“20世纪最伟大的科学发现之一”,差点被人类灭绝……

时事   2024-09-09 11:31   北京  

据8月14日出版的《自然》杂志报道,德国两所大学的国际研究团队,对动物界最大基因组的拥有者——肺鱼进行了基因组测序。肺鱼基因组(900亿个碱基)约为人类基因组大小的30倍。测序数据有望揭示当今陆地脊椎动物的鱼类祖先成功登陆的奥秘。

约4亿年前,我们的鱼类祖先从水中登上陆地,最终演化出包括人类在内的种类繁多的陆生脊椎动物。这种鱼就是肉鳍鱼,它改变了这个星球上的生命。

肉鳍鱼有肌肉发达、覆盖鳞片的鳍,鳍里面有类似我们四肢的骨骼。不过,除了它们的四足后代,几乎所有肉鳍类鱼都已经消失在时间长河中,只遗留下两种鱼,一种是前面提到的肺鱼,另一种是今天文章的主角——被称为“长了腿的活化石鱼”。

达尔文创造出“活化石”这个词用来描述那些原本只应见于化石记录中,却仍然存活的“曾经占优势的物种残余分子”。本文的主角也曾一度被认为早在6500万年以前就和恐龙一起灭绝了。直到1938年,它偶然出现在人类眼前,被当成长相奇怪的鱼,数次“渡劫”,成为科学界的“明星”。后来,人们发现,它不仅是活化石,还可能是人类的“老祖宗”……

作者 | [英]萨曼莎·温伯格
译者 | 卢静 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员
编辑 | 谢芳 邓远惟(实习生) 瞭望智库

本文为瞭望智库书摘,综编自《寻找我们的鱼类祖先:四亿年前的演化之谜》(商务印书馆2023年10月出版)。

1

惊险的发现


1938年12月22日,南非东伦敦博物馆的年轻博物馆员玛乔丽·考特尼-拉蒂迈(Marjorie Courtenay-Latimer)小姐接到一通电话:渔船公司经理告诉她,船长在查郎那河(Chalumna river)河口捕到了一条非常奇怪的鱼。拉蒂迈立即前往查看,她描述道:

“这条鱼有5英尺(1.5米)长,浅紫蓝色,上面带着些淡淡的白点,浑身闪耀着蓝绿色的光泽。它身上覆盖着坚硬的鳞片,有四条胳膊般的鱼鳍和一条小狗一样的奇怪尾巴。它是如此美丽,美得像是一件巨大的陶瓷装饰品——但我不知道它是什么鱼”。

不只是拉蒂迈,即使是捕鱼三十多年的老渔民也从未见过这种鱼。拉蒂迈把鱼带回了博物馆,她翻遍图书也没有找到相似的生物。这条鱼具有独特而原始的身体构造和奇怪的骨片、鱼鳍,奇怪的鳞片更是让她联想到了化石鱼,尽管这种鱼本该只存在于7000万年前的化石中。

自豪的年轻博物馆员拉蒂迈小姐与她发现的拉蒂迈鱼。图| 东伦敦博物馆供图

然而,博物馆馆长很快给拉蒂迈泼了冷水,“你这么小题大做,其实不过是条石斑鱼罢了。别再言过其实了!”换做其他人,此时或许已经放弃,将这条身份不明的鱼丢进了圣诞节前的垃圾堆。但拉蒂迈还是决定把这条特别的鱼保存好,请她的好友史密斯博士帮忙鉴定。

史密斯博士全名是詹姆斯·伦纳德·布莱尔利·史密斯(James Leonard Brierleys Smith)是南非一所大学的一位化学讲师,也是南非东伦敦博物馆的荣誉鱼类研究员。两人在五年前相识,史密斯鼓励她把需要鉴定的鱼类寄给他,拉蒂迈对他很是敬佩信任。

为了尽可能保存好这条鱼,等待史密斯的到来,拉蒂迈大费周章。她先是尝试说服负责人允许将鱼冷冻在冻品仓库或太平间中,但他们对这条来历不明的“臭鱼”避之不及,不愿代为保存。几经奔走,在标本制作师罗伯特·森特(Robert Cernter)先生的帮助下,拉蒂迈总算弄到了1升福尔马林,将鱼包裹上旧报纸和旧床单,浸泡在经过稀释后的溶液中,保存在森特处。

然而,这条鱼属实是命运多舛。拉蒂迈在发现鱼的当天便联系了史密斯,却打不通他的电话。她此时并不知道,史密斯正在度假,直到十余天后才能收到她寄去的信和鱼的草图。等待中的拉蒂迈倍感压力,她清楚这种简单的保存方式无法长期保存鱼的状态,尤其是在12月酷暑难耐的南半球。

五天后,鱼身上开始渗油了。森特说,他担心油脂的流失会导致鱼体损坏。拉蒂迈不想冒这个险,所以决定去掉鱼皮,但她要求他从鱼腹正下方切开鱼体,而不是像通常制作标本时那样从侧面切开,因为这样可以保存所有的鱼鳞。

这是一项艰巨而又缓慢的工作。森特小心翼翼地从鳞片的缝隙中把鱼切开。露出的鱼肉是纯白色的,可以像黏土一样揉捏,看不出纤维的质感,这不像他们从前见过的任何鱼肉。这条鱼没有肋骨,本该生长脊椎的地方也只有一根柔软的管子。森特将管子切开,里面流出浅黄色的油。拉蒂迈装了一整瓶油留给史密斯博士,还把坚硬的骨质舌头带回家研究。

一天之后,史密斯博士仍然没有消息,拉蒂迈和森特决定将鱼的内脏丢掉,将它制成标本,尽可能保全这条鱼的内部骨骼和皮肤。

13天后,史密斯终于收到了拉蒂迈的信件。他敏锐地意识到,这可能是一条空棘鱼(Coelacanth),一种起源于4亿年前,但一直以来被认为早已灭绝的古老鱼类。随着阅读的文献越来越多,他越发肯定这个猜测。经过数周满怀期待又无比艰难的等待,史密斯终于见到了这条鱼的真容。他的猜测得到了证实:这就是一条空棘鱼。这条“活化石”的发现迅速震惊了世界,并在随后获得了学界的认可,被称作“20世纪最伟大的科学发现之一”。

史密斯用拉蒂迈小姐的名字命名了这条鱼,从此“拉蒂迈鱼(Latimeria chalumnae)”的名号响彻世界。后来,有人曾质疑这一命名,谴责拉蒂迈丢掉了鱼的内脏,给科学界造成了无法弥补的损失。史密斯用最强硬的措辞回应:“正是拉蒂迈小姐的精力和决心,这条鱼才可以保持得如此完整,科研工作者有充分理由对此心存感激。”

2

寻找人类祖先的“钥匙”


那么,空棘鱼从何而来?它的发现为什么会引起如此巨大的轰动?

1839年,瑞士科学家路易·阿加西描述了一块在英格兰北部达勒姆修路时发现的,二叠纪泥灰岩地层中不同寻常的鱼尾化石,他发现支撑鱼尾的鳍条是中空的。此后,多地的考古发现了类似化石,这些化石最显著的特征就是都有中空的脊索和奇怪的肉质鳍,它们被命名为空棘鱼。

之后,在德国、英国、美国、中国、巴西、马达加斯加、格陵兰岛等地的野外考察中也发现了大量的类似鱼类化石。这些化石最显著的特征就是都有中空的脊索和奇怪的肉质鳍,除此之外,空棘鱼类的形状和大小差异非常大。最古老的空棘鱼化石来自云南昭通发现的早泥盆世布拉格期云南孔骨鱼(Euporosteus yunnanensis),距今约4.1亿年。而距离现在最近的空棘鱼化石生活在大约7000万年前。

由于没有更晚近时代的空棘鱼化石发现,所以在1938年以前,人们推测它们和恐龙以及当时大多数物种一样,在白垩纪末期的大灭绝中消失了。

空棘鱼是因进化论的提出,而变得格外重要起来。

1859年,《物种起源》正式出版,在这本书和之后的《人类的由来》一书中,查尔斯·达尔文讲述了一个奇妙的世界:人类是通过自然选择的过程逐步进化而来,我们的祖先是猴子,猴子的祖先是爬行动物,而爬行动物的祖先是鱼类。但教会坚决反对进化论,并且由于这个“家谱”上存在很多缺漏,对进化论持怀疑态度的人有了质疑的依据。证明进化论、削弱“创世论”的重任落在了科学家身上。

脊椎动物演化时间线。图| 凯瑟琳·G.麦科德绘制

突然间,所有生物,不管是过去的还是现在的,都变得充满魅力。科学家们努力找出每一种生物在演化链条中所处的位置,他们开始用灭绝生物留下的化石遗骸作为例证,把证据一点点地拼凑起来。在这些“缺失环节”中,最重要的是找出鱼类走出海洋并开始征服陆地的机制是什么,把这些海洋生物和陆地生物间的演化链条联系起来。

在被称为“鱼类的时代”的泥盆纪,生活着一类被称为“肉鳍鱼”的鱼类,它包括空棘鱼、肺鱼、扇鳍鱼。科学家们达成共识,在泥盆纪快要结束的某个时候,有一支淡水肉鳍鱼开始演化出四肢。最早的四足动物以鱼石螈(意为走路的鱼)这样的新姿态,爬出水面并征服了陆地。但科学家们能达成的共识也仅此而已,究竟是哪一支肉鳍鱼最终进化成鱼石螈——是肺鱼、扇鳍鱼,还是空棘鱼,仍不能确定。

4亿年前,这三类鱼的一支离开海洋,征服了陆地。图 | 凯瑟琳·G. 麦科德绘制

对于空棘鱼、肺鱼和扇鳍鱼的化石,古生物学家在放大倍数越来越高的显微镜下努力研究它们的鳃、心脏,或任何可能让它们呼吸第一口空气的身体结构和特征。不过由于他们拿不到这些生物的软组织,仅凭化石他们始终难以断定究竟哪种鱼是人类的“老祖宗”。直到那条活生生的空棘鱼——拉蒂迈鱼横空出世,寻找我们最古老祖先的新篇章才得以开启。

可以说,拉蒂迈鱼与研究人类的起源密切相关,是寻找人类祖先的“钥匙”,也是进化论的重要佐证。

3

“紧急救援”


在拉蒂迈鱼被发现后,史密斯全身心投入到了空棘鱼的研究中。他将自己对拉蒂迈鱼的研究成果写成了长达106页、附有44张插图的论文,并于1939年6月提交到了《南非皇家学会期刊》。这篇论文对拉蒂迈鱼进行了极为详细的描述,它的精彩之处更在于没有引用任何参考文献,这在科研界几乎绝无仅有。

然而,第一条拉蒂迈鱼的不完整却始终是史密斯的一大遗憾。为了获得一条保存内脏的空棘鱼,他又付出了十余年心血。

二战快要结束时,史密斯辞掉了化学系的工作,申请到了鱼类学教授的职位。他和太太频繁出海寻找空棘鱼,展现出了惊人的专注与毅力,可惜未能成功。他开始改变计划,既然不能亲自找到空棘鱼,那就让空棘鱼来找他,关注人们疑似发现空棘鱼的案例。他发布了一条悬赏令:谁能再找到一条拉蒂迈鱼,赏金将高达100英镑。

史密斯教授发布的征集拉蒂迈鱼标本的悬赏海报(节选)。图| 史密斯研究所供图

1952年圣诞前夕,漫长的等待终于有了结果。科摩罗(编者注:非洲岛国,位于印度洋上)的亨特船长发来电报,告知一个叫藻德济的小岛上有渔民发现了空棘鱼,并且已经交由他暂时保存。

史密斯思绪飞扬,他知道,要想避免第一条拉蒂迈鱼内脏丢失的悲剧,就必须以最快速度赶往科摩罗。那里没有商业民航,坐船又太浪费时间,唯一的选择就是租一架飞机。

他尝试联系南非内阁中的官员帮助安排飞机,但大多数官员因为临近圣诞而联系不上或爱莫能助。他唯一的选择就是求助南非总理马兰,但马兰笃信宗教,似乎不该热衷于研究这条与进化论密切相关的鱼,他必须放手一搏。

此时,史密斯被多重恐惧折磨着:一方面,随着时间的流逝,空棘鱼可能正在腐烂;另一方面,总理是否愿意出手相助仍未可知;更糟糕的是,由于没有专业人士鉴定,亨特所说的那条鱼或许根本不是空棘鱼,史密斯正在把赌注押在一个外行人的情报上。

让人意想不到的是,马兰总理爽快地决定助他一臂之力。马兰认为,派史密斯立即前往有利于提高国家声望。更重要的是,史密斯的一个无心之举起到了巨大效果。几个月前,史密斯把所著的《非洲南部的海洋鱼类》一书寄给了总理。后来他才知道,当马兰总理得知来电者是史密斯后,他拿来了那本书,阅读了有关空棘鱼的部分。他轻敲着书的封面说:“写这本书的人是不会在这种时候来找我帮忙的,除非事情非常非常重要。我要跟他谈。”随后,他听取了史密斯的汇报,决定帮助史密斯联系国防部长,安排专机立刻前往科摩罗。

第二天,史密斯登机时对尚不清楚情况的机组成员说:“我敢打赌,你加入南非空军时,从来没有想过有一天会指挥一架飞机去接一条死鱼”。于是,这场“救援空棘鱼”的行动在紧张又轻松的氛围中拉开帷幕。

当见到那条鱼后,史密斯心头悬着的石头终于落了地。这确实是一条空棘鱼,保存得极为完好。来不及为之兴奋,史密斯立即带着空棘鱼乘机赶回南非,“救援行动”圆满成功,经历十几年的努力与等待,他终于有第一条可以用来研究的完整空棘鱼了。

人们对这条空棘鱼的投入和关注度达到史无前例的程度。飞机返程时,史密斯根据机组告知他的信息,粗略计算出这次“救援”的飞行经费、悬赏金等合计至少1000英镑。这条鱼成为是世界上最贵的鱼。

这场“救援”很快占领了全世界报纸的头版头条。在南非,全国上下都在等着史密斯的现场直播,为了给他腾出时间,所有广播节目都进行了调整。空棘鱼不再是一个生僻的事物,而是进入了公众的视野。

不过,当史密斯真正开始对空棘鱼进行检查时,他发现鱼的大脑已经没有了,大部分内脏也严重受损。他哀叹:“又不是一条完整的鱼。”

不过,他还是发现了空棘鱼许多独特又奇妙的特征,包括看起来很像下颌的鳃,这为下颌和鳃弓可能具有相同来源提供了线索。他认为,空棘鱼背上那根延伸到后面的空心管是它的脊索,由软骨构成,是脊椎的前身。

4

不曾想见的生存危机


1952年,人们不仅发现了第二条空棘鱼,更初步锁定到科摩罗附近是空棘鱼重要的活动区域。越来越多的空棘鱼被发现,标本编号也来到了十几号、二十几号,空棘鱼标本不再像之前那样稀有。随着标本数量的增多,科学家对拉蒂迈鱼的研究也逐步深入,从这种“活化石”中一点点窥见生物演化的复杂历史。

法国生物学家雅克·米约博士(Dr. Jacques Millot)和助手让·安东尼(Jean Anthony)收到了两条完整的来自科摩罗群岛的空棘鱼,立刻开始详细研究其内部结构。他们耗时18年,把研究成果撰写成一部分为三册的巨著:《拉蒂迈鱼解剖》,里面有详尽的插图。

他们发现,空棘鱼与现在的四足动物在某些特征上极为相似:比如空棘鱼的内耳结构更像青蛙,而不是其他鱼类;鳃的形态类似于下颌,鳃耙类似于牙齿;它的血液中含有大的红细胞,这一点与两栖动物和肺鱼相似。所有这些研究结果都清楚表明,空棘鱼与第一条从水里爬上陆地,并繁衍出动物界庞大陆上部分的鱼,有着非常密切的关系。

1987年,第一条被拍到的活着的空棘鱼,被取名为“尼科(Nico)”。图 | 于尔根·绍尔摄

空棘鱼相当能适应环境,是一个成功的幸存者。它的新陈代谢非常缓慢,这意味着当食物匮乏时,它可以保存能量。它的鳃面积很小——比其他同体型的鱼类鳃的表面积都要小,只有金枪鱼的百分之一——所以它吸收氧气的水域里,氧气浓度更高,捕食者较少,对猎物的竞争也少。它的脑结构简单,脑重量大约是成鱼体重的一万五千分之一,只有一颗葡萄大小,仅占脑腔的一百五十分之一。它细长的管状鱼鳔里充满了脂肪和不可压缩的体液(硬骨鱼的鱼鳔是中空的充满气体的器官),不能提供浮力,因此它可以舒适地悬浮在很深的水里,不需要移动和消耗能量……

米约和他的团队很希望通过对空棘鱼的研究,厘清多年来仍未解决的争论,即谁是第一种爬上陆地的肉鳍鱼。然而,几年过去了,他们的研究一直在原地踏步,鱼类与陆生脊椎动物之间的“缺失环节”仍待证实。

与此同时,空棘鱼面临着4亿年来不曾想见的生存危机。

1956年,史密斯在《泰晤士报》上发出警告:科摩罗群岛可能是空棘鱼唯一的栖息地,且数量可能不过几百条。他呼吁取消鼓励当地人捕杀空棘鱼的政策,避免对空棘鱼的生存造成严重威胁。

一些令人担忧的谣言也让空棘鱼深陷险境。一些商人造谣空棘鱼的脊索液有长生不老的功效。科学界突然意识到,空棘鱼面临灭绝风险,他们必须将研究重点从捕捉空棘鱼变为保护空棘鱼,停止对空棘鱼的“追杀”。人类不再需要大张旗鼓地救援一个空棘鱼标本,但“活化石”能否继续“活”下去,却需要人类的行动。

1982年,科摩罗政府赠给中国4条拉蒂迈鱼标本,其中最大的一条陈列在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所对外开放的科普展馆——中国古动物馆一楼大厅。图 | 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所官网

1989年,《濒危物种国际贸易公约》把空棘鱼认定为最需要保护的物种,将其列入附录Ⅰ(与蓝鲸、雪豹和苏门答腊虎地位相同),宣布它是极危物种,并严格禁止任何形式的空棘鱼贸易。5年后,科摩罗终于签署公约,合法捕捞空棘鱼的市场随之崩盘。

时至今日,空棘鱼仍极为稀有。在空棘鱼漫长的历史画卷中,人类的崛起不过是最近的一抹浓墨。我们标榜的重大事件——无论是学会制造石器,还是在月球漫步——在那些默默存在于深海中的生物看来,不过是微不足道的一瞬。它们承受了比我们所知还要惨烈的灾难,却依然生存下来,在4亿年的风雨洗礼后,仍在深海中自由地遨游。

(本文图片除特殊标注外,均来源于《寻找我们的鱼类祖先》一书,已获授权。)

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