梦幻星空宇宙：生命界最重大的十项顶级创造

多细胞结构——Claire Ainsworth

　　在洗澡的时候想想这个，你可能正好用到一块最伟大的进化创造物之一的精选实例品来擦洗你的后背，或者至少是一块上等的塑胶仿制品。

　　海绵动物是多细胞生命的关键范例，一项由单细胞活体转变为奇异而复杂的躯体的新发明。它是一个如此重大的进展，至少在16个不同的时代发生了进化。动物，陆生植物，真菌及藻类都参与了进来。

　　

海绵

　　数十亿年来，细胞一直是一股能相互合作的力量．甚至细菌也能相互合作，形成复杂的群落，具有形成3维结构和某些分工。然而，在亿万年前，真核生物——把DNA包裹在细胞核中的更复杂的细胞——上了一个新台阶。它们构成了持久的群落，特定的细胞专职于完成不同的任务，诸如获取营养或排泄废物，而且其行为能得到很好地协调。

　　真核生物能获得这一飞跃，乃是因为它们早已进化出服务于其他用途的多种必需特性。许多单细胞真核生物能特化或分化为不同类型的细胞，以致力于完成像与其它细胞合作这样的具体任务。它们借助化学信号系统去感知外界环境，其中一些与多细胞生物类似的功能用于协调它们的细胞行为。同时它们可以利用粘性表面分子来探察并俘获猎物，这种分子与在动物和其他多细胞机体中将细胞结合起来的分子相同。

　　那么是什么引发了这一切呢？一种观点认为，聚合使细胞们免于被单细胞的猎食者过多地一口吞噬掉。另一种说法是，单细胞经常是能实现的功能有限——例如，大多数细胞无法既长出鞭毛进行运动，又进行分裂。但是如果每个细胞都能各司其职，那么一个菌落可以同时拥有运动和分生细胞。

　　研究人员目前设法通过研究现存的与最初多细胞生物关系最近的生物的基因组，来重建最初多细胞生物的知识。加州大学伯克利分校的分子生物学家Nicole King说，“我们试图回溯到亿万年前。”她和她的研究小组正在研究单细胞原生动物领鞭毛虫（choanoflagellate），以理解动物如何在大约6亿年前由单细胞动物进化而来。领鞭毛虫和海绵——那一阶段惟一幸存至今的事件见证者——有着共同祖先，动物拥有独特的信号传导功能和细胞粘性分子， King发现领鞭毛虫具有类似的分子，数目惊人。

　　然而，更大更复杂并非多多益善。如King所指出的，在个体数量和物种数目方面，单细胞生物远多于多细胞生物。“因此，你可以说单细胞生物最为成功，但多细胞生物是最美丽而激动人心的。”

眼睛——Graham Lawton

　　它们出现于进化的灵光一现之间，却因此永远改变了生命界的规则。在眼睛出现之前，生命更为和善温良，由懒洋洋地分布在海洋里的行动迟缓的软体蠕虫统治着。眼睛的创造预示了一个更为凶残冷酷、充斥着竞争的世界。视觉使动物变成活跃的猎食者成为可能，它引起的进化的军备竞赛改变了这个星球。

　　最早的眼睛大约出现于5.43亿年前——正值寒武纪开始——被称为莱德利基虫（Redlichia）的三叶虫群体中。它们的眼睛是复眼，类似于现代的昆虫，也许是由感光点进化而来。它们在化石记录上的外观出人意料地醒目——5.44亿年前，三叶虫的祖先还不曾有眼睛。

　　在那不可思议的百万年间发生了什么呢？眼睛一定仅仅因太复杂而不能突然出现吗？不是那样的，根据瑞典Lund大学的Dan-Eric Nilsson的研究，他计算得出一个感光细胞组成的斑点仅需要五十万年即可进化为复眼。

　　“眼睛引起的进化的军备竞赛改变着这个星球”

　　那并不是说差异是微不足道的。感光性细胞构成的斑点或许远在寒武纪之前就普遍存在了，它能让早期的动物察觉到光并感知光线的方向。这种退化的感觉器官现在仍被水母、扁形虫和其他生活于暗处的原始种群使用着，显然，聊胜于无嘛。但它们还不算上是眼睛。真正的眼睛需要一些非常之物——一个能聚焦光线用以成象的晶状体。牛津大学的动物学家Andrew Parker说道：“如果你突然获得了晶状体，效力便能从1%飙升至100%。”

　　

蜻蜓的复眼

　　三叶虫不是惟一偶然获取此项发明的动物。生物学家相信，虽然遗传学证据表明有眼动物存在一个共同祖先，但眼睛已经独立进化出许多次。无论如何，三叶虫是有眼动物的第一例。

　　眼睛造就了何等的差异！在寒武纪早期失明的世界里，视觉即是超级能力。三叶虫的眼睛使其成为最早活跃的食肉动物，它们能够寻找和追逐食物，以前从未有动物能够这样做过。同时，意料之中的是，它们的捕食对象发生了对抗性的进化。仅仅几百万年后，眼睛变得司空见惯，动物在生存斗争中显得更为积极主动，身披有防御性的甲胄。这一进化创造的爆发就是我们目前所知的寒武纪大爆发。

　　然而，视觉并非普遍存在的。在37个多细胞动物门中，只有6门进化出了眼睛，毕竟在你专注思考它之前，眼睛看上去可能不是那么一项伟大的创新。具有视觉的6门动物（包括我们自己，脊索动物，及节肢动物和软体动物）均是这个星球上数量极其丰富、分布广泛而且生存成功的动物。

大脑——Helen Phillips

　　大脑经常被视为进化的最高成就，它赋予了人类终极技能，诸如语言、智力和意识。但在这一切之前，大脑的进化已做出了一些惊人的事情：它将生命超越了植物的境界。大脑首次为有机体提供了一种在小于世代的时间尺度上就能处理环境变化的手段。

　　神经系统产生出两个非常有用的功能：运动和记忆。如果你是一株植物，而食物源匮乏殆尽，那可真够受的。但要是你具有能控制肌肉的神经系统，那么实际上你可以四处游走去寻觅食物、性和栖身之所。

　　最简单的神经系统是仅存于刺细胞动物（cnidarian）——水母，海胆，海葵——中的环状回路。这些玩意可能并不十分灵巧，但它们仍可以凭此去发现自己需要的东西，而且能以远胜于植物营生模式的精细方式融合于世界中。

　　下一个进化阶段大概发生在寒武纪的扁形虫身上，增加了某种控制系统使运动更随意自如。这种原始的脑只不过是一些额外的连线，用于帮助组织（神经）网络。

　　装备了这些东西的最早期水生动物，将把觅食作为优先考虑的事项。生物体需要从有毒的食物中挑选出营养物，大脑能帮助它们做到这点。毫无疑问，你去看任何动物，将发现大脑始终处于口附近。在一些极其原始无脊椎动物中，有的食管竟然恰好经过大脑。

　　随着大脑产生判断力，去发觉世界是善还是恶，还有记忆力的出现。这些能力联合起来使得动物能够实时监控事件的发展动态（是变得更好了，还是更糟了）。它们依次作用便造就了一个简单的预测和补偿系统。甚至具有简单大脑的动物——昆虫、蛞蝓、扁形虫——都能利用其经验去预定下一步什么事最值得做或最该吃些什么，它们拥有一个能强化优选行为的奖励体系。

　　

南方古猿阿法种的头骨（复原）

　　人类大脑更为复杂的功能——例如，社会性的交互作用，决策能力，移情作用——似乎是由控制摄取食物的基本系统进化而来。控制我们决定吃什么的那种感觉变为直觉判断（在英语中称为gut instincts，直译即腹之直觉）。人的额叶皮层（frontal cortex）中最为高度发达的是处理决议和社会交往行为的部分，而那恰好就邻近于主管味觉、嗅觉和口、舌、肠胃运动的区域。我们亲吻可能成为自己配偶的人是事出有因的——它是我们所知的检验某些事物的最为原始简单的方式。

语言——Kate Douglas

　　如果把人类包括进来，语言就是进化的终极发明。它是使我们显得独特的最核心部分，从知觉意识，移情作用，神游、使用符号表意体系、精神和道德。语言也许是定义我们这个物种的要素，那它在进化体系中又扮演了何等重要的角色呢？

　　十年前，英国苏塞克斯大学的终身生物学教授John Maynard Smith，和匈牙利布达佩斯高级研究院的Eors Szathmary联合出版了《进化中的重大转变》（The Major Transitions in Evolution），此书描述了生命前行的重大飞跃。他们认为，信息被组织并传送至下一代的方式，是至关紧要的一步发明——这些重要的发明始于生命的自身起源，终于语言的出场。

　　Szathmary表示，发现我们祖先具体是如何获得此项飞跃的，可能是科学中最困难的问题。他指出，复杂的语言——语言有句法和语法，通过从句有等级地排列来营造意义——只进化过一次。惟有人类的大脑能产生语言，与流行的信念相反的是，此项能力并非局限于大脑的特定区域，诸如布罗卡区（Broca's area）和韦尼克区（Wernicke's area）。如果这些区域受损，大脑的其他区域将会接管语言功能。Szathmary将语言与阿米巴虫相比，而大脑便是前者得以繁荣兴旺的栖息地。他说：“我们的大脑中有大得令人惊讶的部分能够支撑着语言。”

　　但那会引发一个问题，为何语言阿米巴没有把势力范围延拓到其他动物——尤其是灵长类——的大脑中呢？Szathmary相信，答案在于人类独有的神经网络使我们能够完成对于合乎语法的语言所必需的复杂的等级处理。这些网络是由我们的基因和经验形成的。首例与语言相关的基因FOXP2在2001年被发现，其他的相关基因必将陆续被发现。

　　

黑猩猩没有语言

　　那么我们进化上的亲缘物种，如黑猩猩和其他灵长类为什么不具备相似的能力呢？回答是，近来的分析似乎给出了一个真相，虽然人类与黑猩猩拥有大量共同的基因，但人类大脑中负责表达的版本比黑猩猩的更为活跃。此外，人类新生儿的大脑发育程度远不及新生的黑猩猩，那意味着我们的神经网络需要许多年沉浸于语言环境来得以发展成形。

　　某种意义上说，语言是生物进化的终极成就。因为这种独特的进化新产物使那些拥有者能够超越纯粹的生物领域。借助语言，我们的祖先能够创造他们自己的环境——现在我们称之为文化——并且不需要遗传上的改变就能适应它。