生物进化中的十大奇迹
2005/3/1 来源:新华文摘 作者:江 淼


  经过漫长的岁月,地球上的生命从肉眼看不见的单细胞生物进化成多细胞的藻类、菌类、植物、动物甚至人类,期间经历了一次又一次的重大突破。最近,众多生物学家评出,在这个残酷而漫无目的的进化过程中,以下10个奇迹般的突破特别值得关注。
  
  1多细胞生物
  
  从单细胞生物进化到多细胞生物,这是生物进化中的一次飞跃。这一不可思议的进化过程将无数个独立细胞结合在一起,组成神奇复杂的生物体结构。这一过程极为漫长,大约经历了30亿年,包括至少16个不同的时期,动物、陆地植物、菌类和藻类等都参与其中。
  
  2大脑
  
  大脑一直被看作进化的最大成就,因为它包含着语言、智能和意识等人类的最根本特性。然而,在这些特性出现之前,大脑自身的进化就已了不起:它将生命引出了植物的范畴,且第一次赋予了有机体快速处理环境变化的能力。
  当大脑有了感觉和记忆之后,动物就可以对环境的变化进行实时监控,并衍生出简单的预测与奖励机制。即使如昆虫和扁形虫等大脑非常简单的动物,也能够根据自己的经验预测下一步该干什么或能吃到什么,并通过奖励机制来强化所作出的正确选择。
  
  3眼睛
  
  眼睛的出现是生物进化的一大亮点,因为它彻底改变了生命活动的许多规则。在眼睛出现之前,生物的形态是温和、驯服的;眼睛的出现则意味着一个充满残酷竞争的世界拉开了序幕。眼睛使许多动物成为主动的猎食者,这在很大程度上大大加快了生物进化的步伐。
  大约在5.43亿年前,那时寒武纪刚刚开始,眼睛首次出现在一种叫莱德利基虫的三叶虫身上。这种眼睛由感光细胞组成的感光斑进化而来,类似于现在昆虫的复眼。奇怪的是,从已有的化石记录来看,眼睛的出现似乎是个突发事件,因为5.44亿年前的三叶虫祖先根本没有这一器官。
  值得一提的是,眼睛至今在生物界也不是非常普遍的现象,在37个门类的多细胞动物中,仅有6个门类进化出了眼睛。这6个门类包括人类、脊索动物、节肢动物、软体动物等,是地球上数量最多、分布最广和进化最为成功的几大种类。
  
  4语言
  
  对人类而言,语言是最为重要的进化成就,它是人类区别于其他动物最为根本的特征。它使我们人类拥有了意识、认同感、思考能力、同情心和道德感等。那么,语言在生物进化过程中扮演了哪些重要角色呢?
  10年前,英国苏塞克斯大学的生物学教授约翰·梅纳德·史密斯和匈牙利布达佩斯高级研究院的伊罗斯·萨马里,在共同发表的《进化中的主要转变》一文中描述了生命进化过程中的几次飞跃。他们认为这些关键的飞跃是信息组成和遗传过程中的伟大创新,从生命起源开始,到语言的出现终结。
  萨马里指出,我们的祖先是如何获得语言的,这可能是目前科学界最难解决的问题之一。他认为复杂语言的进化是一次性完成的。与很多人相信的理论不同,他们的观点是大脑中产生语言的功能区并不局限于布洛卡区和韦克尼克区,而是有相当多的部位存在语言功能。因为这两个区域损坏后,其他区域可恢复行使语言功能,便是最好的说明。
  
  5光合作用
  
  在光合作用出现之前,那些单细胞微生物从硫、铁和甲烷等中获取能量。大约在35亿年前或者更早的时候,一些微生物产生了一种捕捉太阳光能来制造碳水化合物、用来维持生长需要的能力,这就是原始的光合作用。没有人知道它们是如何获得这种特性的。不过,那时的光合作用还不能制造氧,而是用硫化氢和二氧化碳为原料制造碳水化合物,同时产生硫磺。一段时间之后出现了一种新型的光合作用,它能用水和二氧化碳来制造碳水化合物与氧。有趣的是,那时的生命都是厌氧型的,故氧对它们而言是有毒的。后来,一些微生物进化出能容忍氧的生理机制,并以氧作为一种能量来源。
  光合作用的出现,为那些复杂的多细胞生物的诞生准备好了一切。
  
  6性别
  
  对大多数物种而言,有性繁殖是惟一的选择。有性繁殖较无性繁殖更为高级和复杂,更有利于物种一代代延续下去而不致灭绝。
  无性繁殖如何进化到有性繁殖,以及为什么会发生这样的进化,至今依然是个谜。有许多生物学家认为从无性繁殖进化到有性繁殖实际上是一种失策,进化过程应该更眷顾无性繁殖。其理由有二:一是在资源争夺战中,无性繁殖种类的竞争力远远超过了有性繁殖种类;二是在有性繁殖过程中,通过精子与卵细胞分别传递了父本与母本各一半基因,而无性繁殖则传递了亲本的全部基因。当然,有性繁殖的优势是显而易见的,因为它提供了遗传重组的基础。只有通过有性繁殖,才有可能出现变异;也正是由于有了变异,才使得生命能不断适应各种生存环境。
  
  7死亡
  
  没有死,何来生?所以死亡是一种进化策略。研究发现,在任何一种多细胞生物体内都存在一种细胞程序性死亡——细胞凋亡,这是一种自我毁灭的机制。胚胎在发育过程中必须依赖细胞凋亡,一旦阻断细胞凋亡,发育过程就乱套了。一旦细胞凋亡紊乱了,就有可能产生癌。实际上,细胞凋亡在人的日常生活中的作用至关重要。当人体发生炎症以后,那些吞噬了细菌或病毒的白细胞就会自杀,从而消除炎症。植物也利用细胞凋亡来抵御病原菌:将受感染的区域隔离起来,然后自行杀灭其中的细胞。至于细胞凋亡的机制,目前尚不太清楚。
  
  8寄生
  
  寄生这个词总是与“偷窃”、“欺骗”以及“鬼鬼祟祟”联系在一起的。但不可否认的是,寄生虫与宿主之间的斗争是推动进化的最强劲的动力之一。没有掠夺者和吃白食者,生物界完全不是现在这个样子。
  宿主对于寄生虫的进化也会产生影响。比如,那些需要人与人之间接触传染的疾病并不是很致命的,因为它要确保患者活到一定寿命以利于疾病得到更广泛的传播。而寄生者对进化的影响则更大,寄生者的DNA可以剪切并粘贴到宿主基因组任何位置,从而使宿主产生基因突变。
  
  9超个体现象
  
  超个体现象是指许多生物个体聚集在一起,分工合作,共享劳动成果,过着和谐的、“乌托邦”式的生活。它在自然界中是一种常见现象。僧帽水母就是一种典型的超个体生物,它是由单细胞生物组成的一个群居体。这个超个体生物有着精细的分工,有的专门行使运动功能,有的负责摄食,有的则负责输送养料等。这种生活方式的优势非常明显,与单个体生活相比,聚居可以更好地抵御天敌,占据新的栖息地,以及应对环境的变化等。它经历了好几次进化,至于是如何进化的,依然是个谜。
  
  10共生
  
  共生的定义有许多,这里是指两种生物身体紧密接触,相互依赖,互惠互利,尤其在摄食方面。实际上,共生现象已经引发了进化研究的新热潮,而且生物的进化反过来促使共生关系不断出现。
  共生现象在自然界很普遍,大约90%以上的植物种类存在共生现象。比如,兰花种子比灰尘还小,不含养料,一旦缺乏真菌的感染,它就无法获得发芽和生长所需的营养;珩鸟从鳄鱼牙中啄取水蛭,为鳄鱼提供口腔卫生服务,它自己也因此得到了所需的食物。在自然界中,没有一种动物(包括人类在内),可以离开那些生活在肠道中帮助消化食物并产生维生素的有益菌,这些有益菌和我们有唇齿相依的关系。
  (摘自《科学画报》2005年第8期)