古生物分类如何排除趋同演化？
古生物分类，这个听起来有点艰深晦涩的领域，其实是一场跨越亿万年的侦探游戏。我们扮演着历史的解读者，试图从那些埋藏在岩石深处的骨骼、印痕甚至微观结构中，拼凑出生命演化的全景图。在这个过程中，我们最需要警惕的敌人，就是“趋同演化”。它就像一位狡猾的模仿者，让一些原本毫无血缘关系的物种，因为生活在相似的环境中，演化出了极其相似的特征。如果不对它加以辨别，我们的分类就会像建筑在流沙上的城堡，摇摇欲坠。
那么，古生物学家是如何一步步识破趋同演化的诡计，构建出真正反映亲缘关系分类体系的呢？这背后是一系列严谨而精细的方法，需要多方面的证据相互佐证。
1. 骨骼和形态学的深度解剖：比对细节，洞察差异
这是最直观也是最基础的方法。当古生物学家面对两具看起来很相似的化石时，不会止步于表面的相似。他们会像解剖师一样，对每一块骨骼、每一个关节、甚至牙齿的排列方式都进行细致入微的比对。
同源性（Homology）vs. 同功性（Analogy）： 这是区分趋同演化的核心概念。
同源性是指，具有共同祖先的生物，即使形态和功能不同，其基本骨骼结构却是一致的。 比如，人类的手臂、鲸鱼的鳍状肢、蝙蝠的翅膀，它们的骨骼组成和排列顺序惊人地相似，尽管它们的功能天差地别。这种相似，是继承自共同祖先的证明。
同功性则是不同亲缘关系的生物，因为适应相似的生态位或生活方式，演化出了相似的形态和功能。 比如，鸟类的翅膀和昆虫的翅膀，它们都能飞行，但其结构和组成却是完全不同的。鸟类的翅膀是前肢特化，拥有骨骼、羽毛；昆虫的翅膀则是体壁的延伸，没有骨骼。正是这种内在结构的差异，揭示了它们并非来自近亲。
古生物学家会仔细研究化石的解剖学特征，比如：
肢体结构： 手骨、脚骨的数量和排列，是否保留了五趾特征，或者有特化成某一特定功能的适应性变化（如鸟类的趾骨融合，爬行动物的爪子）。
头骨结构： 颅骨的缝合方式，眼眶的大小和位置，鼻腔的结构，牙齿的类型（如切齿、犬齿、臼齿）和排列方式，以及颌骨的连接方式。这些细节往往是区分亲缘关系的关键。例如，尽管一些鸟类和恐龙都长有喙，但喙的形成方式、骨骼组成以及其后方的头骨结构却能反映出它们之间的演化距离。
脊柱和肋骨： 椎骨的数量、形状和相互连接方式，肋骨的插入点和形态。
其他特化结构： 例如，某些海洋爬行动物的鳍状肢演化，虽然外形像鳍，但仔细比对后会发现其骨骼基础仍然保留了陆地四足动物肢体的基本结构。
通过大量的细节比对，古生物学家可以发现那些表面相似但内在结构存在根本性差异的地方，从而排除趋同演化的可能性。
2. 生物地理学的视角：时空定位，追溯起源
生命演化并非孤立发生，而是受到地理环境的深刻影响。生物地理学为我们提供了一个重要的“时空定位器”。
化石分布的规律性： 如果两个物种真的来自近亲，它们在时间和空间上的分布通常会呈现出一定的延续性。例如，某种爬行动物在某一个地层中出现，那么它更近的亲戚很可能在同一地层或紧邻的更老的地层中被发现，并且在地理分布上也有一定的重叠或联系。
地理隔离与演化： 大陆漂移、山脉隆起、海平面变化等地理事件，都会导致种群的隔离，进而引发各自独立的演化。当我们在相隔遥远的地区发现了相似的生物时，如果它们出现在不同的地质时期，或者其化石记录之间存在明显的时间断层和地理隔离，那么我们就需要警惕是否存在趋同演化。例如，袋鼠在新西兰和澳大利亚都有化石记录，这反映了它们在地理上的联系。但如果在地球的另一端，比如非洲的某个独立演化区域，也发现了高度相似的“袋鼠”，但其地质年代和化石证据都指向它是在非洲独立演化出来的，那么我们就需要重新审视它们之间的关系。
生物地理学的分析，可以帮助我们理解这些相似特征的出现是否与特定的地理环境和演化历史相关联，从而辅助判断其是否为趋同演化。
3. 演化谱系和系统发生学：绘制家族树，寻找共同祖先
这是现代古生物分类最强大、最精确的工具之一。通过构建演化谱系（Phylogenetic Tree）或系统发生树，我们可以将所有被研究的物种（包括现生和已灭绝的）置于一个反映它们真实亲缘关系的网络中。
系统发生学： 这是基于“共同祖先原则”构建的谱系。它关注的是衍征（Derived Traits），也就是那些在某个特定谱系中新出现的、在更早的祖先类型中不存在的特征。那些拥有相同衍征的物种，很可能继承自同一个更近的祖先。
支序分类学（Cladistics）： 这是构建系统发生树的主流方法。它将生物体分为“姐妹群”（Sister Groups），即最亲近的两个演化分支。通过分析大量的形态学数据（包括骨骼、牙齿、生殖结构等），找出哪些特征是在某个支系中新出现的（衍征），而哪些是原始的、在更古老的祖先中就存在的（同源异形，Homoplasy，包括趋同和逆演化）。
“最简约法则”（Parsimony）： 在构建谱系时，系统发生学家倾向于选择能够用最少演化步骤解释所有特征分布的谱系。如果某个相似特征的出现，需要引入大量的趋同演化事件，那么这个相似性就更有可能是表面的。
分子证据（辅助）： 虽然古生物学主要依赖形态学，但对于一些保存情况较好的化石，或者在研究与现生生物关系时，分子证据（DNA、蛋白质序列）是极具说服力的。如果两种化石生物在形态上非常相似，但其分子证据显示它们在基因上差异巨大，并且它们在系统发生树上的位置也相差甚远，那么这种形态相似性很可能就是趋同演化。
通过系统发生学的方法，我们可以清晰地看到，那些被误认为是近亲的物种，实际上在演化树上相距甚远，而它们的相似特征则被解释为在各自独立谱系中发生的趋同演化事件。
4. 化石记录的连续性与断裂：观察演化的轨迹
化石记录并非总是完整的，但它提供了一个重要的时间维度。
中间过渡化石（Transitional Fossils）： 如果两个物种确实是近亲，并且其中一个演化成了另一个，那么在化石记录中，我们通常能够找到一系列中间类型的化石，它们展现出从祖先类型到后代类型的渐进式变化。如果一对看起来相似的物种之间，在形态演化上缺乏明显的过渡证据，而且它们在时间上也没有连续的记录，那么就需要警惕其相似性是否是趋同演化的结果。
演化速度的差异： 即使是亲缘关系较近的物种，在不同的生态压力下，其演化速度也会不同。但趋同演化往往是在截然不同的谱系中，为了应对相似的挑战，而产生的快速、平行演化。
一个经典的例子：鱼龙和海豚
鱼龙是一种生活在三叠纪到白垩纪的海洋爬行动物，而海豚是现代生活在海洋中的哺乳动物。
表面相似性： 两者都拥有流线型的身体、宽大的鳍状肢、背部的鳍（尽管鱼龙的鳍结构与哺乳动物不同）以及能够快速游泳的生活方式。仅仅从外形上看，它们似乎很相似。
古生物学家如何排除趋同演化：
骨骼解剖： 鱼龙的鳍状肢虽然看起来像海豚的鳍，但其内部的骨骼结构与哺乳动物的四肢骨骼是不同的。例如，鱼龙的鳍状肢中，手指骨（指骨和掌骨）的数量极多，且排列紧密，形成了一个骨板状的结构，这与哺乳动物前肢骨骼的数量和排列方式有本质区别。而海豚的鳍状肢，虽然经过特化，但仍然能清晰地辨认出肱骨、桡骨、尺骨和指骨的基本结构，并且指骨数量相对正常（虽然也有增生）。
生殖方式： 鱼龙被证明是卵胎生的，其化石中发现过胚胎。而哺乳动物是胎生的，并且以哺乳后代为特征。
呼吸方式： 鱼龙是爬行动物，虽然生活在海洋，但仍然需要浮出水面用肺呼吸，其鼻孔通常位于头顶。海豚是哺乳动物，同样用肺呼吸，鼻孔演化成了喷气孔。
演化谱系： 系统发生学分析表明，鱼龙属于爬行动物谱系，与恐龙、翼龙等关系更近。而海豚属于哺乳动物谱系，与鲸鱼、河马等偶蹄类动物关系更近。它们的演化时间线也显示，鱼龙在白垩纪末期就已经灭绝，而海豚则在更晚的新生代才演化出来。
因此，鱼龙和海豚的相似之处，并非源于它们是近亲，而是因为它们都生活在海洋环境中，都需要适应水生生活，因此在漫长的演化过程中，独立地演化出了相似的身体形状和游泳适应性特征，这就是典型的趋同演化。
总结来说，古生物分类排除趋同演化，是一个集形态学、生物地理学、系统发生学、古生态学等多种学科知识于一体的复杂过程。我们依靠的是：
细致入微的解剖学比较，区分同源性与同功性。
利用地理和时间信息，理解特征出现的背景。
构建精准的演化谱系，寻找真正的亲缘关系。
寻找过渡化石，观察演化的连续性。
这就像是侦探们在破案，每一个化石都是一个证人，每一个特征都是一条线索。通过细致的分析、多角度的佐证，我们才能拨开趋同演化的迷雾，还原出生命演化那真实而壮丽的画卷，构建出严谨而科学的分类体系。这个过程充满了挑战，但也正是这种挑战，让古生物学充满魅力，让我们不断地刷新对生命历史的认知。
那么，古生物学家是如何一步步识破趋同演化的诡计，构建出真正反映亲缘关系分类体系的呢？这背后是一系列严谨而精细的方法，需要多方面的证据相互佐证。
1. 骨骼和形态学的深度解剖：比对细节，洞察差异
这是最直观也是最基础的方法。当古生物学家面对两具看起来很相似的化石时，不会止步于表面的相似。他们会像解剖师一样，对每一块骨骼、每一个关节、甚至牙齿的排列方式都进行细致入微的比对。
同源性（Homology）vs. 同功性（Analogy）： 这是区分趋同演化的核心概念。
同源性是指，具有共同祖先的生物，即使形态和功能不同，其基本骨骼结构却是一致的。 比如，人类的手臂、鲸鱼的鳍状肢、蝙蝠的翅膀，它们的骨骼组成和排列顺序惊人地相似，尽管它们的功能天差地别。这种相似，是继承自共同祖先的证明。
同功性则是不同亲缘关系的生物，因为适应相似的生态位或生活方式，演化出了相似的形态和功能。 比如，鸟类的翅膀和昆虫的翅膀，它们都能飞行，但其结构和组成却是完全不同的。鸟类的翅膀是前肢特化，拥有骨骼、羽毛；昆虫的翅膀则是体壁的延伸，没有骨骼。正是这种内在结构的差异，揭示了它们并非来自近亲。
古生物学家会仔细研究化石的解剖学特征，比如：
肢体结构： 手骨、脚骨的数量和排列，是否保留了五趾特征，或者有特化成某一特定功能的适应性变化（如鸟类的趾骨融合，爬行动物的爪子）。
头骨结构： 颅骨的缝合方式，眼眶的大小和位置，鼻腔的结构，牙齿的类型（如切齿、犬齿、臼齿）和排列方式，以及颌骨的连接方式。这些细节往往是区分亲缘关系的关键。例如，尽管一些鸟类和恐龙都长有喙，但喙的形成方式、骨骼组成以及其后方的头骨结构却能反映出它们之间的演化距离。
脊柱和肋骨： 椎骨的数量、形状和相互连接方式，肋骨的插入点和形态。
其他特化结构： 例如，某些海洋爬行动物的鳍状肢演化，虽然外形像鳍，但仔细比对后会发现其骨骼基础仍然保留了陆地四足动物肢体的基本结构。
通过大量的细节比对，古生物学家可以发现那些表面相似但内在结构存在根本性差异的地方，从而排除趋同演化的可能性。
2. 生物地理学的视角：时空定位，追溯起源
生命演化并非孤立发生，而是受到地理环境的深刻影响。生物地理学为我们提供了一个重要的“时空定位器”。
化石分布的规律性： 如果两个物种真的来自近亲，它们在时间和空间上的分布通常会呈现出一定的延续性。例如，某种爬行动物在某一个地层中出现，那么它更近的亲戚很可能在同一地层或紧邻的更老的地层中被发现，并且在地理分布上也有一定的重叠或联系。
地理隔离与演化： 大陆漂移、山脉隆起、海平面变化等地理事件，都会导致种群的隔离，进而引发各自独立的演化。当我们在相隔遥远的地区发现了相似的生物时，如果它们出现在不同的地质时期，或者其化石记录之间存在明显的时间断层和地理隔离，那么我们就需要警惕是否存在趋同演化。例如，袋鼠在新西兰和澳大利亚都有化石记录，这反映了它们在地理上的联系。但如果在地球的另一端，比如非洲的某个独立演化区域，也发现了高度相似的“袋鼠”，但其地质年代和化石证据都指向它是在非洲独立演化出来的，那么我们就需要重新审视它们之间的关系。
生物地理学的分析，可以帮助我们理解这些相似特征的出现是否与特定的地理环境和演化历史相关联，从而辅助判断其是否为趋同演化。
3. 演化谱系和系统发生学：绘制家族树，寻找共同祖先
这是现代古生物分类最强大、最精确的工具之一。通过构建演化谱系（Phylogenetic Tree）或系统发生树，我们可以将所有被研究的物种（包括现生和已灭绝的）置于一个反映它们真实亲缘关系的网络中。
系统发生学： 这是基于“共同祖先原则”构建的谱系。它关注的是衍征（Derived Traits），也就是那些在某个特定谱系中新出现的、在更早的祖先类型中不存在的特征。那些拥有相同衍征的物种，很可能继承自同一个更近的祖先。
支序分类学（Cladistics）： 这是构建系统发生树的主流方法。它将生物体分为“姐妹群”（Sister Groups），即最亲近的两个演化分支。通过分析大量的形态学数据（包括骨骼、牙齿、生殖结构等），找出哪些特征是在某个支系中新出现的（衍征），而哪些是原始的、在更古老的祖先中就存在的（同源异形，Homoplasy，包括趋同和逆演化）。
“最简约法则”（Parsimony）： 在构建谱系时，系统发生学家倾向于选择能够用最少演化步骤解释所有特征分布的谱系。如果某个相似特征的出现，需要引入大量的趋同演化事件，那么这个相似性就更有可能是表面的。
分子证据（辅助）： 虽然古生物学主要依赖形态学，但对于一些保存情况较好的化石，或者在研究与现生生物关系时，分子证据（DNA、蛋白质序列）是极具说服力的。如果两种化石生物在形态上非常相似，但其分子证据显示它们在基因上差异巨大，并且它们在系统发生树上的位置也相差甚远，那么这种形态相似性很可能就是趋同演化。
通过系统发生学的方法，我们可以清晰地看到，那些被误认为是近亲的物种，实际上在演化树上相距甚远，而它们的相似特征则被解释为在各自独立谱系中发生的趋同演化事件。
4. 化石记录的连续性与断裂：观察演化的轨迹
化石记录并非总是完整的，但它提供了一个重要的时间维度。
中间过渡化石（Transitional Fossils）： 如果两个物种确实是近亲，并且其中一个演化成了另一个，那么在化石记录中，我们通常能够找到一系列中间类型的化石，它们展现出从祖先类型到后代类型的渐进式变化。如果一对看起来相似的物种之间，在形态演化上缺乏明显的过渡证据，而且它们在时间上也没有连续的记录，那么就需要警惕其相似性是否是趋同演化的结果。
演化速度的差异： 即使是亲缘关系较近的物种，在不同的生态压力下，其演化速度也会不同。但趋同演化往往是在截然不同的谱系中，为了应对相似的挑战，而产生的快速、平行演化。
一个经典的例子：鱼龙和海豚
鱼龙是一种生活在三叠纪到白垩纪的海洋爬行动物，而海豚是现代生活在海洋中的哺乳动物。
表面相似性： 两者都拥有流线型的身体、宽大的鳍状肢、背部的鳍（尽管鱼龙的鳍结构与哺乳动物不同）以及能够快速游泳的生活方式。仅仅从外形上看，它们似乎很相似。
古生物学家如何排除趋同演化：
骨骼解剖： 鱼龙的鳍状肢虽然看起来像海豚的鳍，但其内部的骨骼结构与哺乳动物的四肢骨骼是不同的。例如，鱼龙的鳍状肢中，手指骨（指骨和掌骨）的数量极多，且排列紧密，形成了一个骨板状的结构，这与哺乳动物前肢骨骼的数量和排列方式有本质区别。而海豚的鳍状肢，虽然经过特化，但仍然能清晰地辨认出肱骨、桡骨、尺骨和指骨的基本结构，并且指骨数量相对正常（虽然也有增生）。
生殖方式： 鱼龙被证明是卵胎生的，其化石中发现过胚胎。而哺乳动物是胎生的，并且以哺乳后代为特征。
呼吸方式： 鱼龙是爬行动物，虽然生活在海洋，但仍然需要浮出水面用肺呼吸，其鼻孔通常位于头顶。海豚是哺乳动物，同样用肺呼吸，鼻孔演化成了喷气孔。
演化谱系： 系统发生学分析表明，鱼龙属于爬行动物谱系，与恐龙、翼龙等关系更近。而海豚属于哺乳动物谱系，与鲸鱼、河马等偶蹄类动物关系更近。它们的演化时间线也显示，鱼龙在白垩纪末期就已经灭绝，而海豚则在更晚的新生代才演化出来。
因此，鱼龙和海豚的相似之处，并非源于它们是近亲，而是因为它们都生活在海洋环境中，都需要适应水生生活，因此在漫长的演化过程中，独立地演化出了相似的身体形状和游泳适应性特征，这就是典型的趋同演化。
总结来说，古生物分类排除趋同演化，是一个集形态学、生物地理学、系统发生学、古生态学等多种学科知识于一体的复杂过程。我们依靠的是：
细致入微的解剖学比较，区分同源性与同功性。
利用地理和时间信息，理解特征出现的背景。
构建精准的演化谱系，寻找真正的亲缘关系。
寻找过渡化石，观察演化的连续性。
这就像是侦探们在破案，每一个化石都是一个证人，每一个特征都是一条线索。通过细致的分析、多角度的佐证，我们才能拨开趋同演化的迷雾，还原出生命演化那真实而壮丽的画卷，构建出严谨而科学的分类体系。这个过程充满了挑战，但也正是这种挑战，让古生物学充满魅力，让我们不断地刷新对生命历史的认知。
网友意见
其实从分类的角度讲，分类过程中是不能，也不应该把趋同演化排除掉的。
我理解题主的意思，题主实际上想去掉的，是客观广泛分布的趋同演化对分类的负面影响，或者说避免分类人将客观存在的趋同演化的特征，误认为同源特征，进行错误的分类。
我们首先来看趋同演化是什么：
在演化生物学中，趋同演化（英语：Convergent evolution）指的是两种不具近缘关系的生物长期生活在相同或相似的环境（或曰生态系统）中，因应需要而发展出相同功能的器官（即同功器官）的现象。
也就是说，只要生境，以及生境对功能的选择上有很大相似性，就很容易出现某些形态或者功能接近，但是实际亲缘关系很远的物种。
比如说，在海洋中快速巡游捕食鱼类的生态位，这个生态的海洋脊椎动物在“外观轮廓”这个特征，或者相关系列特征上，都是非常类似的，比如一些鲨鱼，海豚，鱼龙，金枪鱼等等。
但实际上，上述几种动物，只是在“外观轮廓”这一个，或者少数几个特征上相似的。落实到研究分析层面，在基于形态学的系统发育学数据矩阵里面，就是几个，或者少数的特征代码是一致的。
那其他的呢？多数的特征，是不一样的。如果这个形态学矩阵是所谓的恰当的话，在形态上，如果你能列举出鱼龙和海豚的十个不同点，那觉得可以轻易的找到一百个不同点。
因此，只要数据是充分的，这两类少部分相同，大部分不同的动物，当然会被划分在他们恰当的位置。
实际上，古生物分类中讨论趋同演化问题，往往和大家脑中设想的是相反的。一般来说，都是在系统分类位置确定以后，才会发现，处于不同系统分类位置的一些演化支，在个别或者少数形态学特征上很接近，可能和它们生境相同有关。在这里，才算找到了趋同现象。
反过来想，拿鱼龙和海豚举例子。如果我们对这两类动物的形态学研究的非常差，数据奇缺，只搜集到了支持鱼龙化石和海豚一样的特征，没有多少区别的特征。那这样的化，就没有“鱼龙”这个东西了，那是什么，那是灭绝的海豚。
例子很多的。
阿尔瓦雷斯龙类中的一部分，晚白垩世蒙古地区的一类，也有科学家叫单爪龙类的一群小型代表。这些东西被发现的时候，化石保存的主要是它们非常类似鸟类的头部和胸骨部分，所以当时的分类位置是什么？鸟类。是的，就是鸟类。我有的证据就支持它们是鸟，那就要基于当时的数据实事求是。
后来是怎么修改过来的呢？因为更多的化石被发现了，身体的其他部分更接近非鸟兽脚类恐龙。后续的系统分类就逐渐改过来了。
在这种系统发育学框架已经修正之后，才可以谈所谓晚白垩世阿尔瓦雷斯龙类的头部骨骼与白垩纪鸟类有一些趋同演化的特征。
如果对两类或者多类物种的分类，是正在被客观存在的趋同演化所迷惑或者影响的。那意味着我们不能分开它们，这时候它们会被分在一起，没有人会在一类动物里面谈趋同演化。只有我们找到更多证据，将这两类或者多类动物分开了，我们才能谈里面的一些特征是趋同的。
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