演化 9.2分
读书笔记 第六章 意外的工具箱:动物进化的机遇及限制
咩咩

前寒武纪时在海床上形成的岩层的化学分析却显示,当时可供呼吸的氧气并不多。能进行光合作用的藻类及细菌虽释放出大量氧气,但渗到水底的却很少。活在水面、呼吸氧气的食腐细菌吞食掉了进行光合作用生物的尸体,使海洋其他部分几平呈无氧状态。 到了7亿年前,氧气含量开始升高,最后提升到现今密度的一半左右。科学家认为氧气增加与当时超级大陆洲的分裂有关;随着超级大陆洲解体,可能有更多的碳被带往新形成的海盆内,同时将更多的游离氧留在了大气层内,部分多出来的氧便开始在海中累积。 海洋的氧含量升高后,整个地球似乎经历了段狂暴时期。根据哈佛地质学者霍夫曼(Paul Hofman)所说,当时冰河期席卷地球,冰河下达赤道。直到火山释放出足够的二氧化碳,提高大气温度之后,冰河オ开始融化。在全球冰河期间,躲在庇护所中的生物各自孤立,进化可能因此加快脚步,创造出具备新适应力的新物种。由于动物早已具备复杂的基因网络,才能面对进化压力,展开寒武纪大爆炸,演变出各种新形态。触发寒武纪大爆炸的可能是基因及物理状况,但决定它发展到什么程度的,却是生态系统。出现于寒武纪早期的新型动物之一,是地球史上头一批学会吃藻类的生物。这些无脊椎动物利用羽状附肢攫取食物,变得极度成功。(时至今日,数目庞大的丰年虫、水虱及其他食藻动物仍持续昌荣。)一旦食藻动物开始繁茂,便引出游泳速度极快的大型掠食者,后者又可能成为更大型掠食者的食物海洋的食物网便这样迅速地交织纠葛。 吃草及狩猎所造成的新压力,可能更进一步引发物种的多样化,影响范围不仅止于动物界,也包括藻类。早期化石记录中最普遍的一群藻类为释源( acritarchs)。寒武纪之前,这种藻类既小又没什么特征,可是在寒武纪大爆炸期回,它却突然进化出刺及其他装饰物,而且体积也变大许多。这些都可能是为了对付食动物而进化来的防御武器、令敌人难以下四,食动物则进化出对付这些防御武器和防御自身掠食者的武器,诸如刺、売与甲胄。掠食者接着必须研究出新的攻击方法,进化出爪、利放、钴孔器,以及更敏锐的感宣。寒武纪大爆炸于是演变成一场自已给自己添加燃料愈烧愈旺的大火。 ………… 或许寒武纪大爆炸便是因为其生态系统已客满而结束的,就像上述的情况,但规模更庞大。在寒武纪大爆炸期间,地球上首度出现身手矫捷的大型掠食者,以及掘穴和吃藻类的动物。很可能这些动物已占据了所有可能存在的生态龛位,而且进化出超强适应力,因此不允许新来者现身。新型动物在没有机会尝试新设计的情况下,不可能站稳脚跟 。 有时候物种进化爆炸也可能戛然而止,因为所创造出来的复杂基因会自我阻断发腰途径,早期动物的构造都极简单,只有几种不同型的细胞,控制发育及组合的基因也很少。到了寒武纪大爆炸末期,其子孙已进化出许多不同型的细胞,建造身体的基因网络的互动也变得很复杂。很多时候建造某个部位的基因,会被借去建造好几个不同的部位。比方说,霍克斯基因群不仅负责建造脊椎动物的脑及脊椎,同时还负责造鳍及脚。当一个基因必须兼顾多项不同的工作时,就很难再改变,因为即使某个突变可以改进它负责制造的某个部位,却可能彻底破坏别的部位。进化在寒武纪初期及末期的操作方式,好比企图重新装潢一栋平房与一栋摩天大楼,差异极大。 因为进化只能修补,所以不可能产生最佳设计。尽管它创造出许多令工程师也赞不绝口的结构,但很多时候却只能勉强凑合。比方说,我们的眼睛虽然是了不起的录像摄影机,但在某些方面却有根本上的瑕疵瓶。 当光线进人脊椎动物的眼睛时,它会穿透胶状物,照在视网膜上的光感受器上。但视网膜内的神经元其实朝向后方,仿佛在凝视我们自己的脑子似的,光线因此必须绕过好几层神经元和一片毛细管网,最后才抵达能够感光的神经末梢。 光线照在视网膜朝向后方的光感受器上后,光感受器又必须将信号穿过视网膜的许多层结构才能传回眼睛前方。传送期间,神经元会处理信号,把影像调清断。视网膜神经元的最上层与位于视网膜顶端的视神经联结,视神经为了从眼睛到达脑后方,又必须穿越重重神经元与毛细管。这样的构造,被美国进化生物学家威廉姆斯( George Williams)毫不客气地批评为“愚蠢的设计”。重重的神经元与毛细管就像一层面具,破坏了最后照在光感受器上的光线品质。为了弥补缺失,我们的眼睛只好不断细微移动,所看见的影像周遭的阴影才会不断移动,让我们的脑组合这许多劣质画面,删掉阴影,再创造出一个清晰的影像。 视网膜神经元附着在视网膜上方的视神经上,这又造成另一项缺陷,因为视神经会把照进来的光线遮掉一部分,在每只眼睛里都形成一个盲点。幸好脑可以组合两只眼睛的影像,互相抵消盲点,创造一个完整的画面,盲点才不至于引起太大的问题。 眼睛还有一个很笨拙的设计,即视网膜固定的方式。由于光感受器具有纤细的毛状神经末梢,不可能牢牢黏附,而是松松地连在一层形成眼晴衬里的细胞(称做“视网膜色素上皮”)上。色素上皮是眼睛不可少的构造,不但负责吸收多余的光子,阻止它们反弹回光感受器上而模糊掉接收到的影像,同时还含有血管,可供给视网膜所需养分。当视网膜淘汰老旧光感受器时,也通过它排出废物。然而色素上皮与视网膜之间的联结异常脆弱,眼睛因此无法承受太大的虐待,只要朝脑袋上重击一下,便有可能使视网膜脱离,在眼睛内随处漂浮。 若不生成这个形状,眼睛照样可以运作得很完美。试比较脊椎动物和枪乌贼的眼睛:枪乌贼的视力极佳,可以在几乎完全黑暗的地方追踪猎物。它们的眼睛也和脊椎动物眼睛一样,呈球状,且具有水晶体,可是当光线射进枪乌贼眼睛的内壁时,光线不必费力穿透纠葛且往后长的重重神经元,立刻就照在枪乌贼数目繁多的感光视神经末梢上;然后视神经末梢再把信号直接传送到枪乌贼的脑部,不必再走回头路,穿越层层横亘其间的神经元。 ……… 脊椎动物祖先眼点的构造,令日后眼睛的形态在演变时大受限制。进化只能根据类似文昌鱼的构造及其发育原则尽量发挥。为了把一个眼点变成一只真正的眼睛、我们只好忍受盲点、分离式的视网膜,以及劣质的光线。然而,比起完全无法形成任何视像的状态,这些不可避免的缺点都不算什么了。 ………… 一旦脊椎动物的眼睛进化出具有水晶体、胶状物质及朝向后方的视网膜后,许多谱系便配合自己的环境,进化出新版本。比方说,有三种不同谱系的鱼各自进化出复眼,也就是说它们的眼晴有两套水晶体,而非一套。当它们浮出水面时,一对眼晴往上看,另一对眼睛却往水下看朝上的眼晴形状适合在穿过空气的光中对焦,另一对则专门为处理水中的光而设计。同时,好几种陆栖脊椎动物,尤其是鸟类及人类等灵长类,更进化出威力惊人的视力,在池极小、网膜“中央凹”( fovea)的区城内,发展出一片密度极高的光感受器;通常会阻挡射进来之光线的神经元,则被推挤到周边。可惜即使拥有这么多的新发明,朝向后方的视网膜依然故我。53亿年来的进化限制,使得我们的子孙永远不可能拥有枪乌贼般的视力。

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