当马或猎豹需要加速时，它们会进入一种称为“奔跑”的步态。兔子则会跳跃。一些水生动物依靠鳍来移动，这种运动方式被称为“爬行”或“蹬水”。所有这些运动都很特别——左右脚或鳍的落点时间间隔并不均匀。
并非所有动物都依赖这些运动方式来快速移动。然而，所谓的“不对称步态”并非脊椎动物的新创新，科学家在3月8日的《实验生物学杂志》上报道。研究人员分析了数百个物种的运动观察数据，并得出结论，不规则步态可能最早出现在古代鱼类动物身上，甚至在脊椎动物登上陆地之前。这些发现表明，在脊椎动物的历史上，不同类群的动物获得和失去了使用不对称步态的能力。
尽管“或多或少”已知陆地动物独立进化出了这些运动方式，但“这种能力对于有颌鱼类来说是古老的这一想法相对新颖且有趣，”约翰·哈钦森（John Hutchinson）说，他是英格兰哈特菲尔德皇家兽医学院霍克斯黑德校区的进化生物力学教授，未参与此项研究。他在一封电子邮件中表示。
当动物行走或小跑时，它们会以一种规律、均匀的时间模式移动四肢，这种步态被称为“对称步态”。为了更快地移动，许多动物可以切换到不对称步态，南卡罗来纳州查尔斯顿学院生物学教授、该研究的合著者埃里克·麦克埃尔罗伊（Eric McElroy）说。一个典型的例子是马的奔跑。
在奔跑时，所有四只脚都以不同、不均匀的时间间隔触地，麦克埃尔罗伊和他的合作者、纽约理工大学的迈克尔·格拉纳托斯基（Michael Granatosky）在论文中写道。哺乳动物并非唯一的奔跑者；一些鳄鱼也被观察到使用这种步态。
瞪羚可以实现另一种不对称步态，称为“跳跃”，涉及弹跳到空中，然后四只脚同时落地。蟾蜍和兔子使用“跳跃”或“半跳跃”步态，后两只脚同时落地。弹涂鱼、海龟和一些海豹在陆地上移动时，会同时移动它们的前鳍，采用一种“爬行”步态。一些鳐鱼和其他鱼类则通过同时移动腹鳍来“蹬水”，在海底滑行。
还有一些脊椎动物似乎不使用不对称步态，包括蜥蜴、蝾螈、鸭嘴兽、刺猬、懒猴和大象。
为了了解这些步态何时首次出现，麦克埃尔罗伊和格拉纳托斯基查阅了308种不同的颌口类动物（即有颌脊椎动物）的对称和不对称运动报告。绝大多数现存脊椎动物都属于这一类，除了盲鳗和七鳃鳗。
研究人员使用计算机模型研究了四种不同的进化情景。在一种情景中，颌口类动物的共同祖先具有不对称运动的能力，其后代可能会失去这种能力但无法重新获得。另一种模型假设该特征只能获得，这意味着颌口类动物的祖先没有不对称步态。
在第三种模型中，不对称步态在整个进化树中以大致相等的速率出现和消失。第四种模型则取消了速率限制。这使得生物“能够拥有非常快速的不对称步态进化和非常缓慢的不对称步态丧失，”麦克埃尔罗伊说。“它们在进化速度方面可以有很大的不同。”
根据不对称步态在现代脊椎动物中的分布情况，他和格拉纳托斯基发现第四种情景最有可能。他们计算出，颌口类动物祖先使用某种不对称步态的概率约为75%。
这种鱼类生物很可能生活在4亿到4.5亿年前的浅海沿岸，比它们的一些后代登陆早2500万到1亿年。麦克埃尔罗伊说，颌口类动物祖先可能利用鳍在海底“爬行”或“蹬水”，他指出，许多早期有颌脊椎动物的化石与目前使用这些运动方式的鱼类（如鳐鱼）相似。
该团队还确定，导致现代哺乳动物出现的祖先很可能拥有不对称运动的能力，而两栖动物和蜥蜴的祖先则很可能没有。
尚不清楚为什么不对称步态在某些脊椎动物群体中会消失。大象可能体型太大，无法在不给骨骼造成危险压力的情况下奔跑。某些动物，如懒猴和许多乌龟，可能移动速度不够快，不需要不对称步态。
蜥蜴可以在不以不对称方式移动四肢的情况下快速爬行。“我从未见过蜥蜴奔跑，这很奇怪，并且暗示着某种神经肌肉的限制，”麦克埃尔罗伊说。“我想仔细研究一下，找出蜥蜴是否真的无法做到这一点，还是它们只是极少做到，或者有一些蜥蜴亚群可以做到但我们还没有研究过？”
研究人员检查的308种现存动物仅占估计的69,000种脊椎动物物种的一小部分。哈钦森说，这可能导致分析结果的偏差。
麦克埃尔罗伊承认，对现代鱼类物种的观察相对稀少。“鱼类在（进化）重建中往往会产生更大的影响，因为它们是最古老的物种，”他说，这代表着“一个局限性，也是未来探索的领域。”考虑已灭绝脊椎动物的运动方式也能改进这些估计，但关于它们如何移动的知识仍然很少。
尽管存在这些局限性，哈钦森说，“这项研究很有价值，因为它综合了大量数据和良好的进化工具，并将激发对它提出的问题的进一步研究。”
