腔棘鱼“复活记”

王川

腔棘鱼的发现，被认为是20世纪最重要的科学事件之一。科学界普遍认为，腔棘鱼很可能是水生动物到陆生动物之间的重要过渡物种。

活生生的腔棘鱼

腔棘鱼又被称为幽灵鱼、海中之王和深海怪兽。在半个多世纪的漫长时间里，不断有潜水员在搜寻腔棘鱼的过程中遇难，但人类始终没有放弃寻找这种有4亿年历史的活化石。

在距今4亿年前的泥盆纪时代，海洋生物开始探索陆地。从腔棘鱼的化石标本看，它们的鳍更像陆地动物的四肢。有科学家认为，在这次伟大的生物登陆演化过程中，进化链条上缺失的一环，很有可能就是腔棘鱼。1938年，一位渔民捕到的一条丑鱼震动了整个古生物界，因为化石竟然活了。

1938年12月22日，南非科摩罗群岛附近，东伦敦自然博物馆的馆长拉蒂迈女士在海边巡视。一艘拖网渔船驶进了东伦敦港，从甲板上看，捕鱼成果颇丰。这些海货中，渔民要留下一部分。这是因为拉蒂迈和渔民已经早有约定，东伦敦博物馆每次举办新展览，都要从渔民手中收购一些海星、海绵或者鼠尾鱼用作展品。拉蒂迈从成堆的海货中挑选着，突然，她发现一条蓝色的鱼鳍。她挪开了其他鱼，展现在她眼前的，是一条绽放着奇光异彩的鱼。

这条鱼长约1.6米，硕大的蓝色眼睛，浑身被坚硬的鱼鳞覆盖。最吸引人的，是它四肢一样的鱼鳍。拉蒂迈从未见过如此不同寻常的鱼鳍，她决定不惜任何代价，一定要将这条鱼保存好。

1938年的冷藏条件不像现在那么发达，冷冻保存标本的难度非常大。拉蒂迈向开普敦的停尸房寻求帮助，负责接待她的高大男人当即回答：“我从没听过这么荒诞的请求。绝对不可能。绝对不可能。”

绝望的拉蒂迈向160千米外，罗德斯大学的史密斯教授发出了求助函。史密斯教授的专业是鱼类学，同时也是一名专业化学家。拉蒂迈的信上绘有一幅腔棘鱼的简单素描，史密斯教授看过后非常震惊，认为这是不可能发生的事情——这分明就是腔棘鱼，但它们应该和恐龙一起灭绝了。史密斯教授也没有时间亲自为这条怪鱼验明正身，只是在信件往来中，给拉蒂迈一些指导和建议。

无奈的拉蒂迈只能将鱼做成标本，她将怪鱼的外壳剥下，固定在标本架上，因为没有使用防腐剂，她只能将鱼内脏丢弃。后来得知此事的史密斯教授惋惜地表示，如此粗暴地处理腔棘鱼，是整个科学界都不愿意看到的悲剧。

史密斯在回忆录中写道：“发现活体的腔棘鱼，这就好像你走在街头，突然看到窜出来一头活恐龙。”腔棘鱼的发现，被认为是20世纪最重要的科学事件之一。

腔棘鱼属于硬骨鱼，是现存肉鳍总纲中最古老的物种。最大的腔棘鱼可以长到2米长，体重可达90千克，寿命在60年以上。腔棘鱼的全身被一层坚硬的鱼鳞覆盖，这些鱼鳞充当了腔棘鱼的盔甲。腔棘鱼全身有8只鳍：2只背鳍、2只胸鳍、2只腹鳍、1只尾鳍和1只臀鳍。19世纪30年代人类首次发现腔棘鱼化石，第一次了解到地球上还出现过这样的生物。科学界普遍认为，腔棘鱼很可能是水生动物到陆生动物之间的重要过渡物种。

藏在深海的活化石

科学家认为：在腔棘鱼生活的时代，北美大陆与非洲大陆相连，如今的纽约市就挨着摩洛哥。不止北美大陆和非洲大陆，整个地球当时只有一整块超级大陆——盘古大陆。在后来的亿万年时间里，超级大陆慢慢分裂成现在的世界大陆格局。所以，全世界都发现了腔棘鱼化石，唯有南极大陆没有发现过。

1830年左右，人类首次发现腔棘鱼化石，尽管后来采集到的化石标本体型差距较大，但都具有一些明显特点：头部都有一个奇怪的关节、鱼鳍非常类似四肢，且脊骨中空。达尔文的“进化论”认为，生命起源于大海，在亿万年的进化长河中，鱼类进化出两栖动物，然后进化出哺乳动物，最后进化出了人类。腔棘鱼很有可能就是人类的祖先。

1938年拉蒂迈发现的标本只有残存的外壳和骨骼，内脏已经被全部丢掉。没有内脏，科学家就不知道腔棘鱼的内脏是更接近鱼类、两栖动物、爬行动物还是哺乳动物。寻找另一条活体腔棘鱼，获取它的内脏，成了史密斯接下来的全部工作。凭着丰富的海洋鱼类知识，史密斯教授认为，东伦敦市附近海域应该还不是腔棘鱼的天然栖息地。因为腔棘鱼属于热带深水鱼，它们应该生活在赤道附近海域。而且，如果腔棘鱼的确生活在东伦敦市附近，为什么之前没有大量捕获腔棘鱼的记录？

通过层层推理，史密斯教授认为，生活在赤道礁石区的腔棘鱼，随着洋流穿过莫桑比克海峡，一路漂流到了东伦敦市。史密斯印刷了各种语言的传单，沿着非洲东海岸一路发放。他向渔民悬赏100英镑，只为了找到第二条腔棘鱼样本。

功夫不负有心人。终于在1952年12月，在距离第一条腔棘鱼被发现的14年后，从当时法属殖民地科摩罗群岛的一座小火山群岛上，传来了发现腔棘鱼的报告。

科摩罗群岛的渔民的捕鱼传统持续了一千多年，当地渔民偶尔也会捕捉到一种叫做“高贝萨”的鱼，也就是腔棘鱼。当地人不吃腔棘鱼，因为腔棘鱼的肉质非常油腻，口感十分恶心，强行食用会导致腹泻。渔民如果捕捞到腔棘鱼，会毫不犹豫地将它们丢回大海。史密斯在得知科摩罗群岛发现腔棘鱼后，惊喜万分，并迅速向南非政府寻求帮助。当时的南非总理马兰下令，用一架军用C-47运输机送史密斯教授前往科摩罗群岛。

史密斯教授从渔民手中接过了腔棘鱼标本，标本散发着浓烈的甲醛防腐剂味，运输过程也给标本造成了一些损伤。史密斯一行人携带着腔棘鱼标本，迅速坐飞机返回了开普敦。第二天，马蘭总理在见过标本后打趣道：“这么丑的鱼，我们也是从它演化来的？”

回到实验室后，史密斯马上开始解剖工作。通过解剖，史密斯发现腔棘鱼和现代鱼类有很多不同点。除了奇怪的四肢状鱼鳍，腔棘鱼的脊索结构吸引了他的注意。腔棘鱼没有脊椎骨，而是以一条中空的“脊索”支撑身体，这也是腔棘鱼得名的原因。脊索从腔棘鱼的大脑一直延伸到尾部，中空的脊索里充满了密度较小的油。脊索是脊椎的前身，负责支撑腔棘鱼的身体。腔棘鱼体内没有任何气窦，这种结构让腔棘鱼可以在1000米深的水下生活。endprint

腔棘鱼的内脏非常类似现代鲨鱼和鳐鱼的内脏，腔棘鱼的心脏非常小——与其说是心脏，更像是主血管上的一个突起。腔棘鱼在许多方面类似陆地四足动物：退化的肺部、肉状鳍和负责将腹部血液送回心脏的静脉。并且，在腔棘鱼身上发现的静脉是真正的腔静脉，而四足动物体内也有腔静脉。腔棘鱼的血管系统和其他鱼类的血管系统有着本质上的不同。

腔棘鱼体型很大，它的大脑却很小，体积还没有人类大拇指带指甲的那一节大。科学家在腔棘鱼前突的吻内，发现了一个充满胶状物质的小洞。科学家认为，这是腔棘鱼的电脉冲感受器，腔棘鱼用它来感知天敌发出的微弱生物电脉冲。

腔棘鱼有巨大的目，它们的眼球清澈有如水晶球。科摩罗群岛的居民甚至愿意相信，腔棘鱼的眼睛里燃烧着火焰。其实，腔棘鱼眼球硕大且美丽的原因在于它们在黑暗的深海生活，需要收集足够多的光线，而一对足够大的眼球才能保证这点。

潜入深海一探究竟

尽管人类对腔棘鱼的研究工作进行了数十年，但直到现在，也没有任何人对腔棘鱼进行数小时的长时间观察。这是因为，腔棘鱼生活在氧含量十分高的深海区域。如果腔棘鱼被各种因素带到氧含量较低的浅水区，它们就无法生存太久。就算在今天，技术实力再雄厚的海洋馆，也无法保证捕捉到的腔棘鱼能长时间存活。

腔棘鱼无法在人工条件下生存，科学家也就无法观察它们在天然栖息地交配、捕食和躲避天敌的种种过程。要想一探究竟，只有乘坐潜水艇去找它们。

1999年11月，在非洲科摩罗群岛附近的深海区，德国科学家弗里克及其研究团队建造了一艘潜水艇“Jago 号”，用其进行深潜。这次深潜是为了寻找活体腔棘鱼。Jago号潜水艇长3米，重3吨，可搭乘一名驾驶员和一名观察员下潜到海面以下400米深的海区。这次搜寻行动进展很慢。潜艇探寻进行了好几周，团队一无所获。研究人员回忆说 ：“当时船上的每一个人都已经非常绝望。”

终于在后来的一天上午9点，研究人员在200米的深水区发现了腔棘鱼。这条腔棘鱼对潜艇的强光几乎没有做出反应，并没有像一般鱼类那样逃走。發现的这条腔棘鱼体型十分巨大，游动的姿态也非常奇怪。和科学家猜测的一样，腔棘鱼生活的环境非常荒凉，几乎没有天敌存在。白天，它们成群聚集在火山洞里；到了晚上，腔棘鱼们集体深潜到600米以下的海域。胶片记录下了腔棘鱼在自然栖息地活动的整个过程，这也是人类第一次观察腔棘鱼如何运动它们的鱼鳍。当初史密斯博士曾经断言腔棘鱼是一种爬行鱼类，这次观察到的野生腔棘鱼，否定了爬行鱼理论。从潜艇拍摄的视频记录，可以看出腔棘鱼一直悬浮在海床之上，并非史密斯猜测的——腔棘鱼在海底爬行。

腔棘鱼的移动方式很奇怪，由于它们体内充满了油脂，腔棘鱼可以保持中性浮力，并且能以任何姿态漂浮在水中，它们也会利用上升或下沉的洋流漂浮。腔棘鱼身上的六只鱼鳍就像船桨一样不停地划动：上下两鳍朝身体后方划动；左右两对肢状鳍朝身体前部和中部划动。在靠近海床的地方，腔棘鱼不会使用成对的偶鳍，它们只需要单独使用尾鳍，就可以产生足够的推力快速移动。

虽然腔棘鱼不用鳍爬行，但美国科学家朱伊特认为，腔棘鱼鱼鳍的运动姿态类似动物的行走姿态。腔棘鱼的游泳姿态和四足动物的游泳姿态相同。作为四足动物的人类，我们在刚学会走路时，就知道交错摆动手脚——左脚向前踏出，同时右臂向前摆动。腔棘鱼也具有这个特点：右胸鳍和左腹鳍同步运动。和腔棘鱼的许多其他特征一样，这一点再次证明了腔棘鱼在朝更高级的四足动物方向进化。

生存的绝技：先进的繁殖策略和低代谢率

现代腔棘鱼的外表可能和4亿年前它们的祖先并没有太大区别，但是为了避免灭绝，腔棘鱼肯定在不断进化以不断适应新的环境。腔棘鱼能够顺利生存到现代，都要归功于两点：先进的繁殖方式和极低的新陈代谢水平。

腔棘鱼的繁殖方式和其他鱼类的繁殖方式很不一样。腔棘鱼的鱼卵和一个普通橘子差不多大，是所有鱼类里最大的鱼卵。硕大的鱼卵里，包含了胚胎生长所需的营养。当时的科学家认为，腔棘鱼会将卵产在海底。1975年，位于纽约的美国国家自然历史博物馆收到了一条雌性腔棘鱼标本，博物馆在对其解剖后发现，这是一条怀孕的雌鱼，体内有五条小腔棘鱼。这个发现给科学界带来的震撼，不亚于当初发现腔棘鱼标本。直到此时，人类才知道腔棘鱼是体内受精，这意味着，小鱼会在母体内孵化，出生时就已经是成型的幼体。现代鱼类中，鲨鱼采取的也是相同的繁殖策略。幼鱼出生后，每条鱼都携带一个较大的卵黄囊，鱼鳍和鱼鳞也已经成形。早在哺乳动物出现之前，腔棘鱼就已经采用类似的繁殖策略，来提高幼体的存活率。

弗里克他们发现：在多年对腔棘鱼的观察中，他们从未发现幼鱼，只看见过亚成体。腔棘鱼的幼鱼必定生活在他们不知道的地方。弗里克的团队曾经给一头怀孕的雌性腔棘鱼安装了无线电标记，在对这条雌鱼进行追踪的过程中，他们观察到了惊人的事实：这条雌鱼潜到约750米深处，并且整个白天一直停留在同一深度。弗里克猜测，这条雌鱼正在生产，但他无法证实这点。腔棘鱼的幼鱼可能生存在更深的海底，避免被成鱼吃掉。

腔棘鱼胚胎需要三年才能完全发育。为什么它们需要这么长的时间孵化幼鱼呢？这是因为，在已知的所有脊索动物中，腔棘鱼的代谢速度是最慢的。按照弗里克团队的计算，一只腔棘鱼每小时每千克只需要消耗3.8毫升氧气。缓慢的代谢速度很可能是腔棘鱼胚胎发育缓慢的原因之一。

一条成年腔棘鱼，每天只需要进食12克食物就能保证存活，极低的新陈代谢率恰恰也是腔棘鱼生存到现在的绝招之一。腔棘鱼的代谢速度很低，平时依靠体内的低密度油脂漂浮在海中，这样可以在很大程度上节约能量。在需要捕食猎物时，腔棘鱼作为肉食鱼的凶猛本性显露无遗。弗里克他们发现，腔棘鱼的头部有一个巨大的感电器官。在高盐海水中，生物游动会产生电场，腔棘鱼很可能就是依靠探测海水中的微弱的电场变化来判断猎物的方向。当与猎物非常接近时，腔棘鱼的尾部突然发力，迅速扑向猎物。它张开上下颚，将猎物连同海水一起吸入口中。腔棘鱼一般捕食小鱼、章鱼和鱿鱼。这些动物被吸入腔棘鱼口中后，被腔棘鱼细细的牙齿拦住去路，无法逃脱。

DNA测序结果再次震惊科学界

在距今约4亿年前的泥盆纪时代，有一部分肉鳍鱼开始探索陆地，它们中的一部分就是如今陆地四足动物的祖先。肉鳍鱼总纲下，有腔棘鱼纲和肺鱼四足纲。科学界之前一直不能确定肉鳍鱼总纲中的哪一种鱼和四足动物更接近。

2013年，华盛顿大学生物学教授阿梅米亚领导的研究团队在《自然》杂志上公布了对腔棘鱼的DNA测序的结果。研究团队完成了对非洲腔棘鱼的基因组测序和组装。这项研究始于2003年，研究团队在各种四足动物的基因组上标注了251个基因点，并与腔棘鱼的基因进行一一对比，以确定腔棘鱼在现代生命树上的具体位置。十年过去了，阿梅米亚的小组终于得出了结论：四足动物与肺鱼的亲缘关系比腔棘鱼更近。这个结论结束了学术界持续了数十年的“腔棘鱼和肺鱼谁是四足动物近亲”争论。

科学家还发现，今天生活在深海的腔棘鱼，它们的演化速度非常缓慢。这可能是和它们生活的环境缺乏进化压力有关：腔棘鱼几乎没有天敌，印度洋深海的生存环境也非常稳定。缺乏生存压力的腔棘鱼，它们的进化速度相比其他生物自然要慢得多。正是因为这个特点，现代腔棘鱼的基因非常接近它们的祖先，对现代腔棘鱼的基因测序结果才有足够的说服力。

肺鱼属于肉鳍鱼总纲，它们的鱼鳍中有一根中轴骨，且可以通过腹鳍行走。这可以让它们登上陆地，捕食陆地生物。肺鱼平时依靠腮在水中呼吸，如果水中氧气不足，肺鱼可以将头探出水面，用肺部进行呼吸。在夏季，非洲地区大部分地区处在枯水期，高温和干旱让肺鱼演化出了夏眠。当枯水期来临，肺鱼钻进淤泥中，用分泌物将全身覆盖起来，只在口前方留一个小小的出气孔。就这样，肺鱼可以不吃不喝度过好几个月的枯水期，直到雨季来临，它们才从泥土里钻出来。在夏季，有经验的当地农民可以从干旱的泥地里刨出肺鱼。endprint