尋找人體內的“魚祖先”

搜尋人體內的“魚祖先”今天生活在地球上的每一只爬行動物、每一只鳥、每一頭哺乳動物和每一個人都是古代魚類的后代。我們的身體構造就表達了這段歷史。若是我們想讓一輛老爺車跑上200千米/小時，改裝工程師一定重新調校全部零部件，若是調校仍舊沒法解決問題，就一定更換部件。從好多方面看，人類就像是這臺改裝后的老爺車。進化這個“工程師”將魚類的身體構造重新調整，獲取了兩棲動物、爬行動物和哺乳動物。爾后，哺乳動物被漸漸改造成用兩條腿行走、會用各種語言交流、能主動思慮解決問題、能控制手指完成精巧工作的人類。人之所以會打嗝，人的膝蓋之所以簡單受傷，歸根結底，這些人類天生缺點都本源于進化鏈條的上游。其實，能夠說人類的大多數(shù)身體構造上的缺點，本源都能追想到人類祖先物種——魚類。魚給了我們卵黃囊魚卵都有卵黃囊。在全部魚類中，鯊魚卵的卵黃囊可能是最惹眼的。鯊魚是一種特別古老的軟骨魚，在距今4.2億年前的志留紀期間就已經出現(xiàn)在地球上。部分鯊魚是卵生，它們產下的卵很像一個錢包。透過黃色透明的卵鞘，我們能夠看見此中的幼鯊和為其供給營養(yǎng)的巨大卵黃囊。大體在3.75億年前，太古魚成功登上大陸。當時，這批“前驅”面對的最大挑戰(zhàn)之一，就是怎樣防備它們的卵失水變干、死亡。兩棲動物選擇回到水中產卵，避開了這個難題。爬行類則進化出更激進的解決方案：一種嶄新形態(tài)的卵——將胚胎裝進羊膜這個充滿液體的囊中，爾后在外層包圍一層硬殼以保護卵。結果就有了蛋。于是，爬行動物能夠在陸地上產卵，方便它們進一步征服陸地。在這過程中，卵黃囊也被保留了下來。人類胚胎在發(fā)育早期，也會形成卵黃囊，它對胚胎有造血和營養(yǎng)作用。固然此時胚胎還太小，B超成像沒法看到，但醫(yī)生能夠經過卵黃囊判斷胚胎存在。隨著胚胎長大，卵黃囊漸漸消逝。其實，人類等哺乳動物胚胎期間的卵黃囊能夠被看作一種“印跡器官”，它的存在提示著我們的祖先是太古魚。人類胚胎中的卵黃囊負責為胎兒造血。透過鯊魚半透明的卵鞘，能夠見到巨大的黃色卵黃囊魚鰭變人手？骨頭能作證！人類等靈長類動物能夠進行精確的手部運動，這是靈長類差別于其余動物的特色之一。那么靈長類的手是怎樣演化而來的？150多年前，英國古生物學家理查·歐文經常收到出海回國的人帶給他的各種奇怪生物。在解剖了大批生物并研究了它們的構造后，他發(fā)現(xiàn)了一些相同點。只管不同樣動物之間，四肢的形狀和構造千差萬別，但四肢骨骼都由三根主要的骨骼、趾骨以及連接二者的好多小骨組成。這就好像是相同的構造在不同樣動物身體上被壓縮、延展，進而實現(xiàn)不同樣的功能。人和狗等哺乳類動物都擁有這類模式，鳥只管上肢變?yōu)榱顺岚颍矊儆谶@類模式。歐文固然發(fā)現(xiàn)了這個規(guī)律，但他沒能找到背后的原由。真切回答這個問題的，是和他同時代的查理·達爾文。達爾文經過長年大批察看，出生物之間的這類共同模式，是因為在遙遠的過去，它們都有共同祖先。但是，若是順著進化樹追想，這類上肢骨模式最遠只好追想到最早出現(xiàn)的陸地四足動物。魚類沒有四肢，只有鰭，即即是距今4億年前太古魚類也是這樣。這又是怎么回事？大體4億年前的水來世界，史前魚類擁有的是鰭。我們人類怎樣從有鰭的魚，變?yōu)橛兴闹膭游铮窟_爾文展望在進化過程中，存在一種過渡形式的太古生物。2004年，古生物學家在加拿大發(fā)現(xiàn)一種此后被命名為“提塔利克魚”的生活于泥盆紀的早期魚類。固然屬于魚類，但它身上具備了好多兩棲類的特色：與過去好多更近似魚類的化石不同樣，它的“鰭”擁有原始的腕骨及單純的趾頭，表示它們能夠承受重量。前鰭的骨骼顯示出它們可能擁有好多肌肉組織，這表示它們擁有發(fā)達的肌肉，并且有能力像手段相同波折。固然它們很可能沒法使用魚鰭行走，但是它們也許用其來支撐身體，就憂如人做俯臥撐時用雙臂支撐上身。并且，提塔利克魚有肺，這意味著它們最少能夠短時間分開水中，登陸活動。提塔利克魚——魚類和陸地四足動物的過渡物種。不同樣動物的四肢骨骼構造固然不盡相同，但都擁有相同的基本模式。人靠“腮”說話？人類的耳朵、喉部和下顎的部分構造都是由腮進化來的。若是你將都處于發(fā)育早期階段的魚類胚胎和人類胚胎比較，你一定會驚異于二者居然這樣相似。人類胚胎發(fā)育的某個階段確實看起來像一條魚。不單這樣，魚類胚胎和人類胚胎都有相同顯然的隆起物，被稱為“腮弓”。魚類的腮弓會發(fā)育成腮骨、神經、血管和腮部肌肉;而人的部分腮弓會發(fā)育成下顎、中耳和喉部這三個部位的部分“部件”。人類腮弓的發(fā)育過程特別復雜，這類復雜性為人類的語言交流打下基礎，但也帶來了麻煩。人類經過控制喉部、后咽、舌、齒和唇的動作才能發(fā)聲交流。全部這些構造，都能夠被視為在哺乳動物或爬行動物相對應的構造基礎上，經過簡單更正后得來的。在你上排牙齒最后一顆臼齒后方，有一層能夠將咽腔和鼻腔分分開的軟腭。它由好多塊肌肉組成，能夠控制你說話時發(fā)出的聲音。人類的舌頭更不用說，其靈便在動物界也是首屈一指的。經過口腔中軟腭、舌、唇、齒的運動，再配合口腔的張合大小和形狀，以及聲帶振動與否，人類才能靠說話交流。但是，人類為說話付出了代價，此中之一就是“睡眠呼吸暫停”。隨著人類獲取的食品愈來愈精巧，經過上下頜碾磨食品的需求愈來愈小，下頜發(fā)育也遠不如我們的祖先，這就造成了軟腭和舌根后的縫隙變得愈來愈小。仰臥時喉部肌肉放松，口腔內的軟腭下墜，很簡單引起睡眠呼吸暫停。一些患者甚至所以在睡眠時窒息身亡。為了能夠說話，人類付出的代價之二是簡單被食品卡住氣管而窒息。我們的口腔不只用來講話，也用來呼吸和進食。這些功能之間偶爾也會出錯，比方吞下的食品進錯了地方，被卡在氣管?？茖W家經過多年的解剖學研究發(fā)現(xiàn)，人類的喉部地址顯然低于其余靈長類動物。喉頭地址降落，令人類從唇到喉的共振腔空間增大，整體形狀也更波折。經過改變口腔和咽腔的形狀和大小，人類能夠產生豐富的共振頻率。但喉部降落也會造成麻煩，因為食道平和管會有交錯，增添了食品嗆入氣管的風險。但是，比起語言交流所獲取的生計利益，這點安全隱患算不得什么。人類胚胎和魚類胚胎在早期十分相似，且都擁有腮弓構造。人進化出了合適說話的咽喉，卻也所以簡單擁塞氣道。“魚祖先”給了我們出缺點的呼吸神經人類大腦控制呼吸其實不需要意識參加，主要由腦干（脊髓和大腦的連接部分）控制。腦干負責產生激動，由神經傳達到幾個主要呼吸肌，且一定依據(jù)胸肌、橫膈肌、喉部肌肉的序次先后縮短。除了呼吸，吞咽的肌肉活動序次也由腦干控制。人類的腦干也是太古魚類的進化版。鯊魚和骨魚需要使用腮部周邊的肌肉才能呼吸。從有4億年歷史的甲胄魚化石中，科學家看到了和現(xiàn)代魚類相同的大腦和顱內神經構造，并且控制呼吸的神經相同是由腦干延伸出來的。這類神經構造合適魚類，但對哺乳動物卻很糟糕。因為魚類控制呼吸的神經距離腮部很近，魚類大腦幾乎被腮部包圍，神經信號傳達很便利。哺乳動物的身體構造與魚類大不相同，肺部遠離大腦，而控制肌肉活動的神經又很長。比方，膈肌是人體最重要的呼吸肌，75%的呼吸功能受益于膈肌，能夠說沒有膈肌人就沒法呼吸。但是，控制膈肌的神經卻有“設計缺點”：位于腦干的膈神經發(fā)出激動信號，信號由神經傳導，一路經過頸部和胸腔，最后才達到膈肌。這條長長的信號通路穿過各種軟組織，既沒有保護，也很簡單受損或攪亂。比方，若是胸腔長了腫瘤，會攪亂這些呼吸相關神經——要么讓相應的肌肉“罷工”，要么使其過分喜悅。若是人體的構造更加圓滿，這條對人體至關重要的“呼吸信號電纜”應該穿過堅硬的脊椎，再從膈肌周邊穿出脊椎，就像給裸露在外的電線加一層硬質保護殼，這樣才能更好地保護神經。膈神經（黃色細線）既長又缺少保護，能夠說是進化過程的“設計缺點”和魚類相同，人類在胚胎發(fā)育早期，性腺也位于心臟剛近。性腺降落這個過程重演了數(shù)億年進化史。從魚到人，性腺喬遷魚類的性腺特別湊近心臟，這類布局不只方便供血，也能盡可能保護性腺。但人類的性腺——睪丸和卵巢卻遠離心臟。這要怎樣講解呢？若是人類的性腺位于胸腔，結果會是災害性的。人類男性一生都會連續(xù)產生精子，精子生成的溫度要比體溫低2℃。太熱或太冷都會致使精子死亡或畸形發(fā)育。為了知足精子對溫度的苛刻要求，哺乳動物進化出了陰囊構造。但是，在人類胚胎階段，性腺的初始地址確實和魚類相同，都位于心臟周邊。但隨著胚胎發(fā)育，性腺開始降落。女性卵巢會降落到尿道和輸卵管周邊，這樣卵子要受精就不用“長途跋涉”。但是，男性的性腺會連續(xù)降落，移出腹腔，最后落入陰囊。這個過程重現(xiàn)了漫長的進化歷程。但是，睪丸位于腹腔外也帶來了麻煩：睪丸疝氣（脫腸）。睪丸降落的同時，鞘突這個“口袋”也一起進入陰囊。若是這個口袋沒有完整閉合，腸子便可能掉進去，形成疝氣。為何人的膝蓋那么纖弱？人類膝蓋很簡單受損，并且一旦受損，一定會涉及內側半月板、內側副韌帶和前十字韌帶。這三個“部件”經常同時發(fā)生問題，所以它們在骨科界被稱為“不幸三兄弟”。人類的膝蓋簡單受損，也反響了人類由魚進化而來的過程。保留在化石中3.8億年前的古代魚類向我們展現(xiàn)了第一批膝蓋的樣子。原始膝蓋最先出生于古魚的腹鰭，樣子就像由三根骨頭組成的鉸鏈。因為魚主要生活在水里，它們的“膝蓋”不用承重，所以，其形狀近似船槳的扁平狀。人類胚胎6～7周時，雙腿的樣子就像魚的腹鰭。當胚胎發(fā)育到第8周時，忽然發(fā)生不行思議的變化：膝蓋會180°旋轉，小腿由向前波折變?yōu)橄蚝蟛ㄕ?。在成人的身上就可以看到膝蓋翻轉的憑據(jù)——好多控制下肢的神經恰好在膝蓋處掉頭。這講解了為何人類的膝蓋波折方向和大多數(shù)動物相反。人類胚胎期間膝蓋發(fā)生旋轉，對雙足行走有重要意義。人類行走時整個腳掌著地，這類行走模式被稱為跖行，也叫掌行。靈長類和熊類都屬于典型的掌行動物。掌行固然不利于運動迸發(fā)力和運動速度，但擁有很好的支撐性。掌行最突出的貢獻，是為抓握動作供給了便利，正因為這個重點的改變，人類的手才能使用工具。但是，因為掌行動物著地肢少了一個緩沖關節(jié)，膝蓋承受的跑跳沖擊比“踮腳走”的趾行動物（貓、狗等）或“用腳尖走”的蹄行動物（馬、鹿等）更大。熊和猴同為掌行動物，但四足著地行走，運動沖擊由四肢分擔。而人使用二足直立行走，分擔運動沖擊的肢體數(shù)目原來就少，再加上人的膝蓋構造簡單，只由幾條韌帶和兩塊軟骨板組成，注定了人類的膝蓋比其余動物更簡單受損。若是人類的下肢骨骼構造和動物相同.會是怎樣一副畫面呢？（想象圖）從原始魚類到原始兩棲動物的進化過程中，動物的膝關節(jié)漸漸成形?；仡檾?shù)億年的生命演化歷史，我們會發(fā)現(xiàn)，任何生物身上的“新部件”，都是在舊有基礎上的重構和改造，目的都是為了知足生物對生存的新要求。為了登上陸地，魚鰭演化成了四足動物的足，哺乳動物的前掌又演化成了人類的手掌。而負責編碼這些構造的基因，在太古時代都被用來合成古代蟲魚的身體部件。人身上的每一個構造都在向我們表達近似的進化史。固然從魚到人這段進化歷史給我們帶來了好多麻煩，但同時也為我們指明認識決方法。理解人類身體和其余生物的共同點，是幫助我們揭穿內臟器官運轉神秘，幫助我們找到疾病可能的治療方法的重點。2006年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授與安德魯·菲爾和克雷格·梅洛，以表彰他們發(fā)現(xiàn)可用于抗病毒和抗腫瘤等的基因治療手段——RNA攪亂體系。安德魯和克雷格所用的實驗動物是明麗隱桿線蟲，這種動物最少3896的基因在人類基因組中有同源基因。這說明，將來人類生命科學或醫(yī)學的重要發(fā)現(xiàn)，也許暗藏在和我們共同生活的簡單生命體中。（責任編寫王川）蝌蚪和打嗝若是說人類的神經布局是我們魚類祖先的遺產，那么打嗝體系就要歸功于我們的兩棲類祖先。在人的頸部脊髓中，有負責控制打嗝的“呃逆中樞”。呃逆中樞喜悅引起肌肉縮短，人會猛吸氣。約35毫秒后，喉部聲門將呼吸道迅速關閉。迅速吸氣爾后又馬上關閉空氣通路，就形成短促的“嗝”聲。人類打嗝很近似蝌蚪的鰓呼吸。蝌蚪在發(fā)育某個階段，會同時用肺和鰓呼吸。當用鰓呼吸時，它們會將水吞入口。并讓水經過鰓，但一定保證水不能夠進入肺部.和人類相同，蝌蚪也有聲門，為了不讓水進入肺部，蝌蚪會閉上聲門，這樣氣管