在五億年的演化歷史中,通過十四次重大演化事件,才使人類從一條小小的兩三厘米的魚演化為今天的“智人”?!叭祟惥褪浅壐倪M版的魚,我們用胸鰭翻動書頁,用腹鰭四處行走。”中國古動物館館長、中科院古脊椎與古人類研究所研究員王原,將為我們開啟關于人類起源的新奇視角。
王 原
中國古動物館館長
中科院古脊椎與古人類研究所研究員
以下內容為王原演講實錄:
我今天會講到恐龍,但不全是恐龍,我今天要講的是人類的由來。大家知道,人類來自猿。但是,我今天想把大家的視角再往遠處推一下,看一看人類在5億多年前來自什么。
其實人類來自一條小小的魚。我們都知道,宇宙已經產生了130多億年,“bang”的一聲,產生了130多億年的時間和空間,我們地球也誕生了40多億年。和宇宙的年齡、地球的年齡相比,人類非常地年輕。
最早的人類大概在600多萬年前出現,我們現代人的直接祖先,大概在二三十萬年前才出現。所以和廣闊的時間來相比,人類時間非常短??墒怯腥苏f了,我們雖然出現的時間短,但是我們現在是地球的主宰,我們的出現是必然的。是這樣的嗎?
其實人類的出現是一個非常非常小概率的事件。我們知道人類屬于脊椎動物,我們摸一摸自己的脖子,后面有一個硬硬的骨頭,這個就是脊椎,我們的身體里頭有這么一個脊椎連成的脊柱,而所有這些有這樣結構的動物都叫脊椎動物。
最早的脊椎動物出現在什么時候?出現在地球的哪里?
這是一個海洋環境,5億多年前,寒武紀的海洋里有各種各樣奇怪的動物,很多都已經滅絕了。可是你們看,(上圖)這里頭比較靠前的位置有一些小魚,不大,非常小,大概兩三厘米這么長。
雖然這個海洋里的生物大部分現在都已經滅絕了,我們見不著它們的后代了,可是這條小魚的后代頑強地生存了下來,繁衍產生了我們人類。這就是世界上最早的脊椎動物,為什么呢?它的身體有很多結構,我只講一個結構,就是它的身體里有脊椎。
雖然那個時候的脊椎還是軟骨質的——不像我們現在摸著的脖子是很硬的骨頭——但是已經有了一個內在的支撐,所以可以很明確地知道脊椎的作用,它能夠使身體更加堅強。另外由于它是一個個脊椎連成的脊柱,它還有很好的靈活性。
海口魚是世界上已知最早的脊椎動物,它出現在咱們中國的云南。我們在教科書上看到過,從魚開始演化,演化出了兩棲動物;從兩棲動物到爬行動物,爬行動物開始分支,出現了哺乳動物,也出現了鳥類;在哺乳動物這支里頭,演化出了我們人類。整個這個過程發生了5億多年,那人類是不是必然的這樣一個演化的產物呢?
其實并不是,在5億多年間,發生了十四次重大的事件。每一次事件如果以另外一種形式來展開,可能都不會出現人類,我也不會站在這里給大家做演講。
我們來看看這十四次事件都是些什么樣的事件?我們剛才已經講了脊椎的出現,毫無疑問是第一個重要事件。那第二個是什么呢——頜的出現。
我們知道,在脊椎動物剛剛開始出現的時候,它沒有頜。沒有頜的話它的嘴是什么樣子呢?像圓盤一樣的。這樣可以過濾海底的泥沙,或者吸附在其它的動物身上啃食它們的皮肉,可是如果出現了這樣一個頜呢?
我們想一想,是不是取食的能力就更強了?我們確實在地球歷史上發現了這樣的生物,它的名字叫曙魚。什么叫曙魚呢?它實際上是一個無頜動物,我們看到這個動物有兩個大眼睛,上面一個大的圓孔,那個不是它的嘴,是它的鼻孔,它的嘴還在下面呢。
但是在它的腦顱里頭已經出現了頜的原始結構,開始出現向頜發展的趨勢。這也是它名字的由來——曙魚,給頜的起源研究帶來曙光的魚。
從這時候開始,有頜動物就要登上歷史的舞臺了。有了頜之后長什么樣呢?這是兩個非常典型的代表,比如全頜魚生活在4.2億年前,你看它這個嘴的結構和我現在這個嘴的結構也很像嘛,是吧?
那我們再看看鄧氏魚。鄧氏魚是一個海底霸王,生活在距今3億多年前的泥盆紀晚期。它最大可以長到6米長,那個時候的鯊魚一兩米長,所以它要吃鯊魚的話就跟啃點心一樣,非常地厲害。主要用的就是它這個鍘刀一樣的頜,非常地兇悍。它可以大嘴一張把這獵物吸進去,咔嚓一下咬下去。
所以頜的作用、功能是什么?第一,還是取食,我們要更好地吃東西;第二,我要反抗,誰想吃我,回頭咬它一口;第三,競爭,競爭其實是同種之內的不同個體來進行競爭。我們倆都搶吃的,我的嘴快,“咔嚓”咬到了;第四,就像唐僧,它要交流,要不然的話它這嘴要是不停動彈,那就是念緊箍咒了。這就是頜的功能。
第三個重要的事件,是從水到陸。那個時候脊椎動物剛出現的時候,全是在水里,主要是在海洋里,后來有些進入了淡水的環境。有一群勇敢的魚,它們首先登上了陸地,就是以魚石螈為代表,它生活在距今三億六千多萬年前的格陵蘭。那魚石螈有什么特別的特點呢?
它可以在水里游泳,你看它長了像魚一樣的尾巴,但是它也可以爬到陸地上,為什么呢?因為它已經長了胳膊和腿,是不是這樣的?走兩步看看,上陸地上走兩步,感覺很好!那上邊有好多蟲子我可以去吃,那些蟲子已經率先登上了陸地。所以從水到陸是一個重大的轉變,拓展了它的陸地領域。
有個問題很有趣,先有雞還是先有蛋?我估計一群人有不同的答案,你說先有雞,雞是從哪兒來的?你說先有蛋,蛋是誰下的?
這個問題怎么解答呀?沒關系,我們古生物學家有我們獨特的視角。你們看一看這個照片,左邊的照片這是我的手,托著青蛙卵,這是在咱們北京郊區,看水里頭的卵像果凍一樣,軟軟的。而右邊是一個雞蛋,在我們古生物學家眼里,這個蛋指的是羊膜卵。
什么叫羊膜卵呢?青蛙卵這一個小黑點就是一個小胚胎,它外面有一個膠質的東西,沒有膜來保護它??墒悄憧措u蛋,在這小雞胚胎的外面有一層叫羊膜的膜,再到外面還有其他很多的膜系統:尿囊膜、卵黃囊膜、絨毛膜很多的膜系統,最外面還有一個硬殼。
一個蛋有這么多的膜來保護它,尤其是那層緊貼著胚胎的羊膜的保護,它就可以很好地防止干燥。我們可以想象如果青蛙的蛋產到了一個陸地上,那很快就會干了、死了。但是如果是一個烏龜,就可以把蛋產到比較深的內陸里頭去。所以有了羊膜的這種卵,就可以在生殖過程中擺脫對水的依賴,更好地征服陸地環境。
所以一開始我們講到了登陸,有了羊膜卵可以更好地適應陸地環境,這就是羊膜卵的出現。我們認為羊膜卵最早在三億一千萬年前出現了。這種動物叫羊膜動物,它的名字叫林蜥,這個是在加拿大發現的。
回到這個問題,羊膜卵什么時候出現的?剛才說了三億多年前,可是沒有化石,為什么呢?因為在那個時候對化石卵來說時間太長了,很難保存下來。而且我們推測,最早的羊膜卵很有可能是軟殼蛋,就像現在的有一些烏龜、鱷魚,它們會產出這種革質皮的卵,這樣很難保存下來。
化石中最早保存下化石卵的是什么呢?就是恐龍蛋。我們看恐龍胚胎在里頭,這個恐龍蛋是最早的保存下化石的羊膜卵。我們知道它的年齡,兩億多年。從三億多年到了兩億多年,時間似乎短了很多。
那我們剛才說的這個雞是什么?雞是一種鳥啊。那最早的鳥是什么時候出現的呢?我們有化石記錄,那就是德國的始祖鳥,1.5億年前出現。所以這個問題就有了一個我們自己的答案,在古生物學家眼里是先有蛋!
那我們再談另外一個演化事件,也是我們提到的第五個演化事件——重返海洋。為什么呢?我們說這些長了胳膊腿的動物已經爬上陸地——當然水里頭還有魚呢,它們一直生活在那里——但是它們爬上陸地之后,已經長了胳膊腿,而且還用肺呼吸,已經很適應陸地環境了??墒怯行┑拈L了胳膊腿的四足動物,它們很叛逆。它們說我上陸地已經逛得挺好的了,回海洋里頭去看看怎么樣。這樣就有最早吃螃蟹的重返海洋的脊椎動物,是什么呢?以中龍為代表。
中龍最早的時候可能還沒有進入到海洋,可能還是內陸的咸水湖,然后一點一點地進入了海洋,它的后代會進入到海洋。所以這就是第五個重要演化事件。
我們回到海洋之后有好處啊,海洋里還有什么呢?有魚、有蝦、有蟹,吃點兒海鮮挺好的!另外生物有一個特點,一個是吃,還有一個重要的是躲。躲避那些災難、躲避那些捕食者。我們知道中生代的陸地上有什么?有恐龍。
這種海洋里的我們管它們叫海生爬行動物,或者叫海洋爬行動物,有很多的種類,大家比較熟悉的魚龍,長脖子的蛇頸龍,還有一些烏龜類、鱷類,還有咱們看過《侏羅紀世界》里頭,最后把那個大反派虐暴龍一口給咬死,然后拖到水里頭的那個滄龍,是一種巨大的海洋蜥蜴。
這些動物都生活在海洋里,而且生活得非常好。其中最典型的就是魚龍,它為了適應于海洋生活,它的胳膊、腿已經變成了鰭狀肢,像魚鰭一樣的。然后它的生殖——我們知道爬行動物都是產蛋的,可是它要是產一個蛋就會掉水里頭了,因為它已經適應于深海環境了。那它怎么辦呀?就不產蛋了,直接產小魚龍,所以它們是重返海洋的杰出代表。
我們再講下一個演化事件:哺乳動物的興起。我們人類屬于哺乳動物的一員,那我們可以說因為你是人類嘛,所以你肯定把哺乳動物的興起說成特別重要了。其實不考慮這一點,我們再看看哺乳動物有哪些優勢?
看看這張圖的動物身上長了什么?長了毛發。長了毛發就披上了一個裘皮大衣,非常地暖和,它就可以保持比較高的體溫,能夠維持恒定的體溫,這樣它能有更好的活動空間。
這是哺乳動物里最早的一個哺乳動物代表,我們管它叫賊獸,生活在兩億多年前的歐洲。我們中國也有這個類群的早期代表,是生活在一億六千多萬年前,在遼寧發現的神獸和仙獸。
這就提到了哺乳動物的另外的特點,它除了身上有毛發,它還胎生、產奶、哺乳,這是哺乳動物的重要特征,有了這些特征之后哺乳動物就能更好地征服陸地。不光是陸地,還有其他各種各樣的環境。
我們知道,之前的脊椎動物這么長時間的演化,一直是在水里頭和陸地上進行的,沒有一個飛上藍天,可廣闊的天空還空著呢!第一個飛上藍天的脊椎動物是什么?翼龍。
總有人說翼龍是會飛的恐龍,其實這是錯的。我們后面會講什么是會飛的恐龍。它們不是會飛的恐龍,因為它們根本就不是恐龍,是恐龍的一個近親,但是翼龍飛上藍天又拓展了一個生態領域。最早的代表,像意大利的真雙型齒翼龍,生活在距今兩億多年前,跟恐龍出現的時間差不多。
脊椎動物在成功地實現飛行這個能力的過程中,有三次主要的演化。第一個就是翼龍的翅膀,大家知道翼龍的翅膀其實是一個主要的一個皮膜,然后來撐開。另一個事件就是鳥類的出現,它們更好地征服了藍天,那它們用的是什么飛行呢?用羽毛來飛行。
之后又有哺乳動物,也嘗試著說,空中挺好我也要去一下。哺乳動物最典型的代表就是哺乳動物的空軍——蝙蝠。那蝙蝠也是用翼膜,但它和翼龍還不太一樣,可以看到,蝙蝠的手指頭是伸到這膜里頭去的。那翼龍不是這樣的,翼龍是用無名指統治天空。
我們看到右邊這張圖就能看到,特別長的那根手指頭是它的第四根手指頭。它是要支撐一個非常巨大的翼膜來飛上藍天,所以這就是飛上藍天的一個重大事件。
我們再講另外一個演化事件——羽毛的演化。大家看到這樣一個動物會說,這是什么呢?這是一只鳥嘛!看看它漂亮的羽毛,其實它是一個恐龍。它的名字很有趣——近鳥龍,其實也很好理解,形態非常接近鳥類的恐龍,它們的親緣關系也很近。
它們最早就是出現在1.6億年前的中國,它們的化石發現在遼寧一帶。它們身上有很漂亮的羽毛,可實際上羽毛的演化,是有一個非常復雜的過程,它一開始并不是這種片狀的、能飛的羽毛,所以羽毛最開始出現的時候,并不是為了飛行。
你看看,從最左邊的單根的絲狀羽毛,然后開始分叉、成簇,最后才產生了這種片狀的羽毛,我們想一想這些絲狀的羽毛會干什么用呢?它很像哺乳動物的毛發,其實它的成分和哺乳動物毛發確實是一樣的。它的主要作用是為了保溫,然后還有炫耀的作用。
大家知道在鳥類當中,最典型的炫耀羽毛的是誰呢?孔雀,所以它有漂亮的羽毛能夠炫耀,然后還有飛行的作用,所以飛行的作用是比較晚出現的。它在原有的基礎上進行改造,才具有了飛行的功能。
化石里頭這些長有羽毛的恐龍都是什么樣的?炫耀羽毛的恐龍叫耀龍,名字也很簡單粗暴,它身上有黑色的羽毛印痕,尾部還有四根帶狀的羽毛,黑色的絲狀羽毛估計就是保溫用的。
這種帶狀羽毛,搖搖尾巴有點兒像孔雀式的,具有一定的展示和炫耀的功能。美羽不怕多,那個時期有很多的長了羽毛的恐龍,比如說黑色的北票龍,再比如說巨大的羽王龍——羽王龍個子很大,體長9米。這些都生活在咱們中國的遼寧。咱們中國有這么多長了羽毛的恐龍出現,其實也證明了一個重大的科學問題,就是恐龍和鳥類之間實際上是有過渡環節。
這是一個會飛的恐龍——小盜龍,你看它的羽毛,是不是已經是片狀的,已經像一個鳥的羽毛一樣了?和最開始出現的近鳥龍非常相似。
我們講恐龍的時候肯定躲不開一個議題——恐龍的滅絕??铸埖降自趺礈缃^的?我們說在6600萬年前,確實是有這樣一個巨大的災難事件,一個直徑10公里的小行星撞擊到地球上,產生了一個直徑180公里的一個大的隕石坑,產生了核冬天效應,使地球上的植物、動物都產生了災難性的滅絕事件。
我有一個卡通圖,前邊有一個小耗子一樣的動物,這個恐龍說,“逃命去吧,哺乳動物,我來幫你擋住這個隕石”——其實是一顆隕石,沒這么多顆,但是這確實也說明了一個有趣的問題。如果沒有一個大型的隕石撞擊地球產生這樣一個生物大滅絕事件,后面會留出那么多的生態位讓哺乳動物來填補嗎?那就沒有這些后面發生的一些事情。
那恐龍滅絕了嗎?——沒有滅絕!因為那些長羽毛的恐龍,它們演化成鳥類,飛上了藍天。鳥類就是恐龍的后代,鳥類就是未亡的恐龍,所以昨天晚上我們剛吃了一個菜——西紅柿炒恐龍蛋。
最后一個演化事件,第九個演化事件——人類的黎明,人類的出現確實是非常奇特的事情。剛開始出現的時候樣子也很奇特,這樣子反正我是不太喜歡,但這就是我們祖先的樣子,600多萬年前在非洲,非洲是我們人類的起源地。
之后又發生了很多的中間的類型演化,大家可能去過北京周口店,那就是一個叫做直立人的演化階段,我們現在的所有人處于一個什么演化階段?是智人。我們說自己是智慧的人,有時候雖然經常犯傻,我們把自己稱為智人,這就是人類演化的一個過程。
我們剛才已經介紹了九個重要的演化事件,這些都是脊椎動物中九次重大的轉折事件。它叫關鍵轉折點,英文是key transitions。你剛才一開始說有十四個呢,這怎么才有九個呀?我再給大家填一下,我一下給它補上五個,為什么呀?
如果我們任何時候講演化,肯定離不開滅絕。大滅絕事件對生物的演化實際上產生了很重要的影響,地球上曾經發生過五次重大的滅絕事件,分別發生在奧陶紀末、泥盆紀的晚期、二疊紀末、三疊紀末,還有中生代末,也就是白堊紀末。
現在有些學者甚至認為,我們現在所處的時代正在發生第六次大滅絕事件,第六次大滅絕事件是不是在我們身邊發生的?我們確實看到了很多物種在我們身邊滅絕了,渡渡鳥是特別典型的一個代表,還有很多其它的物種。
所以,我們快速地看一下這五億多年的歷史,這十四次重大的演化事件,任何一個事件如果以另外一種形式展開,可能就沒有我們人類!
但是從五億年的演化歷史來看,從一條小小的兩三厘米的魚演化出我們人類,可以說,人類就是一條超級改進版的魚,我們用我們的胸鰭翻動書頁,用我們的腹鰭四處行走。
人類的出現非常偉大,人類改造自然的能力也非常地強。但是人類在演化時間上出現得非常晚。人類在總體數量上和鼠和兔比也差得很遠,所以我們在生物界中是非常渺小的。
我們的出現非常地幸運,但是我們本身也應該非常地謙卑。因為在地球的整體演化當中,人類只是滄海一粟。演化結束了嗎?人類向哪里去?其實這是非常有趣的問題。認為結束的請舉手!看來大家都有這么一個共同的認識,其實演化并沒有結束。
生命不息、演化不止!只要生命在地球上存在,它就會不停地演化,人類也是一樣。但人類非常特別,是一種非常特殊的生物。他不但有生物學的演化,他還有文化的演化,以及科學技術的演化。
我們很難想象我們的祖先在一萬年前,還揮舞著木棒跟劍齒虎、猛犸象去搏斗,現在我們生產出了各種各樣尖端的武器,遠遠一槍就能把它給干掉。我們還可以發射火箭升到太空中去,我們的航天器剛剛飛越了太陽系的冥王星。
所以人類往哪里去其實是一個挺難的問題,我覺得這個問題其實比先有雞還是先有蛋更難回答。我想每個人心里都有自己的答案。也希望大家能夠認識到人類在生物界中的位置,然后更好地保護我們的環境,保護我們的地球,其實也是保護我們人類自己。謝謝大家!
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