《生命的印记》一书 进化的25个步骤和地球的整个历史”

大家好！我们通过新书扩展了新科学系列：

许多畅销的古生物学家唐纳德·普罗特罗（Donald Protero）的作者将对25种著名的保存完好的化石的科学描述变成了地球生命发展的迷人历史。

本书中提到的25个化石以其所有的进化辉煌来展示生命，表明一种物种如何转变为另一种。我们看到了绝种的所有动植物-从微观到巨大的大小。我们将向您介绍现代自然中没有类似物的梦幻般的陆地和海洋生物：第一批三叶虫，巨型鲨鱼，巨大的海洋爬行动物和羽毛恐龙，第一批鸟类，步行鲸鱼，巨型无角犀牛和南方古猿露西。

前言

地球上的生命故事非常复杂。目前，地球上有5至1500万种生物。由于超过99％的现有物种已经灭绝，我们可以得出结论：自生命诞生以来，地球上已有数亿（甚至更多）生物物种生活-这发生在35亿年前甚至更早。

因此，仅使用25个化石来代表数以亿计的灭绝物种就不是一件容易的事。我专注于进化史上标志性的化石。他们展示了大批生物物种起源的关键阶段，或说明了从一组到另一类的进化过渡。此外，生命不仅是新物种的出现，而且是各种适应的惊人体现，在此期间，生物体的大小，其生态位和环境都在发生变化。因此，我选择了几种“极端”化石形式来证明生物学可以达到的目的。您将熟悉最大的陆地动物，最大的陆地掠食者以及曾经翻过海洋的一些巨型海洋生物。

自然，这种复杂的方法迫使人们忽略许多生物，因此我痛苦地选择了描述谁和跳过谁。我试图捡起相对保存完好的著名化石。因此，许多物种被排除在外，其残骸过于分散，无法自信地解释它们。考虑到广大读者的兴趣，我更喜欢恐龙和脊椎动物。我向所有相识的古植物学家和微型古生物学家致以深深的歉意，因为他们全都致力于这一章，从而剥夺了他们的学科。

希望您能原谅我的过犯，过犯和非过犯，并注意我想告诉您的故事的存在。愿他们使您的生活更美好！

本书摘录

PALOR FISHING CHIENTIST ill

裂，舌软骨，突触，内在和弦。您不能说所有这些器官都将原生动物与海鱼区分开来，并向他们以及我们指出它们的起源。甲状腺和胸腺，即弦下的杆，使我们与七lamp鳗，四合谱和鲱鱼结合在一起，其中一些使我们的餐桌长期多样化。
沃尔特·加斯唐（Walter Garstang），“与其他动物学诗句的幼体形式”

休·米勒和古代红砂岩

除其他哺乳动物外，人类以及鸟类，爬行动物，两栖动物和鱼类都是脊椎动物，即带有脊的动物。脊椎动物来自哪里？什么能说明我们这类最古老的化石鱼的起源？要获得这些问题的答案，您需要在18世纪末前往苏格兰。

在十八世纪末，主要在英国，新的年轻科学学科-地质学开始发展。詹姆斯·哈顿（James Hatton）是苏格兰最早的博物学家之一，他根据自己在苏格兰的旅行而奠定了现代地质学的基础。他们在1788年的结果是发表了《地球理论》（《地球理论》），其中哈顿概述了解决地球起源问题的科学方法。

哈顿仔细研究过的英国地层划分中，有一系列强大的砂岩岩石，被称为古代红砂岩。它在苏格兰广泛分布，在英格兰东部和中部的许多地区也有发现。哈顿研究得越深入，就越清楚地看到一个完全塌陷的巨大山脉的痕迹，他的岩石被溪流和河流分开，以鹅卵石和砂岩的形式沉积。在许多地方，它几乎水平地穿过侵蚀面，撞到较旧的岩石上，这些岩石先被倒置然后被侵蚀，从水平位置滑落到垂直位置。这样一个角度上的分歧的例子使哈顿深信世界太古老了，并且起源于“远古时代”。显然，这个世界的年龄超过6000年-根据圣经，它的年龄；在哈顿时期，这一评估得到了广泛认可。

科学家的猜测离事实不远。今天，古老的红砂岩可以追溯到泥盆纪时期（约3.45亿年前）。年龄角度差异以下的倾覆岩石属于志留纪（大约4.25亿年前），并在加里东折叠时期（加里多尼亚-苏格兰的古罗马名称）出现。当欧洲核心（所谓的波罗的海盾）与另一块构造板块相撞时，这种折叠就展开了，该板块现在包括加拿大北部和格陵兰岛。在山区建筑的泰坦尼克号行动中，所有不久前形成的志留纪岩石都被粉碎了。由此产生的喀里多尼亚山脉迅速坍塌，变成河砂，并最终以古代红砂岩的形式结晶。纽约州的卡茨基尔砂岩也是由科学院山的侵蚀而形成的，该学院的山与加里东山脉一起形成了一条单一的带。

在哈顿之后的一代人中，由于一位谦虚的苏格兰泥匠休·米勒（Hugh Miller）的注意，古老的红砂岩获得了声誉。他是船长的儿子，但直到17岁才上学，也就是说，他没有接受足以研究化石的系统教育。在肖像画中，他被描绘成一个坚强，宽肩，坚强的人（他可能获得了这样的身材，用石头工作了很多年），身着浓密的卷发，还same着side角（图8.1）。米勒（Miller）幼年在石矿场度过，主要是在古老的红砂岩上。在没有工作的几个月中，他梳理了沿海砂岩露头，一个又一个地发现了美丽的石化鱼。在那工作的其他工人也很快收集了很多样本​​，米勒开始研究这些发现。到1834年，来自采石场的石英粉尘开始破坏他的肺，因此他辞去了泥瓦匠的工作，前往爱丁堡，在那里他计划成为一名银行家和作家。


图 8.1休·米勒的肖像（来自维基共享资源的插图）

即使受过有限的教育，他还是古生物学史上最早的科普作家之一。1834年，米勒（Miller）出版了《北苏格兰风光与传说》（《北苏格兰风俗与传说》），这是有关苏格兰地质和自然历史的真正畅销书，目的是在那些对自然科学感兴趣的年代不断扩大读者群。他在1841年通过撰写《老红砂岩：旧田里的新步伐》继续他的工作，其中描述了该地层单位，其惊人的化石鱼类和“海蝎” 。Miller独立地说明了这本书（图8.2）。以下段落可让您充分欣赏他的风格：

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由于他的著作，米勒虽然不是专业的古生物学家，但很快成为自然科学家中的真正名人。幸运的是，在英国科学进步促进协会的一次会议上，他会见了传奇的瑞士古鱼类学家路易斯·阿加西斯。 Miller能够将其样本转移给能够进行分析的人员。阿加西斯（Agassis）很快就描述并命名了米勒（Miller）所有非凡的化石。

米勒在他的书中提倡自己的宗教信仰，并与法国对即将在英国盛行的进化论的兴趣抗争。他的著作《造物主的足迹：或者，斯特罗姆尼斯的黄星记》于1849年出版，其中包含了对轰动性进化思想的攻击，在他的著作《自然创造史的遗迹》中（“自然创造史的遗迹”）于1844年出版，由苏格兰出版商罗伯特·钱伯斯（Robert Chambers）开发。


图8.2草原草原鱼glyptolepis（与两栖动物密切相关）和化石两足动物fish（取自Hugh Miller，The Old Red Sandstone或《 Old Fields in Old Field》（爱丁堡：Johnstone，1841年））

但是，米勒并不支持对圣经的字面解释。像他那个时代的大多数英国地质学家一样，他认为诺亚洪水是仅覆盖美索不达米亚的地方性事件，并且将化石记录解释为连续的创造和破坏行为，这在圣经中没有提到。他认识到年代变化可以追溯到化石记录中，但是他不同意后来的物种起源于早期的物种。

不幸的是，米勒（Miller）在54岁时开始遭受奇怪的头痛和困惑，当他发给出版商校对他的最新著作《岩石的见证》（“岩石的证言”）后，他就自杀了。科学界为他哀悼，为了纪念米勒，他们上演了爱丁堡历史上最宏伟的葬礼队伍之一。大卫·布鲁斯特（David Brewster）写道：“米勒先生是苏格兰科学界为数不多的代表之一，他们能够反抗他谦逊的职业惯例，天才的力量以及他的杰出品格，在社会等级制度中占据较高的位置。” 他以化石命名，包括“海蝎” Hughmilleria和今天称为Millerosteus的原始鱼类，以及许多以Milleri为名的鱼类。

鱼龄

古代红砂岩形成于泥盆纪时期-在鱼类时代，因此反映了当时生活的鱼类的演变。到今天为止，不仅发现了幸存下来的鲨鱼和鱼鳍鱼，而且还有许多鱼翅鱼，尤其是呼吸困难的鱼（见图8.2）。原始的颌骨（所谓的穿铠甲）鱼很普遍，其头部和胸部被密集的盾牌覆盖。泥盆纪末期甲壳鱼类灭绝。

相同的化石为壳状无颚鱼的广泛流行提供了第一个证据。在1830-1840年代，阿加西斯描述了其中的一些，包括翼龙（Pteraspis）和头颅（Cephalaspis）（图8.3）。米勒声称，他发现的鱼化石不是进化的证据，但不是足够好的解剖学家来判断这一点。尽管如此，泥盆纪这些无颚脊椎动物的存在证明，几轮进化将现代颚鱼与无颚无脊椎动物分开。


图8.3铠装的无颚头刺鱼（雕刻于休·米勒，旧的红砂岩或旧田里的新步道（爱丁堡：约翰斯顿，1841年））


图8.4无颌鱼的家族树，其中显示了不同组（工作图卡尔·比尔：唐纳德·R·普罗瑟罗，演进：什么化石说，为什么它事项（纽约:.哥伦比亚大学出版社， 2007年），图9.8）



所示。 8.5锯齿无壳的翼龙类鱼类，杂种：（A）头罩； （B）活鱼的重建（Wikimedia Commons的插图（A）；田村伸一（Nobumichi Tamura）提供的插图（B））

不久，在许多其他地区发现了这些贝壳状无颚鱼的化石。他们再次展示了颌骨脊椎动物是如何从无颌祖先进化而来的（见图8.4）。翼龙和他的堂兄（异种trustrucans）通常具有流线型的装甲的身体，形状类似于鱼雷。这种鱼的侧面和背面通常会长出长刺，尾鳍的主鳍向下看（见图8.5）。异巨嘴鸟的嘴很小，像是一个缝隙，没有下巴，也没有坚固的肌肉鳍可以用作舵。它们可能像t一样游动，吸水并过滤掉通过嘴和g的营养颗粒。相比之下，头鼻（见图8.3和8.4）和相关的成骨节骨动物（也称为ostracoderms）头部偏斜，底部平坦，他们尾巴上的主鳍抬起头来（就像现代鲨鱼一样）。人们相信它们在底部游动并在淤泥中翻找食物，通过无颚的嘴过滤沉积物。

过去钓鱼

多年来，科学家在泥盆纪，然后在世界各地的志留纪沉积物中发现了越来越多的贝壳状无颚鱼化石。但是他们身体中唯一容易被化石的部分是外壳。像鲨鱼和大多数原始鱼类一样，它们没有骨头骨架，只有软骨，而在化石中保存得很差。如果没有贝壳，这些鱼类就不可能在化石记录中幸存下来。

在很长一段时间内，没有证据表明志留纪之前存在无颚（和其他任何一种）鱼类。大型食肉动物在奥陶纪海域占主导地位，例如长5.5 m的鹦鹉螺，但尽管奥陶纪化石海洋动物化石丰富，却找不到骨骼痕迹。它们存在的唯一迹象是罕见的发现，例如在峡谷城（科罗拉多州）附近的哈丁砂岩中。该品种起源于中奥陶纪，包含许多无颚鱼Astrapis（Astrapis）的骨壳碎片。到1970-1980年代，有可能找到这些古代脊椎动物的完整副本，例如澳大利亚的Arandaspis和南美的Sacambaspis，后来也在澳大利亚发现。


图8.6寒武纪上颚无鳍鱼类（Anatolepis）的革质外壳中的一块小板块（直径约一毫米）-最早的有骨头的脊椎动物之一（美国地质调查局提供的插图）

所有这些奥陶纪无颚鱼的排列都没有比用薄薄的骨壳板覆盖的过滤机复杂。它们宽大的扁平体几乎没有突出的部分-没有鳍或尖刺。只有一条狭缝状的嘴可以吸收大量的食物，水和简单的不对称尾巴可以吸收水分。这些鱼不是像翼龙一样的片状甲壳，而是被数百个类似于锁链的细小骨头覆盖着。微小的眼睛和身体表面的细管行（边线）使它们能够捕捉到周围水的运动。与当时的大多数其他动物相比，所有这些奥陶纪鱼都极为稀有。令人沮丧的是，没有人知道寒武纪的一条类似鱼类。

最终，在1970年代，美国地质调查局的古生物学家杰克·雷帕基（Jack Repacky）开始研究怀俄明州戴德伍德砂岩中的微化石，即所谓的牙形石，其历史可追溯至寒武纪。他溶解钙化的化石以寻找牙形体（由磷酸钙组成，如椎骨），发现了一个有趣的形状的碎片，并意识到在他的面前是无脊椎动物无颚鱼的皮壳碎片（见图8.6）。后来，关于这些样本是否实际上属于椎骨柱引起了很多争论。结果，他们解决了，如今，无脊椎动物被认为是已知的最古老的脊椎动物，从中保留了骨化石。

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因此，在越来越古老的物种中逐渐发现脊椎动物化石之后，我们终于发现自己处在骨头出现之前形成的沉积物中。目前，无脊椎动物的革质壳碎片仍然是具有骨骼的生物的最古老的化石遗骸。所有较古老的动物都是身体柔和的，由软骨和较不耐用的组织组成，这些组织在最有利的条件下只能偶尔化石。

由于没有更多的骨骼化石发现，生物学家和古生物学家试图将脊椎动物与其祖先之间的进化联系起来，并决定从头开始。

在这里，我们不缺乏材料，因为许多将脊椎动物与动物界其他地区联系在一起的中间生物得以存活到今天，并且还有许多其他化石遗留下来。哺乳动物，鸟类，爬行动物，两栖动物和鱼类属于软骨的类型，之所以如此命名，是因为它们的胚胎（有时是成年的）具有长而柔软的软骨线（chorda），其沿背部延伸并支撑整个身体。乔达（Chorda）是脊柱的先驱。

和弦的近亲属于另一种类型，半和弦（图8.7）。今天，它们以肠和卷云为代表。肠道（它们是肠道），使人想起了普通蠕虫的准备者，但是它们的胚胎具有和弦和所有和弦所具有的真咽（咽）的雏形。此外，它们的神经干沿着背部，消化道沿着腹部。这种形态是大多数脊索动物的特征，而在无脊椎动物中则相反：神经干沿着腹部，消化道沿着背部。这种解剖上的相似性得到了脊索动物的胚胎学特征的支持。最后，对DNA的分子分析表明，半草酸盐与所有脊椎动物的共同祖先非常接近，以及最接近的无脊椎动物近亲-棘皮动物（包括海星，全人类，海胆等）。

通往脊椎动物的下一个环节是由生活在全世界海洋中的2,000多种物种代表的群体。我们正在谈论贝壳或ascidia（图8.7）。像肠道一样，ascidia与经验丰富的鱼类观察者并不相似，但是其外在印象却具有欺骗性。成年个体丑陋，看起来像一袋果冻，并通过其篮筐过滤海水。但是外衣的幼虫很让人联想到鱼或t。他们的弦很发达，肌肉发达，尾巴长，成对的肌肉，头大，喉咙大。这些只是它们最重要的功能。同样，进化的方向可以追溯到胚胎的水平，并且胚胎学证据得到分子证据的支持，这些分子证据清楚地表明，贝壳比任何其他海洋无脊椎动物更靠近脊椎动物。

无脊椎动物和脊椎动物之间的最后联系是柳叶刀（Branchiostoma）（见图8.7）。这块不起眼的肉通常只有几厘米长，但如果您看一下，结果发现它与鱼非常相似，尽管它不是鱼。柳叶刀具有长而柔软的弦，可支撑身体，并在动物的整个长度上装有许多V形的肌肉韧带。多亏了这些韧带，它才能完美漂浮。像所有脊索动物一样，柳叶刀的神经纤维沿着背部伸展，而消化道沿着腹部伸展。没有下巴或牙齿，但是嘴巴通向带有with囊的咽，动物在那里抓取食物。柳叶刀没有真正的眼睛，只有身体前部的感光点，可以区分光和影。这些生物终其一生将尾巴挖到底部淤泥中，仅伸出头部，然后喘气寻找食物颗粒。


图8.7无脊椎动物的脊索起源； Walter Garstang和Alfred C. Romer于一个多世纪前描述的原始版本。事实证明，许多成年个体的结构变体（例如成年被膜成虫）是死胡同的进化分支，但是壳幼虫保留了长尾巴和其他特征，这些特征后来在更高级的脊索动物的起源中发挥了重要作用（Karl Buell的图片来自Donald R. Prothero，进化：什么？化石的说法及其重要性（纽约：哥伦比亚大学出版社，2007年，图9.4）。

最后，一些保存完好的柳叶刀化石表明，这些动物早在寒武纪就已经存在-正是在鱼类进化开始的那个时候。这些化石中有在加拿大伯吉斯页岩中发现的皮卡亚（Pikaia）（见第6章），以及属于沉阳动物区系（中国）的云南带类似的化石，可追溯到早寒武纪（5.18亿年前）。

有关这本书的更多详细信息，可以在出版商的网站上找到。

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395499/