哈哈哈,这个问题非常好,想要详细且完整地回答至少得写个几万字吧。同时还会被质疑鱼是从哪里来的。那么动物分类学者估计要从领鞭毛虫开始写起来,但他们目前仍尚未领会领鞭毛虫的来源。进化学者估计要从 Luca(生命起源)开始。这两种方法都会牵涉到非常多的研究空白阶段,而且每种方法都足够写好几本书。
目前为止人们认为的生命发生树是这个样子,生物进化研究主要依靠化石证据,所以这张图展现的是包含已知物种的进化路径。多种学科正在致力于更加细致地填充这幅图片。所以说这个题目如果要扩展可能要一个很长很长的回答。下图如果想看得仔细请查看高清原图,附原图[1]地址。
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我就从宏观的角度简单写一点已知的脊索动物进化相关的吧。从进化的角度来看,目前为止鱼形动物后裔才是地球的霸主,虽然海洋食物链顶端站着的是虎鲸,陆地站着的是智人。但进化论已经证明了他们都是肉鳍鱼(Lobe-finned fishes)的后裔。
肉鳍鱼在泥盆纪后期的一小步,是生物进化的一大步。为现今的生态系统的成形奠定了基础。
我们来看一下脊椎动物的进化过程,这比较符合题目想问的。首先来看一下脊索动物的四个共同特征,这几个特征也是进化学着重关心的。
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脊索(Notochord):有支持作用的棍状构造,由结缔组织组成,几乎延伸至整个动物的体长,可协助动物运动。在多数的脊椎动物体内,软骨或硬骨已经部分或完全取代了脊索。
神经索(Nerve cord):位于脊索的背面,沿着身体延伸,前端通常特化成脑,后端则特化脊髓。
咽鳃裂(gill slits):咽部消化道与外界的一系列开口,早期的脊索动物利用鳃裂滤食,后来则演化为鳃,可作为呼吸器官,甚至演化成耳咽管与咽等构造。
肌肉质肛后尾(Tail):延伸超过肛门开口的尾部。
脊索动物是动物界生态位最高的动物。目前顶级生态位都是由脊索动物门的动物占据。
鱼是怎样演化成智人的请观察首图中的红色路径。鱼演化成智人的起始点请从图像右下角由下往上看,看到松树的时候往左平移两格,这个鱼形动物叫做文昌鱼(Branchiostoma lanceolatum),虽然名字中有个鱼字,但是动物分类把它归类于头索动物。文昌鱼是研究脊椎动物进化的模式生物,终生都具有背神经管、脊索和咽鳃裂。头部被称为脑室,是因为头部神经索部分比较粗大,但并不是真正的脑。国内主要分布于青岛和厦门。
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首图中文昌鱼接下来的节点动物是圆口纲的七鳃鳗,不过本文采用圆口纲的另外一个名称——无颌类(Agnatha)来代表进化路径上的动物种群,这个名称能够明显地看出它们没有上下颌。在分类学上它们也是鱼形动物,并不是真正的鱼类,脊索呈圆柱状,终身存在,骨骼为软骨,鳃呈囊状,脑发达。有成对的视觉器和听觉器,有心脏。血液呈现红色。
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好,介绍完这两种鱼形动物之后开始介绍林奈分类法下动物分类学认为的鱼。现在的动物分类学把鱼分为软骨鱼类和硬骨鱼类,而硬骨鱼类又分为辐鳍鱼和肉鳍鱼,肉鳍鱼最终进化出四足动物。
由于云南曲靖在志留纪的时候位于沿海[2],后来板块运动之后才整合在一起。这给我们留下了很多鱼类化石,为鱼类进化研究提供了非常多的化石证据。最近几年有一些很重大的发现都是在此处发现的化石证据,如梦幻鬼鱼、初始全颌鱼和棒棘鱼。
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科学院做古脊椎动物研究的科学家们做了如下的图片[3],非常清晰地展示了鱼类进化路径。
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这幅图片与首图结合来看,我们可以看到无颌类的一支进化出有颌生物,然后继续进化出很多种类的鱼,其中甲胄鱼纲(Ostracoderms,没有下颌,鳃已经完全用于呼吸不再用于进食)和盾皮鱼纲(Placodermi)已经在泥盆纪灭绝了,而现在动物学认为的鱼类中软骨鱼类生存至今,硬骨鱼类的一支进化出四足动物。
硬骨鱼类进化成四足动物的是肉鳍鱼。现生肉鳍鱼已经非常少。它们与我们常见鱼类(辐鳍鱼)的区别是鱼鳍的不同。肉鳍鱼鱼鳍中有一个中轴骨,并有明显的肌肉组织,这和四足类动物的演化有直接的关联性。
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我们可以看到肉鳍鱼有四足造型,而且与现在的鱼体型比较类似。但是肉鳍鱼体型较大,可以长达 7 米(已灭绝),现生肉鳍鱼最长可以到 2 米,体重最大可以达到 110kg。
当时(泥盆纪)鱼类已经掌控了海洋,于是肉鳍鱼在寻找另外的生存空间,不知道什么原因它们迈出了登陆的第一步,然后就它们就掌控了陆地。后来不知道发生了什么,8000 万年前,偶蹄目的一支决定重回海洋,最终演化成了鲸鱼,成为了海洋的主宰。回头来看,鱼类掌控了地球最肥美的资源。尘世间的生物,皆臣服于鱼族脚下。
好的,我们看一下鱼类鱼鳔和肺的进化历程[4],这解决了鱼类在陆地呼吸的问题。
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图片中的可以看出四足动物(Tetrapod)的肺是由鱼鳔进化而来,而且结构非常复杂,适应了陆地环境,可以从空气中摄取氧气。
再来看一下鱼类四足的进化[5],四足让动物能够扩大活动范围,例如现在的老虎能够在超大的范围内捕食。如图所示,化石证据表明动物脚趾数量在进化中逐渐减少。
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鱼类的骨盆四肢演化[6],一开始后肢通过肋骨与脊柱相连形成骨盆,这与人类并不一样。
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鱼类颌骨的进化路径,嘴巴和牙齿是十分重要的,大大增强了鱼类的摄食能力。也保护了舌头,使得动物能够发声从而产生了语言。
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就先写这么多吧,以鱼形生物为起点,从非常宏观的角度粗略分析一下生物进化。事实上生物进化是非常复杂的过程,通常还要伴随着地质演化。本文引用的数据大多只是对进化史的总结,并不能解释自然选择的缘由,例如 6600 万年前的 K-T 灭绝清空了恐龙,为哺乳动物让出了生态位。才使得智人最终成为生态位的顶端。