书城科普读物探究式科普丛书-生物的演化:进化
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第9章 知识小霸王——进化有问必答(1)

第一节鸟类是由恐龙进化而来的吗

长期以来,人类的起源、宇宙的起源……乃至鸟类起源等,一直是科学家们梦寐以求希望解决的世界难题,特别是关于鸟类起源的假说,更可谓是热门话题。

1.始祖鸟引起的争论

早在18世纪,就已流传有“鸟类是由鱼类进化而来”的传说:“鱼翅变成了羽根,干枯的鳞片变成了羽毛,皮肤变成了一层软毛,鳍变成了脚”传得颇为生动,但在19世纪中叶,科学家们虽已发现并注意到,鸟类与爬行动物有许多相像之处,但却没有任何证据可以证实两者之间的联系。

1861年,在德国巴伐利亚古代环礁湖河床的石灰石中,人们发现了始祖鸟化石。达尔文的朋友、自然学家赫胥黎将始祖鸟看做是一个完美的爬行动物与鸟类转换形式的例子:爬行动物的重骨头转换成轻的、空的鸟骨;前臂伸展成翅膀;浅的胸骨加深变成众多翅膀的肌肉;鳞片发展成羽毛。赫胥黎认为,在鸟类和恐龙两者之间有着神秘的相似性,并由此作出了一个惊人的结论:鸟类并不与恐龙同时存在,它们是近亲。20世纪70年代初,耶鲁大学的古生物学家约翰·奥斯罗姆也参加进来指出:始祖鸟与兽脚类恐龙之间有着相似性。奥斯罗姆说,其实,恐龙并没有灭绝,而是以羽毛的形式生存着,如燕子、鹰、蜂鸟和喜鹊。但是,从陆栖恐龙到始祖鸟再到燕子,这并不能说是一种直接的血统。奥斯罗姆说,“我们还没有证据支持任何直接直系的血统。化石记录中的空隙太多。我们所从事的工作是将散失的时间和空间点联系起来。”但是,这种假说却遭到了一部分鸟类学家的反对。他们认为,鸟类与恐龙相像并不是因为关系密切,而是因为生活在相同的小生态环境中,以相同的方法行动所致。这种相同特性或趋同的不同发展,在生物历史中是常见的现象,这也就是生物学上所称的同功现象。

我们不妨看一下蝙蝠和蝴蝶的翅膀:两者都是扑翅飞行的,但是由不同的身体部位而升空的,并没有迹象表明它们是共同的祖先。

2.孔子鸟

1994年,在中国辽宁省北票市的一个小山村发现了一块鸟类化石,当中国科学院鸟类化石专家看到这块化石时,立即被它那种与始祖鸟十分相像的图形所震惊,图形大小如喜鹊,长有与始祖鸟一样的翅膀、长指状物和弯曲的爪子。在始祖鸟长有完整牙齿的嘴的地方,却有着角质的无齿鸟嘴。这种鸟几乎与始祖鸟一样古老,且已具备了现代的颚。

专家们将此鸟命名为“孔子鸟”。孔子鸟是目前我们所知道的能够进行远程飞行的最早鸟类,它的翅膀几乎与始祖鸟一样原始,但已有了一些诸如轻盈的骨头、较短的尾巴等现代鸟类的特征。

3.中华鸟

1996年,在中国辽宁省北票市上园乡的一个小山村四合屯,当地农民在挖掘孔子鸟化石时发现了四块长毛的小型肉食恐龙化石。这是世界上第一次被发现的长毛恐龙的化石,因而被誉为“中华鸟龙”。它的发现对鸟类起源于恐龙的假说提供了有力的支持,直接支持了鸟类由小型的食肉的栖地性恐龙进化而成的理论。无独有偶,1996年6月,在巴塔哥尼亚荒芜地带,人们发现了距今约9千万年前的恐龙的部分残骸。令人惊异的是,这是一种具有鸟类翅膀的两腿恐龙的部分残骸。它能像鸟折叠起自己翅膀、折叠前臂,能像鸟一样活动肩膀关节,并能抬起前臂向下扑翅飞行。

4.原始祖鸟龙

在四合屯发现的化石中,还有一种很特别的动物。这种动物像始祖鸟,但更原始、更大,腿更壮实。当时的中国地质博物馆馆长季强给它起了一个名字:原始祖鸟龙。原始祖鸟龙的羽毛是对称性的,与始祖鸟不同,如果羽毛是对称性则说明这种动物不能飞行。在相同的地区,还发现了另一种不能飞行的动物-尾羽鸟龙。尾羽鸟龙有很独特的牙齿、尾巴,羽毛是从第二指中长出来的长长的、对称性的。尾羽鸟龙看上去像鸡,头盖骨很大,牙齿像针一样尖锐,一双前臂短而健壮,多骨的尾巴几乎要比身体长一倍。动物化石保存完好,不但能看到残骸的细节,而且能看到一般化石所无法记录的柔软的组织和其他身体部位。从颈项到尾巴的后背上,有薄薄的、深色的纤维状皱纹的背脊。尾羽鸟龙的颈项上长满了细小的纤维,犁沟似地布满了长长的后背和尾巴,这说明它不是一种普通的小恐龙。随着中国辽西四合屯鸟类化石的发现,国际学术界有关“鸟类起源和早期演化”的学术研讨更趋于深入、细致。由此可见,鸟类起源于恐龙也许会得到越来越多的强有力的支持!

第二节人类到底起源于非洲还是亚洲

1.设想

在此之前的内容中我们搞清楚了人类的界限标准和进化阶段,那么人类到底起源于何处?这其实是最有争议的部分。根据现有的各种资料,一般设想,古猿生活在森林中,在树上攀援时身体处于直立状态,在地面活动时身体处于半直立状态,和现生的猿还有些不同,体形比现代的猿小,四肢不像现代的猿那样特化。一旦气候突然变得寒冷干旱时,森林大片“销声匿迹”,它为了生存,必须经常到林间的地面上活动,使用棍棒在半干旱的空旷地区采集和食用草子和根茎,并防卫自身,逐渐形成了两足直立行走的步态,解放出来的前肢成了双手,也便于携带食物。

2.非洲是人类的诞生地?

达尔文在1871年提出,人类的诞生地是非洲,当时还没有发现智人以前的早期人类化石,他的理由是,与人类最相近的动物是大猩猩和黑猩猩,而如今都生存在非洲,因而我们最早的祖先更可能是在非洲。达尔文的这个观点没有被普遍接受。许多人认为像人类这样高贵的神物不可能起源于黑暗大陆的非洲。

3.亚洲是人类的诞生地?

历史发展到了19世纪后期,德国的海克尔提出人类起源于亚洲,因为亚洲的长臂猿和猩猩与人相似的程度大于非洲的猿类,由此他推测东南亚是人类的诞生地。海克尔的信徒之一,荷兰的杜布哇于19世纪末去印度尼西亚“寻根”,发现了爪哇猿人化石,但很长时间不被承认。而纽约美国自然博物馆馆长奥斯本认为亚洲位于其他大洲的中央,是各大类哺乳动物起源的地方,有着详细的气候变化的记录,特别是中亚高原,南面喜马拉雅山的升高,会使中亚造成干燥的时期。这种环境变化迫使古猿适应新的环境,结果促成人类的诞生。由于他的影响,在美国自然博物馆的支持下,于20世纪上半叶中期组织了一系列亚洲的考察,但没有发现人类化石。这不禁让人沮丧而迷惑!

从1927年开始,在我国北京附近的周口店进行了系统的发掘,首先发现了牙齿,定名为中国猿人,后来改称北京猿人,1929年年底,由裴文中负责发掘工作,发现了第一个北京猿人头盖骨,由此被作为人类起源于亚洲的证据。但是,从1924年起,先是在南非汤恩发现了南方古猿的化石,以后在南非的其他几个地点也发现了同类的化石,特别是从20世纪60年代末开始,在东非的许多地点发现了多种南方古猿类的化石,它的系统地位,经过多年的争论,从20世纪70年代以来被人类学界一致承认是属于人的系统,是人类发展的第一个阶段,它们的形态远比亚洲的猿人为原始,而年代也远比后者早,这又形成了人类起源于非洲的论点。

而这,又形成了一个巨大的悖论!

4.非洲东边和西边的故事

我们大家大概都知道,整个非洲大陆原先覆盖着一片森林,在大约距今1000万年前开始,东部下面的地壳逐渐发生变化,沿着今天的坦桑尼亚、肯尼亚、埃塞俄比亚到红海一线裂开,使肯尼亚和埃塞俄比亚东部的陆地上升,形成海拔270米以上的大高地,在东非形成了从北到南的一条长而弯曲的峡谷,深达几百米,叫做东非大裂谷。大裂谷的形成使非洲的地貌和气候大大改变,以前从西到东的一致的气流被破坏了,隆起的高地使东部的地面成了少雨的地区,丧失了森林生存的条件,连续的森林覆盖开始断裂成一片片的树林,形成一种片林、疏林和灌木地的镶嵌生态环境,东西动物群的交往也几乎被“一刀两断”。

由于如此原因,在20世纪60年代,荷兰阿姆斯特丹大学的生态学家科特兰特就提出了人和猿在非洲的分歧,是由于东非大裂谷形成的假设。1994年5月,法国的古人类学家柯盘斯发表文章说,距今300万年以上的人科化石的地点,都是在大裂谷东边的埃塞俄比亚、肯尼亚和坦桑尼亚发现的,无一例外。而在这个时期里,这个地区却没有发现任何有关大猩猩和黑猩猩的化石,他的解释是裂谷形成以后,西边由大西洋来的气流照常带来雨量,而东边则由于上升的西藏高原西缘的阻碍,形成季节性的季风。因而原先的非洲广大地区,分为两种不同的气候和植被。西边仍旧湿润,而东边则变得干旱;西边保持着森林和林地,东边则成为空旷的稀疏草原。

由于这种情况产生的压力,人猿的共同祖先也发生了“两极分化”。

西边的较大居群的共同祖先的后裔,适应于湿润的森林环境,成为两种人猿;而东边的较小居群的共同祖先的后裔则相反,出现了一种全新的对空旷环境适应的新生活,成为人科成员。这种假设被叫做“东边的故事”,但也有不同的意见。1995年11月,英国的《自然》杂志上又提出了“西边的故事”的问题。美国的古人类学家布鲁内特显得就“中庸”多了,他在非洲的乍得发现了南方古猿的部分下颌骨,其年代为距今300万-350万年。乍得位于西方大约5400公里的非洲大陆中心,因而布鲁内特说:“人类起源不只是东边的故事,也是西边的故事”。

我们从以上历史情况的叙述,可知近100多年来,人类诞生地到底是非洲还是亚洲,已形成了“拉锯战”。目前在非洲发现的人科化石还只有400多万年,更早的化石还没有可靠的资料,因而现在还不能肯定非洲是人类最早起源的地方,也不能排除人类起源于亚洲的可能性,特别是我国,拥有广大的新生代地层,有温暖和寒冷气候的变化交替的记录,在这些地层中已发现了大量的高等哺乳动物化石的灵长类化石,特别是多种古猿化石,如第三纪的森林古猿、禄丰古猿、上新猿等,最近还在江苏、山西等地发现了可能是距今4000万年前后的高等灵长类化石,另外还有一些零星的可能是早期人科成员和早期旧石器文化的线索,这当然是我们的骄傲,但还有待我们在广大地区去调查和发掘。

第三节现代人的起源进化是个独立系统?

1.两个问题

首先答案是肯定的,现代人的起源进化与人类起源进化有着不同的含义,现代人的起源进化是指现在生活在世界上不同地区的黄种人、白种人、黑种人和棕种人,他们是怎样来的。也就是说早期人类是怎样演变成现代人的问题,这是属于从人到人的问题。而人类的起源进化指的主要是古猿怎样演变成早期人类的问题,是从猿到人的问题,以及早期人类怎样演变成较晚人类的问题,在时间上非常久远。换句话说,现代人的起源进化只是指在人类进化的历史长河中离现代最近的一段,是一个截取史,是整个人类进化历史的一个局部,一个阶段,这一点是我们必须要搞清楚的。

2.两种理论

关于现代人的起源,有两种理论:一种叫“单一地区起源说”,这种理论认为现代人是某一地区的早期智人“侵入”世界各地而形成的,这个地区过去认为是亚洲西部,近年来则改为非洲南部;另一种叫“多地区起源说”,这种理论认为亚、非、欧各洲的现代人,都是由当地的早期智人以至猿人演化而来的。这两种理论长期争论不休,1987年以来又开始激烈起来。

3.世界母亲?

1967年,美国伯克利加州大学的生物化学与分子生物学教授艾伦·威尔逊等提出了分子钟的假设,用免疫测量法确定各种灵长类血液白蛋白的不同分量,从而推算出各种灵长类系统分离的时间,其结果是人属与黑猩猩属、大猩猩属分离的时间在距今500万年前。

后来,这个研究组进一步做了实验。他们选择了其祖先来自非洲、欧洲、中东和亚洲的妇女,以及新几内亚和澳大利亚的土着妇女共147人,利用她们生产婴儿时的胎盘,分析了胎盘细胞内的线粒体的脱氧核糖核酸,即DNA。经过试验他们发现,不同类型的线粒体DNA,有些互相相似,有些则差别很大。他们依据这些分析结果作了一个表示其相互亲缘关系的“系统树”,结果是这株“树”来自单一的共同祖先,而后很快分成两支,一支的线粒体DNA都是从非洲祖先而来的个体,另一支则来自非洲、亚洲、澳大利亚、高加索和巴布亚新几内亚的祖先。对于这种情况的最简单的解释是,其共同祖先来自非洲。根据已知的线粒体DNA突变的速度,计算其年代为距今14万-29万年,平均为20万年。