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第21章 生命进化十大奇迹(2)

除了为燃烧能源提供有效途径之外,光合作用制造的氧气也为生命提供保护。地球处于太阳的致命辐射之下,含氧大气的副产品之一就是臭氧层,它过滤掉了大部分的有害射线。

性别

鸟类如是,蜜蜂如是——对大多数物种来说,有性繁殖是唯一选择。而且地球上一些最壮观的生物奇观也是它造成的:从大到能从太空中看到的珊瑚礁,到精彩的性别展示——园丁鸟的求偶舞蹈,牡鹿的角,乃至诗歌、音乐和艺术。性别甚至负责延续生命本身:放弃性别的物种往往在数百代之后灭绝。

性别如此重要,但生物学家仍在争论它是如何进化形成的——以及它为何没有被淘汰。因为,从表面来看,区分性别似乎是失败的策略。

进化应该更青睐无性繁殖,原因有两个:首先,在争夺资源的战斗中,无性物种应该会轻易战胜有性物种。其次,由于精子和卵子只含有父母的一半基因,采取有性繁殖的有机体只能将50%的基因传给下一代。而无性繁殖能保证100%的基因传递。

显然,这种推理中存在错误。包括昆虫、蜥蜴和植物在内的很多物种确实通过无性繁殖(至少在短期内)顺利繁衍。但它们在数量上远远不及有性繁殖的物种。

人们一般将性别的持续胜利归因于它能将基因混杂起来,引发变异并将有害突变清除掉(突变往往令大多数无性物种最终灭绝)。变异的重要性在于它让生命对环境的变化做出反应。无性繁殖有时候就像在抽奖中买100张彩票,都是同一个号。但如果只买50张,每张买不同的号,就好得多。

尽管如今我们知道性别有多重要,这对了解它的起源却没有帮助。它的出现可能是出于DNA修复这种平凡的原因。单细胞、无性的有机体可能形成了定期复制其基因物质、然后再将其分组的习惯。这令它们可以通过转换成另一套基因来修复DNA损失。精子和卵子产生时仍然会出现类似的DNA转换。

死亡

死神是进化造就的吗?确实如此。生命体总会由于这样或那样的灾祸而死亡,例如挨饿或受伤。但还有另外一种死亡。细胞——甚至整个生物体——出于更高的利益而选择消亡。换言之,死亡也是一种进化的策略。

这在各种形式的程序性细胞死亡——亦称作凋亡——中体现得最明显。你的手有5个手指,这是因为当你还是胚胎的时候,曾经活在手指之间的细胞凋亡的缘故。如果没有细胞的死亡,我们甚至不会出生。

即使作为成年人,我们也离不开死亡。如果没有凋亡,癌症将在我们身上蔓延。

程序性细胞死亡在日常生活中也发挥着重要作用。它保证了内脏内层的细胞更新,为我们的皮肤提供由死亡细胞组成的保护层。当免疫系统消灭了感染,为数众多的白细胞会有秩序地自杀,让炎症平息。植物将细胞死亡用作一种丢车保帅的抵御病原体的策略,隔离感染区域并杀死其中所有细胞。

少量细胞的牺牲会对生物体有利,这很容易理解。但整个有机体的死亡可能也有进化的参与。所有高等有机体的细胞在几十次分裂之后开始老化,最终导致生物体本身的死亡。这可说是另一种对失控生长的防御措施。但另一种理论认为,这是某种固有的基因老化程序的一部分,为所有生物的寿命设定了上限。

大多数进化生物学家不同意固有的“死亡程序”的观点,而是认为衰老类似进化过程中的废品堆积站:自然选择没有理由筛除在生命中很晚才出现的缺陷,因为很少有个体能幸运地活到老年。但现在人们一般会活到生育期之后很久,因此遭遇到了进化之神从来不曾料想我们会找到的发明:死于年老。

寄生

这个词是偷、骗和暗中作恶的同义词。但发生在寄生虫和宿主之间的古老战斗却是进化的最强大的推动力之一。如果没有掠夺者和白食客,生命的面貌将与现在截然不同。

从病毒到绦虫,从藤壶到鸟类,寄生动物名列地球上最成功的生物体当中,从每种已知生物身上无情地攫取好处。以绦虫为例。这种线形寄生虫就像性腺加一个全是钩子的头,省去了长内脏的麻烦,喜欢浸泡在宿主消化系统的丰富营养物质中。在平均长达18年的一生中,一条人体绦虫能产卵100亿枚。

很多寄生虫,例如小小的肝吸虫,也很善于操纵宿主的行为。脑部感染了一种吸虫幼体的蚂蚁会觉得必须爬上草叶尖,在这里它们更可能被这种吸虫的最终宿主——绵羊——吃进去。

田纳西大学的生态学家丹尼尔·辛贝洛夫说:“它们真的很恶心,但它们多么擅长这种工作啊。进化很可能是由寄生虫推动的。这是有性繁殖得以延续的主要假说。还能比这更重要吗?”

对进化影响最大的寄生虫是个头最小的。细菌、原生动物和病毒能影响宿主的进化,因为只有最坚强的个体才能在感染中活下来。

宿主也能影响寄生动物的进化。例如,需要人与人接触才能传染的疾病往往进化得不那么致命,确保患者至少能活到传染给别人之后。

寄生体还能在更加基础的层面上推动进化。有一种寄生性的DNA片断名叫转位子,它能自己断裂并粘贴在染色体组上,转换成新基因或促进突变的出现。甚至性别起源也与它们有关,因为它们可能推动了细胞融合和配子形成的选择。

超个体

大量生物个体和谐地生活在一起,通过分工和分享劳动果实以实现更好的生活。我们把这种极乐社会称为乌托邦,并且为进入这个社会而努力奋斗。然而,进化的成绩却比我们的工作有效得多。

以僧帽水母为例。它看起来就像一个漂浮在公海上的普通水母。但放在显微镜下,你会发现这个看似有一个触须的动物其实是很多单细胞有机体组成的群落。它们的劳动分工堪称一种艺术。部分个体负责移动,部分负责摄食,部分负责分发营养物质。

这种共存带来了很多好处。它让本来会固定在海底的单位个体能够自由漂移。它们集结在一起更有利于免受掠食者的攻击,适应环境压力,并开拓新疆域。僧帽水母是真正的超个体。

既然益处多多,群体生命形态进化了很多次并不稀奇。但其中确有一个大的难题,以粘细菌为例。这些细菌也许是最简单的群居生物。在通常情况下,各个细菌独自行动,只有在环境中缺乏某些氨基酸时,个体才开始集结。由此形成的超个体形成柱状,顶端是含有孢子的有后代个体。但是既然只有形成孢子的细菌才有传播后代的机会并获得新生命,为何其他细菌还忠心耿耿相随呢?这种合作是如何进化出来的,它们又如何防止骗子的利用?人们仍然不能解答关于某些群居生命体的这些疑问。

人们在所有蚂蚁和白蚁、大多数组织高度发达的蜜蜂和黄蜂当中都发现了完全社会性。尽管这些微型社会也需要严密监管以防止骗子浑水摸鱼,但这很可能是地球上最接近乌托邦的社会。

共生

共生有很多种定义,但我们在这里是指两个物种存在一种在生理上很密切、互惠互利的依赖关系,这种关系几乎总是和食物有关。共生在进化过程中引起了巨大变化,而进化又不断孕育出新的共生关系。

也许最重要的共生关系是催生了复杂的真核细胞的那些。真核细胞利用专门的细胞器官(例如线粒体和叶绿体)从食物或阳光中获取能量。这些细胞器官本来是更简单的原核细胞,后来在完全的共生关系中被真核细胞吞并了。如果没有它们,生命的重要进展——例如日益增进的复杂性和多细胞动植物——将无从出现。澳大利亚墨尔本大学的杰夫·麦克法登说:“这个世界上只有两件事生死攸关:呼吸作用和光合作用。但两者都不是真核细胞自己办到的,是它们借助共生,从原核细胞那里借来的。”

共生在进化过程中出现得如此频繁,我们可以断言这是法则而非例外。深海中的琵琶鱼让荧光细菌在自己嘴巴里游曳,作为诱捕工具。在海面,珊瑚虫为能进行光合作用的海藻提供住所,用无机废物交换有机的含碳化合物。海藻还能产生一种吸收紫外线的化学物质,保护珊瑚。此外,科学家认为90%以上的植物物种与其他物种存在共生关系。

南美切叶蚁把树叶切下来,为培育在蚁穴中的真菌提供肥料。蚂蚁不能消化树叶,但靠它们养殖的真菌能分解树叶中的毒素,同时产生含糖和淀粉的美味。而且,如果没有消化道里的细菌消化食物和产生维生素,任何动物,包括人类在内,都无法存活。

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