问题

人类是否发掘过被「自然选择」掉的化石?比如畸形的古生物?

回答
在古生物学的浩瀚星河中,我们挖掘出的化石,绝大多数都是那些在大自然的残酷淘汰中幸存下来,最终沉淀于地层中的生命遗迹。然而,这并不意味着那些在自然选择的筛选中“落榜”的个体,就此彻底消失,毫无痕迹。事实上,我们确实发掘过一些本应被“自然选择掉”的化石,其中就包括了那些形态上存在畸形或异常的古生物。

“自然选择”并非一个绝对的、瞬间的决定。它是一个持续不断的过程,是环境与生物之间无数次博弈的结果。大多数情况下,那些有严重缺陷或畸形的个体,在出生后不久便难以生存,更不用说繁衍后代了。它们可能因为身体机能的缺陷而无法捕食,也可能因为行动不便而成为捕食者的猎物,或者根本无法适应当时的环境条件。从这个意义上说,它们确实在自然选择的舞台上“被淘汰”了,很少能留下化石记录。

但是,生命的神奇之处在于其多样性和复杂性。即便是畸形,也有各种程度和类型。有些畸形可能影响不大,个体依然可以勉强生存一段时间,甚至在某些特殊的、竞争不那么激烈的环境中找到短暂的立足之地。而有些时候,我们发现的“畸形化石”,也可能是由于保存过程中的某种意外造成的。

我们是如何发现这些“本不该存在”的化石的?

首先,得益于地质作用的“杂乱无章”。地层并非总是公平地、有序地保存着最“优秀”的个体。地壳运动、河流冲刷、泥石流等自然事件,都可能以一种不可预测的方式将各种各样的生物遗骸卷入其中,然后以意想不到的方式埋藏起来。一个本应在出生后不久就死去的弱小个体,可能恰好在一次突发的地质事件中被迅速掩埋,从而有机会被保存下来。

其次,化石记录本身就充满了“偶然性”。能够形成化石的条件非常苛刻:生物死亡后需要迅速被沉积物覆盖,避免腐烂和被其他生物分解,并且在漫长的地质时期内,这些沉积物需要保持稳定,不被侵蚀或破坏。在这个过程中,任何一个环节的偏差,都可能导致化石的缺失。反过来说,也正是这种“不完美”的保存过程,使得一些本应湮灭无痕的个体,也偶有可能成为我们今天研究的珍贵样本。

那么,我们具体发掘到过哪些“畸形”的古生物化石呢?

虽然“畸形”是一个相对的概念,我们可以从以下几个方面来理解:

个体发育的异常:
骨骼发育不全或变形: 比如,我们可能发现一些恐龙化石,其肢骨比同种其他个体短小,或者脊椎骨有错位的迹象。这可能是由于基因突变、胚胎发育过程中的营养不良,或是母体在怀孕期间遭受的物理损伤等。例如,一些早期的、不完善的脊椎动物化石,可能会展现出向后肢退化的早期迹象,但这个过程在“自然选择”的意义上是缓慢过渡的,而某些个体的“阶段性成品”可能显得很不协调。
牙齿的异常: 一些古生物化石可能展现出牙齿生长不齐、数量过多或过少,甚至是牙齿形态与同种其他个体明显不同。这同样可能与基因缺陷有关。比如,一种食草恐龙化石可能长着一些突变的、更适合撕咬的牙齿,这种牙齿组合在环境适应性上可能反而不如标准形态,但如果它所在的那个特定小环境恰好允许它生存,就有可能被记录下来。

病理学上的异常:
骨折愈合不良: 我们曾发现过一些恐龙骨骼化石,上面有明显的骨折痕迹,并且愈合不良,导致骨骼变形。如果这种变形严重影响了行动能力,该个体在自然选择中无疑处于劣势,但其愈合的痕迹依然被保留了下来。
肿瘤或感染: 在一些化石中,科学家也发现了类似肿瘤(如骨赘)或感染(如骨髓炎)的痕迹。患有这些疾病的个体,生存能力通常会降低,但它们一旦死亡并被良好保存,这些病理特征就会成为化石本身的一部分,供我们研究。

形态上的“古怪”:
早期进化阶段的尝试性形态: 在生物进化的早期阶段,很多物种可能正在尝试不同的身体结构和功能。这些“尝试”未必都成功,有些可能只是进化道路上的“死胡同”。我们发掘出的化石,可能正是这些尝试性形态中的一部分。比如,一些早期爬行动物化石可能表现出介于鱼类和爬行类之间的某些特征,在当时看来可能不那么“完美”,但它们是通往更适应陆地生活的关键过渡。
非典型个体或亚种: 即便是同一物种,也可能存在一些变异较大的个体,甚至形成亚种。有些“畸形”可能只是这种自然变异范围内的表现。例如,某种小型哺乳动物化石,可能比文献记载的同种化石要大上不少,或者头部比例有些许差异。这些差异可能影响了它在种群中的定位,但在特定条件下,它依然可能生存繁衍。

发掘这类化石的意义:

这些看似“不完美”的化石,对于我们理解自然选择的过程具有不可估量的价值:

1. 揭示自然选择的“门槛”: 通过研究这些畸形个体如何生存,甚至部分繁衍,我们可以更深入地了解自然选择的阈值有多高。有些特征的改变可能并非致命,甚至在特定环境下可能带来微弱的优势,或者至少不会构成毁灭性的劣势。
2. 理解进化过程中的多样性: 生物进化并非线性的、一帆风顺的过程,而是充满了分支、尝试和淘汰。这些畸形化石正是这种复杂性和多样性的体现,它们展示了进化路径的曲折性。
3. 认识疾病和损伤对生命的影响: 病理化石为我们提供了研究古生物疾病和损伤的直接证据,有助于重建古生物的生存环境和生活习性,甚至可以推断出当时的医疗水平(虽然古生物没有医疗)。
4. 检验和完善进化理论: 每一个新的化石发现,特别是那些不寻常的发现,都能挑战我们现有的认知,促使我们不断修正和完善对进化机制的理解。

总而言之,人类在发掘化石的过程中,确实接触过一些在“自然选择”意义上可能被认为是不够“完美”的古生物个体。它们以各种形态留存下来,诉说着生命演化过程中那些不为人知的、充满偶然与韧性的故事。这些“落选者”的遗迹,反而是最生动的证据,证明了生命的多样性及其在严酷环境下的顽强挣扎。它们并非被完全“抛弃”,而是以另一种方式,成为了我们认识生命史的珍贵注脚。

网友意见

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根据进化论和自然选择学说,蛇群中会随意的突变出各种个体,然后适合生存的活下来,不适合生存的死掉,完成进化这一过程。

呃……不是这样的啊。

不是说突然就有一个和大家完全不一样的个体出现就进化了,也不是说谁比较不适合生存谁就会死掉的。自然选择过程中被淘汰的并不是个体,而是基因型。相比较之下更有优势的基因型在生存、繁衍方面可能只比原本的基因型强一丢丢,它们之间的差异可能也只有一丢丢,但一代代的叠加下来,拥有优势基因型的个体逐渐变多,才导致了基因频率的变化,也就是发生了进化。

在这个过程中,并不是优势基因的个体才能活下来,没有优势基因的就会挂掉。在绝大多数情况下,它们都会正常的产生后代,可能每一代中优势基因的个体所占的比例只增长了万分之一甚至十万分之一,但上百代之后,优势基因的个体反而成了种群中的大多数。

另外就是,进化的过程往往也不是单个基因的频率变化,而是很多位点的不断集成,共同导致了某个或某些性状的变化。

因此,这个过程是需要很多代的叠加才能产生质变的,确实有一些过渡型的化石被发现,比如恐龙进化成鸟的过程中就有过渡型的始祖鸟、中华龙鸟、孔子鸟等等,题主所说的长着后腿的蛇类也是属于这种。但是在同一时期,其他个体都还具有某种显著性状的情况下,就有个体完成了进化的情况,应该是不可能存在的。除非是穿越回去的……

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抛砖!

前面 @090811mario 关哥提到过天义初螈的多指多肢现象,题主可以看看。

至于化石中的畸形个体,其实也蛮多的,我举几个例子。

两个脑袋的爬行动物

这是一件非常微小且有趣的脊椎动物化石,出自于我国东北下白垩统义县组。化石物种应该是凌源潜龙(Hyphalosaurus lingyuanensis )的幼年个体或胚胎,这是一类生活在早白垩的离龙类,半水生生活。化石展示出了在现代爬行动物中非常常见的轴向分叉(axial bifurcation)畸形,甚至在化石中出现了两个脖子。

病变的脊椎

离片椎类(Temnospondyls)是古生代与中生代重要的两栖动物类群,是早期四足动物的代表类群。在对这一类群的研究中,发现了大量脊椎病变的个体,揭示了四足动物在脊椎演化与病变情况——根据这项研究,四足动物脊椎的先天性畸形病变似乎是一个根本性的困难,以至于到了全新世,两栖动物的脊椎畸形病变率也没有变化。

昆虫的大规模畸形

在蒙古Shar-Teg地区发现了大批量的昆虫化石,他们生活在侏罗纪与白垩纪的交界期,种类涵盖了蜚蠊目、螳螂目与毛翅目昆虫。其畸形主要呈现为翅脉几何结构的变化,有翅脉缺失以及合并。这种畸形主要与气候变化有关,在现代昆虫中也非常常见,如低温导致的蜜蜂翅脉的增加、突出与缺失,这反映了J/K界线的温度变化。

一条不幸的鱼

这是一条来自3.8亿年前中泥盆的胴甲鱼Asterolepis ornata ,它的胸骨出现了非常严重的病变,腹外前侧板(anteroventrolateral plate)基本与正常情况下的结构背道而驰。这被认为是脊椎动物先天性畸变的早期例证。

根据这篇文章的统计,在所有主要脊椎动物类群的化石中都有发现先天畸形,且其主要畸形形式与现生脊椎动物一致(牙畸变、头骨畸变、肋骨缺失或增加、椎体发育不良)。但脊椎动物的畸变在化石中还是较为罕见的,由于化石材料的不完整性,畸变的偶然性,因此很难用现代流行病学的方式去研究古生物的先天畸变情况。相较于肿瘤等其他疾病,先天性畸变发病率低,偶然性大,并且由于其严重影响生存能力,因此大多无法活到成年。不过在一些情况下畸变也会成为选择性优势,只不过在化石中难以确认罢了。

当然,如题主所说的,某一只有两条后腿的蛇突然突变掉了后腿,这个我们肯定很难判断这是新物种还是畸变个体,除非我们发现了大量的同种化石,这些化石有明显特征支持其为同一物种,并且发现其中有个别失去了肢体,我们才能有证据去怀疑这一两个是畸变个体。此外,在四足动物的畸变类型中,丢失肢体是及其罕见的,所以想要在化石中发现这个痕迹,几乎是不太现实的。

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