问题

如果辐鳍鱼和软骨鱼能够登陆,那么将会演化成什么形态?

回答
如果生命演化的历史略有不同,让鱼类能够适应陆地环境,那么我们今天所见的爬行动物、鸟类和哺乳动物的谱系或许会截然不同,甚至可能不存在。然而,如果硬要想象一个“鱼类登陆”的场景,并推测它们可能演化出的形态,我们可以从已知生物的适应性进化和逻辑推理出发,描绘一幅充满想象力的画面。

辐鳍鱼登陆:坚韧的四足爬行类与多样的陆地探索者

想象一下,那些拥有坚硬骨骼支撑鳍的辐鳍鱼,比如鲈鱼、鲤鱼或比目鱼,它们在某些历史时期,或许因为淡水环境的枯竭,或者为了躲避海洋掠食者,开始尝试着在陆地上生存。

最初的适应: 首先,它们需要解决呼吸问题。鳃在空气中会迅速干燥,因此,最有可能的演化方向是发展出原始的肺,就像肺鱼那样。这些肺可能一开始是与咽部相连的简单囊状结构,但会随着时间推移变得更复杂,能够更有效地进行气体交换。皮肤也可能演化出更厚的角质层,减少水分流失,或者发展出分泌粘液的腺体,保持湿润。
运动的革命: 登陆的关键在于运动。辐鳍鱼的鳍是其演化的基础。那些靠近身体的、更粗壮的鳍(例如胸鳍和腹鳍)会逐渐变得更像四肢。骨骼会变得更粗壮,关节也会更加灵活,能够支撑起身体的重量,并进行有效的推动。它们的“脚”可能会是具有分趾的鳍条,逐渐发展出类似爪子的结构,以便在崎岖的地面上抓握。比目鱼的身体会变得更扁平,以便在陆地上也能利用腹部滚动或滑行,但它们更有可能演化出更强的腿部力量。
身体的重塑: 为了适应陆地重力,它们的身体可能会变得更流线型,但同时又更敦实。脊柱会变得更加坚固,能够更好地承受身体的重量。肋骨会更加发达,形成一个更坚固的胸腔,保护内部器官,并辅助呼吸。头部会更加灵活,能够更方便地转动观察周围环境。眼睛可能会进一步适应陆地光照,眼睑会变得更加发达,甚至可能出现泪腺来滋润眼球。
感觉与捕食: 侧线系统在陆地上作用会减弱,但某些感觉器官可能会得到加强。例如,嗅觉可能会变得非常重要,帮助它们追踪猎物或避开危险。它们可能会发展出更锋利的牙齿,适应咀嚼植物或更坚硬的猎物。一些原本是滤食性的鱼类,可能会演化出更复杂的口腔结构,能够吞咽或咀嚼食物。
潜在的演化路径:
“爬行鱼”:最直接的演化结果可能是类似四足爬行动物的生物。它们可能拥有类似蜥蜴或鳄鱼的身体,但保留着一些鱼类的特征,比如腹部可能有鳞片,或者鳍状的结构仍然明显。它们会在潮湿的环境中活动,例如河岸、沼泽地带,以及茂密的森林。
“掘穴鱼”:有些种类可能会演化出粗壮的肢体和锐利的爪子,专门用于挖掘洞穴,躲避干燥和捕食者。它们会成为机会主义的捕食者或食腐者。
“树栖鱼”:少数能够利用自身力量攀爬的鱼类,可能会演化出更灵活的肢体和吸盘状的结构,在树木或岩壁上攀爬,寻找昆虫或小型陆生动物。

软骨鱼登陆:柔软的奇特生物,适应性极强的陆地掠食者

而那些以软骨支撑骨骼的软骨鱼,比如鲨鱼、鳐鱼和海鲎(虽然海鲎不是软骨鱼,但其陆地化设想有相似之处),它们的登陆过程会更加艰难,但一旦适应,其演化出的形态将更加奇特。

呼吸的挑战与机遇: 软骨鱼依赖鳃进行呼吸,它们没有肺。因此,登陆的软骨鱼必须找到一种方法来在陆地上呼吸。一种可能性是演化出类似肺囊的结构,但由于它们没有骨质的胸腔,这些“肺”可能更像是腹部的扩张囊,通过肌肉收缩来帮助空气进入。另一种更具想象力的方式是,它们能够吸收空气中的水分,并通过皮肤进行气体交换,但这需要非常湿润的环境。
运动的根本变革: 软骨鱼的鳍与辐鳍鱼不同,通常更灵活且呈扇形。登陆的软骨鱼,尤其是那些体型较大的,会面临更大的挑战。它们的腹鳍可能会朝着更类似肢体的方向演化,但由于缺乏坚硬的骨骼支撑,可能不如辐鳍鱼的鳍“腿”强壮。它们更可能演化出腹部肌肉群的加强,配合身体的摆动进行蠕动前进,有点像蛇的移动方式,但用的是胸鳍和腹鳍来辅助。
身体的保护与防御: 软骨鱼表面的盾鳞在陆地上可能起到一定的保护作用,但它们也可能演化出更厚的、类似角质的皮肤,以防止水分流失和机械损伤。某些鲨鱼类的锯齿状牙齿可能会被保留,用于撕咬陆地猎物。
感官的适应: 软骨鱼强大的电感应能力(劳伦氏壶腹)在陆地上会受到极大限制,因为水是良好的导电介质。然而,它们可能会演化出更敏锐的嗅觉,在陆地上追踪猎物。视觉也可能会得到加强,但由于在空气中光线传播方式不同,可能需要不同于鱼类的眼球结构。
潜在的演化路径:
“蠕行鲨”:体型较小的鲨鱼,可能会演化出粗壮的腹部肌肉和能够支撑身体的腹鳍,在潮湿的地面上如同巨大的蠕虫般移动。它们可能仍然以海洋生物为食,但会在潮汐区域的泥泞中活动。
“刮掘鳐”:鳐鱼扁平的身体结构可能使其更容易在地面上滑行。它们可能会演化出更坚固的胸鳍,并利用腹部的肌肉来“刮掘”地面,寻找隐藏的猎物。它们可能在潮湿的灌木丛或岩石缝隙中生存。
“电磁共鸣者”:如果它们能够克服电感应的障碍,也许会演化出一种利用生物电信号在陆地上进行交流或探测的方式,但这种可能性非常低。它们更可能成为以其他小动物为食的掠食者,利用其锋利的牙齿和强壮的咬合力。
“触须怪”:某些软骨鱼(例如鳐鱼)有类似“翅膀”的胸鳍。它们可能会将这些鳍演化成灵活的、带有触觉感受器的“触须”,用来探索周围环境,捕捉昆虫或其他小型陆生动物。

总结:

如果鱼类真的登陆,它们不会简单地变成现在的爬行动物或哺乳动物。它们会保留其悠久的鱼类基因,并在此基础上进行独特的演化。辐鳍鱼可能演化出更像四足爬行类的生物,有着骨骼支撑的肢体,而软骨鱼则会呈现出更加奇特,可能更依赖柔软身体和特殊感官的形态。它们会开辟出全新的生态位,成为陆地生物多样性中令人惊叹的新成员,重塑我们对生命演化的理解。这个过程无疑会是一个漫长而充满挑战的旅程,其最终产物,将是自然选择最不可思议的杰作。

网友意见

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地球上的动物想要完全登陆,要解决的问题有三个:呼吸、水分、繁殖

(其实繁殖问题根本上就是要在幼体发育阶段解决前两个问题)




首先是呼吸,其实这个不是很麻烦,甚至顶着鳃就可以上了:鳃无法呼吸空气的原因在于鳃丝在空气中会黏连在一起,降低在空气中氧气的吸收面积;同时现在的鳃主要适应吸收溶解氧的功能,而水分蒸发会导致溶解氧含量下降而让鱼无法呼吸,因此捞上岸的鱼才会憋死

解决这些不需要很大的改动,现在一些生活在低溶氧量水体中的鱼比如黄鳝、短鳍花鱂,就可以藉由皮肤、肠道、口内乳突等结构辅助呼吸;以攀鲈为代表的鱼类多次独立进化出花朵形状的鳃上呼吸器官,在空气中也能维持展开的形状而不像鳃丝那样塌下去,这种器官可水陆共用,只要保持湿润就能呼吸。第一个问题的解决方法可谓八仙过海各显神通,就不详述了

详情可以看这两篇回答:


哦不过要注意,这些呼吸器官(除了皮肤)基本都是消化道上的各种衍生物(事实上肺脏就是食道上膨大出的一个腔),所以登陆后一个重要的工作就是把它从消化系统中独立出来。一种理论认为羊膜动物把两对鼻孔中的一对转入口腔内部成为内鼻孔,从而开辟了专门的呼吸道,然后用次生腭、会厌和咽等结构进一步区隔呼吸道和食道(是的,吞咽是四足动物的专属动作)——就算这样搞我们吃东西还是可能会噎着,所以甭管硬骨软骨辐鳍肉鳍,不想吃饭吃成窒息死就得把这事办妥了




保水这件事,不做其实也行,但生活范围就得像蜗牛、笄蛭涡虫、蚯蚓之类的动物一样受限于潮湿的环境。羊膜动物在保水上是下了苦功夫的:蜥形纲把代谢废物以尿酸的形式排出以节省水分,其中的鳞龙为了减少体表水分蒸发干脆弄出了无法发育的死皮以至于要定期蜕皮;哺乳动物以尿液形式排出废物,因此对水分需求更大——明白为什么汗腺散热效果那么好却没几个物种舍得全身长了吧?

(所以科幻惊悚片里那些黏糊糊湿漉漉到处喷液体的怪物看着真的很捉急,朋友你哪来那么多水每分每秒都在往外滋,你是海王吗?)

事实上,陆地呼吸本身就要求一定保水能力,羊膜动物的肺脏与节肢动物的气管都是在湿润环境下工作的。所以首先的,鳃裂怎么也得给它闭上,至少口子别拉得那么大,如果上一个问题里选用了鳃作呼吸器官,那这鳃裂可能得愈合成孔并后移,拉出一条清洁加湿用的呼吸道——嚯,这呼吸孔长得浮夸点兴许可以当第二性征

然后就是皮肤的加厚特化以及防水的分泌物,比如油脂——这样一来皮肤呼吸的路线就走不通了。另外还有排泄,羊膜动物的氮代谢路径是被“截短”了的:在许多海洋动物中,氮代谢的终点是氨,其随体表或鱼鳃溶解在海水中排出体外;但羊膜动物在尿素/尿酸阶段就将其排出以节省水分,这点可能也要注意

当然,一个很简单粗暴的节约水分的方式就是大型化,这样体表蒸发面积与身体总储水量之比会降低,但也意味着个体的需水量会更大,因此这个方案完全是按下葫芦浮起瓢,终究不是长久之计




最后是繁殖问题,生活史反映了演化史,因此个体在发育过程中往往会不可避免地出现一段身体构造类似祖先的时期,在之后的发育中再慢慢转变成成体。对于演化中一直停留在海中的动物来说这不是个麻烦——大家的祖先也都是在海里活的,那这段时间祖先怎么活我跟着怎么活呗?但你如果志在陆地的话,这方案就行不通了

要想登陆,就得解决在失去了直接降生,模仿祖先生活的选项后,如何挺过这段发育期的问题。现在陆生动物通用的解决方法有两种:装肚子里或者抱大卵,总之就是自己营造一个稳定的水环境,让幼体在里面度过发育期


胎生与卵胎生的差异在于“胚胎发育所需的营养是直接来自母体还是来自卵黄”,能办到的物种其实还蛮多的。我们特殊就特殊在几亿年前逆转录病毒把一组基因打入了祖先体内,使得胎儿的胎盘能骗过母体的免疫系统,直接与母体进行物质交换。你也可以照着样子给鱼儿们来上一次,基因水平转移这事很玄,什么都可能发生

抱大卵其实就是往卵里塞入足够的卵黄,使幼体获得度过“返祖期”所需的养分,同时用其他构造配置一个相对稳定的发育环境。最典型的例子就是蜥形纲与少数哺乳动物的羊膜卵


当然了,想要另辟蹊径,走有袋类的路子也不是不可以,毕竟设定里陆生脊椎动物团灭了嘛。不过软骨鱼和辐鳍鱼都已经多次独立进化出有胎生或卵胎生能力的类群了,也犯不着这么糟践东西


至此,陆生生活对动物提出的所有要求已讲解完毕(如果要大型化的话,还得要一副刚性的支撑结构——也就是骨骼),剩下的就只需要一点点放飞自我了。什么你说我根本没说它们会怎么进化?抱歉我是懒狗,出设定集了记得寄我一本

啊?你问脚呢?

……

脚只是装饰品而已,上面的大人物是不会懂的


四条腿的都沒啦,抢生态位要紧,长腿的事以后再说,来一盘蛇行天下

就算真的要长脚,辐鳍软骨两支鱼也不会是白手起家,这甚至可以说是登陆筹备中最没有技术含量的一环了,四足动物一消失,它们立马就能用各种姿势连滚带爬地上岸:





还有,辐鳍鱼的鳍里是有骨头的——是怎么传成“只有肉鳍鱼的鳍内带骨”的?只要去看下腔棘鱼的胸鳍骨骼,再想想和那东西类似的构造最终变成了你的手,你就会对辐鳍鱼的根基充满信心了




啊,最后要提及一些辐鳍鱼拥有的充满无限可能的进化素材:咽颌(pharyngeal jaw)

脊椎动物主要的进化路线就是往嘴里装东西:第一鳃弓塞进去,形成下颌;鼻孔塞进去,形成上呼吸道;鱼鳞塞进去,形成牙齿。当羊膜动物不再需要鳃呼吸时,残留下来的鳃弓就扮演了各种各样的角色,从变色龙的舌头到人的发声都有其参与

而如今,辐鳍鱼类将一个特殊的结构至少独立进化出了两次,扩散到了3万余个物种中,这就是咽颌,一个“口中口”


咽颌与下颌是同源器官,同样由鳃弓演变而来,可以辅助固定猎物;或快速弹出,产生虹吸来吸入猎物;还有些物种的咽颌特化为一类发声器官,是个充满潜力的结构

至于它具体会对登陆的鱼类造成什么样的影响?

抱歉,我是懒狗,出设定集了记得送我一份

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