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揭開進化迷霧:長頸鹿脖子之謎與僅用25年就威脅生態的新物種!


聊一聊進化論吧。 首先,我發現不少觀眾對演化的過程似乎還存在一些誤區。 比如,有觀眾疑惑:人類在演化的過程當中,為什麼沒把眼睛的缺陷“矯正”過來呢? 很多人都有類似的想法,覺得動物器官會自動朝著對自身更有利的方向進化,而且從字面上看,這跟“進化”二字十分契合。

揭開進化迷霧:長頸鹿脖子之謎與僅用25年就威脅生態的新物種!

但實際上,生物的進化並不是這麼一回事。 拿著名的“黑白蛾事件”來說吧:生活在曼徹斯特的胡椒蛾,在英國工業革命前後短短四十年裏,就被觀察到非常有趣的演化現象。 胡椒蛾按顏色可以分為黑化型和白化型兩種。 在工業革命之前,黑化型非常稀少,占比不到十分之一。 工業革命開始後,黑化型數量爆發式增長,迅速佔據總數的98%左右。 研究發現,這與人類的工業活動有關:工業革命之前,樹幹顏色普遍較淺,深色的黑蛾子隱蔽性差,相比顏色淺的白蛾子,更容易被鳥類捕食,囙此數量一直很少。
可工業革命開始後,煤灰污染使樹幹顏色普遍加深,於是白蛾子更容易暴露,反倒是深色的黑蛾子隱蔽性變高,最終黑蛾子數量便壓倒性地增多。

這個例子告訴我們:白蛾子的後代只能是白蛾子,黑蛾子的後代只能是黑蛾子。 工業革命之後,黑蛾子增多,並不是“某部分白蛾子為了適應環境而進化成了黑蛾子”,而是自然選擇使黑蛾子在當時環境下更具生存優勢。 對於胡椒蛾這個物種,它們的基因會隨機出現黑、白兩種顏色; 至於哪種顏色能延續下去,決定權在於自然選擇,也就是“物競天擇,適者生存”。 好在隨著當地環境改善,白蛾子的數量後來又重新增長了。

再拿長頸鹿來說。 它們的短脖子祖先並不知道“長脖子有好處”,有一天可能是因為病毒入侵造成了水准基因轉移,或者是某個DNA在複製時出現了錯誤,總之就是基因突變——這個突變讓後代的脖子稍微長一些。 也許還存在另外兩個祖先:一個脖子變短了,一個脖子變粗了。 過了幾代之後,“短脖子家族”和“粗脖子家族”因為這些突變並沒有在生存競爭裏獲得多少優勢,反而有點不方便,於是數量一直提不起來,甚至逐漸消失; 而“長脖子家族”卻不一樣——脖子長一點能讓它們吃到更鮮嫩的樹葉,更早發現敵人,競爭優勢明顯,群體逐漸擴大。

不過,“長脖子家族”也面臨一些小問題:脖子過長會導致大腦供血不足,心臟負擔更重。 又過了若干代之後,隨著長頸鹿群體數量新增、基數變大,“長脖子家族”裏出現了心臟基因再次突變的個體:有的心臟變大,有的心臟變小。 心臟變大者發現自己再也不頭暈,眼不花,體力更好,吃得多,繁衍後代多; 心臟變小者則適應更差,逐漸被淘汰。 後來又在此基礎上持續迴圈:出現了“更長脖子+更大心臟”、甚至“巨長脖子+巨大心臟+厚血管壁”等家族。 我們提到的各種性狀(長脖子、大心臟、厚血管壁、迷網等)只是舉例,實際上長頸鹿其他器官和身體結構也經歷了類似的過程。 在突變和天擇的作用下,經過上千萬年的累積,才成為我們今天看到的長頸鹿。

說完這些,就能回答觀眾的問題:人類可能通過進化把眼睛的缺陷矯正嗎? 答案顯然是不可能的。 因為單次基因突變通常只在非常細微的層面發生,不會直接把視網膜“翻轉”過來。 就人眼現有的結構而言,這種細微突變更多會引發眼病。 對於發生這種突變的個體來說,反而是不利因素,難以在群體中傳播並固定。 即便我們腦洞大開,假設出現極小概率的完美“翻轉視網膜”突變,在當今人類社會裏,你擁有一雙“完美的眼睛”也並不是什麼巨大的生存優勢,也不能囙此就獲得更多資源、繁衍更多後代。 除非全人類都下决心想“翻轉視網膜”,共同協力把這基因發揚光大,但那就幾乎不可能,也無需多慮。

所以,人眼以及其他脊椎動物的視網膜問題是在進化初期就形成的。 那時候,它並不算劣勢,甚至有其存在的合理性。 後來雖然看上去成了“缺陷”,但也並不足以在生存競爭中導致徹底淘汰,於是就保留了下來,不具備重演化的條件。 類似的道理也可以放到長頸鹿的脖子上:當初這是它們的優勢,可自從人類開始狩獵後,長脖子成了更容易被發現的劣勢。 在這一輪“人類天擇”下,它們數量很可能會快速下降,最終可能與它們的短脖子近親——霍加狓(Okapi)——一樣稀少。

有觀眾還提到章魚的眼睛與人類以及脊椎動物有完全不同的進化路線,但結構卻與人眼驚人相似。 其實這就涉及到“趨同進化”現象:沒有近緣關係的物種,卻分別進化出了功能相似的器官。 比如翼龍和蝙蝠的翅膀,都是骨架加翼膜,從前肢延伸到後肢,結構與功能都極其相似,但它們的進化路線卻各自獨立。 也就是說,在實現某個功能的過程中,突變和天擇會更容易朝“同一個方向”前進。 海豚與魚類也類似,海豚雖是哺乳動物,卻與魚類一樣有魚鰭、流線型體型,顯然這就是“最適合游泳”的結構。 章魚和人類同樣如此:雖然進化路線不同,但同樣發展出了構造近似的“透鏡眼”,說明這對於視覺來說是相對合理的結構。 考慮到人類設計的單反相機也採用類似原理,甚至可以把它視作某種“趨同進化”的佐證。

還有觀眾提到色覺:人眼為什麼會進化出色覺? 識別顏色在進化過程中有什麼意義? 這個問題也值得一聊。 約在六千五百萬年前,恐龍還統治地球時,作為靈長類祖先的小型哺乳動物是弱勢群體,只能靠挖洞、主要夜間活動在黑暗中生存,所以不需要分辨顏色。 可等大塊頭的恐龍滅絕後,哺乳動物有了更大的生存空間,它們陸續從洞裏爬出來,轉移到樹冠上過白天活動的生活方式。 這時突變與天擇又開始發揮作用:有些個體的基因突變出了簡單的辨色能力。 雖然一開始並沒有我們現在看到的斑斕世界,卻足以幫它們分辨有毒無毒、是否成熟等,比如判斷偏紅的嫩葉是否更可口、毒素更少,也能分辨水果是否成熟——更容易吃到好東西,身體更好,於是就多生後代,進而在人群體內固定下來,之後不斷重複類似的迴圈,形成了今天靈長類動物的豐富色覺。

還有觀眾的問題更加犀利:以人類的體能來看,在自然界裏原本應該算被捕食的一方,為什麼進化出了像捕食者那樣的“雙目視野”? 其實,這與祖先們的生活方式有很大關係:它們去樹冠上爬樹跳躍,必須精准判斷距離,否則很容易摔下去。 於是往“雙目視野”方向的突變個體更能生存,而“大視野”方向的突變在當時沒那麼大優勢。 至於來自身後的威脅,比如來自空中的獵鷹,這些祖先主要是通過群居生活彼此提醒來解决。 抱團生活、分工合作,也是人類社會發展之初非常重要的動力。 而且,雙目視野帶來的手眼協調能力,也為祖先製造工具、使用工具打下了基礎。

說到這裡,有觀眾問:物種一直在進化,那自從達爾文發表進化論以來,有出現什麼新的物種嗎? 當然有。 今天就介紹一個非常特別的“新物種”——大理石紋螯蝦。 它是在1995年才被發現的,至今也就25年左右的時間。 最初是在德國某水族館被發現,後來流入自然水域後就“一發不可收拾”:短短幾年內在歐洲多地氾濫成災,甚至連馬拉加西和日本也都出現了它們的踪迹。 由於嚴重破壞了當地生態系統,歐盟已經明令禁止販賣和放生大理石紋螯蝦。

這種大理石紋螯蝦到底有多特別? 首先,它是從龍紋螯蝦演化而來。 龍紋螯蝦跟人類一樣是常見的二倍體,但大理石紋螯蝦通過突變竟然變成了非常罕見的三倍體。 而且它們只存在雌性,通過無性生殖來繁衍後代——母體和子代的DNA完全相同,可理解為都是“尅隆體”。 對於這種新物種的前景,主要有兩種觀點:一種認為它們已經展現了驚人的擴張能力,若不加干預,很可能引發生態浩劫; 另一種則認為缺乏遺傳多樣性的無性繁殖會在面臨風險時失去抵抗力,如果無法通過水准基因轉移來新增多樣性,最終只會走向滅亡。 至於結果如何,誰也沒法斷言,只能讓大自然來做决定。

此外,還有一些留言把進化論與“創造論”結合起來,說當前生物多樣性是創造與進化共同作用的結果。 其實我對這個說法多少是贊同的,因為我們這幾期聊進化論的話題時,探討的都是“生命從簡單到複雜”這條路線上,進化論的觀點是比較能自洽的。 但如果要談“生命如何從無到有”,那就要討論“無”的層面了,這方面進化論確實無能為力。 真正的未解之謎,或許就是DNA、RNA與蛋白質最初是如何誕生的。 這個話題非常有意思,未來可以單獨做一期來聊。


(完)

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