哺乳类动物在进化之战中是如何取胜的？

34次浏览发布时间：2023-05-17 19:35:24

约6500万年前，当巨大的陨石撞击地球、肃清恐龙时，地球处于一片混乱之中。对幸存的生物来说，成为地球新统治者的竞赛开始了，最近的研究表明，我们的祖先是第一个行动的。

陨石撞击地球

当340亿吨重的陨石以30千米/秒的速度撞击现在墨西哥附近的浅海时，它改变了地球的历史。撞击释放的能量相当于10亿吨的核弹，燃烧的岩石经过大气层落到地表，导致了整个地球上的野火和海啸。几十年间，遍布整个地球的尘埃云挡住了阳光，气温骤降，植物死亡。在统治了地球1.6亿年后，大型恐龙和地球上75%的动物一起灭亡了。

在失落世界的废墟中，一小群幸存者，包括鸟类，鳄鱼，蛇和哺乳动物，仍然存在。这个星球正在等待被征服，残忍的种族开始接近食物链的顶端，成为地球的新统治者。6500万年后的今天，科学家终于对那个激烈竞争的时期有了清晰的了解。

陨石撞击标志着白垩纪的结束和新时期的开始，即古近纪。黑暗和寒冷过后，尘埃沉降，温室气体从地球内部缓慢释放，地球再次变暖。那时的温度比现今的平均气温高出近15度，温暖的气候向两极延伸。郁郁葱葱的热带雨林和阔叶林覆盖了大部分土地，两极都没有冰。在许多方面，地球已经回到了鼎盛时期。大型的食草恐龙和优秀的捕食者曾统治这个星球，如今基本都消失了，除了一组恐龙——鸟类，幸免于难。其他的种群也受到了巨大的影响，只有10%的哺乳动物存活了下来。

为赢得战争而进化

为了赢得这场战争，成为地球的统治者，这些动物纷纷进化。鸟类越来越大，巨型鸟类有着强壮的腿部和有力的下颚，有些鸟类可能在食物链的顶端。它们带鳞片的亲戚——鳄鱼也想成为地球的统治者。在进化的过程中，一些鳄鱼的体型变得很大，一些鳄鱼成为了快速奔跑的陆地捕食者。蛇也加入了战斗，进化出14米长的泰坦巨蟒。为了接管大型恐龙留下的宝座，每组动物都爆发性地发展起来。然而，它们都被一组像老鼠一样的小型食虫动物（哺乳动物的祖先）击败，这些食虫动物很快发展出今天统治世界的不同生命形态。

多年来，古近纪早期的生物进化竞赛在学术界一直是备受争议的主题。遗传学家通过分析现代生物的基因来计算单个动物群体的进化历程。遗传学家对比了狗和大象的基因差异，在已知差异的发生速率时，他们就可以知道两个物种的共同祖先生活在什么时候。如果按照均衡的进化速率，这种研究方法表明，现代哺乳动物的祖先来源于白垩纪（1.5亿年前～6500万年前）。在恐龙昌盛的时期，它们虽然已经在地球上生活了千万年，但直到大型恐龙死亡后，它们的进化才真正开始。

这种方法的准确性不高，尤其是在需要计算的时间很长时。因此，一些科学家使用化石法，化石中的骨骼会讲述一个截然不同的故事。在迄今为止最详细的陨石撞击期间的化石研究中，伦敦大学学院的科学家们为我们提供了早期哺乳动物进化的清晰过程。科学家研究了早期哺乳动物进化的几个不同方面。首先，他们观察了物种的数量，发现在古近纪早期，大量新的哺乳动物物种发生进化；随后，他们分析了物种之间形状、大小的变化，发现哺乳动物在极短的时间内，进化出了各种各样的体型。结果表明：在大型恐龙从地表消失的那一刻，哺乳动物毫不犹豫地开始了“爆发式”进化。

哺乳动物是什么？

我们对哺乳动物都有着一些非常基本的共识，比如我们年幼时可以只喝奶就能活下去，比如我们有毛发，是恒温动物，再如我们是胎盘哺乳动物，在子宫里孕育后代。然而，除了上述的基本常识之外，哺乳动物是如何被定义的，又是如何进化而来的呢？人类为何与狐狸、刺猬、长颈鹿更相似，而不同于蟒蛇、乌龟或企鹅呢？

为了解答这些疑问，生物学家利亚姆·杜鲁认为，我们或许可以使用曾风靡于18世纪的方法来进行探讨。当时人们对动植物的定义，是根据它们共有的特征来决定的。根据相似的生殖生物学原理与呼吸原理，卡尔·林奈于1758年宣布，鲸鱼和海豚不是鱼，而是恒温陆生生物谱系中的一员。为了给这个新的族群命名，林奈选择了乳腺这一特征，将这些生物归类为哺乳动物。在林奈完成哺乳动物归类后的一个世纪，查尔斯·达尔文出版了他最伟大的著作《物种起源》，其中物竞天择与进化论的概念被生物学家广泛接纳。

达尔文认为，哺乳类动物具有许多相似的特征，这可能是由于它们都有共同的祖先。要解释这些特征从何而来，首先我们要弄清楚这些特征有什么优势，以及这些始祖并不具备的特征从何而来？例如，乳腺是如何“无中生有”的？与哺乳动物最接近的物种是爬虫动物，目前，我们得知哺乳类与爬虫类的谱系约于3.1亿年前朝着不同的方向演变，它们最后一个共同的祖先看起来更像爬虫动物，而非哺乳动物。这个共同的祖先，以冷血、少乳、无毛为起点，一路演变成了真正的哺乳动物，进化出了如今典型的哺乳动物的特征。

第一个被视为哺乳动物的物种出现在2.1亿年前。我们所知的大部分哺乳动物进化信息是从化石记录中获得的，如今科学家将5500种哺乳动物的躯体和DNA进行比较，从中提取出来的研究成果又与化石记录相结合，从而进行更深入的物种研究。

成功的七个特征

哺乳动物的几个鲜明特点帮助它们在竞争中有了一个好的开头。即使在今天，这些特点还在帮助哺乳动物保持他们的主导地位。

哺乳动物最独特的特点之一就是产奶的能力。白色液体起源于类似爬行动物的哺乳动物祖先，在干燥环境中，它们用白色的液体保持卵的湿润。当它们开始让卵在子宫内发育并生下后代时，乳汁获得了另外一种功能——在后代的生命初期，为它们提供最好的营养，而且乳汁也可以让母亲转移免疫体，因此可以防止后代生病。父母不需要再为后代寻找食物了，它们不再完全依赖食物。

毛皮对于早期哺乳动物也非常重要，它可以帮助哺乳动物在温度下降时保持温暖，在气温炎热时，隔绝热量。体温是由快速的新陈代谢决定的，新陈代谢确保了体温的恒定。恒温为体细胞提供了最佳条件，使动物在一整天内都可以保持较高的能量。与依赖阳光的冷血爬行动物不同，哺乳动物可以适应寒冷地区或在夜间活跃。额外的能量使哺乳动物可以在更大的区域觅食，更有效地捕食猎物。

哺乳动物已经进化出更复杂的心脏，这使高活动水平成为了可能。爬行动物的心脏只有三个心室，哺乳动物已经发育出有四个心室的心脏。多出一个心室意味着来自肺部的富氧血液在被泵入血管之前，不与来自身体的贫氧血液混合。因此，体细胞可以持续不断地接收大量的氧气，保持动物的快速代谢，使动物保持活跃。

牙齿是哺乳动物在种族竞赛中的另一大优势。与大多数其他动物群体不同，每种哺乳动物的口腔中都有许多不同类型的牙齿，牙齿的类型因物种而异。人类有前牙、犬齿和臼齿，每类牙齿都有自己的功能。和其他哺乳动物一样，牙齿让我们可以吃各种各样的食物并将其粉碎，因此我们可以更快更有效地吸收营养。

哺乳动物灵活的四肢加强了哺乳动物对不同栖息地和食物的适应能力。当鸟类的手被缩减为一组带羽毛的手指时，哺乳动物可以灵活地使用四肢，能够利用前腿爬行、挖掘、处理食物和工具，并支撑它们沉重的身体。可以自由地使用四肢让哺乳动物能够更好地利用周围环境和资源，促进哺乳动物体型变大。

然而，哺乳动物能够征服地球的关键在于它们的头部。第一批哺乳动物在它们的耳朵里进化出了一组新的骨骼，称为槌骨和砧骨。新的骨头和也存在于爬行动物、鸟类身上的镫骨一起，让哺乳动物能听到其他动物听不到的更高频率的声音。此外，古化石显示哺乳动物的嗅觉和感觉也有改善。对哺乳动物祖先头骨的充分研究揭示了改善感官的影响。

大脑是一个在哺乳动物体内非常大的器官，被特殊的脑组织覆盖。由于神经计算需要大量的能量，因此哺乳动物的大脑与身体恒温密切相关。有些人甚至认为，高智力是动物进化出恒温的重要驱动力。

为了处理感官印象，哺乳动物进化出了更大的大脑，并且很快就使用了新的那部分大脑。新大脑中心的功能逐渐从解释感官印象，转变为解决问题。人类的大部分大脑皮层是从这些新的特征发展而来的。当动物需要适应新的生活环境的时候，智力是非常重要的因素之一，古近纪的哺乳动物聪明到足以征服整个星球。

寒冷意味着新的机会

当哺乳动物成为了优势物种，它们就永远不会放弃这个位置。在陨石撞击的2000万年后，气候的变化给哺乳动物带来了更多好处。大陆漂移促使南极洲和澳洲分开，南极洲周围出现新的洋流，刺激了地球的缓慢降温。随着气温下降，两极的冰盖开始增长，水被“捆绑”在冰上，造成海水水位下降，分离的地区之间出现新的大陆桥。此外，印度和亚洲相撞，非洲与亚洲相撞，欧洲和北美洲与南美洲接触，使哺乳动物更容易传播。寒冷的气候也改变了生态系统的构成，地球上不再只是森林，而是包括了沙漠、苔原和广阔的草原，新环境为哺乳动物的更多变异铺平了道路，并且促进了大型食草动物和捕食者的发展。