鱼类祖先有腮，为何人类没有？本文解释了鳃的局限性，肺的演化优势，以及人类胚胎中仍保留的鳃痕迹。
大约 3.75 亿年前，一种名为 Tiktaalik 的奇怪鱼类用新颖的适应性登上了陆地：它用叶状鱼鳍在陆地上“行走”，并用喉咙的气囊呼吸空气。Tiktaalik 也是已知最早的四足动物(四条腿动物)共同祖先，它还拥有鳃。
经过数亿年的演化，四足动物演化成无数种生物，包括人类。那么，如果人类是从鱼类进化而来，为什么我们没有鳃呢？
部分原因是实用的：鳃需要保持湿润才能工作，这对陆生动物来说并不理想。鳃拥有大表面积和数千条微小的血管，使氧气易于进入血液。蒙大拿州大学的进化生物学家Chris Organ说，当水流过鳃时，氧气会扩散进入，二氧化碳会扩散出去。如果陆生动物有鳃，它们会很快干涸，这使得鳃成为一种低效的呼吸方式。另一方面，我们人类的肺善于将空气中的氧气通过气体交换带入血液。
但早在海洋到陆地的转变之前，肺就已经存在了。“肺在进化过程中实际上令人惊讶地原始，”芝加哥大学的进化生物学家Neil Shubin说。他曾是 2004 年发现 Tiktaalik 化石的团队成员。当我们的鱼类祖先还生活在水下时，它们除了鳃之外，还拥有肺。
Organ说：“鱼不会登上陆地说，‘我需要肺；我要进化出肺。’”只有拥有现有肺的鱼才能踏上陆地并生存。如果一条没有肺的鱼试图生活在陆地上，它会死掉。“关键是这些为其他原因进化的特征，让这种动物能够利用新的环境，”他补充说。
Organ说，科学家们同样认为我们的鱼类祖先进化出手臂是为了在海底移动，后来这在陆地上寻找食物和移动时派上了用场。这就是自然选择发挥作用的地方：因为这些手臂状结构在陆地上有利，所以在接下来的几百万年里，动物进化出了更长的肢体和手。肺部可能也发生了同样的情况。
而像肺这样的软组织不容易形成化石，所以科学家们不确定人类的肺是如何进化的。但现有证据表明，早期肺首先演化为蜥蜴的简单肺，然后演化为哺乳动物特有的分隔肺。值得注意的是，哺乳动物进化出了膈肌——调节我们呼吸的肌肉——大约在 3 亿年前。
相反，不再有益的结构往往会消失。Organ说，随着时间的推移，鳃逐渐萎缩，最终在大约 3.15 亿年前的石炭纪完全消失在全职陆地动物身上。当时，第一批爬行动物和第一批鸟类和哺乳动物的祖先开始进化。
原始鱼类拥有肺似乎有些奇怪。Shubin指出，虽然鳃擅长从水中提取氧气，但它们并不总是提供大量氧气，尤其是对于需要更多氧气的体型较大的动物。季节性变化也会影响水中的氧气含量。例如，如果水中有很多落叶，它们会吸收氧气。因此，气囊(原始肺)允许鱼类吞咽水面上的空气来补充氧气摄入。现存的肺鱼，存在了超过 4 亿年，就具有同样的能力，这有助于解释为什么向陆地移动是可能的。
但我们并没有完全失去那些早期鳃。人类胚胎拥有一个鱼类特征：被称为咽弓的细小褶皱类似于鳃，但我们不使用它们来呼吸。舒宾说，虽然它们不是真正的鳃，但它们肯定是早期鳃的遗迹，就像一个古老的配方，现在正在制作与以前不同的东西。在整个胚胎发育过程中，这些弓变成下巴、喉咙和耳朵的一部分。Shubin说：“每个有头部的生物都会经历咽弓阶段。”换句话说，如果没有咽弓，动物的头就无法形成。
水生、鳃呼吸的物种在胚胎发育过程中也拥有这些弓。Shubin说，唯一的区别是这些弓会发育成真正的鳃，以及它们周围的骨骼、肌肉、神经和动脉。
我们可以感谢我们内在的鱼类，让我们现在可以使用肺来呼吸，而不用担心尴尬的鳃缝碍事。
本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。
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