【地球演义】第四十五回 虫与鱼(下)

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寒武纪的早期脊索动物完成了一场从虫到鱼的飞跃——准确地说,是向鱼形动物的飞跃,真正的鱼类要到8000万年后才出现。在澄江动物群中发现的一系列动物的名字:云南虫,海口虫,华夏鳗,昆明鱼,海口鱼,形象地描绘了这种转变。虽然这些动物都用鳃(裂)呼吸,用(尾)鳍游泳,都拥有符合流体力学的纺锤形身体,但依然被分别对待,划分为“虫”,“鱼”两类。

中新鱼复原图。图片来源见水印。

华夏鳗化石。细长的身体倒是很像今天的鳗鱼,不过它应该更接近原口类七鳃鳗。图片来源自网络。

横亘在虫和鱼之间的鸿沟是什么,或者说,到底拥有了那些特征,才可以算是一条鱼形动物呢?

先来看最原始的准鱼形动物——文昌鱼的身体结构。之所以称它准鱼形动物,是因为它没有脑袋——没错,文昌鱼所属的头索动物又被称为无头动物,因为它没有明显的头部,没有眼睛,嘴和大脑。所以平时只能竖在沙子里过滤海水,偶尔扭动身体游动一下。但是,文昌鱼至少拥有两样鱼形动物的最低配置:第一,背部有一条强韧的脊索(Notochord);第二,它的神经索位于动物的背部,消化道的上方。很久以后,当脊椎出现并取代脊索后,背神经索被脊柱包裹,形成脊髓,成为中枢神经系统的一部分。


文昌鱼的身体结构。这个没头没脑的家伙是教科书级的活化石。

这里多说一句:背神经索和脊索,鳃裂一样,是脊索动物的主要特征之一。原口动物(比如节肢动物,环节动物和软体动物)拥有腹神经索,位于消化道的下方,比如下图中昆虫的腹神经索。而半索动物(柱头虫)同时拥有背神经索和腹神经索。(至于棘皮动物,忽略。)

昆虫的身体结构,主血管位于背面,而主神经索位于腹面。这和脊索动物的身体构型(腹血管,背神经索)刚好相反。图片来源见水印。

云南虫和海口虫毫无疑问拥有背神经索,但是否拥有脊索还有争议——由于缺乏决定性的证据,一些研究者认为它们属于半索动物,就是上回介绍的柱头虫的亲族。尽管它们拥有流线形的身体和宽大的尾鳍,也只好屈居为“虫”。而华夏鳗和中新鱼因为拥有确凿无疑的脊索,得以荣升为“鱼”。

海口虫和文昌鱼的结构对比。图片来源自网络。

BBC纪录片《Walking with Monster》中围攻受伤奇虾的海口鱼群。

昆明鱼和海口鱼是标准的鱼形动物。它们拥有已知最早的脊椎——尽管只是脊索周围一些零散的小骨片。有了骨骼的支撑和辅助,海口鱼的身体更加强壮灵活。在骨骼肌的牵引下,它们的游动更加迅速敏捷。和没头没脑的文昌鱼不同,海口鱼有明显的头部,装备了发达的感官:眼睛和鼻孔。在眼睛的后面,排布着7对鳃孔。鳃孔外侧的皮肤开始延伸褶皱,形成鳃弓结构,可以在神经的控制下自由开合,不但可以防止异物堵塞鳃腔,而且还能增加水流,提高呼吸效率。下一步,鳃弓逐渐骨化,支撑起鳃腔和鳃丝。在未来,几对特殊的鳃弓将分别演化成颌骨和偶鳍,前者赋予鱼类强大的攻击力,使它们成为海洋的霸主。而后者则最终支撑鱼类爬出水面,奔向更加广阔的天地。

海口鱼化石和复原图,注意鳃弓(Branchial arches)的位置。图片来源自网络。

除了脊索,背神经索(neural tube)和腹主血管(aorta),人类的早期胚胎也会发育出5对鳃弓(pharyngeal arch),这些特征把我们和遥远的鱼形动物祖先联系在了一起。图片来源见水印。


现代的头索动物代表着一类很早就分化出来的脊索动物旁枝。它们无力和真正的鱼类在海洋中争衡,于是退而与腕足动物和双壳类为伍,加入到潜沙滤食的行列。

地球名片

生物分类:动物界-脊索动物门-头索动物亚门

存在时间:早寒武纪 至 现代

现存种类:约30种

化石种类:难以确定

生活环境:海洋

代表特征:形如小鱼,脊索,无头,口笠鳃腔,V形肌节

代表种类:文昌鱼,偏文昌鱼

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