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2019年2月1日星期五

自序:简述脊椎动物亚门哺乳纲的进化历史



沈 阳


也许是自己已经迈入了老年时代,有了更多的空闲时间可以去化在学习上,知识无限,学而无涯。我要做的事,便是将青年时代失去的学习时间补回来,更重要的是将那些误导的“知识”进行一次梳理和纠正,予取予求,皆以求真为愿。
我与不少同龄人或比我更年迈的人交流时,常会谈到人生的归宿,也会发问:人是否有灵魂?
年少时就知道有个叫达尔文的人提出了“进化论”,那时总会嘲笑人类的起源原来是从“猴子”变过来的,后来又知道了那些可怕的始祖“草履虫”。我和同学们还给生物老师起了个绰号,叫她“草履虫”。当然,更多的中外民间说法 “人是由神用泥土捏造出来的”。
为了打发余生的时间,我开始研究天地自然和宇宙的秘密,也开始探索植物、动物的大千世界。生命的进化历史,引起了我的兴趣。我完成了四卷本的《植物学学习笔记》后,就开始收集整理有送动物学的资料,开始编撰《动物学入门参考》学习笔记。在研究进化史的同时进化自己的脑袋,剔除愚昧阿Q病,远离老年痴呆症。
我从小就喜欢收集各种矿石,至今仍不忘初心,与石有缘。石无语,却承载了历史的风云遗痕。
在读石的过程中,令我兴奋的是得到了一个全新的启示:
最早的哺乳动物化石是发现在中国的吴氏巨颅兽(Hadrocodium wui),它生活在2亿年前的侏罗纪。从化石上看,哺乳动物(尤其是早期的哺乳动物)与爬行动物非常重要的区别在于其牙齿。爬行动物的每颗牙齿都是相同的,彼此没有区别,而哺乳动物的牙齿按它们在颌上的不同位置分化成不同的形态。此外爬行动物的牙齿不断更新,哺乳动物的牙齿除乳牙外不再更新。
在动物界中只有哺乳动物耳中有三块骨头。它们是由爬行动物的两块颌骨进化而来的。
根据目前人类掌握的化石证据,哺乳动物被认为最早出现在2亿多年前的中生代的三叠纪,并于新生代开始繁盛,成为陆地上占支配地位的动物至今。
2.05亿年前的中生代三叠纪晚期至今,似哺乳动物开始常见。晚期时早期哺乳动物与恐龙几乎同期出现。
1.42亿年前侏罗纪恐龙统治大地。哺乳动物为小型夜行性食虫动物,可能是卵生动物。
6500万年前白垩纪,恐龙依然占据地面优势。可能出现了有袋和有胎盘的哺乳动物。
新生代古近纪至180万年前,恐龙式微后哺乳动物快速演化。4000万年前出现大多数目。中生代时的所有的哺乳动物都很小。到第四纪时,在恐龙灭绝后哺乳动物占据了许多生态位。哺乳动物已经成为陆地上占支配地位的动物了。
第四纪至现代,冰河期让一批大型哺乳动物灭绝,出现现代人类。
与鸟类一样,哺乳类动物都是由爬行类进化而来的。最早的哺乳动物由爬行动物中的兽孔目演化而来。真正的哺乳动物在中生代的三叠纪末期出现,进入新生代后哺乳动物取代恐龙占据生态位优势,演化出今天多样化的哺乳动物种群。

中生代时期的哺乳动物

有化石证据表明在三叠纪中期,一些兽孔目动物的头骨开始产生了许多新特征。爬行动物由多块骨头构成的下颌演变成单块牙骨,牙齿也从单一外形的牙齿演变为根据在口腔内的位置而具备多种形状。颊骨弓变得更为发达以支持咀嚼肌强化的需要。它们身体的骨骼变得轻盈灵活,四肢直立而不是如同爬行动物一般向体侧伸展。它们具备发育良好的皮毛,因此可能是恒温动物。可以认为它们是正处在过渡到真正的哺乳动物的过程中的一个阶段。
在约2亿年前的三叠纪晚期,早期的哺乳动物与恐龙几乎在同一时期正式出现了。当时君临陆地的大小恐龙占据了绝大部分的生态位,而早期的哺乳动物的体型微不足道,主要靠昆虫等生息在丛林中的小型猎物维生。到了6500万年前的白垩纪末期,恐龙可能因为气候变化而迅速灭绝,而哺乳动物则具备恒温特性,而且他们的小型躯体减少了热量的散失,帮助它们在低温和黑夜中存活了下来。

新生代时期的哺乳动物

在古近纪之前所有的哺乳动物体型很小,尽是一类体长12厘米左右,与老鼠体型相仿的小型捕猎者。进入新生代后恐龙式微,于是哺乳动物得以占据更多的生态位,并迅速演化出具备丰富多样性的成千上万个不同物种来。
5000万年前就出现了早期的蝙蝠和鲸;等到了4000万年前,如今在哺乳纲下面的各个目就都基本出现了。
到了第四纪,哺乳动物已经成为陆地上占支配地位的动物。虽然冰河期让包括猛犸象在内的一批大型的哺乳动物遭到灭顶之灾,但大部分能存活至今的物种一直就没有发生太多变化。

哺乳动物的多样性变化

最大的哺乳动物蓝鲸的体重(150吨)差不多是最小的凹脸蝠(2克)的7000万倍。他们的外形也是千奇百怪。例如长颈鹿进化出了2米多长的脖子和能从嘴里伸出45厘米的舌头;大象有一条像人手一样灵活的鼻子;海豚长得跟鱼一样;蝙蝠像鸟类一样为了在空中飞翔而有一双翅膀。

哺乳动物的分布与特征

哺乳动物是动物界物种中分布最为广泛的一类。作为一类恒温动物,他们能在较寒冷的环境里保持活动能力,而汗腺等器官可以帮助他们在炎热的环境里控制体温,故能适应各种不同温度和地形的生存环境。
从热带草原上的羚羊到极地的北极熊,再到高山上的鼠兔和沙漠中的骆驼,到处可以见到他们的身影。
虽然他们主要在陆地上生活,也有一些种类已经适应在陆地以外的环境中生活,如飞行的蝙蝠和在海洋里生存的海豹、海豚等。


荒漠最主要的特点是干旱,此外还会伴有剧烈的昼夜温差和沙尘暴等恶劣的天气,食物匮乏。适应了在荒漠环境生存的哺乳动物,演化出了一系列各具特色的生存技能,从而来管理能量和水分、抵抗炎热的气候,并进行经常性的迁徙。
荒漠哺乳动物有各具特色的获取、处理和散失水分的方式。食肉动物一般从猎物的血液和湿润的组织里获得水分,食草动物一般从进食的植物中获得水分,有时它们也会舔食在岩石和植物表面凝结的露水。
除了直接以水的方式获得的部分外,它们可以有效利用在消化过程中产生的代谢水。为了减少水分的浪费,它们有高效的肾脏,排出的尿液高度浓缩,粪便也非常干燥。
一些荒漠哺乳动物,如骆驼在水草丰足的时候会大量进食,将能量和水分保存到位于后背的驼峰内;肥尾跳鼠则将多余的能量保存在尾巴的基部。
小型的食用种子的哺乳动物还会将种子储藏到洞穴里,更格卢鼠可在洞穴里贮藏5千克的种子。
为了减少因出汗而散失过多的水分,许多荒漠哺乳动物在白天会找如小山丘和灌木丛的影子等阴凉处休息,小型哺乳动物如跳鼠则会躲藏到洞里,在比较凉爽的清晨和黄昏才会活跃取食。而在夜里由于不易发现捕食者,大型食草动物会在夜间进行移动,从一个取食地点移动到另一个,边走边咀嚼反刍的食物。大羚羊在夜里可以移动超过30千米的距离。一些小型的哺乳动物,如耳廓狐演化出了大型的耳朵来散热。许多荒漠哺乳动物的体温可以比正常值提高一些来减少出汗。
在荒漠中生存的哺乳动物需要经常性迁徙来保证食物和水源的充足供应,它们无论大小都具有长途跋涉的能力。一些大型食草哺乳动物的嗅觉对水汽非常敏感,能大致得知降雨发生的方位而向其迁徙,而食肉动物则会尾随其后。沙漠跳鼠一个夜晚可以移动10千米。

2)在草原上进化的哺乳动物

草原是开阔的环境,偶尔也会有稀落的树林和灌木生长,一年中的气候基本是干燥的,但也有大规模的季节性暴雨。这些特点让草原哺乳动物演化出了聚集成群落、按季节进行有规律的迁徙的特点。为了躲避天敌,它们要么演化出高速运动的能力,要么挖掘洞道进行穴居。
聚集成群落。
在人类历史上,早期人类都过着群聚生活。这些生活模式,可以从大型食草哺乳动物聚集成群落的演化中找到答案。
大型的食草哺乳动物会聚集成大型群落,减少成为单个目标的危险,一些个体在进食和休息时经常会有另外一些个体在警戒。有时不同物种之间也会混合聚集起来。在非洲的热带草原上,斑马、羚羊、瞪羚、长颈鹿等混合聚集成世界上最大的野生动物群落,长颈鹿在开阔地带的视野和可视距离都很大,而斑马的嗅觉灵敏,羚羊的听觉敏感,它们共享优势资源,降低被捕食的危险。
规律性迁徙。
在世界各地的早期人类生活中,有一个共同的现象,那就是择水而居。择水而居也不是人类的发明专利。在人类还没有产生之前,从最早的大型食草哺乳动物逐水而居的答案中也可以找到答案。
热带草原的降水是局部、季节性的。大型食草哺乳动物都会逐水而居。其中,角马就以大规模的有规律迁徙而闻名。
说起草原,人们总会想到那些骑着骏马奔驰的草原民族。草原民族拥有强悍的高速运动能力。这种能力是借助骏马的奔跑速度和耐力。事实上也是受到了草原食肉动物的运动启示。
草原的开阔地带缺少掩护,无论是埋伏突袭还是逃跑都不容易。食肉动物为了捕获食草动物、食草动物,为了活命,都演化出了快速运动的能力。如非洲的猎豹奔跑时速可以超过100公里,而他们的猎物叉角羚的速度也毫不逊色,它们是哺乳动物中奔跑速度最快的。除了速度以外,一些其他的哺乳动物,如野马演化出了持续快速奔跑的能力,让它们能在无边无际的大草原上长距离旅行。
构筑洞道和穴居。
在早期人类生活中,穴居山洞或地洞,在山脚下建窑洞,都是人类的一种居住选择。从建草房到盖高楼,那都是以后的事。穴居生活也得益于原始哺乳动物的栖居启迪。
一些小型的哺乳动物,如草原犬鼠、鼹鼠等,都会在草原上挖洞来建造藏身之所。它们会在地下建造复杂而有高度组织的洞道系统。一些洞道会修筑有防水的土丘和带有排水设施。非洲的土豚打出的洞道甚至可以容纳一个人。除了躲避天敌,洞道还可以在草原野火袭来时提供庇护。


林地是森林生物多样性最丰富的自然环境。林地为动物提供丰富的食物资源和隐蔽场所,保护他们不受地面上的捕食者的威胁。在其中生活的哺乳动物也演化出了适应该种环境的特性。

树栖和地面生活

一些森林哺乳动物如绒毛猴、蛛猴几乎从不下到地面。而貂和虎、猫等则是半树栖的。
树栖的哺乳动物通过跳跃、飞跃等方式在树枝间移动。
旧大陆的长臂猿使用钩状手抓握树枝,美洲的猴类用强有力的尾巴来缠卷树枝。蛛猴的尾巴可以支持全身的重量。松鼠有锋利的爪子来抓紧树皮,以它们的大尾巴来平衡身体。鼯鼠、袋貂等在四肢间长有皮膜,可以在树间滑翔蝙蝠则具备完整飞行的能力。
小鼠、野猪、貘、鹿等哺乳动物在林地的地面上穿行。
松鼠等小型哺乳动物常利用树洞筑巢,野猪和鹿等会利用树丛、山坡等地形寻找合适的休息场所避免四面受敌。许多树栖的哺乳动物会直接在树枝上休息。

天生的皮毛伪装

令人惊讶的是这些森林哺乳动物都有天生的皮毛伪装。森林哺乳动物的皮毛,大多数是深浅不一的棕色混合而成的,如此融入到生存的环境的背景中去。
幼年的鹿和野猪则长有带斑纹的皮毛,易于与林地底部的颜色混合。树栖的猫科动物身上的斑点状纹理,在树上容易与树枝间的透光和斑驳的树影混杂。
那么,这些森林哺乳动物的皮毛是如何演变的?还是天生的?森林哺乳动物为了伪装自己才长出这样颜色的皮毛,显然这是不可能的,这不是人类可以换件迷彩服那么简单。如果说森林哺乳动物的皮毛颜色是大自然的造化,那么这些造化为什么又各不相同?进化论无法解释,无神论和有神论也无法解释。冥冥之中,森林哺乳动物的皮毛色彩源起,永远是个迷。


极地和高海拔地区气候寒冷,有的终年被冰雪覆盖,食物匮乏。在这种严酷的条件下,哺乳动物演化出了各
种不同的策略来应对。这是一个令人费解的事实。
高海拔地区空气稀薄,为了提高身体的运氧能力,许多高山哺乳动物的血液中红细胞的密度更高。在山上生活的有蹄类哺乳动物四肢发达,如岩羊等物种演化出了外缘锋利坚硬,内部成柔软的垫状,能在湿滑陡峭的岩壁上保持良好的抓地能力。它们生存在近乎垂直的悬崖峭壁上躲避捕食者。

天生的多重毛发保暖

寒冷环境中生存的哺乳动物都有多重的毛发,外层的长毛主要起保护身体、伪装和防水防雪的作用。
如牦牛的毛发可长达1米。毛发的基层则是一层厚厚的绒毛,具有保暖效果。
许多哺乳动物的脚掌上都长有一层浓密的毛,如北极熊和狼等,除了保暖外,还能够在冰雪的表面上防滑。
北极熊和海豹全身上下都有很厚的皮下脂肪包裹,以减少热量的散失。它们身体突出的器官,如鼻子和耳朵,变得短小,可减低这些部位降温过快而被冻伤的危险。
北极狐等小型的哺乳动物演化出的粗短的身体,能减小相对其体型的体表面积,尽可能减少体温的散失。
这既是自然的造化,也是天地的恩赐。

魔幻般的季节性换毛

如果说哺乳动物在冬夏两季换毛,是为了适应季节气候的冷暖变化,这是可以理解的。事实上,哺乳动物在冬夏两季的换毛,还不只是指皮毛的长短厚薄变化。
在极地和高山环境中,因为降雪和融雪的关系,在不同季节的环境颜色的变化很大。
许多极地哺乳动物,如北极狐和北极兔每年会换两次毛,夏季换成棕色和深褐色的皮毛,与岩石、泥土和灌木的色彩相近,冬季则换成雪白的厚毛,融入白色的背景中。  
显然,北极狐和北极兔在不同的季节换毛,还能有效实施季节性的皮毛色彩伪装。是谁教会了它们这样做?它们又怎么知道在夏季将皮毛换成能与岩石、泥土和灌木色彩相近的棕色和深褐色?冬季时为了融入雪白的世界则将皮毛换成雪白色?

5)在水中生活并进化的哺乳动物

水中生活的哺乳动物其身体设计与陆地上的哺乳动物有很大差别。
哺乳动物都是用肺呼吸的,它们必须定时回到海面呼吸新鲜空气。动物肌肉内的肌红蛋白可以保存氧,并缓释。而水生的哺乳动物的肌红蛋白的含量较高,一些种类的海豹的肌红蛋白含量,可以达到陆生哺乳动物的十多倍。
许多水生哺乳动物都生活在极地或季节性迁徙到极地。为了在寒冷的海水中保持体温,它们演化出了更大的体型和减小体表的突出器官,如此可减小体表面积相对于全身体积的比例,籍此减少热量的散失。他们也拥有厚厚的皮下脂肪以御寒。
部分要上岸生活的物种,如海豹、海狮、水獭有非常厚的皮毛,毛发表面还覆盖着防水的油脂。它们在岸上通过晒太阳来减少身体产生热量的能量消耗。
水的密度比空气要大,阻力也更大。为了在水中能快速行动,水生哺乳动物都演化出了光滑而流线型的身体。
完全水生的海豚、鲸、儒艮、海牛等的后肢退化消失,以尾部的鳍和躯干进行波状运动来推进,前肢演化成的鳍状肢来控制方向,海豚科的哺乳动物多有背鳍,这可以防止在行进过程中发生翻滚。
半水生的哺乳动物如水獭、海豹等,为了陆上生活的需要,还保留有厚厚的毛发,四肢也演化为桨状或鳍状肢。
海狮主要用前肢推动身体,海豹则主要用后肢。
水生哺乳动物的水中运动能力比起许多鱼类,可以说是有过之而无不及。
探索和研究哺乳动物的进化历史,并不能以进化论作简单的解释,因为哺乳动物的演化和特征是多元化的,很多特性还找不到源起的根据。
如北极狐和北极兔在不同的季节换毛时,能有效实施季节性的皮毛色彩伪装。森林哺乳动物的皮毛,大多数是深浅不一的棕色混合而成的,如此融入到生存的环境的背景中去。
又幼年的鹿和野猪长有带斑纹的皮毛,易于与林地底部的颜色混合。树栖的猫科动物身上的斑点状纹理,在树上容易与树枝间的透光和斑驳的树影混杂。
这些哺乳动物的皮毛是如何演变的?究竟是进化还是天生?
毫无疑问,哺乳动物是动物界里多样化程度最高的一类。哺乳动物的身体结构是适应生存环境的需求而高度特化,应该不能排斥天之所以然。
是为序。
上海恒易斋 2019-1-16


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