物其实是演化自肉鳍鱼（鳍具肌肉、强而有力，现生生物代表包括腔棘鱼和肺鱼），但是缺少有过渡阶段内部构造的化石支持此一关系。韦斯托尔购得的头骨顶部化石似乎有助于填补空缺，他进行头骨模式分析后，认为此化石可能是科学家找寻已久的原始泥盆纪两生类的头骨。他把这种特殊生物命名为希望螈（希腊字源分别是「希望」和「顶部」的意思）。韦斯托尔在1938年发表于《自然》的短篇论文里表示，该化石为肉鳍鱼和早期四足动物提供了「完美的过渡形态」。

然而仅凭一片头骨，韦斯托尔的论点遭人质疑，因此还需要更多这类动物的化石来证明，尽管所有来自欧美的古生物学家都到夏路湾的悬崖寻找化石，但是没有人再找到希望螈的新标本了。

在韦斯托尔发表论文约30年后，偶然的机缘出现了。加拿大的化石收藏家派伦特（Allan Parent）在米瓜莎悬崖发现一个不完整头骨的吻部，由派伦特当成私人收藏品直到他英年早逝。1983年，派伦特的兄弟把此一吻部化石拿给米瓜莎国家公园的处长艾森诺特（Marius Arsenault）看，艾森诺特请美国堪萨斯大学以研究鱼化石著名的专家舒尔兹（Hans-Peter Schultze）来鉴定这件特殊标本。舒尔兹立刻意识到它的重要性：此化石保存的颅骨，排列和形状与韦斯托尔所发现的希望螈头骨顶部相似，显示它们属于同一物种。

随着希望螈内部构造更进一步的研究，关于它身分的看法开始改变。新的吻部上可见的特征显示，希望螈并非两生类，而是高度进化的肉鳍鱼。1985年舒尔兹和艾森诺特在介绍此吻部的论文中特别提到，它和波罗的海的潘氏鱼关系很接近；他们也谈到另一件神秘标本，那是数年前米瓜莎首席生物学家布拉萨（Marc Brassard）和克劳提尔（本文作者之一）在加拿大米瓜莎悬崖发现的化石，内含些许鳞片和部份脊椎骨。由于该化石所保存的鳞片表面纹理与新化石的吻部相似，舒尔兹和艾森诺特认为它也属于希望螈。

含有鳞片和脊椎骨的化石对于希望螈的归类很重要，这个化石不仅是希望螈头部以下资讯的唯一来源，还提供了其他两个希望螈化石所没有的资讯：明确的起源地。大家只知道头骨顶部和吻部是在米瓜莎悬崖找到，但不清楚它们源自哪一岩层。然而，布拉萨和克劳提尔却记录了他们发现化石的确切地层位置：在名为艾斯居米纳克地层（Escuminac Formation）的特定地层单位最底层上方90公尺处。

往后几年，克劳提尔和考古团队不断回到艾斯居米纳克地层附近，想寻找更多希望螈的遗骸，可惜徒劳无功。尽管如此，他们发现的地层和化石证据让他们得以重建希望螈当时生存的环境：入河口渠道。在与约20多种鱼类共存的水域中，身为最大型鱼类的希望螈画面开始浮现，可能因此成为最高级掠食者。

最后，科学家终于从古生态资料中找到新的相关证据。2010年8月4日下午稍晚，管理米瓜莎国家公园的博物学家坎丁（Benoit Cantin），在距离公园的博物馆不到250公尺巡逻时，发现一块特别的鱼尾化石埋在米瓜莎悬崖下海岸、艾斯居米纳克岩层较低处，隔天早上，坎丁和两位博物学家向导协力挖掘出鱼尾化石剩余的部份。在艾斯居米纳克地层发现的化石中，这具1.57公尺长的希望螈化石是最大、也可说是最重要的一具完整骨骼化石。