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从生物学角度分析:半人马是否可行?


半人马在生物学上是否可行?

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瞻云,科普人,擅脑洞。公众号「瞻云」
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本回答将从生物学的角度,一步步推导半人马的演化过程。

我们都知道,哺乳动物不是六足,是因为爬行动物不是六足。

而爬行动物之所以没有六足动物,是由哺乳动物的远祖 - 鱼类的鱼鳍所决定。

我们以鲫鱼的鳍,举个「栗子」。

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鲫鱼的臀鳍、尾鳍、背鳍是单鳍,胸鳍和腹鳍是偶鳍。

哺乳动物鱼类远祖的胸鳍,演化成了后来的前肢,腹鳍演化成了后肢。

有人可能会问:为什么臀鳍没有进化成偶鳍,让后来的两栖动物成为六足的呢?

根本原因,在于鱼鳍的分工:

背鳍、尾鳍、臀鳍,三个单鳍主要是平衡作用。

例如:

  • 没有背鳍,鱼类就会侧翻。(这也是为什么鲨鱼割掉背鳍之后,会死掉的原因)
  • 没有尾鱼,鱼类就无法转弯。
  • 没有臀鳍,鱼类前进时,身体就会不断摇晃。

而胸鳍和腹鳍则是用来决定运动方向,提升「微操」和敏捷,保证足够的活动能力。

从生物动力学的角度来说,鱼类的胸、腹偶鳍,以及臀鳍、尾鳍、背鳍单鳍的搭配是最节能的,各个鳍不仅能做到最优化的协作,而且完全没有多余。

生物在演化过程中,由于生存竞争的压力,会淘汰不够节能的演化方向,令生物演化的主要方向(前提是足够强的生存竞争)总是朝着节能前进的。

寒武纪和奥陶纪的海洋,先后由三叶虫、奇侠,鹦鹉螺和板足鲎称霸,鱼类的生存空前被压迫到了极致。

  • 因为早期的「鱼」 实际是这个样子:
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这是活化石文昌鱼,它的身体构造应该介于皮卡虫和昆明鱼之间。

皮卡虫是迄今发现最早的脊索动物,而昆明鱼是最早的脊椎动物,二者的时间都在 5.3~5.4 亿年前。要么可能存在更早的脊索动物,要么早期脊索动物到脊椎动物的演化,是一个较快的过程。

文昌鱼的体型只有 5cm 左右,这也是早期鱼类的体型大小。它们根本无法和海洋节肢动物,以及海洋头足纲竞争。

可以说长达一亿年的时间,哺乳动物远祖都是完全苟着的。生存下来的后代足够高效节能,就决定了曾经可能演化出的多偶鳍鱼类,因为不够节能而灭绝了。

偶鳍、下颌,以及髓鞘,主要都是在奥陶纪(4.4~4.8 亿年前)演化而来的。

  • 具体演化过程就不细谈了,有兴趣的,可以看看我这个回答:

为什么人类没有发展出攻击性的器官?

  • 既然多偶鳍的鱼类不够节能,会在早期海洋灭绝,那么半人马还有可能演化出来吗?

当然是可能的,这里不妨来看看地球上现存的六足动物:

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啊,放错了。

是这个:

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其它一些回答,已经提到了螳螂等昆虫是六足。

昆虫占总生物物种的 50%,但实际并不仅仅只是昆虫才是六足的。

在生物分类学上,所有的六足节肢动物分类在了一个亚门:

名字很直接,就叫做:六足亚门。

如果从地球物种数量的角度来说出,六足动物才是主流,非六足动物反而其次。「惊喜」

  • 那么六足动物,为什么是六个足呢?

这就要看六足动物的演化过程了。

在寒武纪之前,6.3 亿年前的海洋,就出现过一次生物演化的繁荣。

叫做埃迪卡拉纪繁荣,出现了早期腔肠动物和蠕形动物。但在埃迪卡拉纪末期发生了灭绝事件。这导致,演化出外骨骼的节肢动物,在寒武纪的崛起。

含几丁质的外骨骼,可谓是生存的利器。在外骨骼的保护下,它们迅速适应和称霸原始海洋。

但正是早期因为生存压力足够低,所以节肢动物可以往很多方向演化。

因为坚硬外骨骼的存在,节肢动物要保证足够的灵活性,身体就必须分节。

通常来说,一个节对应一对足,是最经济的。由于演化方向不定,早期竞争压力不大,这就导致了节肢动物,朝着不同的方向演化,身体可以出现不同数目的节,这就出现了五花八门的多足类节肢动物。

  • 后来演化足够稳定之后,大约形成了四大类:
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从演化关系可以看出,六足类是最后演化出来了的。

它们起源于泥盆纪的早期土壤,是极其微小的节肢动物。比起其他节肢动物,这些节肢动物除了有三对足之外,平平无奇。在其它节肢动物的坚硬甲壳、螯、毒刺之下,脆弱不堪。

  • 它们演化的成功,在于身体结构的优越性。
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以举例举例,身体分成头,胸,腹三部分,并分别分节。

头部生有一对触角,拥有感官中枢。

胸部三节,生有三对足,负责运动。

呼吸、消化、排泄,以及繁殖器官,则存在于柔软膨大的腹部(腹部多节,但足退化)。

有条件的,还可以长出两对翅膀。

六足亚门的身体构造,令它们在保证身体存在外骨骼的条件下,拥有最为节能经济的身体构造。这是它们在泥炭纪爆发,并在后来成为地球主要物种的根本原因。

六足亚门通常六足行走,有的会使用前肢捕猎,例如,螳螂。

  • 为什么它们是六足最经济,而哺乳动物却是四足最经济?
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由于节肢动物的足生在胸腔,那么就必须保证有支撑头部的前足,支撑身体中部的中足,以及能支撑膨大腹部的强壮后足。

好了,对比了鱼类和六足亚门的身体构造,想必有人已经想到了,地球上如果能存在人马可能会存在的演化过程。

地球上的鱼类在演化成脊椎动物的昆明鱼之后不久,在奇虾、板足鲎的先后压迫下,竞争选择出了有甲壳的甲胄鱼,其中最为成功是星甲鱼。

星甲鱼张这个样子:

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有硬甲的存在,那么就可以存在以下的演化方向。

  • 接下来是模拟演化半人马的过程:

在甲胄鱼出现的过程中,其实是可以朝着另外一个方向演化的。

给早期甲胄鱼,给予更加严酷的生存压力,生活下来的甲胄鱼全身武装硬甲。

竞争压力再加大,为了保证灵活性,一些后代身上的硬甲会出现分节,身体内部的构造也随着硬甲出现一定的改变。在演化的过程中,鱼鳍随着硬节的分布而出现。

当分节出现之后,再给这种动物降低一定的生存压力,令它们大繁荣,占据早期的海洋,令它们成为主流生物。(例如昆虫、陆地爬行动物的繁荣,都离不开植物大繁荣带来的生存压力降低。陆地植物大繁荣,又和氧气增加,臭氧层形成息息相关)

我们不妨称这些动物为:海洋硬甲分节鱼类。

  • 当海洋硬甲分节鱼类繁荣之后,内部竞争压力再增大,或者出现灭绝事件,登陆几乎是必然发生的。

不过对于登陆的分节肉鳍鱼来说,硬甲其实是一种负担,所以能登陆的鱼类,在演化过程中已经失去了硬甲。刚刚登陆之时,没有其它大型动物,生存竞争压力降低。对于体型较大的分节鱼类来说,也不再需要硬甲的保护。

这时候,便演化出了陆生分腔鱼类

由于它们并非节肢动物演化而来,而是鱼类演化而来,所以他们的身体不会像节肢动物那样,器官全部移到最后面,反而可能是分成了不同的体腔。

根据偶鳍的数目,登陆之后,这些动物,也会出现不同的足。

例如蛇像蜈蚣一样,身体分节,呈现多足状态。

  • 在接下来的演化过程中,出现六足爬行动物,几乎已经是必然。

他们的身体分成头、胸、腹三个部分,六足全部在胸部,分别支撑身体。

由于体型较大,为了提升足够的灵活性,存活下来的六足分腔爬行动物,胸腔会相应的延长,腹腔会收缩,甚至是退化。

我们知道,昆虫的胸部分成前胸、中胸,以及后胸三节,这个时候的六足爬行类,虽然身体内没有完全分节(但会出现一定的分隔,以适应当初的硬甲分节)。所以应该会类似于膈肌,把胸腔分成了三个部分。

当腹腔退化,胸腔延长之后,原本的后胸腔,则会演化成新的腹腔,主要为生殖器官所在部位。中胸部主要是消化器官,前胸部主要是呼吸器官和心脏。

  • 其实对于陆生爬行类来说,四肢已经是最经济的。

所以在演化过程中,前肢要么退化,成为和现今爬行动物相当的类型,要么解放前肢,强化抓握能力而留存。

  • 这些因为强化抓握能力,而保留前肢的六足爬行类,拥有智力提升的更强空间。

按照这个演化路经,当演化出六足哺乳动物,我预估可以提早 2 亿年,演化出媲美人类的智慧(因为解放双手太早了,当然还需要同时增加相应的竞争压力,并且没有在口腔和牙齿上过多的武装)。

也只有很早就演化出足够高的智慧,才能保证足够强的食物获取能力,尤其是水果和肉类,才不至于长出马嘴,马的消化系统。

这样,半人马自然就能演化出来了。

这里,借用一下高赞的图:

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通过这样方式演化出来的半人马,腰部往上的位置是上腔,主要是心肺以及消化道。

腰部部位存在进化残留的前膈。

从腰部到到中肢后一点点,是中腔(或腹腔),胃、小肠、肝等主要消化器官位于这个部分,而且消化系统极其发达。

人类粪便干物种中,含 30% 死细菌,20% 为脂肪,30% 为未消化残存食物、脱落细胞物质等等。

半人马的消化系统,则能消化吸收绝大部分的营养成分。这样,虽然食量会比人类大很多,口腔和牙齿会一定的强化,但不至于过于夸张。

但要接近人类脸型,主肉食是必然。

因为食量很高,狩猎能力、攻击性,远超早期人类。再加上高智力,对其他哺乳动物形成降维打击。由于整个上腔容纳心肺,耐力并不见得比人类弱。

中腔之后是后腔(或尾腔),排泄器官、生殖器官在这些部位。中腔和后腔之间存在后膈。

  • 早期半人马的体型,和图上的这个体型应该相差极大。

因为重心关系,上腔的心肺是接近腰部的,而且上肢足够的细小。如果没有足够大的奔跑压力,下面四肢也不会有图中那样的强壮。

不过,我们可以预设,生存过程中,出现相应的环境变化,令他们有奔跑的生存压力。那么下方四肢,是可以进化出图中形象。

  • 最关键就是上腔的演化过程中,单纯从生物自然演化动力的角度来分析,是不可能的。

那就只能从人类的审美角度来了。

首先半人马会像人类演化过程那样,只留下一对乳房,位于上腔,其他部位乳房退化。

生殖器依旧位于最后方。

那么经过长期的生殖审美选择之后,胸部和臀部,自然会往更大、更饱满的方向演化。

那么上半身演化成 S 曲线,就有可能了。

  • 当上身完全直立之后,步行时的重心问题不大,但奔跑时,重心则会因为过重的上腔,出现大问题。

但其实,还是有两种方法可以解决:

1、在身体后面武装足够的盔甲,令身体中心后移。

2、上身足够的小巧化,并增强中肢。

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像这张图里的半人马,由于上半身足够的小,若能再适当的强化中肢,奔跑起来,也就不存在重心问题了。

  • 总的来说,半人马并非和某些分析那样,在生物学上不可行,而是可行的。

只不过和人体的内部构造有一定的差异,除了器官的分部之外,还有肋骨的不同。

  • 因为存在三个墙体,所以他们的肋骨其实也被前膈和中膈,分成了三个部分(原本没有肋骨的腹腔,是退化掉的)。

而他们脊椎骨的形态,应该类似于眼镜蛇形。

硬生生把人类骨架和马的骨架拼凑在一起,认为半人马不可能性的言论,可以休矣。

  • 不我们不妨假设这样的一种可能性。

未来 500 年之后,人类弄清楚了当前存在的主要生物的所有演化路径,以及对应的基因编码。

让空前发达的人工智能,学习相应的数据之后,计算出半人马演化后的基因图谱。

那么,通过未来足够强大的生物设计能力,便能直接创造出半人马来。

所以,半人马不仅仅可能存在于神话或虚拟世界,还可能存在于未来世界。


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