我们的四足祖先以惊人的速度从海洋进化到陆地

所有陆地动物的故事都始于一种四肢短小、身体细长的沼泽鱼。在潮湿的泥盆纪中期，这种鱼的一个家族跟随植物和昆虫来到陆地上，成为第一批四足动物，即四足脊椎动物。

但 3.9 亿年前的化石记录非常稀少，很难找到有关这些鱼是什么或它们如何进化的线索。化石数量稀少，而且存在令人惊讶的差距：最古老的四足动物证据来自一组留在潮汐泥滩上的足迹，而这些足迹恰好比最古老的四足动物化石早 1500 万年。

周一发表在《自然生态与进化》杂志上的一项关于该化石记录的新分析表明，这一转变发生在地质学的一瞬间。但令人惊讶的是，研究还发现，一旦第一批四足动物踏上陆地，它们就会在那里生活数百万年——大部分时间都是孤独的。

这项研究重建了早期四足动物的家族树，以拼凑出那个关键时期。这个过程类似于病毒学家用来记录新病毒传播和变异的过程，但生物学家不是利用遗传特征，而是利用化石中的物理差异来描绘进化过程。

领导此项建模工作的哈佛大学生物与进化生物学系博士后研究员蒂亚戈·罗德里格斯·西蒙斯 (Tiago Rodrigues Simões) 说，他们还首次能够结合足迹等非化石数据来校准模型。

“我们能够将进化过程中的每一个现象都纳入其中，”他说，“这不仅仅是物种之间的关系，还包括进化的速度是多少？物种进化和灭绝的速度有多快？”

研究发现，四足动物的进化速度令人难以置信，第一批四足动物与其祖先之间仅仅相隔六百万年。

[相关：撒哈拉沙漠曾充满鱼类]

进化树的一端是祖先鱼，从外表看，它们基本上就是鱼。研究人员表示，只有在骨骼内部，陆地生命的构造块才变得明显。

“如果你看看它的鳍，你会说，‘哦，看，那是一根肱骨’，”进化生物学家、生物和进化生物学系的斯蒂芬妮·皮尔斯 (Stephanie Pierce) 说道，她也是这项研究的资深作者。“如果你看看骨盆骨后面，你还会看到一根股骨。”

因此，人们往往关注从鳍到四肢的转变。“但骨骼上还有许多其他变化，”皮尔斯继续说道。“它们只是非常复杂的特征，大多数古生物学以外的人并不感兴趣。”

但研究发现，最快的变化发生在头部，新陆生动物必须使它们的眼睛、鼻子，甚至下巴适应水面上的世界。

四足动物的眼睛从头部两侧移到了头顶，同时嘴和鼻子之间也出现了一条通道。它们长出了锁骨和脖子，这让它们在行走和观察周围时更加灵活。（西蒙斯抬起肩膀，说鱼“就像赫特人贾巴”。）

但身体的其他部分也在变形以对抗重力。“并不是头骨进化得很快，而后颅骨进化得很慢，”皮尔斯说。“与鱼类亲戚相比，整个身体都在快速进化。只是头骨进化得更快。”

尽管变化剧烈，但研究表明，早期四足动物的种类实际上并不多。

自 20 世纪 40 年代以来，生物学家们就怀疑“当你改变身体以适应一个全新的环境时，这些变化会很快”，西蒙斯解释道。他们的想法是，由于动物为了适应环境而进化得如此之快，它们也会分化成不同的体型，最终形成新的物种。“但这并不是我们真正发现的。”

这有助于解释化石的缺乏。“让我有点难过的是，这项研究显示，只有很少的物种没有被变成化石，”皮尔斯说。“我们希望找到新的化石，可以告诉我们更多关于进化的故事，但这会很棘手。”

第一批四足动物为何没有分化仍是一个新问题。但皮尔斯怀疑，这可能只是因为它们突然发现自己过上了好日子。四足动物找到了新的生存环境，这让它们在进化上有了些许喘息空间。“在它们真正流行起来之前，它们还有一点喘息的空间。”