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舒德幹院士帶你領略人類最原始的那些進化生物

圖片設計 | 宗宗;編輯 | 原屎人

提起達爾文, 大家都會想到物種起源, 今天我就和大家來聊聊三個與達爾文有密切關係的故事,

同時也揭秘我們人類最最原始的祖先。

一、達爾文到底有多偉大?

達爾文小時候有點懵懵懂懂, 上學的成績都不如他妹妹, 他父親特別著急, 所以在16歲的時候就把他送去學醫, 學了兩年後他覺得太沒意思, 就退學了。 後來他父親把就把他送到劍橋大學神學院學了三年,

這個時候等待他的命運就是到鄉下去當一個神父。 可是命運跟他開了一個玩笑, 讓他走上了背叛神學的道路。

他之所以能背叛神學, 我覺得有兩方面的原因。 第一就是他太愛自然了, 當時沉迷於各種甲蟲, 他的同學就給他畫了一幅漫畫,

拿甲蟲當馬騎。

第二個原因就是一次環球旅行。 1831年剛剛畢業的時候, 達爾文的導師John Henslow給了他一個機會, 讓他去環球航行。 本來預計是兩年, 結果去了五年。 在環球旅行的時候經過一個島——加拉帕戈斯群島, 就是在這個島上, 改變了達爾文原有的神學觀念,

甚至顛覆了達爾文的整個世界觀, 這是進化論思想的源頭。

在環球航行回來後, 他在倫敦住了五年, 最後在他父親和岳父的資助下, 在倫敦東南部買了一個很大的莊園, 後期就在這裡進行動物和植物的試驗。 正是在這個寂靜的莊園裡, 他完成了偉大的思想革命,

也顛覆了幾千年的傳統思想。

達爾文的進化論是生命科學的核心和靈魂, 還影響了物理學、宇宙學和地球科學。

達爾文的著作有很多部, 但其中有兩部對人類產生了深遠的影響, 其中一部是1859年的《物種起源》, 另一部是在12後年寫的更加深刻的一本書《人類的由來》, 在書中他提到,地球上所有的物種都是由大自然演化而成的,我們人類也是大自然的產物,並不是上帝特殊創造的寵兒,只是進化樹的一個分支,從低等動物演化而來。

二、加拉帕戈斯群島有多美?

加拉帕戈斯群島也叫龜島,位於南美大陸以西1000公里的太平洋面上,由海底火山噴發的熔岩凝固而成的13個小島和19個岩礁組成。

加拉帕戈斯群島是怎麼形成的呢?

全球有7大板塊,其中在大西洋中有一個大西洋中脊,它會把兩側的大陸往兩側推,在太平洋東邊也有類似的一個中脊,玄武岩噴發會把兩側的板塊向兩邊推開,這樣就會使得加拉帕戈斯群島不斷向東移動,最後形成了這樣一種情況,最先形成的島嶼就被推到了東邊,後來形成的島嶼就留在西邊。

全球7大板塊

東太平洋擴張不斷推龜島東移

各個島嶼彼此分離,形成不同物種

最後就形成了一片零星分佈的島嶼,這些島嶼是彼此分離的,所以一旦有生物被隔離,就在不同的島嶼、不同的環境下進行變異,最後形成了不同的物種。

科隆群島的植物多樣性

乾燥低地:熔岩上的柱狀仙人掌

濕潤地帶的樹菊

而且,在島上會發現一種奇怪的現象,絕大部分的花朵都是黃色的,因為大多數昆蟲只辨識黃花,而花朵要靠這些昆蟲來授粉,最後就被選擇下來了。

還有很多鳥類,跨過大洋,飛到了這個島嶼上。

在這個島上,有一種鳥叫軍艦鳥,雄性在求偶的時候,它的喉囊會呈鮮紅色並鼓起,而且發生聲音來獲得雌性的青睞,這就是典型的性選擇。

一般來說,南極才有企鵝,但是這個地方也有小企鵝,估計是隨著洋流漂過去的,後來為了適應當地環境,體型變小,脂肪減少。

赤道企鵝

鸕鷀本來是一種中到大型的海鳥,但這裡的鸕鷀翅膀很弱。這種退化對它本身來說,更是一種進化,因為它要紮到海裡吃魚,翅膀太大反而阻礙了它們的靈活性;而且島嶼上的風很大,大的翅膀會浪費太多能量,所以最終選擇的結果是翅膀越來越弱。

弱翅鸕鷀

還有一種動物,叫陸鬣蜥,由於某種原因來到島嶼,剛開始生活富足,但隨著繁殖數量增多,食物來源又有限,所以部分陸鬣蜥就進入海中尋求食物,最後形成了兩個物種,陸鬣蜥和海鬣蜥。

上面的物種都是自然選擇的結果,但是給達爾文啟迪最大的,卻是下面兩類動物,加拉帕戈斯巨龜和達爾文雀。

1、加拉帕戈斯巨龜

這些巨龜體型非常大,最多可以達到300公斤,但這些龜的形態各不一樣,就是因為在不同的地區,或同一地區不同高度,食物不一樣形成的。

各島上的巨龜形態各不相同,但共祖

2、達爾文雀

達爾文雀本名叫加拉巴哥斯燕雀(Finch),它們非常聰明,會用一根小棍子把樹幹中的蟲子挑出來吃。

由於這種雀在各個島上彼此分離,會沿著不同的路線演化。即使在同一個島上,由於食物很少,原來吃一種食物的鳥現在變成吃樹上的蟲子,蟲子不夠吃了在地上吃種子,都吃不到就去吃仙人掌。久而久之它們的喙部就發生了分歧,各自沿著不同的路徑往前發展,然後就形成了不同的物種。

達爾文雀演化譜系圖

在從加拉帕戈斯群島回來後的第二年,達爾文畫出了下面這個圖,這個圖非常經典,是一個共同祖先變成兩個,兩個變成多個,然後不斷發展出去,構成了一個生命的發育樹或者譜系樹。

22年之後,他寫了一本震撼世界的書《物種起源》,其中僅有的一幅圖,就是他22年前這個手稿圖的延續。

人類就是動物界上面一片很普通的小葉子

2年之前的春節,我也得到一個機會,沿著達爾文的路,沿著加拉帕戈斯群島環游一周。

行進路線

達爾文基金會

達爾文研究站

年輕的達爾文塑像

三、追溯人類元祖能走多遠?

達爾文說人類是由低等動物演化而來的,但是在書中沒有直接的證據,這些難題都留給古生物學家,都是我們需要做的。

首先是在非洲找到了0.05億年前從古猿到人演化的證據,而且在歐洲也找到了部分證據。

接下來再向前尋找,發現了四足魚類登陸的證據。因為在3.6億年前陸地上是沒有動物的,所有的脊椎動物都在水裡,從水中進入陸地的證據,現在已經找到了很多。

上面兩個問題已經得到很好解決了,但是再往前就是空白。元祖何時有了四足?有了頭、腦、臉?有了腮裂和肛門?何時有了口?

那麼這些關鍵基礎器官是如何依次創造的呢?對於這個問題的研究,有下面兩種方法,

胚胎發育指引探索人類起源的方向

關鍵化石實證起源一錘定音

有一個新假說,這個假說就提到,人類起源的三大奠定性里程碑是三分體、二分體和微球囊。目前,對於這個假說,已經發現了對應的生物,得到了實證。

1、三分體

三分體分為前端、軀幹和末端。前端形成真正的頭(含腦,眼睛),軀幹、末端出現“肛後尾”,證實三分體的就是第一魚。

這是在1998年12月份的時候,我們看望雲南工作的兩位朋友。其中一個朋友他就從抽屜裡面拿出一塊標本,說:“舒老師,我這個標本放了一年半,不大熟悉,可能像半索動物雲南蟲,你看看是什麼?”

我當時在顯微鏡底下看了不到一分鐘,就和他說,恭喜你,“你發現世界上已知最早的魚了,找到最早的脊椎動物了。”

回來後我就帶著我的研究生找同一地方采的那些化石,真找見了一條魚跟它很相似,有原始的脊索,還有比較進步的脊椎,共同保存在一起,這是很好的達爾文期待的過渡類型。但實際上也有不一樣的地方,下面那條海口魚有7個鰓囊,有鰓,我們上面那個昆明魚只有5個鰓囊。

而且它有頭,儘管很小,但眼睛很大,有了眼睛就一定有腦,因為眼睛是腦的外延,這就是最早的魚。

如果現在把所有活著的脊椎動物和絕滅的脊椎動物畫在一個譜系圖上面,魚在最底層,如果沒有第一魚的出現,後面所有的一切都沒有了。

這篇文章發表在Nature上,引起了國際上的極大關注;同時獲得了1999年的中國十大科技進展,跟當時的神舟一號並列在一起。

2、二分體

三分體的魚找到了,那二分體的動物是什麼呢?後來我們發現了古蟲動物門,它的特點就是身體是兩部分,前面鰓裂,後有肛門。

我們不光發現了目、科、屬、種,還建立了一個門,相當不容易。

有人會問,我們人類有鰓裂嗎?有的,我們人類在母親胚胎的第三周和第四周都有清楚的鰓裂。有些人由於在胚胎發育過程中沒有癒合好,出生後還可能在身體上留下鰓裂的痕跡,這是一種很麻煩的鰓瘺病。

我們對於二分體生物的發現,在2001年也跟神舟二號並列在一起被評為當年的十大科技進展。加上1999年那個成果,我們和其他的合作者一起申請了國家自然科學獎,最後得了國家自然科學一等獎。

2、微球囊

三分體和二分體都找到了,那接下來的微球囊又是什麼?

這是在西北大學完成的,我的同事韓健,在十五六年前是我的博士生,他真的是十年磨一劍,整整十年就在適當的地層,適當的時間,適當的環境下開採化石。

最後找到了皺囊蟲這個化石,是包在石灰岩裡面,比芝麻粒還小,在今年大年初三,也就是2017年的1月31號,文章也在Nature上發表了,而且是個封面文章。這個封面上畫的就是它,別看畫得很大,實際是一毫米;別看它一毫米,它的口很大。

到現在為止,我們已經追溯到了人類的元祖,分別是三分體的第一魚,二分體的古蟲類以及皺囊蟲。

最後總結一下,我們人類從動物開始出現之後,沿著達爾文的那個路,由低等動物一直進化而來。在五億多年前,有這樣一些精彩的故事。再接下來到了四億多年,到了三億兩億一億多年,最後就產生了人。

當然,探究人類祖先的工作遠遠沒有結束,在5.35億年之前的祖先又是什麼呢? 需要更進一步探索。

在書中他提到,地球上所有的物種都是由大自然演化而成的,我們人類也是大自然的產物,並不是上帝特殊創造的寵兒,只是進化樹的一個分支,從低等動物演化而來。

二、加拉帕戈斯群島有多美?

加拉帕戈斯群島也叫龜島,位於南美大陸以西1000公里的太平洋面上,由海底火山噴發的熔岩凝固而成的13個小島和19個岩礁組成。

加拉帕戈斯群島是怎麼形成的呢?

全球有7大板塊,其中在大西洋中有一個大西洋中脊,它會把兩側的大陸往兩側推,在太平洋東邊也有類似的一個中脊,玄武岩噴發會把兩側的板塊向兩邊推開,這樣就會使得加拉帕戈斯群島不斷向東移動,最後形成了這樣一種情況,最先形成的島嶼就被推到了東邊,後來形成的島嶼就留在西邊。

全球7大板塊

東太平洋擴張不斷推龜島東移

各個島嶼彼此分離,形成不同物種

最後就形成了一片零星分佈的島嶼,這些島嶼是彼此分離的,所以一旦有生物被隔離,就在不同的島嶼、不同的環境下進行變異,最後形成了不同的物種。

科隆群島的植物多樣性

乾燥低地:熔岩上的柱狀仙人掌

濕潤地帶的樹菊

而且,在島上會發現一種奇怪的現象,絕大部分的花朵都是黃色的,因為大多數昆蟲只辨識黃花,而花朵要靠這些昆蟲來授粉,最後就被選擇下來了。

還有很多鳥類,跨過大洋,飛到了這個島嶼上。

在這個島上,有一種鳥叫軍艦鳥,雄性在求偶的時候,它的喉囊會呈鮮紅色並鼓起,而且發生聲音來獲得雌性的青睞,這就是典型的性選擇。

一般來說,南極才有企鵝,但是這個地方也有小企鵝,估計是隨著洋流漂過去的,後來為了適應當地環境,體型變小,脂肪減少。

赤道企鵝

鸕鷀本來是一種中到大型的海鳥,但這裡的鸕鷀翅膀很弱。這種退化對它本身來說,更是一種進化,因為它要紮到海裡吃魚,翅膀太大反而阻礙了它們的靈活性;而且島嶼上的風很大,大的翅膀會浪費太多能量,所以最終選擇的結果是翅膀越來越弱。

弱翅鸕鷀

還有一種動物,叫陸鬣蜥,由於某種原因來到島嶼,剛開始生活富足,但隨著繁殖數量增多,食物來源又有限,所以部分陸鬣蜥就進入海中尋求食物,最後形成了兩個物種,陸鬣蜥和海鬣蜥。

上面的物種都是自然選擇的結果,但是給達爾文啟迪最大的,卻是下面兩類動物,加拉帕戈斯巨龜和達爾文雀。

1、加拉帕戈斯巨龜

這些巨龜體型非常大,最多可以達到300公斤,但這些龜的形態各不一樣,就是因為在不同的地區,或同一地區不同高度,食物不一樣形成的。

各島上的巨龜形態各不相同,但共祖

2、達爾文雀

達爾文雀本名叫加拉巴哥斯燕雀(Finch),它們非常聰明,會用一根小棍子把樹幹中的蟲子挑出來吃。

由於這種雀在各個島上彼此分離,會沿著不同的路線演化。即使在同一個島上,由於食物很少,原來吃一種食物的鳥現在變成吃樹上的蟲子,蟲子不夠吃了在地上吃種子,都吃不到就去吃仙人掌。久而久之它們的喙部就發生了分歧,各自沿著不同的路徑往前發展,然後就形成了不同的物種。

達爾文雀演化譜系圖

在從加拉帕戈斯群島回來後的第二年,達爾文畫出了下面這個圖,這個圖非常經典,是一個共同祖先變成兩個,兩個變成多個,然後不斷發展出去,構成了一個生命的發育樹或者譜系樹。

22年之後,他寫了一本震撼世界的書《物種起源》,其中僅有的一幅圖,就是他22年前這個手稿圖的延續。

人類就是動物界上面一片很普通的小葉子

2年之前的春節,我也得到一個機會,沿著達爾文的路,沿著加拉帕戈斯群島環游一周。

行進路線

達爾文基金會

達爾文研究站

年輕的達爾文塑像

三、追溯人類元祖能走多遠?

達爾文說人類是由低等動物演化而來的,但是在書中沒有直接的證據,這些難題都留給古生物學家,都是我們需要做的。

首先是在非洲找到了0.05億年前從古猿到人演化的證據,而且在歐洲也找到了部分證據。

接下來再向前尋找,發現了四足魚類登陸的證據。因為在3.6億年前陸地上是沒有動物的,所有的脊椎動物都在水裡,從水中進入陸地的證據,現在已經找到了很多。

上面兩個問題已經得到很好解決了,但是再往前就是空白。元祖何時有了四足?有了頭、腦、臉?有了腮裂和肛門?何時有了口?

那麼這些關鍵基礎器官是如何依次創造的呢?對於這個問題的研究,有下面兩種方法,

胚胎發育指引探索人類起源的方向

關鍵化石實證起源一錘定音

有一個新假說,這個假說就提到,人類起源的三大奠定性里程碑是三分體、二分體和微球囊。目前,對於這個假說,已經發現了對應的生物,得到了實證。

1、三分體

三分體分為前端、軀幹和末端。前端形成真正的頭(含腦,眼睛),軀幹、末端出現“肛後尾”,證實三分體的就是第一魚。

這是在1998年12月份的時候,我們看望雲南工作的兩位朋友。其中一個朋友他就從抽屜裡面拿出一塊標本,說:“舒老師,我這個標本放了一年半,不大熟悉,可能像半索動物雲南蟲,你看看是什麼?”

我當時在顯微鏡底下看了不到一分鐘,就和他說,恭喜你,“你發現世界上已知最早的魚了,找到最早的脊椎動物了。”

回來後我就帶著我的研究生找同一地方采的那些化石,真找見了一條魚跟它很相似,有原始的脊索,還有比較進步的脊椎,共同保存在一起,這是很好的達爾文期待的過渡類型。但實際上也有不一樣的地方,下面那條海口魚有7個鰓囊,有鰓,我們上面那個昆明魚只有5個鰓囊。

而且它有頭,儘管很小,但眼睛很大,有了眼睛就一定有腦,因為眼睛是腦的外延,這就是最早的魚。

如果現在把所有活著的脊椎動物和絕滅的脊椎動物畫在一個譜系圖上面,魚在最底層,如果沒有第一魚的出現,後面所有的一切都沒有了。

這篇文章發表在Nature上,引起了國際上的極大關注;同時獲得了1999年的中國十大科技進展,跟當時的神舟一號並列在一起。

2、二分體

三分體的魚找到了,那二分體的動物是什麼呢?後來我們發現了古蟲動物門,它的特點就是身體是兩部分,前面鰓裂,後有肛門。

我們不光發現了目、科、屬、種,還建立了一個門,相當不容易。

有人會問,我們人類有鰓裂嗎?有的,我們人類在母親胚胎的第三周和第四周都有清楚的鰓裂。有些人由於在胚胎發育過程中沒有癒合好,出生後還可能在身體上留下鰓裂的痕跡,這是一種很麻煩的鰓瘺病。

我們對於二分體生物的發現,在2001年也跟神舟二號並列在一起被評為當年的十大科技進展。加上1999年那個成果,我們和其他的合作者一起申請了國家自然科學獎,最後得了國家自然科學一等獎。

2、微球囊

三分體和二分體都找到了,那接下來的微球囊又是什麼?

這是在西北大學完成的,我的同事韓健,在十五六年前是我的博士生,他真的是十年磨一劍,整整十年就在適當的地層,適當的時間,適當的環境下開採化石。

最後找到了皺囊蟲這個化石,是包在石灰岩裡面,比芝麻粒還小,在今年大年初三,也就是2017年的1月31號,文章也在Nature上發表了,而且是個封面文章。這個封面上畫的就是它,別看畫得很大,實際是一毫米;別看它一毫米,它的口很大。

到現在為止,我們已經追溯到了人類的元祖,分別是三分體的第一魚,二分體的古蟲類以及皺囊蟲。

最後總結一下,我們人類從動物開始出現之後,沿著達爾文的那個路,由低等動物一直進化而來。在五億多年前,有這樣一些精彩的故事。再接下來到了四億多年,到了三億兩億一億多年,最後就產生了人。

當然,探究人類祖先的工作遠遠沒有結束,在5.35億年之前的祖先又是什麼呢? 需要更進一步探索。

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