SENSE隨筆131125
能做伏地挺身的魚
執筆人：蟬
魚究竟需要甚麼條件才能夠做 “伏地挺身Push-up” 呢？ 答案很簡單，就是一雙手和手臂。 這幅 “復原圖” 足以說服你魚能做得到嗎?
2004年，古生物學家Neil Shubin發現一種被解釋為是魚類走上陸地時代的 “失落環節物種” 提塔利克魚Tiktaalik的化石。 提魚擁有 “手腕”，*** 而四肢則保留著鰭的外形。
<“爬”上陸地的魚>
演化生物學界相信陸上動物都是從水裡“爬”上岸的。*** 現存的化石證據顯示，3億6千5百萬年前開始有陸上生物， 在此之前生物都是在水裡生活的。
魚類和陸生動物在外觀上看差別很大。 魚沒有脖子和四肢，而陸上生物則沒有鱗片和鰭; 陸上動物用肺呼吸，而魚以腮呼吸。既然是這樣，到底甚麼理由讓生物學家把魚類和人類在演化層面掛上關係呢？
19世紀英國解剖學家Richard Owen研究從新世界帶回來的動物，將觀察結果在其經典名作《論四肢的本質On the Nature of Limbs》發表。Owen發現所有動物的四肢，不管是手，翅膀，甚至是鰭，都有著共同的架構**** ：上端有一根較粗大的骨頭，下底連接著兩根骨頭，再下面則是一些幼小的骨塊，最後便是手指或腳趾。 他認為這是造物主的計劃。
基於Owen的觀察，達爾文提供了更科學的解釋。達爾文認為動物四肢結構與人類之所以如此相似，是因為他們擁有共同的祖先。**** 人的手、鳥的翅膀和青蛙的腿都是由同一原始結構演化出來的。
經過一百多年的化石發掘和生物學進步，現今科學家認同人類是由魚類演化而成的。 但這理論卻面對一個令人頭痛的問題：化石證據裡面一直缺少了魚類和原始陸生動物的「中間物種」。 這個問題到2004年才終於由Shubin找到了答案。
<像鰭又像四肢>
19世紀中葉，奧地利動物學家Fitzinger在南美洲發現一條擁有肺部的魚：美洲肺魚LepidosirenParadoxa。它在幼兒期時擁有腮輔助呼吸，成年後腮組織會失效，全面依賴肺呼吸。 肺魚的胸鰭基部有一根骨頭連到肩部，就像人類的上臂有一根肱骨接連到肩膊一樣。 雖然它擁有和今日哺乳類相近的呼吸系統和肱骨，但卻沒有「四足動物tetrapod」的四肢骨骼結構。
又根據化石證據，四足動物應該是在3億6千萬年到3億9千萬年之間，即泥盆紀Devonian Period地質年代發展出來的。 截至1995年，該年代最具代表性的物種應該是 真掌鰭魚Eusthenopteron、潘氏魚Panderichthys、梭氏魚石螈Ichthyostega和棘被螈AcanthostegaGunnari。
真掌鰭魚擁有「一根骨頭連著兩根骨頭」結構，但整個骨骼都在魚鰭內，情況就好像人類上肢的骨骼結構都在手掌內找到一樣。 真掌鰭魚剛被發現時以為是陸上動物最接近魚類的物種，但後來發現牠只生活在較深水的水域，似乎從未離開水中。 取代其地位的是 潘氏魚，被認為是最接近陸上四足動物的魚類，生活在較淺水域。
20世紀初，梭氏魚石螈的化石被瑞典古生物學家Save-Soderbergh所發現。 魚石螈具備完整的手指與腳趾，在剛被發現的時候，號稱為「主要的遺失環節」。Save-Soderberg同時發現的還有 棘被螈。棘被螈也擁有完整的手指與腳趾，與魚石螈一樣是早期的魚類–陸上動物的中間物種。 後期的研究指出棘被螈的腳形狀像海豹的鰭腳， 意味著早期的四肢是發展出來幫助游泳，而非在陸地上行走用的。****
<中間物種的中間物種>
2004年，Neil Shubin在加拿大發現3億7千5百萬年前的化石，一種被認為是魚類走上陸地時代 “失落環節的物種”：提塔利克魚Tiktaalik。
提魚除了擁有Owen指出的基本四肢骨骼結構外（除了沒有指骨），它還擁有手腕,*** 而四肢則保留著鰭的外形。 提魚的骨骼結構對理解物種演化的時序有極大的貢獻，但究竟是怎樣的變化和適應策略令魚類演化出“手” 來呢？
泥盆紀被稱為魚類時代，大量魚類物種繁衍出來。 當時海平面比現時高180米，地球表面平均溫度高6度C。 同時期陸地植物種類也迅速增長，故被稱為“泥盆紀大爆發”。 然而高度綠化令空氣中的二氧化碳下降，促成「晚泥盆紀大滅絕」。
大滅絕約發生在3億7千4百萬年前，估計約一半物種絕了種，海床生物和海洋生物受害最烈。海平線在泥盆紀末下降60米，溫度急速下降，令海洋生態環境嚴厲改變，淘汰了大量海洋生物。
Shubin相信，提魚之胸鰭之所以演化成像人類手臂的結構，是因為它需要做一個相當特別的動作：伏地挺身。*** 提魚可以像人類那樣，將魚掌貼平地面，手肘彎曲，用胸肌使身體上下運動。 腕關節就是為了讓魚掌平貼地面，而化石亦顯示出提魚大胸肌附著處有很大的突起和疤痕，似乎胸肌相當發達。
綜合提魚扁平的頭、位於頭頂的眼睛和擁有肋骨幾項特徵，可以估計它生活在淺水甚至沿岸的地方。 猜測牠活在沿岸地方的原因， 是當時海洋的競爭相當激烈，提魚被逼遷移至較淺水地方苟且偷生。 而正正因為它離開海洋，令它能捱過 “晚泥盆紀大滅絕”。 生於憂患而死於安樂，信焉。
參考：
《我們的身體裡有一條魚》
《Your Inner Fish: A Journey into the 3.5-Billion-Year History of the Human Body》, 2008, Neil Shubin
本書為2009美國國家學院科學傳播獎得獎書