鲸是怎么演化来的?


鲸是怎么演化来的?

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图:重现鲸类从其陆生偶蹄类祖先(如河马、猪)以来的演化历程: (A) 生活在始新世的raoellid,有可能是鲸类的姐妹群,它们是陆生的,但是显示出了一些半水生的证据 。(B)两栖生活的游走鲸 。(C) 中始新世的原鲸属罗德侯鲸具有偶蹄动物式样的踝骨,但同时已经有了很多鲸类特征 。(D)硬齿鲸,来自中始新世到晚始新世,尽管其无实际功能的骨盆和后肢仍然较大,但除此之外已经拥有了大部分现代鲸类特征 。(E)现代齿鲸类,鼠海豚 Phocoena phocoena 。其 特 殊 的颅骨形状说明它的鼻孔十分靠后,位于头顶,成为一个喷水孔 。(A来自Thewissenetal.2007; B来自Gingerich 2003 和de Muizon 2001;E 由NancyHaver绘制)

鲸与海豚,传统上被归入鲸目,是由其陆生祖先进化而来的 。根据分子系统发生分析,它们在现生哺乳动物中最近的亲缘类群是河马(Gatesyetal.1999) 。因此,鲸类应当与骆驼、猪和诸如牛以及羚羊等反刍动物一样归人偶蹄目,即偶蹄类哺乳动物 。现在它们被统称为鲸偶蹄目 。

与基部(原始) 哺乳动物相比,现生鲸类发生了巨大的变化,这是因为它们适应了水生生活 。鲸类都具有形状独特的鼓骨包围耳,这是它们适应水下听音的众多变化之一; 都有非常靠后的开孔于头骨顶部鼻孔; 肘关节、腕关节和手指关节均被封闭在浆状鳍肢中,无法灵活转动; 骨盆发育不完全(有时与下肢的残迹融合),与脊柱分离; 缺少陆生哺乳动物中普遍存在的特化融合的骶椎 。齿鲸类的下颚有巨大的洞(孔)容纳脂肪垫,用以传递声音 。

Philip Gingerich、J.G.M.Thewissen 及其同事发现了许多来自始新世的化石,主要来自巴基斯坦,这些化石记录了鲸类从50 Mya 到30 Mya 之间进化历程中的许多细节,包括一系列适应水中的运动(上图) 以及水下听觉的特征(Gingerichet al.2001; Thewissen and Williams 2002; Nummela et al.2004 ) 。

目前所知与鲸类亲缘关系最近的是生活在始新世的一种名为Raoellidae 的小型偶蹄类动物,它拥有与鲸类一样的独特鼓骨以及牙齿的特征,这些特征显示它像河马一样是半水生的(上图A) 。已知最早出现的鲸类动物,巴基鲸(Palkcetus,生存于53-48 Mya ),是一种陆生或半水生的动物,具有鲸类独特的鼓骨类型 。稍晚出现的游走鲸(Ambulocetus,48--47 Mya; 上图B) 适应沿海浅水区的生存环境 。它的后腿短但是脚很大,五趾分离,趾端具短蹄 。其下颌孔比巴基鲸的大,其尺寸呈稳定增长趋势 。游走鲸是一种拥有长领和齿尖减少的牙齿的捕食者 。在原鲸科(如罗德侯鲸属,49--39 Mya;上图C )中,骶椎间融合减弱,牙齿类型变得更加简单,同时鼻孔更加远离吻端 。原鲸科具有偶蹄动物式样的踝骨同时趾端具短蹄,但是部分水生原鲸类的骨盆和后肢太过脆弱,不足以在陆地上支撑它们的体重 。增大的下领孔显示声音经由下颚的脂肪垫传人耳 。生活在35 Mya的dorudontine 龙王鲸类显示了完全适应水生生活的形状特征,它的牙齿更加简单,鼻孔更加靠后,前肢呈鳍状,腕关节和肘关节几乎不能转动 。骨盆和后肢完全去功能化 。缩小的骨盆与尾椎骨完全分离,后肢仅从身体表面微小的隆起 。dorudontine很有可能具有一个水平的尾鳍,在这点上其实离现代鲸类仅有一步之遥了 。

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鲸的演化过程

【鲸是怎么演化来的?】鲸是由陆生哺乳动物古偶蹄兽经过1000多万年的演化而来的,是为了适应环境的变化,基因发生变异或突变,自然选择的作用的结果 。大致经历了六个阶段:古偶蹄兽—巴基斯坦古鲸—游走鲸—罗德侯鲸—龙王鲸—齿鲸(现代鲸)—须鲸 。

1.古偶蹄兽:生活在5000万年前的欧洲、亚洲和北美洲 。体型如现在的猪,体长50厘米,重约20千克,生活在在森林里,以森林里的植物为食 。有长的四肢和五趾,善于奔跑 。由于环境的巨大变化,生活所迫,开始下水捕食鱼虾,慢慢进化成游走鲸 。

2.游走鲸,也称陆走鲸 。也是生活在5000万年前,以浅海和湖泊里的鱼虾等为食,虽然仍保留有古偶蹄兽的特征,但体型发生了明显的变化,体型更具流线型如鳄鱼,体长3米,仍有四肢喝和五趾,五趾间长出了脚蹼,更适宜水里生活 。

3.罗德侯鲸 。生活在4700万年前 。已经灭绝 。它是从陆地进入海洋生活的典型过渡性物种,后臀、脊椎与后肢融合一起,特别是后肢大而有蹼,犹如船桨,尾巴变得强壮,已经明显适应了水里生活,但它是半水生哺乳动物 。

4.龙王鲸 。是现代鲸的祖先,生活在4500万~3400万年前,生活在非洲、亚洲和北美洲,体长可达18米~20米,身体修长,后肢短小,牙齿短小锋利,已经进化成肉食性哺乳动物,常以鱼、鲨鱼、乌贼海龟和其他海洋哺乳动物为食 为完全水生哺乳动物 。

5.齿鲸 。是现代鲸鱼的一个大类,最明显的特征是具有圆锥状牙齿 。体长约20米,体重约9吨,是海洋里的肉食性哺乳动物 。如虎鲸、抹香鲸、白暨鲸、海豚等 。四肢完全进化成船桨形 。游泳速度可达70~100千米/小时,是人类游泳速度的一二十倍 。”

6.须鲸 。体长15~20米,体重约25吨 。牙齿犹如巨大的毛发,有三四百之多 。故名须鲸 。如露背鲸、座头鲸、蓝鲸等 。不同的须鲸食谱不一样 。须鲸进食常常是“狼吞虎咽”,张开盆状大口 。鲸是动物进化的优胜者 。它们为了适应环境,由陆生演化为水生,由植食性哺乳动物演变为肉食性哺乳动物,由善于奔跑演化为擅长游泳,由体型相对娇小(几十千克)演化成巨型的流线型哺乳动物(数万千克),游泳速度惊人 。

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我们都知道鲸不属于鱼类,而是属于哺乳动物,包括一些海豚和淡水豚也是这样,它们是从陆地上回到海洋中生活的,那么鲸的祖先到底是什么样子?又是怎么从陆地上返回到海洋中生活的呢?

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世界上现存的鲸类有12科77种,都属于哺乳纲鲸目动物,它们当中最大的蓝鲸体长可达33米,重达150吨以上,最小的豚类仅有1米左右,体重不足100公斤,可以说个头大小差异巨大 。那么生物学家们是从哪里知道鲸是哺乳动物,并且是从陆生哺乳动物进化而来的呢,除了其胎生哺乳的繁殖方式之外,现代鲸有颈而不明显,有前肢却呈鳍状,有后肢但完全退化 。因此,古生物学家猜测鲸的祖先曾在陆地上活动过,并且在世界各地都发掘出了其从陆生哺乳动物一直到如今海洋中生活的各个阶段的化石,对其进化状态的设想是有充分的证据可以证明的 。

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鲸从陆生哺乳动物的进化开始于5000万年前,起初他们是一种和羊形状、大小与体重都差不多的偶蹄类哺乳动物,被叫做印多霍斯兽或巴基鲸,但其可能是杂食或者肉食动物,其和现在的鲸鱼以及海豚没有什么相似之处,由于一种未知的原因,它们开始倾向于在水中生活,先是进化成了类似水獭的动物,被称为陆行鲸、游走鲸,接着又成了和如今的海豹,海狮,海象,海牛差不多的样子,被叫做硬齿鲸,其从陆生动物进化为水生动物花费了至少1500万年的时间,有足够的化石可以证明它们的这一演变 。

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比如曾有来自巴基斯坦的四组早期鲸鱼化石可以解释鲸鱼在适应水下生活的同时其耳朵的进化过程,而4300-4600年前的鲸鱼还有短腿、长尾和长嘴,有的还有强壮的后肢,这个阶段的鲸鱼被称为罗德侯鲸,它们被认为是分散到世界热带海洋的第一批鲸鱼,其有一个共同的特征就是已经进化出一套可以适应水下生活的听觉系统,为其后来进化出的超声波发送和接收装置打下基础 。

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接着,它们的前腿逐渐退化为鳍状肢,后腿和臀部消失,不过尾巴却越来越大,并且长成了类似鱼类的横向生长的样子,不过现代鲸后部骨架仍然都还保留着骨盆的痕迹,而且经常发生返祖现象,比如一些新生鲸有的竟然长有后肢 。

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从上面的鲸进化就能发现,最早的基因就是一种偶蹄类哺乳动物,其进化顺序是印多霍斯兽→鲸→游走鲸→罗德侯鲸→硬齿鲸→现代齿鲸和现代须鲸,其进化和演变体现了进化论中适应环境和自然选择的作用,这些演变体现到了它们的基因改变上,造就了现在多种多样的鲸豚类动物 。

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