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外星人就在我们当中?来认识栉水母,地球上最古老、最接近所有动物起源的动物屋顶秧田工装

发布时间:2018-05-17 14:39:06 来源:网络浏览:

外星人就在我们当中?来认识栉水母,地球上最古老、最接近所有动物起源的动物 栉水母的大脑证明:大自然会不断重复自己的进化发展进程。道格拉斯€€福克斯(Douglas Fox)是科学和环境领域的自由撰稿人,作品曾发表在《发现》(Discover)、《时尚先生》(Esquire)和《国家地理》(National Geographic)等杂志之上。目前,福克斯生活在美国加利福尼亚州北部。本文由 AEON 授权《好奇心日报》发布,你可以在 Twitter 上关注他们。过去的210年中,列奥尼德€€莫罗兹(Leonid Moroz)的脑海中始终充斥着1个使人难以置信的想法:虽然科学家早就开始在其他星球寻觅外星生命,但其实地球上可能已存在有生理结构和大脑与人类完全不同的外星人。数


栉水母的大脑证明:大自然会不断重复自己的进化发展进程。

道格拉斯€€福克斯(Douglas Fox)是科学和环境领域的自公路工作服订做
由撰稿人,作品曾发表在《发现》(Discover)、《时尚先生》(Esquire)和《国家地理》(National Geographic)等杂志之上。目前,福克斯生活在美国加利福尼亚州北部。

本文由 AEON 授权《好奇心日报》发布,你可以在 Twitter 上关注他们。

过去的210年中,列奥尼德€€莫罗兹(Leonid Moroz)的脑海中始终充斥着1个使人难以置信的想法:虽然科学家早就开始在其他星球寻觅外星生命,但其实地球上可能已存在有生理结构和大脑与人类完全不同的外星人。数千年来,这些外星人就藏在最显眼的位置。它们能教会人类大量关于进化本质的知识,也能让我们知道将来在其他星球找到外星生命后究竟会面对甚么样的生物。

莫罗兹是1名神经系统科学家。1995 年,诞生在俄罗斯的他来到美国。踏上美国领土后不久,他第1次看到了让他产生“外星人就在地球”这个奇怪想法的线索。

那年夏天,莫罗兹在华盛顿州的 Friday Harbor 海洋实验室从事研究。该实验室座落在普吉特海湾(Puget Sound)草木丛生的群岛之间。在这里,方向相反的潮水迎面相遇,然后1同涌向满是岩石的海滩。潮水中携带有数百种海洋生物:成群结队的水母、端足目的甲壳动物、波浪状的海百合、裸鳃亚目的海蛤蝓、扁形虫、还没有长大的鱼、海星和数不清的其他生物。这些生物不远万里来到普吉特海湾,最大程度的为我们展现了生物种类的多样性。莫罗兹喜欢去实验室后面的码头上收集海洋生物,以便研究它们的神经。来美国之前,他就1直致力于不同动物神经系统的研究,希望借此了解大脑和智慧生物的进化起源。但是,他在 Friday Harbor 海洋实验室找到了1种特别特别的生物。

经过训练,莫罗兹已能在波光粼粼的海水中迅速发现它球状的透明身体:它能发出斑斓的荧光,几列栉板则显出转眼即逝的美丽彩虹光泽。上千根像毛发1样的纤毛有节奏的拍打着水流,推动它的身体在海水中游来游去。这类动物叫做栉水母(ctenophore)。很长1段时间里,人们认为它只是另外一种类型的水母罢了。但是 1995 年的夏天,莫罗兹在 Friday Harbor 海洋实验室有了1个使人震惊的发现:栉水母单调的外形之下其实隐藏着1个具有不朽意义的但却被人们错认的身份。从最初的实验开始,莫罗兹就发现栉水母根本不是水母。实际上,它们与地球上任意1种其他生物都有着巨大的区分。

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题图来自Wikimedia Commons


莫罗兹对栉水母的神经细胞进行了测试,想要看看其中是不是含有血清素、多巴胺和1氧化氮等神经递质。通常而言,所有动物都是利用这类化学物资传递神经信号。虽然尝试了很屡次,但莫罗兹并没有在栉水母的神经细胞中找到任何1种上述物资。由此,他得出了栉水母与其他动物不同的结论。这次实验结果带来的启示可谓意义深远。

栉水母早就由于具有较为发达的神经系统而闻名。但是莫罗兹的最初实验表明,栉水母神经系统由1套与众不同的化学物资构成。从这1点来看,栉水母与任何其他动物都不1样。莫罗兹说:“栉水母使用的是1种独特的化学‘传导语言’。它们是大海里的外星生物。”

如果莫罗兹是正确的,那栉水母代表的就是1场延续了超过5亿年的进化实验。这类独特的进化途径(类似于进化论 2.0 版本)创造出栉水母的神经细胞、肌肉和其他各种专门组织。与动物王国的其他成员相比,栉水母有着独立的进化方式,构造身体时使用的也是与众不同的原材料。

如果脊索动物、哺乳动物和人类没有前后统治地球上的生态系统,动物将会进化成甚么模样?栉水母为解答这个问题提供了1丝线索。数10年来,人们1直围绕1个问题展开剧烈争辩:目前地球上生命的进化构成进程中,有多少进化是单纯的意外,又有多少进化从1开始就是注定产生的?栉水母也为解决这个争议提供了清晰的思路。

如果地球上的生物进化进程从头开始,智慧生物还会再次出现吗?如果智慧生物再次出现,它会不会轻而易举的出现在生物树的其他分支,与目前人类所处的分支相距甚远?栉水母的大脑与其他生物截然不同,这给我们提供了1些有趣而诱人的提示。趋同进化进程中,绝不相干的物种进化出类似的特点,因此各种生物才能在同1个世界里共同生存。大脑就是趋同进化进程中最经典、最复杂的例子。人类或许进化出史无前例的智力水平,但栉水母的存在表明我们可能不是唯1具有这类能力的生物。生物身上可能普遍存在有进化出复杂神经系统的趋势和偏向€€€€这类现象不但存在于地球,也存在于其他星球。

与主活动物群体相比,人们对栉水母的认识还非常浅薄。从表面上看,它的身体与水母非常类似:凝胶状,呈椭圆形或球形,身体1端长有圆形的口。海洋中生活有大量的栉水母,但在很长1段时间里,科学家都忽视了它的重要性。210世纪时,教科书中的栉水母插图通常是上下颠倒的:它的口像水母1样朝着海底。但是在实际生活中,栉水母飘流时口是朝向海面的。

水母通过肌肉控制身体形态,实现在水中的运动。栉水母与水母不同,它们利用上千根纤毛来游泳。水母用刺人的触手捕食,而栉水母则利用两根能够分泌黏性物资的触手捕食。栉水母的捕食触手是充分适应环境后的进化产物。在自然界中,没有任何1个动物能像它1样根据环境进化出类似的功能和身体结构。栉水母是非常贪婪的捕食者,善于采取埋伏的策略捕捉猎物。它将自己枝状的黏性触手摊开,构成类似于蜘蛛网1样的东西。接着它会1丝不苟的捉住触手上的猎物,1个也不放过。

109世纪晚期,科学家开始研究栉水母的神经系统。他们通过显微镜看到的东西仿佛普通平凡,没有甚么特别的地方:栉水母身体下端有1大团神经细胞,体内散布有分散开来的神经网,少许粗大的神经束延伸至两个触手和8束纤毛末端。上世纪610年代,科学家利用电子显微镜在栉水母的神经细胞之间发现了好像是突触的东西。突触里有气泡状的隔室,能够释放刺激周围细胞的神经递质。

科学家向活的栉水母体内注入钙。尔后,栉水母体内出现了电脉冲。老鼠、蠕虫、苍蝇、蜗牛和其他所有动物的神经系统遭到钙的刺激后也会出现电脉冲。对正确的神经施加刺激以后,研究人员乃至能让栉水母的纤毛依照与原来不同的模式摆动。如此1来,栉水母便会由前向后倒着游。

简而言之,不管是外观还是功能,栉水母的神经与其他动物并没有不同。因此生物学家便做出假定:栉水母和世界上的其他动物是1样的。人们办公室美女工作服图片
用看待栉水母的方式看待所有动物的进化进程。实践证明,这是1种大错特错的观点。

上世纪910年代之前,科学家1直都将栉水母放在生物树的底端。科学家认为栉水母应当位于刺细胞动物旁边的那个分支,也就是与水母、海葵和珊瑚同属1个分支。水母和栉水母都有肌肉,都有在体内呈分散状但却未能浓缩成大脑的神经系统。除此以外,它们的身体都异常柔软且处于不稳定状态。大多数时候,水母和栉水重庆招商银行的工作服
母的身体都是透明的。

进化树上,水母和栉水母下面还有两个分支。处于这两个分支的动物明显更加原始:扁盘动物和海绵动物。它们体内没有任何1种类型的神经细胞。海绵动物特别原始,它好像刚刚到达了能被称为是动物的标准线€€€€1866 年,英国生物学家亨利€€詹姆斯€€克拉克(Henry James Clark)证明海绵的确是1种动物。而在此之前,人们乃至都觉得它根本不是动物。

在动物出现之前的时期,地球充满了类似于今天变形虫、草履虫这样的单细胞原生生物。如此来看,海绵应当算得上现今世界中最接近那个古老时期的生物。研究人员认为,古老的原生生物聚集到1起,构成了高度较高的族群。每个细胞的鞭毛(类似于纤毛的丝状细长结构)不再用于游泳,而是用于进食。在这个进程中,海绵完成了进化。

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海绵动物,图片来自维基百科


研究人员的这个说法侧面支持了1个方便实用的观点:生物树的分支连续不断,越靠上分支里的动物神经系统越复杂。动物的神经系统是1步1步渐渐进化出来的,且存在向更复杂神经系统进化的趋势。神经细胞的诞生在进化进程中有着非凡的意义,那1瞬间以后,如今地球上的所有动物才有了存在的可能。尔后,神经细胞只经历过1次意义重大的事件:聚合构成集中化的大脑。其他各种证据纷纭为这类观点提供了证明。昆虫和人类体内单个神经细胞的排列方式有着惊人的类似性,二者神经细胞组成影响情形记忆能力、空间导航能力和整体行动神经回路的方式也非常类似。实际上,科学家认为世界上第1个大脑出现的时间很早,可能早在昆虫和脊椎动物的先人分化出两种不同的进化方向之前就已存在于世。如果这是真的,那大脑出现以后的 5.5⑹.5 亿年时间就应当只存在1条“故事线”:生物树上,从上到下的多个不同物种都具有一样的大脑基础结构。

这张大脑的进化图很公道。但在 Friday Harbor 海洋实验室视察研究栉水母后,莫罗兹开始怀疑这类观点是个彻彻底底的毛病。为了验证自己的想法,他搜集了好几个不同种类的栉水母。他先将这些栉水母的神经组织切成薄片,然后滴上用能检测多巴胺、血清素和1氧化氮(这3种物资是动物体内最多见的神经递质)的化学染色剂。完成操作后,他在显微镜下视察了1次又1次。然后,他没有在样本中看到任何黄色、红色或绿色的斑痕。

莫罗兹说:“重复这个实验以后,你就会发现栉水母实际上是1种非常不同寻常的动物。”他猜想栉水母不但与姐妹群(sister group,在分支分类学中具有1个不为其他分类单元所共有的先人的两个分类单元称为姐妹群€€€€译者注)中的水母存在差别。相比于地球上任何其他动物的神经系统而言,栉水母的神经系统都是唯一无2的。

栉水母仿佛走上了1条与其他生物完全不同的进化之路。不过,莫罗兹不肯定自己的想法是不是正确。他只是检测了栉水母体内的几个重要化学物资而已。如果现在就发表论文,人们1定会疏忽他。他说:“想要提出非凡的观点,你就要找到非凡的证据。”为此,他踏上了1条漫长而艰辛探索之路。终究,他用了比当初计划进度的还要长很久的时间才找到答案。

为了用其他技术(比如基因视察技术)研究栉水母,莫罗兹开始申请经费。在屡次碰壁以后,他终究放弃。当时的莫罗兹还很年轻,而英文期刊是吸引大家广泛的不错渠道。为此,离开苏联没几年的他开始在英文期刊上发表论文。他暂时将栉水母的研究搁在1旁,转而从事自己的主要工作€€€€研究蜗牛、蛤蜊、章鱼和其他软体动物的神经信号。102年后,他由于1次偶然的机会再次回归让自己痴迷不已的栉水母研究当中。

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莫罗兹。图片来自Nature Blogs


2007 年,他借参加科学会议的机会短暂的访问了 Friday Harbor 海洋实验室。1天晚上,他在码头漫步。1995 年,他为搜集海洋生物而在这个码头上待了很久。偶然之间,他在1盏路灯照耀的海水中发现了闪着彩虹光泽的栉水母。相比当年,如今的科学技术有了质的奔腾。人们不用再等待数年,只需几天即可绘制出1种生物完全的基因组图谱。现在的莫罗兹也早已功成名就,在佛罗里达大学有着自己的实验室。他终究能够利用各种技术和装备解决自己当年好奇心留下的谜团了。

他取来1张网,从水中捞起数10个名叫太平洋侧腕水母(Pleurobrachia bachei)的栉水母。将这些栉水母冷冻好以后,他把它们寄回了佛罗里达州的实验室。3周以后,他绘制出太平洋侧腕水母的部份“转录组”€€€€5000⑹000 个在太平洋侧腕水母神经细胞中积极活跃的基因序列。结果使人大吃1惊。

首先,基因序列表明太平洋侧腕水母缺少合成各种其他动物体内常见神经递质的基因和酶。其实,太平洋侧腕水母缺少的不单单是莫罗兹 1995 年注意到的那些神经递质€€€€血清素、多巴胺和1氧化氮€€€€它体内也没有乙酰胆碱、章鱼胺、去甲肾上腺素和其他物资。一样,太平洋侧腕水母还缺少1种受体基因,因此神经细胞没法捕捉神经递质,也没法对神经递质做出响应。

这个结论验证了莫罗兹多年来的料想:1995 年,致使他未能在栉水母神经内找到常规神经递质的缘由不是实验操作存在问题,而是栉水母压根就不使用这些神经递质。用莫罗兹的话说,这是1个“巨大的欣喜”。

他说:“所有动物都依托神经递质传递信息€€€€水母、蠕虫、软体动物、海胆、人类,无1例外。这些动物使用同1套化学物资在体内传递信号。”但不知为什么,栉水母进化出了1套充斥着与众不同化学物资的神经系统。到目前为止,我们上不清楚栉水母使用的神经递质究竟是甚么东西。

莫罗兹得到的转录组的基因组 DNA 序列还表明,栉水母体内一样缺少很多其他基因。地球上的其他动物体内均携带有这些基因,由于它们在神经系统的构建和运转进程中发挥着决定性作用。太平洋侧腕水母体内缺少很多名叫离子通道的常见蛋白质。1般来讲,离子通道能构成在神经内迅速传递的电信号。太平洋侧腕水母体内也缺少引导胚细胞经过复杂转化终究构成成熟神经细胞的基因。另外,太平洋侧腕水母体内还缺少1种广为人知的基因:它能逐渐将神经细胞连接起来,使之成为成熟且功能健全的神经回路。莫罗兹表示:“栉水母可不是仅仅多了或少了几个基因。它有着与众不同的神经系统,可谓是大自然宏大而新颖的设计。”

栉水母的神经系统由独特的化学物资和基因构成。换言之,它的神经系统从1开始就走上了与地球上其他动物截然不同的进化之路。这是趋同进化的典型案例:栉水母这个物种利用1切可以利用的基因原材料进化出自己独特的神经系统。栉水母的神经系统与地球上其他动物的神经系统采取了不同的进化路径。从某种意义上而言,它具有1个外星式的神经系统。

但栉水母带给我们的欣喜远不止如此。事实上,栉水母与其他动物截然不同的不单单是神经系统。栉水母控制肌肉发育和功能的基因异常独特。人们曾以为所有动物体内都携带有几种常规调理形体的基因,但是栉水母是个例外。这些调理形体的基因包括帮助各个器官构成具有专门功能细胞的微 RNA 基因(micro-RNA gene)和将身体划分为不同部份的 HOX 基因。动物是像蠕虫或龙虾1样身体分为好几段,还是像人类1样具有分段式的脊柱和指骨?这都要由 HOX 基因说了算。像海绵和扁盘动物这样的低等生物体内都携带有这类调理形体的基因,但栉水母体内却恰恰没有。

所有这1切事实都指向1个使人震惊的结海南西服定做
论:虽然结构比海绵和扁盘动物更复杂(海绵和扁盘动物没有神经细胞和肌肉,实质上也没有其他各种具有专门功能的细胞类型),但是栉水母的确应当属于生物树上那个最古老、最初始的分支。在生命起源以后的 5.5⑺.5 亿年之间,栉水母以某种方式成功进化出了复杂程度与水母、海葵、海星、很多类型蠕虫和甲壳类动物类似的神经系统和肌肉。虽然缺少很多基因,但栉水母利用其它替换性基因实现了进化。

莫罗兹尝试在 2009 年发表自己的研究结果,但论文惨遭退稿。因而,他继续在栉水母身上展开更多的实验。

莫罗兹在 2010 年之前就为自己的研究发现找到了各种证据。此时其他研究团队也开始获得进展,渐渐拼凑出他已证明过的科研成果。这让莫罗兹备感忧愁。历经这么多年的探索以后,其他人可能在莫罗兹有机会发表论文之前抢先将这1研究成果公诸于世。

首先,《自然》杂志(Nature)在 2008 年发表了1篇质疑生物树基本结构的文章。很长1段时间以来,生物界1致认为海绵处于生物树中最原始的第1个分支之妇士长袖工作服
上。但是《自然》杂志的文章对这个观点进行了批评。为了重建 77 个不同物种(其中包括两种栉水母)之间的进化关系,作者对照了 150 个基因的 DNA 序列。这是历史上第1次有论文公然表示简单的海绵动物不应被放在生物树中最古老的分支上。相反,这个位置应当属于复杂的栉水母。文章共同作者之1的史蒂文€€哈多克(Steven Haddock)是蒙特雷湾水族馆研究中心(Monterey Bay Aquarium Research Institute)的生物学家,他说自己和同事提出的观点引发了1场科学界的“大风暴”。

2013 年 12 月,另外一个研究团队发表了历史上首个针对栉水母的基因组研究。他们研究的栉水母叫做淡海栉水母(Mnemiopsis leidyi),与莫罗兹研究的太平洋侧腕水母有所区分。这篇发表在《科学》杂志(Science)的论文也认为相比于海绵而言,栉水母才是进化分支树上最接近万物起源的生命。

尔后的几个月中,海绵才是地球上最早动物这个曾根深蒂固的观点遭到了进1步的挑战。1百510多年来,人们1直认为海绵差不多只是由1群单细胞生物体组成的生物,而这些单细胞生物体则被认为是所有动物的先人。加拿大埃德蒙顿市阿尔伯塔大学(University of Alberta)的萨莉€€莱斯(Sally Leys)是世界顶级的海绵生物学家。2014 年 1 月,她公然质疑这个历史悠久的观点。详实的研究表明,海绵和1种叫做领鞭毛虫(choanoflagellate)的原生生物分别利用不同的基因和蛋白质构建起看上去很类似的躯体结构。因此,海绵不多是由任何类似领鞭毛虫的生物进化出来的。在显微镜下视察时,你会发现海绵和领鞭毛虫的类似性只不过是趋同进化领域又1个充满欺骗性的例子:两个毫无关系的生物体进化出具有类似功能的类似结构,但实际上它们各自使用的原材料基因却截然不同。

莱斯的研究击碎了证明海绵是生物树上最早出现动物的间接证据。真正能算得上地球上最古老动物的还应当是栉水母,而它却被人们错认成1种普通水母。栉水母比海绵复杂很多,还有神经系统、肌肉和其他器官,但它的确是地球上最古老、最接近所有动物起源的动物。

但是,上述研究都没有具体视察分析栉水母的神经细胞。因此全球还是不知道莫罗兹发现的核心奥秘:栉水母有着与其他动物截然不同的神经系统。

莫罗兹用多年时间试图补全证明自己观点的证据。他的研究团队渐渐完成了对太平洋侧腕水母剩余基因组的测序工作。太平洋侧腕水母的 DNA 序列非常不同寻常,有时候科研人员利用现代基因测序技术都没法完全将其绘制出来。莫罗兹雇了3106个学生,专门帮助自己详细研究栉水母独特神经细胞中究竟是甚么基因得到了表达。从胚胎期到逐步发育成熟的进程中,栉水母的神经细胞是如何联系在1起进而构成神经回路?这也是学生们需要弄清楚的问题。

太平洋侧腕水母。图片来自维基百科


2014 年 6 月,莫罗兹终究在《自然》杂志上发表了自己对太平洋侧腕水母基因组的研究成果。他的研究用时7年,详细可靠的证明栉水母的神经细胞和神经系统是由与其他动物截然不同的方式进化而来。在他看来,太平洋侧腕水母是地球上最接近外星大脑的东西。

栉水母是1个极端且使人注视的例子,但它证明的却多是1种普通而常见的进化模式:正如眼睛、翅膀和鱼鳍在动物进化进程中经历了屡次的进化1样,神经细胞也经历了一样的进程。莫罗兹认为世界上有 9⑴2 个独立的神经系统进化起源:刺细胞动物(包括水母和海葵)中最少有1个,棘皮动物(包括海星、海百合和海胆)中有3个,节肢动物(包括昆虫、蜘蛛和甲壳纲动物)中有1个、软体动物(包括蛤蜊、蜗牛、鱿鱼和章鱼)中有1个,脊椎动物总有1个。如今,栉水母中也最少有1个。

他说:“构成神经元的方式不止1种,构成大脑的方式也是多种多样。”在每个进化树的分支上,物种都经历了随机的基因复制和基因突变。在这个进程中,动物随便的选择不同类型的基因、蛋白质和化学物资来构建自己的神经系统。

虽然进化渠道做工作服 起店名
各不相同,但生物树上不同物种却有着看起来10分类似的神经系统。这实在使人陶醉。图森市亚利桑那大学神经解剖学家尼古拉斯€€施特劳斯福尔德(Nicholas Strausfeld)的研究成果就是很好的例证。他和团队成员发现影响昆虫嗅觉、情形记忆能力、空间导向能力、行动选择和视觉的神经回路与在哺乳动物体内发挥一样功能的神经回路几近完全1致。不过昆虫和哺乳动物用来构建各自神经回路的基因组虽有相同部份,但整体来看照旧存在差异。

图片来自维基百科


昆虫和哺乳动物神经回路之间的类似性证明了进化进程中的两个关键性原则。对任何存在生命的星球来讲,这两个原则可能都具有极为重大的意义。第1个原则是进化趋同:昆虫和哺乳动物在进化树上处于相隔甚远的两个分支之上,但它们终究进化出相同结构的神经系统。造成这1现象的缘由是它们都需要解决相同的根本性问题。第2个原则是共同历史:虽然很多动物的神经系统构成方式存在差异,但它们最少都带有共同起源身上的某些元素。对地球上的动物而言,它们神经系统的进化进程中都利用了化学物资,而这些化学物资是初期地球物理环境和化学环境共同作用的产物。

410亿年前,地球上的第1个细胞为了适应环境进行了1次生死攸关的进化。实际上,所有神经系统使用的大部份基础信息传递机制可能都是从410亿年前那次进化逐渐进化而来。初期的细胞可能生活在水中,比如像温泉或盐水池中。这样的水生环境中包含有能够要挟生命的溶解矿物资(比如钙)构成的混合物。类似 DNA、RNA、ATP 这样的重要生物份子与钙接触后便会结合在1起,构成难溶的粘性物资。这类粘性物资与浴缸中构成的浮渣非常类似。因此生物学家做出推测,认为初期生命1定进化出能将钙阻挡在细胞以外但却允许最少许的钙离子进入细胞的防御机制。同时,初期生命还必须进化出能在细胞内钙离子水平升高时发出警报的系统。尔后的动物进化进程便利用这类细胞对钙的复杂反应能力实现细胞之间的信息传递。信息传递机制完善后,微生物便能控制用来移动的纤毛和鞭毛,人类便能控制肌肉细胞的收缩和神经细胞的电信号发射。大约5亿年前,地球上开始渐渐出现神经系统。此时,许多在构建神经系统进程中发挥关键作用的物资早就准备就绪。

这些进化原则极具启示作用,能帮我们更好的理解动物的进化进程,理解地球上和其他星球生命可能采取的进化方式。它们阐明了偶然事件和必定事件在长达数10亿年进化进程中的相对重要性。

已故的哈佛大学古生物学家斯蒂芬€€杰伊€€古尔德(Stephen Jay Gould)在《美好的生命》(Wonderful Life)1书中就进化进程的偶然事件发表了自己的看法:大范围物种灭绝和进化创新在动物的进化历史上发挥了一样重要的作用。他指出 5.7 亿年前的寒武纪(Cambrian)时,地球上动物种类丰富,各种动物的门(生物学中把具有最基本最显著的共同特点的生物分为若干群,每群叫1门€€€€译者注)数比如今还多。但是,大范围物种灭绝渐渐将这些生物树上的初期分支“修剪掉”。物种灭绝创造了更广阔的生态空间,使得幸存下来的物种能够在进化进程中实现多样化。换言之,物种灭绝加速了进化的进程,为生物多样性创新提供了机会。

图片来自Wikimedia Commons


与此同时,剑桥大学的古生物学家西蒙€€康威€€莫里斯(Simon Conway Morris)强调了趋同进化的重要性:不管经历多少次重复,物种的进化进程都偏向于得到相同的结果。即使物种在生物树上处于相隔甚远的不同分支,即使物种在构建类似结构时使用的蛋白质和基因不尽相同,但它们终究进化的方向是大概1致的。

依照逻辑继续思考两位古生物学家提出的观点,你就会得出1个使人吃惊的结论。如果地球上的时光倒流,经过量次进化以后再到 2017 年时,世界的物种可能和如今不完全1致。哺乳动物、鸟类,乃至是全部脊椎动物都可能不会出现在地球之上。但是,物种进化进程中出现的多样性终究将为复杂精密大脑的出现奠定基础。不过那时,物种进化进程中的多样性可能体现在生物树上其他分支当中罢了。

科学家1直在猜想外星可能存在何种生命。有1种极具煽动性的观点得到了很多人的支持:外星生命与我们所知的任何生命情势都不1样,而且它们可能早就存在于地球之上。很长1段时间以来,人们认为地球上只出现过1次生命。但是,地球上其实可能已出现了两次或更屡次生命。人类渐渐统治地球,其他物种则畏缩到大自然的角落当中。我们很难探测到“影子生物圈”(shadow biosphere,存在于地球或地球以外却没有被人类发现的生物体的学术总称。该生物可以是微生物也能够是智慧体€€€€译者注),由于这类生物体内可能其实不含有 DNA、蛋白质或其他我们用来侦测生命活动的化学物资。

栉水母门动物并不是完全与众不同。它们与人类体内含有相同的化学物资。即使如此,栉水母门动物照旧算得上1种影子生物。栉水母是人类遗散多年的表亲,而我们此前乃至都不知道地球上还存在有算得上自己表亲的生物。

地球上的人类已知生物用大量蛋白质和基因构建起自己的大脑和肌肉。在这个进程中,栉水母使用的蛋白质和基因非常特立独行。它的存在让我们有机会探索1个庞大的问题:神经系统的相异性能大到甚么程度?我们真的了解生命感知周围环境和做出反应的方式吗?

栉水母让人们产生了很多很有帮助性的深入见解。如此1来,我们便能更好预测其他星球上神经系统的模样。或许在外星上,另外一种情势生命的神经系统不是由 DNA 和蛋白质组成。进化生物学家们认为,即使是外星生物终究也会偏向于进化出类似的组织结构。伦敦大学学院(University College London)的生物化学家尼克€€莱恩(Nick Lane)表示,外星生命可能将自己的细胞包裹在某种情势的细胞膜中,利用细胞膜内外酸碱度或离子浓度的差异来传递电化学信号。地球上的生命采取的就是这类方式。我们从古代陨石中提取出很多化学物资,即使地球生物细胞膜中含有的化学成份与陨石中的化学物资不完全1致,陨石中的化学物资还是可以轻松的构成地球生物体内的细胞膜。1旦细胞膜成为外星生命的“标配”,1场与地球上类似的神经系统进化进程便会渐渐开始。

莫罗兹还在研究栉水母,希望从中得到更多启发。在很长1段时间里,科学家1直不重视栉水母。造成这1现象的部份缘由是栉水母太过脆弱,因这人们很难在实验室中针对活的栉水母展开研究。莫罗兹在1艘船上安装了用于基因测序、培养胚胎和刺激活体生物神经细胞的现代科研装备,顺利的解决了这个困难。他希望梳理清楚栉水母的神经回路的构成进程,进而了解更多有关大脑进化的1般原则。同时,他还想在栉水母身上测试这些原则是不是真的具有普适性。

为了得到今天我们所了解的这些研究结论,莫罗兹已付出了多年的努力。为了更清楚的认识到栉水母与其他地球动物的不同的地方,莫罗兹最初不能不忽视很多此前学者辛苦研究得来的成果。他说:“我最初的假定和教科书写的东西1脉相承。”他用了整整210年时间才找到新的研究思路。

翻译 糖醋冰红茶

题图来自Wikimedia Commons

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