進化過程中最大的問題之一是動物群體何時以及如何首次進化。 四足動物（所有有肢體的脊椎動物）從它們的魚類親屬中崛起，標誌著地球生命史上最重要的進化事件之一。 這種 「從魚到四足動物」的轉變發生在中泥盆紀和晚泥盆紀之間（約4-3億年前），代表了一個重大環境轉變的開始，即脊椎動物第一次走上陸地。

然而，關於這一轉變動態一些最基本的問題幾十年來一直沒有得到解決。 在2021年8月23日發表在《自然-生態學與進化》上的一項研究中，哈佛大學的研究人員確定了最早的四足動物起源日期，並發現它們獲得了幾個主要的新適應性特徵，使脊椎動物能加速進化速度，以適應在陸地上生活。

研究人員應用最近開發的統計方法（貝葉斯進化分析）精確估計了四足動物崛起期間，解剖學進化的時間和速率。 貝葉斯方法改編自最初在流行病學中開發的方法，用於研究像COVID-19這樣的病毒如何進化，最近才成為古生物學中研究物種進化的工具。

上圖中動物剪影的顏色代表不同身體區域的解剖學進化率，而背景顏色則表示正在經歷穩定與定向進化的群體。 該研究還創新地結合了來自腳印化石和身體化石的數據，以確定四足動物的起源時間。 通常情況下，腳印數據是在其足跡製造者的身體化石之後出現的。 現在研究人員發現四足動物腳印比第一個身體化石要早幾百萬年，這是極不尋常的。 通過結合腳印和身體化石，研究人員能夠為四足動物的起源提供一個非常精確的時間，即大約3.9億年前，比最古老的四足動物身體化石早1500萬年。

研究人員還發現，大多數四足動物近親的解剖學進化速度異常緩慢，這表明四足動物的魚類親屬相當適應它們的水生生活方式。 研究人員發現，第一個四足動物的進化系脫離了這種穩定的模式，以令人難以置信的速度獲得了幾個主要的新特徵以適應陸地生活，這種進化持續了大約3000萬年。

西蒙斯和皮爾斯還擴展了分子方法來研究早期四足動物身體進化的不同部分，如頭骨、下顎和四肢的進化速度，以及作用於每個部分的自然選擇強度。 他們發現，四足動物骨骼的所有部分都處於強大的定向選擇之下，以進化出新的適應性特徵，但頭骨和下頜的進化速度比身體的其他部分，包括四肢的進化速度快。 這表明，在魚類向四足動物過渡的最初階段，頭骨的變化比骨架其他部分的變化具有更強的作用。 四肢向陸地生活的進化很重要，但主要是在四足動物進化的後期階段進化，以變得更加適應陸地生活。