互动科普

脊椎动物具有很多共性，又存在很大差异。它们从何而来，又将向何去？这一直让人们痴迷。在研究脊椎动物起源和进化的过程中，很多科学家和博物学家应用解剖学的理论和方法，比较不同脊椎动物的形态结构和生理机能，研究各种来源和功能相同、相近的器官，找出它们在器官、系统上的联系，从而寻找进化的途径与规律，由此形成了一门特殊的学科——比较解剖学。比较解剖学的研究成果为生物进化论提供了有力的论据，也为阐明动物的演化和亲缘关系提供了重要依据。

它的成果之一是同源器官。不同脊椎动物的某些器官形状和大小相差甚远，功能也不尽相同，但这些器官在基本结构、各部分的关联顺序，以及胚胎发育的过程上却彼此相同，这就是比较解剖学所说的同源器官。

例如，用于抓握的人手，用于飞翔的鸟的翅膀、蝙蝠的翼，用于游泳的鲸的鳍肢，以及用于爬行的蜥蜴的爪子，这些都由同一样式构成，而且在同一相关的位置上具有类似的骨头，在胚胎中的发育过程也非常相似。这让人感到很惊奇，还有比这更有趣的吗？这些器官的一致性表明它们具有相同的进化来源：都是从早期鱼类的鳍进化来的。换句话说，它们都是“同源”的。

这些拥有同源器官的动物似乎在告诉人们：它们有着共同的祖先。但是，因为要适应不同的生活环境和生存状态，动物的同源器官在功能和形态上有明显的差异性，这种差异性正是物种形成的基础。虽有差异，但是在陆生哺乳动物中，作为同源器官的四肢，在步态行走上的表现则大相径庭，例如，用脚掌行走的动物，一般是靠足跟、脚掌和跖骨行走，如獾、熊和人类等；用蹄行走的动物，适应于迅速奔跑，只有趾尖着地，脚趾有坚硬的蹄覆盖，如长颈鹿、梅花鹿等；用趾行走的动物，整个身体的重量靠四趾或五趾承担着, 脚的中间部分即脚掌不着地，如狗、猫等食肉动物。

它的成果之二是同功器官。你见过栖息在海洋中的庞然大物蓝鲸吗？它们成群结队游弋在大洋中，不时喷射出高高的水柱，让人不禁产生敬畏之情。鲸由于长期适应水中生活, 前肢已变为鱼鳍形状, 后肢完全退化，乍看起来和鱼很像，所以俗称为鲸鱼，很多人都把它们误解为鱼。其实，它们不是鱼而是生活在海洋中的哺乳动物，与人类的亲缘关系很密切。除了胎生、哺乳和恒温的特点外，鲸与鱼的本质区别在于：鲸用肺呼吸，而鱼是通过鳃来呼吸。鳃与肺是功能相同的器官──完成呼吸。像鱼的鳃和鲸的肺这样功能相同，但来源和结构不同的器官，就是比较解剖学上所说的同功器官。同功器官的存在表明：在进化的过程中，从不同祖先演化而来的动物，为了适应相似的环境条件，具有相同的功能，器官形态也会变得相似。

为了了解鱼和鲸呼吸原理的差异，让我们首先看一下鱼在水中是怎样呼吸的。鱼类一般有5 对鳃弓，前4 对鳃弓长出2 个并列的薄片状的鳃片，鳃片由无数鳃丝排列构成，每条鳃丝两侧生出许多突起，我们把它们叫做鳃小片。鳃小片主要由呼吸上皮和毛细血管构成，当水流过鳃小片的时候，水中的氧气即可透过呼吸性上皮进入到毛细血管中，完成气体交换。

那我们再来看看鲸，鲸没有腮，不能在水中呼吸。鲸通过头顶的喷气孔将空气吸到肺中进行呼吸。肺是由气管、支气管和肺泡组成的器官。肺泡的功能与腮小片相似，是呼吸的基本单位，外界气体和血液中的气体在肺泡内进行交换。鲸的肺活量非常大，它的肺可容纳15 000 升气体，相当于1200 辆轿车的大小。下潜时贮存大量氧气，上浮时通过头顶部的“鼻孔”呼出大量二氧化碳，这些喷出的气体会将周围的海水也喷上空中，形成水柱。鲸一次吸气可以潜入水下长达2 个小时之久。这就是鲸没有鳃，却可以在水中自由生活的原因。

我们身边还有很多这样的例子，比如鸟类的翅膀和蜻蜓的翅膀也是同功器官。它们的构造不同，但功能都是飞行。为了适应相同的飞翔环境，它们进化成内部构造不同，外表相似，功能相同的飞行工具。

鸟类的翅膀是由爬行动物的前肢演化而来的，由骨骼、肌肉、皮肤和羽毛构成，比蜻蜓的翅结构更复杂，功能也更强大。鸟类分布范围非常广泛，不论是广袤的大洋，还是高山之颠，都可以见到鸟类展翅翱翔的身影。由于需要适应各种不同的生存环境，鸟类在进化过程中形成了形态各异的翅膀，有长而尖的“高速翅”，也有宽而薄的“滑翔翅”等等。

蜻蜓的翅是表皮的衍生物，进化得非常成功。它的表面有清晰的脉络，在其前缘，各有1 个翅痣，可保持翅的震动规律性，并可防止因震颤而折伤。凭借这种膜质的翅，蜻蜓拥有极强的飞行能力，每秒钟可飞10 米，既可突然回转，又可直入云霄，有时还能后退飞行。

同源器官与同功器官向我们证明着：为了适应不同的生活环境和生存状态，同一个祖先会进化出不同的后代动物，而不同祖先演化而来的动物，又为了适应相似的环境条件，一些器官形态又会变得相似，而这也正是进化的神奇之处。