生命界最重大的十项顶级创造(图)

[Post=5]<br/><br/><div class="t_msgfont" id="message15612004"><a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2380_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2380_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>多细胞结构</b>——Claire Ainsworth<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>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。</div>[/Post]

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[Post=6]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2381_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2381_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>眼睛</b>——Graham Lawton<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>“眼睛引起的进化的军备竞赛改变着这个星球”<br/>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%。”<br/>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。<br/>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。<br/>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。[/Post]

[Post=7]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2382_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2382_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>大脑</b>——Helen Phillips<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>[/Post]

[Post=8]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2383_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2383_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>语言</b>——Kate Douglas<br/>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？<br/>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》(<i>The Major Transitions in Evolution</i>)，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。<br/>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。”<br/>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。<br/>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。<br/>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。[/Post]

[Post=9]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2384_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2384_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>光合作用</b>——Alison George<br/>对于生命，几乎没有哪种发明有如从阳光中俘获能量的能力那般，具有如此意义深远的重要地位。光合作用彻底地改变了这个星球的面貌，它改造了大气成分，并形成防护屏使地球免于致命的辐射。<br/>要是没有光合作用，大气中便几乎没有氧气，没有植物和动物，仅有微生物靠原始的矿物质汤和二氧化碳来残喘度日。光合作用使生命摆脱这些约束，它产生的氧气为复杂生命的出现创造了条件。<br/>在光合作用出现之前，生命界的主体是些以诸如硫、铁、甲烷这类化学物质为能量来源的单细胞微生物。而后，约在35亿年前，或许更早，一群细菌发展出从阳光获取能量的能力来帮助合成碳水化合物，以满足自身生长和供能的需要。尚不清楚它们是如何练就这番技能的，但遗传研究表明获取光的“器械”是由分子间进行能量传递工作的蛋白质进化而来的。于是光合作用就降临了。<br/>可是这一过程的早期版本并不产生氧。它利用硫化氢和二氧化碳作为原料，生成碳水化合物和硫作为最终产品。在后来的某个现在还未确知的时期，进化出了新型的光合作用，它利用水和不同的资源，产生氧这一副产品。<br/>在早期，氧会毒害生命。直到一些微生物进化出忍受氧并最终利用其作为能源的机制时，大气的氧含量才开始提升。那也是相当重大的发现：碳水化合物的有氧代谢获取能量的效能是无氧代谢的18倍。<br/>地球上的生命从此变得更具活力了，为发展出复杂的多细胞生命形态（包括植物，它们吸纳了被称作蓝细菌的具备光合作用功能的细菌作为自己的光合作用器）作好了准备。事实上，现今地球上的生命所利用的能量都是直接或间接地由光合作用产生的。<br/>在提供了代谢养料的有效方式的同时，光合作用制造出的氧也有助于保护生命。地球处于持续不断的来自太阳的致命的紫外辐射流的轰击下。让大气充满氧的过程的一个副产物是，距地表20至60千米高处分布的臭氧层，它滤除了最为有害的紫外线。这个保护伞让生命逃离海洋避难所，移师至干燥的陆地。<br/>“它改变了大气成分，并使地球处于防护屏的保护之下”<br/>如今，这个行星上的每一个生化过程实质上都最终依赖于太阳能的输入。深深地吸一口气，感谢一下那些原始厌氧微生物的生化创造力吧.[/Post]

[Post=10]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2385_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2385_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>性</b>——Clare Wilson<br/>鸟类为之，蜜蜂亦为之——对于数目巨大的绝大多数物种而言，有性生殖是惟一的选择。它是造就这个星球上最为惊人的生物奇观的原因，从珊瑚虫群体（它们繁殖的数量如此巨大，以至于能在太空中看见），到园丁鸟(bower bird)为吸引异性而精心展现的舞姿，还有成年牡鹿的鹿角，一些生物学家认为，诗作、音乐和艺术也在其中。性甚至可能是造成生命前赴后继、自主前行的原因：放弃性的物种差不多在几百代之内就走向灭绝。<br/>然而，既然性这般重要，生物学家却仍在争辩它是如何进化出的，以及它为何进化出来了。要知道，表面上看来，性是一种失败的策略。<br/>有两个理由让进化应该青睐无性生殖。首先，在为资源进行的斗争中，无性的物种能轻易地战胜有性的物种。其次，精子和卵子仅包含了双亲各方一半的基因，采取有性生殖的生物个体只能将自身50%的基因传递给下一代。无性生殖却可达到100%的传递率。<br/>显然，上述推理过程存在某些错误。尽管有许多物种，包括昆虫，蜥蜴和植物，无性而生活得悠然自得，至少目前如此。但是，有性的物种在数量上要远远胜出。<br/>性的持久不断的成功通常归因于遗传包裹的重新组合，引入了变异并使有害的突变被清除（突变最终会消灭大多数无性物种）。变异是重要的，因为它使生命能够响应环境的变化，这包括捕食者和被捕食者——特别是寄生物和寄主——之间的相互作用。无性生殖有时可以比喻为这么一个情形，买了一注100张的彩票，竟然全是同号的。远优于此的是，只买50张彩票，每张的号码都不同。<br/>虽然我们可能明白了性是多么有效，但是我们却不知道它是如何产生的。它可能像DNA修复那样普通。无性生殖的单细胞生物可能曾经进化出周期性地倍增自身遗传物质然后又对分的习性。这让它们能通过替换备用组件去修复任何DNA损伤。类似的DNA交换仍旧发生在卵子和精子的产生过程中。<br/>寄生物也从属于这个框架。我们所知的DNA寄生段就是转座子把它们的拷贝插入到细胞正常的遗传物质中。设想一个在单细胞生物中的转座子获取了一个突变，它促使宿主细胞在再次分裂之前周期性地和其他细胞融合。转座子的这一性的原始形式将会在许多不同的细胞中水平地传播开。一旦它在一个种群中出现，寄生的性现象将会相当快地流行开去。<br/>[/Post]

[Post=11]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2386_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2386_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>死亡</b>——Bob Holmes<br/>进化会给生命带来死神吗？是的，确实如此。当然，并非一切皆在它的笼罩之下，生物就经常因诸如饥饿或机体受伤这样的不幸祸事而（非自然）死亡。但还存在不同类别的发生在细胞中的——另有一种存在争议的说法，认为或许甚至是整个有机体——出于为某些更大的整体获取利益而进行的选择死亡。换句话说，死亡是一种进化的策略。<br/>这在许多类程序控制的细胞死亡或者说凋亡（存在于每一个多细胞机体中的一种自毁机制）中是极其明显的。你的手有5根手指，这是因为那些胚胎时期曾经活在手指之间的细胞都死了。只有8到16个细胞大的胚胎——仅在受精卵分裂了3或4次后——指望着细胞的死亡：阻止细胞凋亡，发育就会出偏差。若无死亡之惠，我们甚至无缘出生。<br/>即便是像我们这样的成年人也不能脱离死亡而存活下去。没有凋亡的调控，我们将全身癌症泛滥。你的细胞不停地击败一些突变，这些突变威胁到你严格控制细胞分裂动向以防止其走火入魔的能力。不过，监督系统——例如含有p53蛋白质的被称为“基因组监护者”（参见New Scientist，18 December 2004，p 38）——可以侦测到几乎所有的这一类差错，并指引受侵袭的细胞执行自毁。<br/>程序控制的细胞死亡也在日常生活中扮演了重要的角色。它确保了肠道内壁恒定的细胞更新量，以及利用死亡细胞生成皮肤保护层。当免疫系统击溃感染后，富余的白细胞会有秩序地自杀以使炎症消退下来。植物利用细胞死亡作为抵抗病原体的焦土防卫策略(scorched-earth defence)，它将感染区域围截起来，然后一举把其中的所有细胞统统杀灭。<br/>生物是如何受益于牺牲少数细胞的，这一目了然。但是进化可能也影响了整个生物体的死亡。所有开始上了年纪或者步入衰老的高等生物的细胞，仅仅在分裂了几十代后，便最终将有机体自身引向死亡。某种程度而言，那更是一项对抗挣脱控制的疯长的保护措施。但是一个有争议的理论提出，死亡是一个嵌入的遗传老化程序，它设定了所有人的预期寿命上限。（参见New Scientist，19 April 2004，p 26）。<br/>大多数进化生物学家拒绝接受先天“死亡程序”的观念。他们指出，毕竟动物会以许多不同的方式老死，而不是有如细胞凋亡那样的单一路线。与之相对的，他们认为衰老是进化的废物场：自然选择几乎没有理由除去一个出现在生命晚期的缺陷，因为很少有个体能足够幸运地活到老年。可是如今人们都普遍地存活到育龄期之后，于是我们便只能忍受进化从未替我们着想而做出的发明：终老而亡。[/Post]

[Post=12]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2387_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2387_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>寄生</b>——Anna Gosline<br/>这个名称是偷窃、欺骗以及鬼鬼祟祟的罪恶之同义语。但是，在寄生物和寄主之间的古老战斗是进化中最强大的驱动力之一。没有了掠夺者和揩油之徒，生命便不会成为今天的样子。<br/>从病毒到绦虫，藤壶到鸟类，寄生物种是这个星球上最成功的生命之一，它们毫无慈悲心地利用我们所知的每一个生物。请看绦虫，这种改进型的寄生物几乎就只是生殖腺和头部满是钩状物的结合体，为了在寄主富有营养的消化道深处生活，它省却了肠胃。在其平均18年寿命中，一只寄生于人体中的绦虫能产下100亿颗卵。<br/>许多寄生物，例如小型肝吸虫，也精通巧妙控制寄主行为的技艺。脑部感染上吸虫幼体的蚂蚁，会被强制爬到草叶的顶端，在那它们更可能被吸虫的最终寄主绵羊吃掉。<br/>“它们实在令人厌恶，但是，它们是不是对自己要做的事很擅长呢？”流行的法国教材《身为寄生物的艺术》(<i>The Art of Being a Parasite</i>)的译者，田纳西州大学的生物学教授Daniel Simberloff说道，“进化可能在相当大的程度上被寄生物驱使着。这是有性生殖之续增篇的主要假说，你能从中获得多少更深的要义呢？”<br/>寄生物可被证明的作用于进化的最显著效应是它们的尺度都是最小的。细菌，原生动物和病毒，可以影响它们寄主的进化，因为只有最顽强的个体才能在感染中幸存下来。人类也不例外：如果只继承一个基因，几种遗传病的基因会阻止免于传染病的侵害。例如，一个镰刀状红细胞贫血症基因的拷贝可抵御疟疾的感染，这种情形一直延续至今。再有艾滋病病毒和结核菌，使我们的基因组的部分发生进化，就比如免疫系统的基因（参见New Scientist，22 November 2003，p 44）。<br/>寄主也能影响其体内的寄生物的进化。例如，需要在人与人之间接触传染的疾病经常进化为不那么致命，以确保感染者至少能存活到将病原体传递给下一个人。<br/>寄生物亦能在更基本的层次上驱使着进化。被称为转座子的DNA寄生段可以在整个基因组范围内剪贴自身，以转变为新基因，或促发突变和DNA的重新混合，这加剧了遗传变异。它们已经牵涉进性的起源，因为它们可能推动了细胞融合和配子形成的选择。[/Post]

[Post=16]<a href="http://bbs.tom.com/showpic.php?url=http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2388_n.jpg" target="_blank"><img alt="" src="http://image.bbs.tom.com/data1/pic/766/2/2388_n.jpg" border="0"/></a><br/><b>超个体</b>——Kate Douglas<br/>大量的个体和睦相处，通过分工和共享劳动成果来达到更佳的生存状态。我们将这种乐园般的完美理想境界称为乌托邦，并且至少在有记录的人类历史上，人们一直为实现此目标而奋斗着。唉，就目前而言，我们的努力仍是徒然地白费工夫。然而，进化做得更好。<br/>取一只僧帽水母(Portuguese man-of-war)，它看起来不过是像漂浮在公海上的普通水母，但用显微镜放大观察，你会看见这个像是有触角的个体，其实是单细胞有机体的一个群落。这些管水母(siphanophore)拥有的分工已发展成一门杰出的技能，一些专司运动，一些负责给食，还有的专职营养分配。<br/>这种共存带来了一个很大的优势。它让生物成为整体，可以自由地游动。否则它们只能待在海底。它们聚结起来可以更好地保护自己免遭猎食者的捕食，应对环境压力，拓展新的生存版图。僧帽水母是货真价实的超个体。<br/>拥有这些展现于世的诸般好处，集群的营生方式已进化了许多次，这可一点也不让人吃惊。只可惜它伴生着一个重大的缺陷，就像或粘细菌(myxobacteria)的情况。这些微生物或许是最简单的集群生物体。在正常情形下，细菌个体独自拖着粘液痕迹滑行。只有当它们所处的环境缺少特定的氨基酸时，这些个体才开始聚集起来。产生的超个体的顶部有包含了孢子的子实体的柄梗。可是，既然只有那些形成孢子的细菌将有机会被散布并成为新的生命，那么为什么其他的个体要与之合作呢？我们尚不清楚在一些类型的集群生命形态中，这种协作是如何进化的，欺诈是如何防止的。<br/>但对于一群营集体生活的昆虫，我们确实知道诀窍何在——它是一项精妙的诡计。雌性由受精卵发育而来，而雄性由未受精过的卵发育而成。这种决定性别的方式被称为单元二倍体(haplodiploidy)，这确保了姊妹间的亲缘关系比它们与儿女的亲缘关系更为密切。这就意味着，让自身基因以最佳的机会继续存衍的方式是雌性之间互相照料，而不是自己产卵。这就是本质上向那些单元二倍体至少进化过十几次的动物种群——蜂群和白蚁群及其他许多昆虫群体——提供稳定性的根由。<br/>真实的社会性或用术语说，完全群居的习性(eusociality)存在于所有的蚂蚁和白蚁中，还有最为高度组织化的蜜蜂、黄蜂及一些其他物种中，但并非存在于所有使用了单元二倍体的物种中。尽管这些小型的社会需要更为经心的管辖以制止作弊行为，但这大概是地球上最为接近乌托邦的事物了。[/Post]