魚類是如何進化成會走路的 _魚類

提塔利克魚的3D渲染，這是一種滅絕的行走魚。Credit: Dotted Yeti/Shutterstock
據美國物理學家組織網（by Chris Organ, The Conversation）：當你思考人類進化的時候，很有可能你會想象黑猩猩探索古老的森林或者早期人類在洞穴墻壁上涂抹長毛象。但我們人類，連同熊、蜥蜴、蜂鳥和霸王龍，其實都是總鰭魚類。
這聽起來可能很奇怪，但證據就在我們的基因、解剖學和化石中。我們屬于一群叫做陸棲肉鰭魚類的動物，但是大量的進化改變掩蓋了我們的外貌。
我們認為魚是游泳專家，但事實上它們已經進化出至少五次“行走”的能力。一些物種利用發育良好的前鰭向前移動，而另一些則沿著海底“行走” 。
我們的肉鰭魚類祖先在冒險登陸之前，進化出了肺和其他呼吸空氣的機制、瘦骨嶙峋的四肢和更強壯的脊柱。這些適應不僅在水生環境中有用，而且允許我們的祖先探索陸地——它們是陸地生活的“預適應” 。
水陸過渡是脊椎動物進化中最重要的事件之一。它可能是作為一種逃避捕食者的方式開始的，但我們的祖先發現的景觀已經有豐富的植物，如苔蘚，馬尾和蕨類植物，以及數百萬年前定居陸地的節肢動物(千足蟲) 。
我們并不孤單
魚類的獨立行走進化了幾次，成為進化趨同的一個例子(獨立進化的相似特征，像蝙蝠和鳥類的翅膀) 。然而，魚類行走的進化是罕見的。我們今天所知的魚類有30，000多種(不是進化意義上的)，其中只有極少數能“行走” 。
肉鰭魚類在幾個重要方面不同于其他類型的魚類。例如，我們的鰭(四肢)有骨骼支撐和肌肉葉，使我們能夠在陸地上移動。
在大約3.75億年前的泥盆紀晚期，這種適應被認為對四足動物(兩棲動物、哺乳動物、爬行動物和鳥類)的進化至關重要。在四足動物中，許多與形成四肢和腳趾有關的基因也在像肺魚這樣的水生肉鰭魚類中發現，這表明這些特征是在我們古老的共同祖先中進化而來的。
我們不知道這個祖先是哪個物種，但它可能看起來類似于腔棘魚，腔棘魚有豐富的化石記錄，是今天生活在西印度洋和印度尼西亞的“活化石” 。

腔棘魚仍然存在于熱帶海洋中。Credit: Catmando/Shutterstock
行走的肉鰭魚類要么已經滅絕，就像提塔利克魚，要么已經高度進化到我們再也認不出它們是魚了(四足動物) 。
活魚行走的一個例子是彈涂魚(屬于牛科) 。這些魚生活在紅樹林沼澤和灘涂，用胸鰭在陸地上行走。這些鰭幫助它們逃離水生捕食者，尋找食物(它們消耗泥土中的有機物質)，甚至通過尋找配偶在陸地上相互交流。
另一個例子是胡鲇(Clarias batrachus)，它利用胸鰭在陸地上旅行，幫助它逃離干涸的池塘，找到新的棲息地。
與行走相關的基因是如何進化的？
小白鰩(Leucoraja erinacea)是一種軟骨魚，與鰩魚和鯊魚(相對于硬骨魚，包括肉鰭魚類)有關。這是另一種用像腿一樣的鰭在水下“行走”的魚，模仿陸地動物的動作。
研究運動進化的科學家對這種小鰩魚很感興趣，因為它是從肉鰭魚類獨立進化而來的基于鰭的行走。然而，直到現在，由于缺乏高質量的數據，小滑板行走背后的遺傳學很難研究。
這種情況最近發生了變化，來自首爾和紐約的研究人員利用尖端技術構建了一個高質量的小鰩魚基因組。科學家發現，它只用10塊肌肉進行基于鰭的行走，而四足動物通常用50塊肌肉來移動四肢。
關于脊椎動物進化的一個大問題是:哪些基因對于發展能夠行走的肌肉是重要的？為了找到答案，研究小組觀察了老鼠、雞和小滑板中控制肢體肌肉的神經(運動神經)中哪些基因是活躍的。
他們在幫助這些肌肉發揮功能的運動神經中發現了類似的基因表達模式。因此，鲇魚可能走了幾種不同的進化道路，但最近的研究表明了一種共同的遺傳機制。

彈涂魚現存32種。Credit: Polbkt/Shutterstock
人類進化成了最好的步行者
大約在2.01億年前的三疊紀末期，恐龍和哺乳動物都進化出了出色的奔跑能力。人類完善了這些運動能力，進化出無數的適應能力，使我們成為地球上最有效率和能力的跑步物種之一。
這些適應包括有助于儲存能量的彈簧狀跟腱、長步幅和平衡的重心，以及出汗降溫。這些適應使我們能夠以極大的耐力跑長距離，盡管速度很慢。
我們的祖先用跑步來打獵、躲避捕食者和覓食。它塑造了我們的解剖學、生理學和文化。許多研究表明，走路和跑步對我們的健康和身體健康至關重要。
從我們最初殖民陸地的魚類祖先的行走起源來看，這是一條漫長的道路。但是行走和跑步仍然是我們生活的核心部分，也是我們進化成功的關鍵。

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