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動物進化史

?地球是宇宙中最神奇的本質,是自然的奇跡,是成千上萬種不同生命生活的家園。在所有這些生命形式中,作為地球整個生命周期中壹直占據著與環境相互作用高峰的生物,動物脫穎而出,幾乎占據了地球的每壹個角落,形成了獨特的龐大食物鏈和生態圈,也進化成了如今號稱地球上最高物種的人類。然而,問題來了。這些形形色色的動物是如何產生的,又是如何發展的?這個故事得從很多很多年前的遠古地球說起…

?在古老的地球上,為了爭奪生存所需的資源和空間,原核細菌和最古老的古菌展開了壹場史詩般的戰鬥。最終,結構復雜、與環境交互方式更加多樣的原核生物終於戰勝了古細菌,而作為戰利品,除了巨大的生存空間和資源,還有壹個額外的獎勵——由於細菌和古細菌之間的戰爭壹般都是互相吞噬,有些古細菌被細菌吞噬後並沒有死亡,而是與細菌形成了奇特的內生。這部分古細菌被稱為線粒體和葉綠體,它們分別產生了轉化有機物提供能量和通過光合作用產生有機物的功能。有些細菌吞噬了兩種古細菌,即線粒體和葉綠體,從而獲得了光合作用的能力,形成了最早的植物,而有些原核生物只吞噬了線粒體。

但是,這種劃分是在後來動植物的進化越來越清晰的時候才出現的。當時任何生物都只是單細胞生物,只有很小的單細胞體,所以很難區分動物和植物。我們對植物的壹般定義是它們可以進行光合作用,而對動物的壹般定義是它們可以自由移動,但壹個體內有葉綠素的單細胞生物卻可以活蹦亂跳。妳認為是動物嗎?是不是種的比較好?確實令人費解,但無論如何,我們仍然可以通過我們既定的判斷方法來判斷壹系列確切的動物,動物的歷史無疑是從單細胞動物開始的。

這種原始的單細胞動物存在於路邊的池塘和河流中。它們有的靠體表的纖毛運動,有的向前蠕動,有的靠自己細胞內的細胞質蠕動。其中,最常見的結構最簡單明顯,但麻雀是小而全的草履蟲。從草履蟲身上,我們也可以確切地窺見單細胞動物的形態模式。

從外觀上看,草履蟲有覆蓋著細胞膜的橢圓形體,體表有壹層厚厚的纖毛,體表內部半透明,但半透明中有壹些渾濁的大大小小的球形結構和壹個細胞核。在具體的生存策略上,草履蟲圍繞進食、繁殖和運動三個方面展開。首先,在這方面,草履蟲采用了獨特的過濾攝食方式:它借助濾孔結構不斷吸收外界水分和水中的營養物質,然後將混有營養物質的水轉化到體內吸收,最後借助壹些小孔排出。在運動中,草履蟲利用纖毛作為壹個整體來運動,而在最後也是最重要的繁殖中,草履蟲選擇了壹種主要的以人為單細胞生物或細胞的分裂繁殖方式(但兩個草履蟲可以壹起交換遺傳物質,形成類似兩性繁殖的繁殖模式)。

?然而草履蟲麻雀雖然小而全,吃的、養的、運動的都還不錯,但它依然只是壹個小小的、脆弱的生物,壹個大風大浪就能隨隨便便毀滅,甚至還能靠天吃飯。它與環境的相互作用能力很低,所以它只占據了整個海洋中適合生存的極小壹部分,它活了下來,開始相互爭奪資源。於是,進化的壓力再次出現,優勝劣汰的進化再次開始。在緩慢突變和環境選擇的過程中,壹些單細胞生物已經成功退化。這些生物學會了壹種利用化學信號聚在壹起的方法,形成了壹個多細胞的有機體,壹座生物摩天大樓,也使每壹座生物摩天大樓裏的細胞分化成不同的形態來履行自己的職責,保證了整個建築的良好運轉,從而“自行車變成了摩托車”。

海綿有壹個細長的身體,形狀各異。全身周圍都是各種小孔,身體中央有壹個大洞。多細胞分化的獨特結構不僅提高了其適應環境和抵抗惡劣環境的能力,還極大地改善了其覓食方式和繁殖能力。在覓食和消化時,利用全身的小孔吸收水中的營養物質,首次出現完整的消化系統。營養物質轉移到身體中部的消化腔進行統壹消化,消化完成後,代謝廢渣通過身體中央的大孔統壹排出,形成壹個緊密的循環。在繁殖方面,海綿首次以壹個胚胎的形式開始繁殖(當然也可以進行出芽繁殖),加強了後代的存活率。此外,海綿還有壹個極其變態的能力,就是可以重組身體:無論被切成多少塊,都可以復原。這是因為海綿在自然界中只是單細胞生物的大集合體,所以當屍體分解時,細胞並沒有死亡,這些細胞會發出化學物質來尋找其重組的原因。

但是為了達到這座摩天大樓的多細胞生命形態,海綿基本上已經完全放棄了運動。雖然在繁殖和進食方面有所改進,與環境的互動能力也有所加強,但它已經成為壹種接近植物的不動物種,所以只要遇到任何天災人禍,都會因為不動的特性而等待死亡。所以在漫長的進化中,那些能壹點點移動的變異海綿占據了進化的優勢,壹點點移動的沈默不斷繁衍,直到最後進化出壹種完全新的棘皮動物物種,既延續了海綿多細胞動物的優點,利用內腔消化,也解決了海綿只能原地站立的缺點,進化出特殊的運動系統和肌肉層,使其在水中緩慢但踏實的移動。此外,還形成了最初的神經系統,從而控制身體。最後,還有棘孢囊的獨特技能,它是由棘孢囊專門分化的獨特細胞。它沒有毒素和毒針,可以在關鍵時刻彈射出去刺傷獵物,所以棘皮獸在壹定程度上已經可以捕獵了。在繁殖方面,腔腸動物采用自萌繁殖的方式,而仙女海綿並沒有太大的進步。

之後,動物並沒有停止進化。運動系統不是運動很慢嗎?神經系統是不是太原始了?消化系統消化不落後嗎?沒問題,棘皮動物巧妙地解決了所有這些問題後,動物的變形就進化了。首先是運動系統,扁平動物進化出了對稱的身體,加強了方向感,某些種類的個體能夠憑借高效的纖毛快速運動,然後是消化系統。這種扁平的動物不僅進化出了用於吞咽的咽,還進化出了許多密集的腸道和神經系統。扁平動物進化出了清晰的神經結構和最原始的大腦,甚至進化出了第壹只感光器官眼睛。最後,在繁殖方式上,扁平動物采用了自我繁殖的方式,但是在環境不好的時候可以使用兩性繁殖,以提高後代的變異率,這壹點和帶刺動物相比可以說是差了幾條街。

?但還是和草履蟲壹樣的問題。妳的平板動物有多高級?只有不到10厘米長。在龐大而不可抗拒的大自然面前只是壹粒微小的塵埃。看起來好無奈。於是,為了解決個體渺小卻需要面對整個邪惡環境的問題,壹些扁平動物在進化中另辟蹊徑。利用寄生直接生活在其他巨型生物體內充滿營養物質的消化道區域,出現了壹種專門為寄生而設計的動物——線性動物。?

?線形動物把自己的身體進化成了細長的身體,在身體上覆蓋了堅硬的角質層,這樣就可以在宿主體內自由穿梭,竊取宿主所吃的營養物質。最後,它們第壹次擁有了有嘴有肛門的消化系統,擁有了超級快速高效的身體器官。利用這些寄生優勢,線性動物可以說是在宿主體內爆發了。問題是,線性動物這樣的寄生策略,確實增加了它們生存的輕松和舒適,但是宿主活下來了,它就活下來了。當宿主死亡時,它將不得不死亡,失去與環境相互作用的獨立性。畢竟不是長久之計。所以後來線性動物又從寄生模式中走出來,變成了環節動物,它的代表動物蚯蚓進化成了環節的巔峰:

?蚯蚓的形狀像壹條略粗的線,兩邊窄,中間寬,但這條線是由壹個又壹個小環節組成的,有幾百個小環節,組成了蚯蚓的全身。身體呈褐色,略透明,有光澤。如果從上往下看蚯蚓,可以清楚地看到,它細長的身體從前到後貫穿著壹條暗線,還有壹個非常明顯的器官:環,距離蚯蚓頭部約三分之壹。在運動方面,它采用剛毛和環節的爬行,身體是分段的。繁殖方式為雌雄同體繁殖。飼養方式是利用土壤中的腐殖質,用強大的消化器官消化,獲得營養。在獲得呼吸的能量來源之壹氧氣時,采用通過呼吸道呼吸的方法。但更重要的是,從蚯蚓開始,生物就有壹個循環系統,將氧氣和養分輸送到全身和最原始的心臟。

蚯蚓後來是壹種動物軟體動物,它拋棄了身體的大部分部位,將身體改造成柔軟的無骨肌肉,並學會了制造堅硬的甲殼動物。以蝸牛為代表,軟體動物不僅把雌雄同體的策略發展到了頂峰,在繁殖中利用愛情載體進行戰爭,產生了孕育蛋白質的柔軟結構,還把消化系統發展到了微生物的巔峰水平:用舌頭進行物理消化,用體內的肝、膽、胰進行脹氣的化學消化。

要問什麽是軟體動物的硬傷,無疑有兩個。壹個是太軟的像壹團移動的脂肪的身體,壹個是太重的覆蓋不了身體的外殼。我該怎麽辦?壹些軟體動物或環節動物找到了壹種方法:它們只需要全身披甲,然後把這個披甲的身體分成身體的各種結構。這樣壹種既能生活在地球表面,又能生活在天空的開掛動物出現了:節肢動物,它們依靠自己盔甲般的外骨骼支撐身體,保護身體,通過分化成不同的結構,進化成了在天空中進入地球的器官,可謂是進化鏈中的巔峰,甚至知道它仍然是當今世界上最大的物種。節肢動物似乎已經達到了進化的頂峰,通過將身體分成更多的身體器官而成為最強大的,但事實真的是這樣嗎?並非如此。雖然節肢動物具有節肢動物的各種優點,但也有幾個最大的缺點:第壹,節肢動物從出生開始就包裹在節肢動物身上的堅硬的外骨骼不能隨著節肢動物的成長壹起成長,所以節肢動物要想繼續成長,就必須脫下原來的外殼,換上新的, 但這個蛻皮期往往是最危險的(各種昆蟲的蛻皮過程大家肯定都見過)第二:就像軟體動物的外殼限制了軟體動物的發育壹樣,節肢動物的外骨骼其實也在壹定程度上限制了節肢動物的大小。 此外,節肢動物沒有強大的呼吸系統,因此它們的身體大小壹直受到限制,以至於我們今天在陸地上看到的節肢動物大多不到20厘米長。那麽,我們該怎麽辦呢?隨著進化的發展,節肢動物的壹些分支找到了解決辦法:這些分支將身體的外骨骼內化,成為壹種叫做脊椎的新東西,從從外部支撐身體變成從內部支撐身體,不僅使身體的支撐更加穩固,還省去了剝皮的過程。同時,口腔中的幾個外骨骼進化成了下顎,加強了咬合力。噠噠!壹種新的魚類誕生了!隨著魚的誕生,壹些新的系統開始出現,包括成熟的呼吸系統、內分泌系統、泌尿系統和發育成大腦的神經系統。

有壹段時間魚主宰了海洋,今天仍然如此。然後呢?魚的發展方向在哪裏?這不是沒有被人註意到的廣大土地!是的,當魚在海洋中沒有任何對手,但是因為生存的壓力,開始在種族內部爭奪資源。海洋旁邊的陸地,只有植物,沒有競爭壓力,自然吸引了壹些在資源競爭中處於弱勢地位的魚群的註意。這部分魚隨後開始為登陸陸地的進化做準備。慢慢的,在適者生存的過程中,出現了介於水生動物和陸生動物之間的兩棲動物。兩個階段雖然成年後可以離開水生活,用肺呼吸,但產卵時不能離開水,幼崽還是用塞子呼吸。但與魚類兩棲動物相比,它們進步很大,在運動中充滿肌肉,跳躍能力大大增強,在循環系統中成功進化為壹個心房和兩個心室,從而增加了呼吸。隨著時間的不斷進化,兩棲動物終於脫離了對水的依賴,變成了渾身長滿鱗片的爬行動物。它們采用四肢爬行的運動方式,並為自己的幼仔進化出了壹種獨特的不用水生存的方法——產卵。

事實證明,爬行動物采取的策略是積極有效的,甚至壹度允許爬行動物繁衍恐龍成為時代的霸主。但是由於壹些至今不為人知的原因,恐龍滅絕了,爬行動物直到現在也是滿目瘡痍。相反,在爬行動物的壓迫下,為了躲避爬行動物和恐龍的追擊,它們在煙火中慢慢接近天空,繁殖的鳥類幸存下來,成為壹個強大的物種。鳥類最大的特點就是能在天空中翺翔。為此,鳥類減輕了自身身體骨骼的重量,進化出了專門用於飛行的器官翅膀,並加強了支持翅膀扇動的胸肌。為了給高空飛行提供足夠的氧氣和能量,鳥類的身體進化出了極其加強版的二級呼吸肺和氣囊以及高效的消化系統,而在神經系統上,鳥類最先開始讓大腦變得巨大。它成為了壹個“聰明”的物種,而鳥類與之前的所有生物相比,有壹個獨特的特點——體溫恒定。有了這個buff,鳥類適應不同環境的能力大大增強。

最後,它也是壹種躲避恐龍的小生物。為了更好地傳遞處於危險中的後代,胎生母乳餵養已經演變為壹種提高後代存活率的方式。本來這沒什麽,但是因為胎生哺乳徹底提高了生物後代的質量,這種變化使得所有哺乳動物的結構都成倍的復雜,復雜的身體結構構成了更多變異的可能性,也就是進化的可能性。於是,通過這種能力,哺乳動物在短短幾千萬年內迅速占領了海洋、天空、陸地三大生態位,全身九大系統壹應俱全,大腦極度發達,成為進化鏈上最高的動物,哺乳動物是目前已知進化量最高的動物。

?但是生命的進化結束了嗎?遠非如此,我們所說的進化,其實是物種與環境壹次又壹次不斷相互作用產生的,所以也可以認為是環境與物種相互作用的可視化。只要環境還是那個環境,物種還是物種本身,還是在我們今天定義的生命範圍內。這種象征著生物與自然相互作用的進化不會消失,最終會進化成新的物種,創造新的生命奇跡,甚至最終會進化成我們今天根本無法理解的生命形式。

?如果放寬了對生命本身的定義,就不再局限於生命是由有機物構成的,也不再局限於生命必須以生命的方式與環境相互作用。整個世界的壹切都被視為生命的壹部分,比如任何原子和金屬都被概括為壹種壽命非常長的生命,但它只能以自己的方式與環境發生輕微的相互作用(相互作用的方式可能是與其他環境中的礦物或化學物質發生核聚變)。把整個宇宙和整個太陽系想象成壹種遵循化學規律不斷有序運行的生命。我們會發現,這個定義中也存在著進化——組成世界上所有無機物甚至有機物的各種原子,其實都是簡單的,也是復雜的,似乎可以通過各種融合來改變。妳可能會說原子的變化是沒有意義的,它們的變化只是隨機的結果。如果把進化理解為生命與環境的交互形式,假設這些原子就是生命,那麽它們的變化不就是與其周圍環境交互作用的結果嗎?(進入博物館不叫以我們人類或者我們現在定義的生物的形式互動。)但我們現在生活的浩瀚人類,還不足以探索他們羽毛的宇宙,又或許是更大的宏觀生命體的壹部分,或者是世界的壹部分,同樣遵守我們所說的進化?

?所以,如果我們換個角度來看,宇宙誕生以來出現的結構最簡單的原子,大道浩瀚的恒星和宇宙,或者是我們人類定義的生活在這個世界上,能夠獨立地與環境相互作用的生命體,其實都緊密地聯系在壹個神秘的鏈條中,這個鏈條既是生命,也是進化。

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