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    殼椎類多為小型兩棲動物,適應於淺水及沼澤生活;最早出現於早石炭世,至古生代末滅絕,從未繁盛過。一般分為三個目:遊螈目、小鯢目和缺肢目。小鯢目都是一些適合生存在水邊地下或沼澤中的小型的原始兩棲動物,而缺肢目則特化成小型、細長而且沒有四肢的蛇狀兩棲動物。遊螈目是殼椎類中數量、種類和形態都最為多樣化的家族。它們在石炭紀後期開始向兩個方向進化,一支進化成體形細長的鰻魚狀或蛇形兩棲動物;另一支則身體和頭骨都向著扁平而且寬闊的方向發展,例如二疊紀著名的笠頭螈,頭骨側面和頂蓋部分的骨骼向側面極度生長,以至於頭骨的後部好像向兩側長出三角形的“角”一樣,而且使整個頭骨的形狀像一頂斗笠,因而被命名為“笠頭螈”。笠頭螈的身體也是扁平的,而且肢骨又小又弱。顯然,這種動物很可能屬於底棲形的兩棲動物,大部分時間可能都是呆在小溪或池塘的水底生活的。

    迷齒類是地球上最早出現的陸棲脊椎動物,它們繁盛於石炭紀和二疊紀,少數種類延續到三疊紀。其錐狀牙齒橫截面上具有迷路構造,因此得名。頭骨由堅硬厚大的骨片組成,因此也稱為堅頭類。與肉鰭魚類相比,頭骨扁平,骨片減少,舌頜骨退入中耳形成鐙骨,具有聽凹。此外,它們當中的多數種類體表還有厚重的鱗甲。 迷齒類繁盛的時代,地球上的沼澤、河流和湖泊中到處都有這種動物。在古生代的後期和三疊紀,它們遍佈在地球的所有大陸上。迷齒類分為三個目:魚石螈目、離片椎目和石炭螈目。

    蜥螈亞目中的蜥螈是一種特殊的兩棲動物,在它身上可以看到即有一些兩棲動物的特徵,又有一些爬行動物的特徵。這種現象為爬行動物起源於兩棲動物提供了強有力的證據。

    兩棲類的起源很可能發生在泥盆紀後期。當時,肉鰭魚類中的某個物種登上了陸地,從此開創了一個全新的適應和進化方向。這是早期脊椎動物的一次冒險,是向它們完全陌生、只能部分適應的新環境跨出的大膽的一步。但是,這種進步的呼吸空氣的魚類一旦邁出了這一步,很快就轉變成為原始的兩棲動物。從此,脊椎動物的進化發展道路上許許多多新的可能性被開發出來了。

    有些科學家認為,促使肉鰭魚類離開水並且登上陸地的動力也許恰恰是為了獲得更多的水。這種推測認為,泥盆紀晚期的某些肉鰭魚類很可能曾經受到過極度乾旱的威脅,迫使它們設法尋找新的水塘或溪流以便在其中繼續生存下去,這就使它們不得不先爬上乾旱的陸地,結果,有些肉鰭魚類找到了新的水源,因此得以繼續過它們的魚類生活;大多數Explorer很可能悲慘地死去;但是,最成功的恐怕要數那些在陸地上學會了新的生活方式的個體及其後代們,它們從此開創了全新的陸地生存空間,擺脫了水域對脊椎動物的限制,為向更高階的進化方向前進奠定了基礎。到目前為止,科學家發現的這種最早登上陸地的脊椎動物是一種叫做“魚石螈”的原始兩棲動物。

    魚石螈的頭骨結構堅實,頂蓋上的各塊骨片的位置和形狀都與進步的肉鰭魚類很相似,當然也更加進步一些。魚石螈身體上的骨骼特徵表現了兩棲類和魚類的奇妙組合,脊椎骨比肉鰭魚類稍有進步,但是尾巴上卻依然保留著像魚尾一樣的鰭條。強壯的肩帶、腰帶以及與之相關連的發育完全的前後肢則表明,魚石螈已經完全可以靠四肢在地面上各處走動了。從魚石螈式的祖先開始,兩棲類(綱)在適應陸地環境過程中分化出三個亞綱:迷齒亞綱、殼椎亞綱和滑體亞綱。肺魚類的最早代表是泥盆紀中期的雙鰭魚。在此基礎上,肺魚類在晚泥盆世至石炭紀曾經比較繁盛,至今只有少數極特化的代表生活在非洲、澳洲和南美洲的赤道地區。澳洲肺魚是三個地區肺魚中最原始的,它們生活在昆士蘭洲的一河流中,在旱季河流水量減少時就生活在一個個孤立的小水坑中,到水面上來呼吸空氣,利用它那分佈著許多血管的單個的肺進行呼吸。不過,這種魚還不能離開水面生活。非洲的肺魚和南美洲的肺魚則在它們棲息的河流完全乾涸後還能夠生存好幾個月。當旱季來臨時,這些肺魚就鑽進泥裡並把自己包裹起來,只留下一到數個小孔與外界通氣,以使自己能夠進行呼吸。與澳洲肺魚不同的是,這兩種肺魚都有一對肺。肺魚呼吸空氣的能力自然而然地使我們聯想到,它們可能是魚類和陸生脊椎動物之間的一箇中間過渡環節。特別是澳洲肺魚的偶鰭演化的外形很像是細細的腿,它們甚至可以用這樣的偶鰭在河地或是水塘底部像走路似的移動身體,這樣的身體結構和行為活生生地反應了陸生的四足脊椎動物的早期形態。與其它的魚類家族相比,肺魚類一直是一個不起眼的小家族。從這一支進化路線的主幹發展出了角齒魚屬,它們在三疊紀和隨後的整個中生代裡曾經廣泛分佈在世界上大多數的大陸水域裡。現代的澳洲肺魚就是角齒魚的直接後裔。非洲的肺魚和南美洲的肺魚則是從肺魚亞綱進化主幹分化出去的旁支。非洲肺魚的偶鰭退化成又長又細的鞭狀,而南美洲的肺魚偶鰭也顯著縮小,成為相當小的附肢。肺魚類在南半球大陸上的分佈狀況使一些地史學家認為這證明了過去南半球的各個大陸曾經有緊密的聯絡。但是也有的科學家認為,既然地質歷史時期各種各樣的肺魚曾經遍佈世界,那麼現代肺魚的分佈情況只是代表了過去一度範圍廣闊的肺魚棲息地在現代的遺蹟

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