演化史上的“不倒翁”
  • 来源:科普时报
  • 作者:冯伟民
  • 2022-01-14 12:37


鲎化石与鲎的对比图

(图片由作者提供)

进化杂谈

    自地球生命起源后,生物界呈现从单细胞到多细胞的演化,最初的生命是最简单的细胞形式。在经历了前寒武纪三十多亿年三次起源与演化,即原核生物、真核生物到多细胞生物的起源与演化,生物走向了多姿多彩的演化轨道。

    鲎又称马蹄蟹,但它可不是蟹,甚至不属于甲壳纲动物。生物学家将这种奇怪的海洋生物划分到螯肢动物亚门。鲎尽管经历漫长的岁月,至今仍保留着原始的特征:头胸部是一副包裹身体的褐色硬质甲壳,长而尖的尾部像一把利剑。

    曾是海洋霸主,头顶“铠甲”尾部似剑

    鲎化石并不常见,少有发现,所以在长长的化石名录中并不显眼。但是,近几年来,随着鲎化石在美国、加拿大,尤其是我国浙江安吉发现了古老的鲎化石,不仅在生命演化史上彰显了其意义,被进一步前推到4.5亿年前的奥陶纪时代,而且鲎也曾是志留纪海洋霸主,威风一时,鲎在演化史上的不倒翁形象和奇特的形态也吸引了科学界的关注和公众的好奇。

    好奇之一是鲎实际上形态非常特异,头胸部上顶着一个宽阔的背甲,几乎罩住了整个身体,背凸腹凹,如马蹄形。更值得好奇的是,鲎是一类演化十分漫长、但在形态上却几乎没有多大变化的生物。虽然,从化石面貌上看,奥陶纪—志留纪时代鲎呈现长形,但从侏罗纪以来,就一直保持着与现代鲎马蹄形几无区别的模样。这与其他大多数与时俱进的生物演化有着很大区别,也与我们通常认识到生物进化是从简单到复杂的观念有着颠覆性的不同。

    神奇功效,“侧抑制”有利于找对象

    作为较复杂的生物,鲎的外貌和体制构造似乎一如既往地保持旧有的特征,外界环境的变化几乎并没有对它产生明显的影响。经过几亿年的时光,大部分生物都为了适应环境,而将自身的形态逐步改变,或者有些生物已消失灭绝,但鲎坚持了下来,如果说鲎的变化,最显现之处是几亿年前鲎的尾巴是分成两端的,如今的鲎却只有一个尾巴。

    那么,究竟是什么力量让鲎不可思议的是延续了整整4.5亿年,而没有被演化的浪潮抛下地球舞台,并且不改初心,永保形象,守旧如初。鲎其实有许多明显的过人之处。科学家们在研究中曾惊奇地发现鲎的复眼有一种神奇的功效,即“侧抑制”现象,能使物体的图像更加清晰,有利于鲎更好地寻找交配对象。

    鲎食性广,以动物为主,经常以底栖的小型甲壳动物、小型软体动物、环节动物、星虫、腕足类、海藻等为食,有时也吃一些有机碎屑。这样有利于鲎适应变化的环境。另外,鲎终身背覆一个大大的硬壳,且历经漫长演化过程而不变化,说明这样的生物构造体制有利于鲎的生存和演化。

    生物演化多元化,形态简单不起眼却顽强逆袭

    但在生物演化的大潮中,我们也发现有一些生物在适应性的演化过程中,展现了多元化的演化模式。

    模式之一是长期处于简单状态。像蓝细菌(也称蓝藻)等微生物,其20亿年前的化石面貌与现生的后裔相比较,形态上难以分辨;即便如鲎这样具有颇为复杂的身体结构和奇特的外貌动物,在其漫长的4.5亿年历史中,也秉持着以不变应对万变的方式,一直坚持到现在。

    模式之二为从复杂到简单的演化。与生物演化的大趋势大相径庭,尤其像寄生生物的器官、组织和细胞不断退化,形态与结构变得简单。病毒甚至演变得只剩下一个外壳和少量RNA和DNA遗传物质。宏体生物也不乏其列,如软体动物门的腹足类最初都覆有一枚贝壳,抵御外敌的侵扰,但演化至今,有壳螺类仍在继续着繁盛,裸壳类(海蛞蝓)也成为了一支新军,漂浮在汪洋大海里,更有一支陆栖蜗牛蛞蝓脱壳后演化成了光溜溜的软体,全身裸露地生活在陆地阴暗潮湿的环境中。

    当我们研究灭绝物种的类型时,常常发现许多令人大跌眼镜的情况。因为每次生物大灭绝,并非是那些看起来的弱者,而是那些原先占尽优势、形态复杂化和大型的生物率先退出演化舞台,而那些不起眼、形态和结构简单化的类型、或小型生物却能顽强逆袭,继续繁衍。比如头足动物,发育简单缝合线的鹦鹉螺类经受了五大灭绝考验幸存至今,而发育复杂缝合线的中生代菊石,却在白垩纪末与恐龙一起彻底消亡。

    因此,尽管生物演化从简单到复杂是演化上的常态,也是演化上的主流现象,但演化形式并非那般单一,而是有着多元化的趋势,这揭示了演化的复杂性和不可预测。一切都是生物在自然选择机制的推动下,为了适应自然环境而采取的应对策略。显然,为了生存和延续后代,采用不同的演化模式乃是生物策略性的反应和必然选择。

    (作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员、南京古生物博物馆名誉馆长)


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