角马为什么没有进化出“轮子”?

地球上最简单的生命形式到如今多彩多姿、豐富多样的生命形式,进化的神奇与美妙令人惊叹。但如果进化具有无限的创新能力,那么,为什么没能进化出有轮子的动物?显然,进化的创造力也有一定的局限性。那么,这是否意味着某些东西也许永远无法进化出来,否则,为什么至今植物没有进化出飞行能力?而一些经常作为猎物存在的物种为什么没有进化出攻击性的“武器”?

进化:创造多样性奇迹

进化的存在是因为生物的变化。根据达尔文的“适者生存”理论,那些更能适应环境的个体更有可能将自己的基因开枝散叶,传递下去,因此那些适应性更强、更有利于生存的特性在群体中会逐渐变得更加普遍。

自然界中,只要时间跨度足够长,缓慢的进化过程就会创造出一个个的奇迹。例如:大海里会出现体形巨大的蓝鲸;陆地上会有个体间密切合作的蜜蜂,以及高耸入云的红杉等。进化的力量似乎是无穷的。在海底万米深处,生活着不惧海水巨大压力的生物,这样的深海压力是人体无法承受的;而在强辐射环境中,生存着能够承受极大辐射剂量的细菌,它们承受的辐射量是能导致人类死亡的辐射量的数倍。

尽管进化如此神奇,但有些情况似乎还是没能出现。一个典型的例子就是没有出现有轮子的动物。进化生物学家古尔德在1983年出版的《母鸡的牙齿和马的脚趾》一书中讨论过这个问题。在2015年的一篇论文中,美国加州大学的科学家杰瑞特·弗尔迈伊列举了32种进化似乎从未产生过的性状组合,例如:淡水水体中没有出现过像海中珊瑚礁那样的坚硬结构的生物,世界上没有出现过吃素的蛇,也没有人见到过会飞的植物。

无论是巨大的体形还是高度的社会化,给予进化足够的时间,就都是可能的

以往的科学家试图找出这类进化特征不可能出现的原因,但弗尔迈伊并不想断言进化有这样的限制。他认为,这类进化特征中很少会是我们所认为的被禁表型(表型指的是遗传机制赋予有机体可被观察到的结构和功能方面的特性,如形态和行为方面的特征)。如果有足够多的时间,进化很有可能让生物也会产生一些之前从未出现过的特性。

弗尔迈伊指出:我们可以把自己想象成是生活在大约4.5亿年前奥陶纪时期的进化生物学家。那时候的我们不可能想象出以后会真正进化出来的一些东西,比如植物会开花、昆虫会飞之类的特性。这表明,进化在很大程度上是一个累积的过程,现在我们已经司空见惯的许多进化特征在当时还没有发生,也是难以想象的。

英国科学家卡特希尔也认为:生物进化是宇宙中已知最无极限的过程,其最显著的特点是能够创造出无限的多样性,进化出具有新特征的动物这一过程远未结束。我们不知道,进化的极限将会延伸到哪里。

现在已经有许多动物选择性进化的例子。例如:虽然没有进化出专门食素的蛇,但却有许多物种在吃肉和吃植物之间来回转换,大熊猫就是其中的一个例子,虽然大熊猫以吃竹子为生,但它们的祖先却是食肉动物,直到现在它们的内脏还没有完全适应消化植物性的食物。到目前为止,虽然还没有发现吃植物的蛇,这说明蛇的身体构造可能特别适合食肉,但蛇的近亲是蜥蜴,而许多种类的蜥蜴是以植物为食的。

淡水水体中没有出现过像海中珊瑚礁那样的坚硬结构的生物虽然大熊猫以吃竹子为生,但它们的祖先却是食肉动物

进化:选择最佳方案

也许是因为对大自然的多样性还缺乏充分了解,以前人们一直认为,所有的蜘蛛都是食肉动物。但在2009年,科学家发现了一种吃素的蜘蛛,它们主要以植物为食。

我们不妨试着发挥一下想象力:斑马为什么没有进化出攻击性的弹射武器?如果进化出弹射武器,斑马就可以用它来击退狮子。斑马之所以没有进化出弹射武器,是因为进化必须经过一步步的中间环节,而且其中每个中间环节都必须是有利,或者至少是无害的。而弹射机制只有在进化完全的情况下才有用,中间过程中作为一个没有功能的器官,只会白白消耗对身体来说非常重要的营养。

其实,动物也有射弹武器的进化演变。例如,箭鱼会用水作为投射武器,蚁狮会将沙子当作投掷武器……事实上,只有采取伏击策略的捕食动物才会进化出投射武器,而对于经常沦为猎物的动物来说,进化方向更倾向于发展逃跑能力,因为对于猎物们来说,与捕食动物对抗不是个好主意,而以更快的速度逃离捕食者才是更好的生存策略。也许不是进化不能为斑马设计出一种快速攻击的投射武器,而是进化不会这么做,因为现有的解决方案——逃跑,对于斑马来说已经足够。

科学家发现了一种“吃素”的蜘蛛相比反击,逃跑是斑馬更好的生存之道箭鱼和蚁狮分别进化出了自己的投掷攻击方式

这是否表明,进化并没有达到极限呢?在接下来的数亿年里,假设没有人类造成的全球灭绝事件,也许真的会进化出我们今天无法想象的动植物。

科学家认为:进化会变得越来越擅长于创新。随着时间的推移,有机体变得越来越有活力:数百万年来,开花植物叶子的叶脉变得越来越密集,这意味着现代开花植物可以从阳光中获得比其祖先一亿年前所能获得的更多能量;蜗牛、蛤蜊和许多其他生物的平均代谢率随着时间的推移也在增加……导致这种进化趋势的原因是竞争。随着生物体变得更有活力,它们有了更多选择,也有更多机会做出改变以适应生存环境。

一个连锁反应可能是多种动物群体的普遍智力进化,不仅人类和其他灵长类动物,而且海豚等鲸类动物和章鱼等头足类动物,以及包括乌鸦和松鸦在内的某些鸟类,都变得比以前更聪明。据推测,随着时间的推移,地球上聪明的生物可能会变得越来越聪明。

进化让包括乌鸦在内的许多动物都变得比以前更聪明了

进化:没有理由青睐“轮子”

我们还是回到开头的问题,既然进化如此神奇,为什么至今没有进化出一种有轮子的动物呢?

科学家的回答是:轮子太糟糕了。人类之所以花大力气研发坦克,是因为轮子也有缺陷,在平坦的路面上,轮子的表现还不错,但在凹凸不平的地面上就没那么理想了。而在自然界,光滑平坦的地面较为罕见,因此,进化没有理由青睐轮子。

另一个问题是,创造一个绕轴自由旋转的轮子,可能是进化难以实现的。旋转的轮子如何从身体其他部位获得营养?这种构造会导致血管被生生撕裂。除了人类制造出的机器可以有轮子外,轮子可能是生物界物种进化未能出现的少数东西之一。

在平坦的路面上,轮子的表现还不错

然而,虽然未能进化出轮子和轮轴,但生物体仍然找到了利用旋转运动来移动的方法。例如,有些蜘蛛会让自己的身体缩成一个球,然后从坡上滚下来。科学家认为:与固定在车轴上的轮子相比,将身体缩成一个球做旋转运动的自由度更大,向各个方向移动的选择性也更多;另外,轮子很容易出现卡住或侧翻等问题,而球体则没有这个问题。所以进化没有让动物演化出轮子的原因可能很简单:因为有其他更好的解决方案,这就是自然选择的魅力。

在自然界,轮子未必适用

进化比你想象的更聪明

乍一看,有很多动物似乎是进化错误的产物——它们似乎进化出了明显不利于自己的一些特征。但如果仔细观察你就会发现,进化比我们想象的更聪明。

以澳大利亚的一种夜行鹦鹉为例。人们可能会以为,它们的夜视能力一定很强。但2020年的一项研究发现,这种夜行鹦鹉的眼窝比其他鹦鹉的小,视神经也比其他鹦鹉的少。事实上,这种鹦鹉在黑暗中看东西的能力可能不比在白天活动的其他鹦鹉强多少。

这是否是进化上的失误呢?其实不然,研究发现,根据所掌握的信息,夜行鹦鹉视觉系统的进化是一种弱光敏感度和视敏度之间的折中,因此这不是一个进化错误,而是进化需要在弱光敏感度和视敏度之间做出平衡的结果。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午8:56。
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