【科学讲堂】做人有腰骨 脊椎渐演化

2018-10-03 14:40:41  阅读 26 次 评论 0 条
■异齿龙的脊椎缺少了并不连有肋骨的腰部部分。 网上图片
■异齿龙的脊椎缺少了并不连有肋骨的腰部部分。 网上图片

  香港人常用一句俚语来形容没有承担的人:他这个人没有腰骨(脊骨)。诚然,脊骨支撑我们的身体,对维持我们身体的姿势起重要的作用。从生物学的角度来看,动物被分类为「有脊椎动物」及「无脊椎动物」,更加显示出脊柱的重要。脊骨曾经有毛病的朋友,更加会明白脊椎对我们每天的追、赶、跑、跳、碰有多重要。那我们的脊骨又是如何演化成今天的模样呢?这次就和大家分享一下现在我们对脊椎演化的理解。

  根据现今科学的逻辑,愈早出现的生物身体结构就愈简单,因此一个很明显的问题就是:动物的脊椎是怎样开始的?要回到过去,亲眼目击史前生物的模样自然并非易事,但现有的生物应可拿来借镜。根据现今的分类,「有脊椎动物」被归类于「脊索动物(chordata )」这个更大的类别之下。

  有管道贯通全身

  脊索动物不一定有坚硬的脊骨,但都有一条「管道」贯通全身,恍如原始的脊椎。脊索动物之中的文昌鱼(lancelet),在分析过基因以后,更加被认为是研究有脊椎动物祖先的模型:文昌鱼没有脑袋,也没有心脏;牠们没有完整的呼吸系统,而是直接从皮肤吸收氧气。因此,看来文昌鱼跟有脊椎动物的祖先可能有几分相似。

  在1911年,美国古生物学家沃尔科特(Charles Walcott)在加拿大发现了皮卡虫(Pikaia)的化石。根据化石的显示,皮卡虫生活在大约5亿年前,没有头骨,游泳的时候可能跟现代的鳗鱼有点像。

  在身体结构上,皮卡虫看来跟文昌鱼相类;虽然还未能确切肯定皮卡虫就是有脊椎动物的祖先,但我们已可知道,早在5亿年前,原始的脊骨已在发展中了。

  仔细观察人类的脊骨,会发现可以将其分成不同的部分,例如:头骨下方的颈椎比较细小,而胸腔部分的脊椎却连接肋骨;然而到了腰部,肋骨又不见了。这样「多彩多姿」的脊椎,又是怎样演化而成的呢?

  物种演化变複杂

  为了回答这个问题,哈佛大学的古生物学家皮雅丝(Stephanie Pierce )跟她的研究团队走访了不同的博物馆,分析了16条完整的脊椎化石。这些脊椎化石的「主人」生活于2亿年至3亿年前,包括了一些哺乳类动物的近亲及远亲。

  皮雅丝的研究发现,古代脊椎动物的脊骨比较简单:例如异齿龙的脊椎缺少了并不连有肋骨的腰部部钮。然后随物种的演化,脊椎才愈变愈複杂。

  有否发现哺乳类动物(比方说猫和狗)的四肢是位于身体的下方,而爬虫类动物(例如蜥蜴)的四肢则在躯干的两侧?因应这个四肢位置的改变,哺乳类动物的肩膀结构也相应地变更,因而在颈椎下方发展出一个新的脊骨部分。

  至于腰部脊骨连接上身与盘骨,则是陪随产卵哺乳类动物而出现的,因此可算是「脊骨家族」中相对新的成员。

  ■张文彦 香港大学土木及结构工程学士

  短暂任职见习土木工程师后,决定追随对科学的兴趣,在加拿大多伦多大学取得理学士及哲学博士学位,修读理论粒子物理。现任香港大学理学院讲师,教授基础科学及通识课程,不时参与科学普及与知识交流活动。

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