不同凡响的化石——“小家伙”

　　契塞德小村庄位于苏格兰东南部。3.5亿年前，这里是一个热带沼泽，沼泽旁的山丘上呈现着一派闷热潮湿的自然景观：各种各样的蕨类、楔叶类和约30米高的石松等植物互相交织在一起。正是在这潮湿泥泞的沼泽湿地里，一双大眼睛露出了水面。这是一种大脑袋、宽嘴巴、满口尖牙、身后拖着长尾巴的蝾螈类动物。借助四肢，它开始笨拙地在沼泽旁的陆地上溜达……
　　我们暂且把这种两栖脊椎动物称为“小家伙”。关于这个“小家伙”，或许你从未听说过。它现在是年龄3.5亿年的化石。对于它生活的那个时期，我们所找到的化石记录很少，因此，这个“小家伙”化石是最重要的化石之一。“小家伙”生活的时代是地球生命繁衍史上具有重大意义的一个阶段。也就是在此期间，一些鱼类拖拽着自己的躯体，完成了由生活在水中向栖息在陆地的转折，为两栖动物、爬行动物和哺乳动物共同登上陆地生命大舞台奠定了基础。
　　这个于2015年发现的“小家伙”实在是不同凡响。它的出现，对我们以前关于水生动物登陆的观点形成了强烈的挑战。我们曾经以为动物登陆的情景是这样的：水生动物中的一些执着的强者在进化中将自己的鳍演变成了四肢，在吸入一口空气后，头也不回地向陆地进发。现在，我们发现登陆可能是基于一个更偶然的变化：在这一过程中，这些动物眼睛大小和眼睛位置的变化，可能与四肢的出现发挥着同样重要的作用。
　　目前，考古学家们已经发现了一些讲述从鱼到四足动物的演化过程的标志性化石。从3.75亿年前泥盆纪末期的岩石中，考古学家发现了石化了的鱼类。这些化石记录了从鱼鳍到四肢再到脚趾的进化阶段。通过这些进化阶段，它们最终登上了陆地。还有对拉脱维亚类似潘氏鱼化石以及加拿大埃尔斯米尔岛3.75亿年前的提塔利克鱼化石的研究，揭示了鱼鳍骨到四肢的转变方式。这些原始肉鳍鱼的出现，标志着过渡的开始。肉鳍鱼类中进化出了第一个陆生脊椎动物，最终衍生出了人类。换句话说，我们认清了鱼类鳍骨是如何演变成我们身躯中的四肢骨骼的。
　　在此后约1000万年，脊椎动物看起来似乎更适于在岸上游走。其中有像大鲵的棘螈，它们身长60厘米，四肢灵活，每只脚上长有8个脚趾。鱼石螈则有7个脚趾，它们似乎待在水中更舒服，不过它们已经能够拖着躯体在泥巴地上前行了。进化到此，早期的四足动物有了四肢和脚趾，并继承了它们肺鱼祖先呼吸空气的能力。这时的它们似乎万事皆备，只待栖息陆地了。

“罗默空缺”

　　就在这一关键时期，化石记录却消失了。从3.6亿年到3.45亿年前石炭纪开始的这1500万年，我们能找到的第一批四足动物后代们的化石稀少得难以置信。考古学家曾推测，这1500万年出现了四足动物类大爆发。然而，发掘出的化石却屈指可数。
　　当我们再次从化石中查到水边出现丰富的两栖动物生命时，1500万年已经过去了。这些化石记录的是完全栖息陆地的第一批生灵，包括已放弃水中生活的脊椎动物。无疑，化石记录上出现了巨大的空缺。在此阶段中，没有发现相关的化石记录。这就是有名的“罗默空缺”。正是在这一时期，鱼石螈从水草沼泽中开辟了自己的出路，早期的两栖类开始在岸边自由生活。
　　这缺失的1500万年究竟是怎么回事？科学家们苦苦探求答案。有美国的古生物学家认为：答案可能是氧气。在“罗默空缺”之前的数千万年间，一些节肢动物，如早期的蛛形纲已在陆地上蓬勃繁衍，但在“罗默空缺”期间，它们却陷入痛苦的挣扎。这不由得使人猜测，化石记录的中断是否是由于大气中氧含量的严重稀少？氧气稀薄，这就给试图上岸的动物们造成了呼吸上的困难，阻碍了它们登陆的步伐，它们只好成为短暂脱离水域生活的两栖类。随即有科学家反驳说，同一时期形成的木炭化石揭示了火的存在，而木头燃烧需要充足的氧气，因此，关于那时氧气水平较低的说法缺乏证据。

小知识

　　“罗默空缺”是指在进化生物学研究中四足动物化石记录明显缺失的阶段。美国考古学家阿尔弗·雷德罗默首次关注并认识到这一现象，因此以他的名字命名。

新化石层出不穷

　　化石记录常常带给我们出其不意的惊喜。进入21世纪后，新的化石发现可谓层出不穷，让人惊喜连连。2002年，剑桥大学的克拉克团队对一种彼得普斯螈后的骨骼化石进行了细致的研究。此前，这种化石被认为是一种生活在3.48亿年“罗默空缺”时期的一种鱼类，但他们研究后认为，这是一种具有5个脚趾的四足动物。与过去祖先的脚相比，彼得普斯螈后能更好地适应陆地生活。这种动物虽不是完全的陆生，但其解剖学特征表明，它对陆地生活的适应能力高于此前的任何脊椎动物。对这一化石的解析还表明，罗默空缺时期的化石或许并非那么稀少。 　　2015年，加拿大卡尔加里大学的安德森团队在加拿大新斯科舍省的蓝海滩发现了一批化石。在这些化石中他们发现了大量的四足动物化石。这些四足动物在“罗默空缺”时期就生活在那里。他们被这一发现震惊了。
　　受此鼓励，剑桥大学的克拉克团队又折回到被长期遗忘的契塞德小村庄。他们在离契塞德小村庄不远的河床边又发现了新化石。这简直是大丰收，居然有5种四足动物。对古生物学家来说，这批化石就是足以颠覆生物演化进程的珍贵宝藏。仔细勘查这些化石，他们发现了一种四肢细长的短鼻动物，这就是前面提到的“小家伙”。“小家伙”的头长仅仅j厘米，与同期其他两栖类动物相比，它确实很小。“小家伙”的出现表明：这时的四足动物已经演化出了一系列体型，这也就是它显得特别重要的原因。“小家伙”大受考古学家的青睐，因为它填补并终结了“罗默空缺”。

变大的眼睛

　　结合化石中的最新发现，鱼类登陆的长期进化过程中存在的盲点逐渐变得清晰：在“罗默空缺”的这段时期，这些脊椎动物并未遭遇空气稀薄呼吸困难的厄运，它们只是在加速进化和分化。正是在这个时期，四足动物们在真正开始探索着登上陆地。陆地上变化的环境似乎更有利于寻觅食物和躲避天敌，但同时，它们仍主要生活在水里。
　　那么，它们为什么要登陆呢？一方面，脊椎动物们需要通过在水中和陆地之间来回穿梭，试验身体各部分的新机能;另一方面，它们最终登陆，也许是受水中天敌的威胁，抑或是受陆地上美味食物的诱惑？
　　就这些问题，美国西北大学的神经学家马可蒙带来了全新的视角。他之前研究黑鬼鱼如何在水中使用电流探测猎物。现在，他在思考第一批陆地脊椎动物是如何探知它们的新环境的。于是，他将注意力聚焦在观察动物们的眼睛上，探究它们深邃的化石眼眶深处。
　　通过测量59只3.9亿～2.6亿年前的四足动物头骨上眼眶的大小，科学家们发现：那一时期这些四足动物眼眶出奇地快速增长，大小几乎是过去的三倍，且它们的眼睛逐渐移到头顶。以提塔利克鱼为例，虽然它仍然是一个鱼形的水栖动物，但其眼睛的大小和位置说明，它更加注意水面发生的情况。最让科学家们惊叹的是，这些变化出现在早期四足动物能够通过四肢上岸之前。
　　从生物学角度讲，大眼睛的使用并不经济。眼睛的生长和维护需要花费大量资源。那么，一双大眼睛到底能带来了什么好处呢？
　　为找到答案，科学家们利用现在的生物实验数据，用活体动物建模，以模拟这些史前动物的眼睛，从而了解它们能够在水下和水上看到的景象。科学家们发现，增大的眼睛在水下作用变化不大，不过，一旦这些大眼睛露出水面，情形就大不一样了：在空中，眼睛的大小与能看到的范围成正比。
　　由于陆地上的许多节肢动物对四足动物不设防，因此四足动物更大的眼睛和更好的视觉位置，能够为四足动物捕食陆生无脊椎动物提供更多更广的信息链。这也同时为这些早期四足动物离水越来越远，去参加节肢动物大餐提供了强大的身体装备。当然，单纯看得更远并不足以构成从水里到陆地过渡的根本原因。但科学家们认为，一旦四足动物的祖先能够窥探到那些美味的食物，那些解剖学上所谓的怪癖部分就会开始进化，比如出现可以支撑身体在陆地上生活的四肢和肋骨，从而开始了自然选择进化过程。
　　“露出水面的大眼睛”——科学家们接受了这一假设，尽管他们对眼眶大小决定眼睛大小持保留意见，但都认为，这确实是未来值得研究的方向。
　　这就是考古学的本质。每个发现和创新的假设都会提出更多问题。实际上，终结了“罗默空缺”，仍然还有很多有待研究的问题，比如，动物们是如何迈出第一步踉跄上岸的？

　　在科学家渴望解决的问题清单中，首先想了解的是第一批动物们进军到一个干燥的新世界，它们采取的繁殖策略细节。比如，它们的繁殖习惯是否与现代两栖动物一樣，仍然与水相关？什么时候它们的第一个蛋能够在陆地上孵化繁衍？同样，科学家们还想知道：为什么5个脚趾成为四足动物的标配？
　　现在，我们已经了解，所谓的“罗默空缺”不过是样本不足而导致的问题，而问题的答案就隐藏在化石记录中。可以期待，未来的研究能发现更多细节。尽可能多的小发现，就可能意味着探索中的一个巨大跳跃。（责任编辑 张虹）