人类为什么没有鳃？

我们遥远的鱼类祖先有鳃，那么为什么人类没有呢？

大约 3.75 亿年前，一种名叫提塔利克鱼的长相滑稽的鱼冒险上岸，它使用了新颖的适应方式：用浅裂的鳍推动自己在陆地上“行走”，喉咙里有气囊从空气中呼吸氧气。 提塔利克鱼也有鳃，是已知最早的四足动物或四足动物的共同祖先。

几亿年来，四足动物进化成了无数物种，包括智人。那么，如果人类是从鱼进化而来的，为什么我们没有鳃呢？

部分答案是实用的：鳃需要保持湿润才能工作，这对于不生活在水下的动物来说并不理想。鳃有很大的表面积和数千个微小血管，使氧气可以轻松进入血液。蒙大拿州立大学的进化生物学家克里斯·奥根说，当水流过鳃时，氧气会扩散进来，二氧化碳会扩散出去。如果陆地动物有鳃，它们很快就会干涸，从而成为一种低效的呼吸方式。另一方面，我们人类的肺部擅长从空气中吸收氧气，并通过气体交换进入我们的血液。

但早在海洋向陆地转变之前，肺就已经存在了。 “肺在进化中实际上是令人惊讶的原始，”Neil Shubin，芝加哥大学的进化生物学家，他是发现Tiktaalik团队的成员之一化石于2004年，告诉Live Science。当我们的鱼类祖先还生活在水下时，除了鳃之外，他们就已经有了肺。

“鱼不会来到陆地上说，‘我需要肺；我要进化肺，’”奥根告诉《生活科学》杂志。只有拥有肺部的鱼类才能侵入陆地并生存。如果一条没有肺的鱼试图在陆地上生活，它就会死。他补充说：“这些特征是由于其他原因而进化出来的，然后让这种动物能够利用这个新环境。”

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奥根说，同样，科学家认为我们的鱼类祖先进化出手臂是为了在海底移动，这后来在寻找食物和在陆地上移动时派上了用场。这就是自然选择发挥作用的地方：因为这些类似手臂的结构对陆地有益，所以动物在接下来的几百万年里进化出了更长的四肢和手。同样的情况也可能发生在肺部。奥根说，像肺这样的软组织不能很好地形成化石，因此科学家们不确定人类的肺到底是如何进化的。但现有证据表明早期的肺首先进化成蜥蜴的简单肺，然后进化成哺乳动物特有的细分肺。值得注意的是，哺乳动物进化出了隔膜——调节我们呼吸的肌肉——或许可以追溯到 3 亿年前。

相反，不再有益的结构通常会消失。奥根说，随着时间的推移，鳃缩小并仅限于幼鱼，直到它们最终在大约 3.15 亿年前的石炭纪时期在全职陆地动物中完全消失。大约在那时，第一批爬行动物以及第一批鸟类和哺乳动物的祖先开始进化。

原始鱼类居然有肺，这似乎很奇怪。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，特别是对于需要更多氧气的大型动物而言。舒宾指出，季节变化也会影响水中的含氧量。例如，如果水中有很多枯叶，它们就会吸收氧气。因此，气囊——原始的肺——允许鱼吞咽水面以上的空气以补充氧气的摄入量。现代肺鱼已经存在了超过 4 亿年，也具有同样的能力，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的鳃。人类胚胎具有鱼腥味的物理特征：称为咽弓的微小褶皱类似于鳃，但我们并不用它们来呼吸。舒宾说，虽然它们并不完全是鳃，但它们绝对是早期鳃的遗迹，有点像一种古老的食谱，现在正在制作与以前不同的东西。在整个胚胎发育过程中，这些拱门成为下巴、喉咙和耳朵的一部分。 “所有有头的生物都会经历咽弓阶段，”舒宾说。换句话说，没有咽弓，动物的头部就无法形成。

水生鳃呼吸物种在胚胎发育过程中也有这些拱门。舒宾说，唯一的区别是，这些弓连同周围的骨骼、肌肉、神经和动脉一起发育成真正的鳃。

我们要感谢我们体内的鱼，让我们有了现在用来呼吸的肺部，而没有尴尬的鳃缝阻碍。