李湘涛

骨骼中的生命秘密

脊椎動物的骨骼系统是由许多骨骼借关节和韧带巧妙连接而形成的一个支架。自从出现骨骼，大地开始增加关于生命的记忆。很多早期的物种，因为没有可以长远保存的结构，所有的痕迹荡然无存。然而，一块块像岩石般缄默的骨骼化石，埋葬在不同地层里，隐藏着一个个生命的秘密。

由于骨骼质地坚硬，易于形成化石，亿万年前的骨骼能够以化石的形式保存下来。有经验的古生物学工作者，通过对骨骼的研究可以窥视到几乎所有器官系统：大部分肌肉的起点和止点均在骨块上，通过骨块上的嵴、突和瘢痕可以看出肌肉的位置和发达程度;重要的脑神经可以通过头骨上的孔道显示出其粗细和走向;脑不同部分的发达程度可以由脑颅各部分的比例和骨骼的相对位置推测出来。不仅头骨上的鼻腔、眼窝和鼓室及岩乳部可以提供嗅觉、视觉、听觉等器官方面的信息，某些血管也会在骨骼上留下印记。

通过对不同时期地层中化石的研究，可以了解生物发生发展的历史，不断完善对生物进化历史的认识。这些化石清楚地反映了生物界的发展规律，而某些化石种类、数量的多少，又反映了不同生物兴衰存亡的历史。

有些化石还能反映生物大类群之间的亲缘关系。例如，大家熟知的始祖鸟化石，它一方面保留了爬行类的许多特征：口中有牙齿，前肢指端有爪，胸骨不发达，没有龙骨突，尾部有许多尾椎骨等。但是它的前肢已经演化为翅膀，而且翅膀、躯干和尾部已经有了羽毛等，这些又都是鸟类的特征。这些特征说明了鸟类是由古代爬行动物进化而来的。

动物骨骼化石可为动物种、属的进化提供许多具体证据。在这方面研究得比较清楚的有马、象和骆驼等。马的最早祖先出现于新生代第三纪的始新世，称为始祖马。它们的身体只有狐那么大，生活在气候温湿的森林里，吃鲜嫩的青草和树叶。始祖马的背脊弯曲上拱，四肢细长，前肢有四趾着地，后肢三趾着地，不善于奔跑。由于后来环境条件的变化，气候变得干燥凉爽，森林越来越少，干燥的草原越来越多，它们的食物由嫩草、树叶转为多纤维的野草。最后，到上新世末或第四纪初，它们就进化成真马，即现代马。从始新世的始祖马到第四纪初的现代马，经历了5000多万年。从渐新世、中新世等地层中发现的马化石来看，它们是向着体躯高大、头骨壮硕、背脊平直、中趾宽阔等更适于草原奔跑的方向发展的。这一系列的马化石，生动地反映了马的进化过程。

由各个不同地质时期的地层和各种古生物形成的化石所构成的这本巨大的生物进化历史“书”，为人们提供了许多难得的生物进化发展的信息，但这本“书”毕竟有点破损、残缺不全或有一定的局限性，要真正深入全面地掌握生命进化的历程，还需要其他学科的协助、配合。

骨骼的功能

骨骼存在的意义非常重大。骨骼的第一大功能就是如同躯体“大厦”的“钢筋水泥”框架一样，支撑和维持着脊椎动物的身体形态。骨骼的第二大功能是为肌肉提供附着的基础，由骨骼、关节和肌肉三个密切相关的部分构成人与动物的运动装置。人与动物各种动作都是以骨骼为杠杆、关节为枢纽、肌肉的收缩为动力来完成的。正是由于骨骼系统所提供的坚实支撑，地球上才出现了鲸、大象、长颈鹿和恐龙那样的庞然大物;也正是由于通过骨骼连接起来的运动杠杆系统，才使脊椎动物无论在速度还是在灵敏度方面，都具有很大的优势。

骨骼的第三大功能是像铠甲一样保护内部器官，使其在剧烈运动时能够保持稳定。身体中最重要的柔软器官，全都获得了骨骼周到而坚强的护卫。这样，动物的身体就经得起平时的磕磕碰碰，甚至较小的意外打击。

动物的“脸面”

对于人类来说，“颜值”非常重要。在日常生活中，无论是亲朋好友还是陌生人，我们都需要根据对方的面孔来认识和区分。而且在现代社会中，“刷脸”已经作为对每个人进行身份认证的生物特征识别技术，被广泛应用于多个重要行业及领域。

不过，相貌或脸面并非是人类所独有，而且人的脸面与动物的脸面有着许多相似之处，从我们日常使用的獐头鼠目、尖嘴猴腮等一类的词语就可见一斑。事实上，从鲨鱼到松鼠等所有脊椎动物都有自己的脸面。自从脊椎动物进化出了颌骨，动物的脸面就应运而生了。随后，与之相关的骨骼也为动物拥有美丽动人的外表做出了巨大的贡献，更使许多动物“颜值爆表”。

在鸟类的“脸面”中最引人注目的无疑就是鸟喙，它由头骨的前颌骨和下颌骨延伸并在外部包裹一层致密的角质鞘而成，上下两部分的形状可以相互吻合。它就像国人吃饭用的筷子、西方人吃牛排使用的刀叉一样，是鸟类取食的工具。不过，不同鸟类喙的形态结构及功能千差万别，都因其所司的特殊“工作”而有不同的设计，其“花样”之多、功能之巧，为其他动物所“望尘莫及”。

这种鸟喙差别主要是鸟类由于食性的差异而出现的适应性变化的结果，每种鸟的取食习惯都与其喙的形状和大小有着直接的关系。不同形状的鸟喙可用于捕捉、叼住、啄取、撕咬、分割以及从水中过滤食物，还可以充当锤子、凿子、钳子、剪子、夹子、钩子、锥子、菜篮子（如鹈鹕）等工具，有时也用于攀登、修饰、争斗、攻击、自卫、筑巢和育雏等。

（张迪摘自《科学画报》2019年第8期）