怎样知道形形色色的生物种类,都是由最原始的生物进化来的呢?证据是多方面的,我们今天从动物比较解剖学的角度来谈谈。
比较解剖学是解剖学的一门分科,它是以解剖学为基础进而比较不同动物的形态结构,找出它们在系统发生上的关系,从而阐明进化的途径与规律。比较解剖学不是以一种动物为对象,而是以一系列的动物为对象,它的重点在于比较,所以是用分析法为手段来比较各种动物的异同,以确立它们彼此间的亲缘关系。亲缘关系的确立是一个极其繁重的任务,首先要确定同源(Homology)与同功(Aanlogy)的问题。
同源与同功:
同源是内在的或者说是实质上的相似,在进化上是由共同祖先的原始器官发展而来的。同源器官有时在表面上并不相似,功能上也并不尽同,但是在基本结构上、各部分的相互关系上、胚胎发育的过程上却彼此相似。同功则是一般的功能相似,或者说只是表面形式的相似,不是在基本结构上更不是在胚胎发育上的相似,而是由于执行相同的功能形成的次生共同性。例如鱼的鳃和陆生脊椎动物的肺是同功器官,两者同是执行呼吸的功能,但它们的基本结构不同,胚胎发育中来源也不相同。
同源器官:
我们的注意力更多地放在同源器官上。同源器官典型的例子是脊椎动物的四肢。鸟的翅膀、蝙蝠的翼膜、鲸的前鳍以及狗的前肢,看上去彼此各异,但是仔细观察它们的基本结构是相似的。
这些前肢的骨骼都是由肱骨、前臂骨(挠骨、尺骨)、腕骨、掌骨和指骨组成的,着生在这些骨块上的肌肉也基本一致;这些前肢对于身体有着相同的位置关系;在胚胎发育时以相同的过程从相似的原基发育而来。它们的一致性,证明这些动物是从共同的祖先发展来的;它们表面形态上的差异性,则反映这些动物在进化过程中在不同的环境中生活(鸟、蝙蝠在空中,鲸在海洋,狗留在陆地上),适应这些不同环境,它们的功能趋异,产生了表面形态上的分歧。
在比较陆生脊椎动物的后肢时,也同样观察到基本结构的近似:后肢骨骼都是由股骨、胫骨、腓骨、跗骨、跖骨和趾骨组成的,附着的肌肉也基本相似。同源器官不仅限于四肢,其它系统的例子不胜枚举,它们都是生物进化的证据。陆生脊椎动物的肺和鱼膘是同源的,有足够的材料证明,两栖类的肺就是从古代总鳍鱼的鳔演变而来。脊椎动物的牙齿和鳌鱼的循鳞是同源的,化石上证明:泥盆纪的裂口鳖,体表已有循鳞,嘴边成排的循鳞比身体其它部分的为大,这种位于上下颌缘上加大的楯鳞转变为咬捕食物之用,代表着原始牙齿的出现。牙齿和楯鳞都是由齿质和珐琅质形成,内有髓腔;在胚胎发生上,它们全是由中胚层和外胚层两部分组成。
耳咽管(也称欧氏管)是从两栖类到哺乳类全有的结构,它连接咽部与中耳腔,可调整中耳腔内的气压,从而使鼓膜内外的压力取得平衡。耳咽管的同源结构一直可以追溯到鳖鱼的喷水孔(鳃裂前面的孔,与咽相通),两者在胚胎发生上都是由第一对咽囊演变而来。甲状腺是脊椎动物的内分泌腺,位于气管上端两侧。在系统发生上,甲状腺是由文昌鱼、海鞘等原索动物的内柱发展而来。这两个同源器官在胚胎发生上都是由咽的腹侧形成。
痕迹器官:
除同源器官以外,还有痕迹器官(Vestigialorgan),也是生物进化的最有价值的证据。痕迹器官就是指在人或动物身体上已经失去用处,但仍然残存着的一些器官。我们还是先以脊椎动物的四肢为例。爬行类中的蚯蚓,是生活在南美洲及非洲热带地方的穴居种类,四肢消失,但还保留有残存的带骨。人们都知道,蛇是没有四肢的,但蟒蛇在泄殖腔孔两侧就有一对角质的爪状物,即退化的后肢残迹。沿泄殖腔孔解剖开来,可以看到还有退化的腰带(髂骨)和股骨。证明爬行类中这些无足类型是由四足类型的祖先演变而来的,在长期适应地下穴居生活中失去了四肢。
鸟的前肢变为翅膀,这是鸟类适应飞翔生活最醒目的特征,即使最古老的鸟类化石始祖鸟,前肢也已变成翅膀了。但是,现代—产于新西兰的几维鸟和其它产于非洲、美洲、澳洲的善于行走的驼鸟,翅膀都在不同程度上退化了,胸骨也不具龙骨突起,在分类学上归人平胸总目。
次生性转变为水生的哺乳动物,例如鲸和海牛,同样有四肢退化的现象。鲸的前肢变为鳍,后肢从外表上完全看不出,但在骨骼上还有腰带骨和股骨、胫骨的遗迹。海牛的前肢变为桨状,指端还保留有退化了的扁平蹄的痕迹,后肢退化,保留着腰带骨和股骨的痕迹。这些痕迹器官足以证明鲸和海牛是起源于陆生脊椎动物的。
痕迹器官不仅提供了生物进化的证据,也有助于确定生物进化所经历的途径,蜥蜴和楔齿蜥(喙头蜥)的顶眼(或称第三眼)就是一例。顶眼位于两眼稍后方的头部正中线上,其构造和真眼相似,包括角膜、水晶体和具有感光细胞的视网膜,并且有特殊的神经和间脑相连。顶眼虽不能像真眼一样在视网膜上成像,但具有感光作用。动物利用顶眼调节在日光下曝晒的时间,这对于外温动物适度地利用日光热能十分重要。此外,顶眼还和动物周期性的生命活动有关。顶眼是起源很古老的一个器官,大多数现代爬行类、两栖类和鱼类都已失去这种器官。楔齿蜥保存着发达的顶眼,该种动物是以具有一系列类似古代爬行类的结构特征而闻名的珍贵动物,有“活化石”之称。
化石材料证明:古生代的总鳍鱼、坚头类以及早期爬行类普遍具有颅顶孔,该孔的存在证明这些动物在生活时具有顶眼。这样,通过顶眼这个痕迹器官,可以显示出进化经历的途径:爬行类起源于古两栖类,而古两栖类又起源于古代总鳍鱼。
人身上有没有痕迹器官呢?不但有,而且很多。我们马上联想到的是盲肠。人的盲肠连同其末端的轴突(阑尾)都极度退化,已经完全失去消化的功能。形成明显对比的是,食草哺乳类盲肠很发达。家兔的盲肠连同蚓突长达半米以上,相当于一个大的发酵口袋。兔吃进去的草料中的纤维素就是依靠盲肠内的微生物进行发酵分解。
在人体腹部正中线两侧,有呈带状的肌肉,称为腹直肌,肌纤维纵行,但被数条横行的腱分割成数段。举重运动员在用力挺举杠铃时,腹直肌看起来就象两排方块的小肌肉,非常明显好看。腹直肌也是痕迹器官,代表着残遗的肌肉分节现象。原来在低等水栖脊椎动物,全身的肌肉都是分节排列的肌节,进化到陆生动物,随着运动的多样化,肌肉愈益分化,失去了原始的肌节,但一直到人类腹直肌仍保持着分节的形态。类似盲肠、腹直肌这样的痕迹器官在人体还有很多,如动耳肌、尾椎骨、瞬膜、智齿、体毛等,不胜枚举。
为什么有这些痕迹器官呢?神创论是解释不通的,“神”创造这么多无用的器官作什么用呢?只有用进化论的观点才能作合理的解释。所有这些痕迹器官的存在只能说明人类正是从具有这些器官的动物进化而来的。从以上比较解剖学上的事例可以看出,不论是同源器官或是痕迹器官,都能为生物的进化提供有力的证据。恩格斯非常重视比较解剖学的研究,对它在生物进化问题上所起的作用给予了很高的评价。他说:“对各种不同的有机体按照他们同类的器官来加以相互比较,不仅就它们的成熟状态,而且就它们的一切发展阶段来加以比较。种研究进行得愈是深刻和精确,那种固定不变的有机界的僵硬系统就愈是一触即溃。”
恩格斯:《心自然辩证法》人民出版社,年版,第15页
供稿:韩岩陈昱彤
制作:赵书慧
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