尋找身體里面的那條魚（上）

■ [美]蘇賓

生物學(xué)家認(rèn)為：地球現(xiàn)存生物都源自同一先祖。這個觀點(diǎn)似與人的直覺不符，但從胚胎發(fā)生、同源器官到痕跡器官的形態(tài)學(xué)證據(jù)，再到蛋白質(zhì)與基因的分子層面，都指向同一結(jié)論。根據(jù)這個論點(diǎn)，生物從單細(xì)胞到多細(xì)胞，從無脊椎到有脊椎，從魚到兩棲再到爬蟲乃至于鳥及哺乳動物，都該有處于過渡期的物種存在才是。發(fā)掘這些環(huán)節(jié)物種的化石，就成了古生物學(xué)的重要工作。

成年后，我的典型夏季生活寫照：穿越過北極圈，置身于冰天雪地中，在懸崖上敲石塊。大部分的時候，除了受凍、起水泡外，我一事無成。運(yùn)氣好的時候，我可能找到古代的魚類骨頭。對多數(shù)人來說，魚骨算不得是什么珍寶。但對我來說，這可是比黃金還要珍貴。

我們是誰？我們?yōu)楹伍L成這副模樣？對這些問題，古代的魚類骨頭或許能給我們點(diǎn)啟發(fā)。

我們可以從世界各地荒野之處所挖出的蟲魚化石，從所有現(xiàn)在還活著的生物的DNA來了解我們的身體。但那不足以解釋，為什么我相信古代動物的殘骸，而且還是魚的殘骸，能夠提供線索，讓我們了解人類身體的基本架構(gòu)。

你稍微想一下：曾經(jīng)活過的生物物種，99%已經(jīng)滅絕了，其中只有極少數(shù)會變成化石留下來，而能被挖掘出來的化石更是少之又少。這么一來，想由化石窺知我們的過去，似乎一開始就注定是機(jī)會渺茫了。

化石反映出我們的身世

在位于北緯80°附近的艾士米爾島上，我首次看到那條能揭露我們身體構(gòu)造的化石魚。

那是一個飄著雪的7月的一天午后，我正在審視一塊3.75億年前的石頭。我與同事來到這個荒無人煙的地方，就是為了尋找從魚演變成陸生動物過程當(dāng)中，那個扮演著重要角色的化石。從石塊中露出來的是這條魚的唇部，這可不是條普通的魚，它的頭是上下扁平的。

一顆扁平的頭，究竟能告訴我什么？能透露動物從大海進(jìn)駐到陸地經(jīng)過了哪些歷程？如果我考慮到個人的安全與舒適，為何不去夏威夷，卻跑去了北極？想回答這些問題，便得從如何找化石，到怎樣用化石來解讀我們的過去說起了。

化石是提供我們了解自身歷史的主要線索之一。我的職業(yè)生涯就是這樣建立起來的：尋找早期的哺乳動物，來回答哺乳類起源的問題；尋找最早的青蛙，來回答青蛙起源的問題；尋找那些最初具有四肢的動物，來了解陸棲動物的起源。依此類推就是了。

基于多種因素，今天的田野古生物學(xué)家比以往更容易找到新的化石區(qū)。感謝地方政府、石油和天然氣公司對地質(zhì)探勘的努力，我們對各處地質(zhì)有更多的了解。而且透過因特網(wǎng)，讓我們很快拿到地圖、探測數(shù)據(jù)、空照圖。甚至用我的筆記本電腦，我便可以查看你家后院是不是一處很有希望的潛在化石區(qū)。更妙的是，造影技術(shù)及放射照相儀可透視某些石頭，讓我們看到隱藏在里面的骨骼。

撇開這些先進(jìn)的設(shè)備和數(shù)據(jù)，在今天挖掘重要化石的過程，跟100年前比較，其實(shí)沒什么不同。古生物學(xué)家還是得趴在石頭上檢視，而埋在石頭內(nèi)的化石還是得用手將它挖出來。在探查、移出化石的過程中，有許多決定步驟是無法自動化的。而且到現(xiàn)場挖掘化石，當(dāng)然比在屏幕上尋找有趣多了。

2）水平方向最大位移位于最上方的一根錨桿，最下方的錨桿位移最小。故在進(jìn)行錨桿支護(hù)時，可以根據(jù)云圖分析結(jié)果，對最容易出現(xiàn)問題的錨桿位置予以重視，同時可以增大最上方錨桿的直徑和長度，減小最小面錨桿的直徑和長度，從而在細(xì)節(jié)上進(jìn)一步節(jié)省開支。

這事雖聽來單純，倒有個癥結(jié)，那就是：化石區(qū)非常稀少。為了提高成功率，我們針對符合下列三項(xiàng)條件的地點(diǎn)進(jìn)行搜尋：區(qū)內(nèi)的巖石年齡必須是對的，巖石的種類必須是可以讓化石保存下來的，還有巖石必須露出地表。

此外，還有一項(xiàng)因素，那就是要具有隨時發(fā)掘?qū)毑氐奶熨x。這一點(diǎn)我將以例子加以說明。

我們即將舉出的例子，是生命史中一個重大的轉(zhuǎn)變——登上陸地的魚類。地球形成后的最初數(shù)十億年，生物都是活在水里。不過，到了3.65億年前，已有生物在陸地上棲息了。

生活在這兩種環(huán)境中，有極大的差別。在水里呼吸所需的器官，與在陸地上非常不同；同樣排泄、覓食、四處移動也都需要不一樣的器官。基本上，動物必須發(fā)展出全新的軀體，才能適應(yīng)陸上的環(huán)境。乍看之下，這兩種環(huán)境的鴻溝似乎大到無法跨越。然而當(dāng)我們檢視證據(jù)時，該變的真的都變了，而看來不可能的事也的確都發(fā)生了。

逛動物園，預(yù)測巖層中的化石

在尋找年代正確的巖石時，有個事實(shí)對我們很有利：藏有化石的巖層并不是隨機(jī)排列的。巖石坐落何處、其內(nèi)包藏何物，都是相當(dāng)有規(guī)則的。我們可以利用這個特性來設(shè)計(jì)挖掘計(jì)劃。

不同種類的巖石，經(jīng)過數(shù)十億年的變遷，在地球上一層層地覆蓋著。有一個很容易求證的假設(shè)，那就是上層的巖石比下層的年輕。在巖石像蛋糕般一層層直接堆積起來的地區(qū)（例如大峽谷），這個假設(shè)通常是對的。然而當(dāng)?shù)貧ぷ儎赢a(chǎn)生斷層時，這個巖層順序會有所變動，有時候，較老的巖石會被擠到年輕的上面。幸好一旦確認(rèn)出斷層的位置后，巖層的原始順序可以重新排出來。

在巖層內(nèi)的化石，也會依循年代順序排列，底層的物種與上層的可以完全不同。假使我們能夠找到一根涵蓋所有生命史的巖石長柱，我們便可以從其中找出包羅萬象的化石來。在最底層，我們看不到什么有生命跡象的東西；再上一層，則會有許多不同樣式、類似水母的生物；往更高層，便會找到具有骨骼、附肢以及各種器官（像眼睛）的動物；在那些之上，第一個有脊椎的動物將會出現(xiàn)等等；而含有第一個人類化石的巖層，會位于所有這些巖層之上。

像這樣一根涵蓋地球全部歷史的石柱，當(dāng)然是不存在的。確切地說，地球上每個區(qū)域的巖石都只代表一小片段的時間而已。要看到全部歷史，我們需要比較各個巖層和其內(nèi)部的化石，然后就像拼圖一樣，把它們一塊塊拼湊起來才行。

事實(shí)上，把人類與動物園或水族館的動物做比較后，我們即能預(yù)測出，世界各地的巖層中化石出現(xiàn)的序列了。

逛動物園，怎能幫我們預(yù)測哪里可以找到重要的化石呢？

動物園內(nèi)各式各樣的動物互不相同，就看你以何種角度來看。不過，讓我們不要專注在它們的差異上。為了要從它們身上找到可用來做預(yù)測的特征，我們得專注在它們之間有什么共通之處。這樣我們便能依它們的共同特征，來將它們分門別類。

譬如，動物園與水族館中的動物，基本上都有一顆頭和一雙眼睛，我們暫且把它們稱作“凡物”。這些有頭有眼的動物中，有一部分動物有四肢，我們就叫它們“有四肢的凡物”。這些有頭、眼及四肢的動物中，有一小群動物的頭腦超大、用兩只腳走路、還會說話，這一小群動物其實(shí)就是我們?nèi)祟?。運(yùn)用這個方法，我們當(dāng)然可以將所有的生物分出更多小群，但是即使只分三層，這樣的分類便具有預(yù)測的能力了。

世界各地巖層內(nèi)的化石，就經(jīng)?？梢赃@樣依序分列，而我們就用這特性，來設(shè)計(jì)新的化石勘測計(jì)劃。以上面的例子來看，第一個出現(xiàn)的“凡物”成員，也就是第一個有頭及兩只眼睛的動物，在地質(zhì)年代的記錄會遠(yuǎn)早于第一個“有腳的凡物”。更精確地說，第一條魚（身上帶著“凡物”的銘牌）出現(xiàn)的時間，會比第一只兩棲類（一種“有腳的凡物”）還早。

在實(shí)驗(yàn)室里，我們正是對成千上萬的物種及其特征，來做這種分析。我們檢視所有找得到的解剖特征，有時加上長段的DNA數(shù)據(jù)來分析。由于數(shù)據(jù)太多，經(jīng)常得依靠強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)幫忙，以便分出大群里的小群。這種分析的步驟是生物學(xué)的基礎(chǔ)，因?yàn)檫@可以使我們對于生物之間的親緣關(guān)系提出假說。

人類數(shù)百年來所搜集的化石，除了幫助我們將生物分類外，也構(gòu)成很大的地質(zhì)年代記錄以及存活于各時期內(nèi)的生物數(shù)據(jù)庫（或目錄）。如今，我們可以推斷出生物發(fā)生重大變異的約略年代。對哺乳動物的起源有興趣？那就去找中生代早期的巖石，地質(zhì)化學(xué)告訴我們，那些巖石的年齡大概是2.1億年。對靈長類的起源有興趣？那就到上面一點(diǎn)的白堊紀(jì)巖層找，那里的巖石距今約有8000萬年。

巖石內(nèi)化石的順序提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，說明我們與其他物種的關(guān)聯(lián)。假如我們挖出6億年前的巖石，發(fā)現(xiàn)了最早的水母與土撥鼠的骨骸并列躺著，那么我們可能得改寫教科書了。更嚴(yán)重的是，那只古老的土撥鼠化石將會指出，我們對地球的歷史及地球上的生命的認(rèn)識都是錯的。幸好，自過去150多年來，人們幾乎挖遍了地球上每一塊大陸上所有找得到的巖層，而上述那樣的觀察倒還沒發(fā)生過。

現(xiàn)在讓我們回到先前的問題：如何尋找第一條在陸地上行走的魚的親戚。依我們的分類體系，這物種應(yīng)該介于“凡物”和“有腳的凡物”之間。根據(jù)這個推測，我們從已知的巖石資料，找到強(qiáng)力的地質(zhì)證據(jù)，顯示這個重要的關(guān)鍵期，應(yīng)是在距今3.8億年前～3.65億年前。那段時期的較年輕巖層中，也就是距今3.6億年前，蘊(yùn)藏有多種動物的化石，看來像是兩棲類或爬蟲類。