達爾文錯了?螃蟹竟在地球上出現了5次,相同形式為何不斷出現?

2022年12月10日01:14:04 科學 1017

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以前,人們相信生命形式都是固定存在的,比如羊,它們的過去和未來都只能是羊。

然而,達爾文打破了這個傳統,他相信生物可以通過進化創造無數最美麗的生命形式。

這個觀點極具開創性,因為以人類的壽命的時間尺度很難想像進化如何改變生命形式,但是隨着越來越多的數據積累,達爾文的這個想法似乎也不是很正確。

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比如被我們端上餐桌的螃蟹,生物學家已經觀察到這種生命形式至少已經在地球上出現5次了,這些在分類上不同的物種,它們最終走向了相同的形式。

在自然界中其實有很多這樣的例子,進化一刻不停地都在發生,可能確實像達爾文想像得那樣可以創造出現無數物種,但這些物種存在的形式似乎是有上限的,而且並不多。

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© Hans Hillewaert

五種螃蟹

螃蟹屬於一種甲殼類動物,更精準的歸類是十足目,從字面上就可以看出它們是有10條腿的動物群體。

十足目甲殼類中物種最為豐富的一目,可能有9000多種,不過它們一般情況下只有兩種形式:

一種是就像龍蝦一樣,有一個肥厚且發達的肌肉腹部(被端上餐桌的時候,我們主要吃的就是這個部分),這種結構可以讓它們輕輕一彈就能夠迅速向後彈射,從而逃脫捕食者的追捕;

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另外一種就是像螃蟹一樣,有一個壓縮的扁平腹部,然後在上面蓋一個外殼,這讓它們能夠躲進狹窄的石頭縫隙中尋求庇護。

由於螃蟹的這種結構不需要強大而集中的肌肉結構,所以螃蟹吃起來沒有蝦那麼容易。

「螃蟹類」現在總共有五種,其中最多的一種是短尾下目的真蟹,就是腹部幾乎看不到的那種,全世界大約有4700種。

我們熟悉的螃蟹基本屬於這一類,比如河蟹、大閘蟹、梭子蟹等等,這些螃蟹已經以這種形態存在很長時間了,它們的祖先,以及祖先的祖先都基本長這樣。

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不過,現在有一些真蟹已經在「向後」發展,逐漸拉直了它們的腹部。

另外一種「螃蟹類」是屬於異尾下目的假蟹,這個也被稱作歪尾下目,這些假蟹的特點就是尾部不對稱,而它們的祖先看起來更像是大蝦。

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綿蟹

在異尾下目中又有四種不同的「螃蟹類」,分別是綿蟹(長毛的螃蟹),瓷蟹(看起來只有四對腳的較小螃蟹),石蟹帝王蟹等),以及澳大利亞寄居蟹。

這5種「螃蟹類」的形態大致相同,它們緊湊的身體更具防禦性,同時可以更快地向兩側移動,但它們全部都是獨立進化的。

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瓷蟹

換句話說,「螃蟹」並不是一個真正的生物群體,它們是十足動物樹上的分支的集合,只是彼此進化讓彼此看起來一樣而已

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殊途同歸:進化一直在塑造相似的生命

在自然界中,「螃蟹類」並不是唯一這樣子的,大部分生物都是如此——它們從不同的生物群體中來,最終卻都走到了相似的形態。

比較遙遠的有鳥類和它們侏羅紀遠親。

如果把我們放到侏羅紀的話,雖然那個時代的動植物在分類上和現在有很大的不同,但至少有一點我們可能不會太陌生,那就是我們可以看到樹枝上停着「鳥類」。

雖然,現在古生物對鳥類(新鳥)的進化意見不一,但有一點基本是確定的,那就是現在的所有鳥類都是那些長羽毛的地棲恐龍進化來的。

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小盜龍©Fred Wierum

然而,在恐龍的時代,其實早就已經有一些恐龍利用自己的羽毛裝飾了翅膀並飛上了天,享有現在鳥類該有的生態位,比如在遼寧發現的小型獸腳類恐龍——小盜龍。

不幸的是,通過化石來複原的模型可能和動物原有的長相會有很大不同,我們很難判斷相同的事情是否真的在不斷發生。

好消息是,還有一個不錯的例子可以證明這一點,那就是我們這個生物群體——哺乳動物。

現在地球上生活着兩大類哺乳動物,分別是胎盤動物(包括我們)和有袋動物袋鼠等),兩者在大約1 億多年前由共同祖先進化而來。

不過,現在有袋動物主要生活在大洋洲和美洲,而胎盤動物則生活在更多地方,這種隔離導致了兩次幾乎獨立的「進化實驗」。

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就目前來看,結果就是,有袋類和胎盤類都進化出了「鼴鼠」、「老鼠」、「食蟻獸」、「飛天鼠」、「貓」,以及「狼」。

雖然這些動物來自完全不同的分支,但是它們得到的身體細節卻驚人的相似。

出現這種情況的原因其實特別簡單,用一個術語來解釋就是趨同進化——生物為了適應相似的環境進化出相似的身體結構

但是,讓人有點意外的是,趨同進化其實發生在更小的單位,從單一器官的相似,到分子層面的相似都存在。

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比如我們的眼睛,這可能是人體最有意思的器官了,它通過晶狀體、虹膜、視網膜等結構完成了類似拍照的功能,但遠在海洋深處的章魚卻也得到了一個和我們相似的、有着拍照功能的眼睛。

如果往更普遍地說的話,眼睛在不同的動物群體中可能已經獨立進化了40次,即使是沒有大腦的箱形水母,其四隻觸手的底部也有帶晶狀體的眼睛。

當然,除了眼睛之外,頜骨、牙齒、耳朵、鰭、腿、翅膀……等結構在整個動物的生命樹中都在不斷獨立進化。

最近,科學家們還發現這種情況也發生在分子水平,我們眼睛中的視蛋白分子將光子轉化為化學能,使人類能夠看到,這與箱形水母中的視蛋白分子非常相似,而兩者完全平行進化,不帶任何「借鑒和參考」。

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最後

我們經常會說地球上人類的出現純屬偶然,但從這種趨同進化中不難發現,人類可能一點也不獨一無二。

至少「得到」人類的一些最關鍵的因素——比如好奇心、語言、使用工具、學習……等等,在動物界都是普遍存在的。

其實,如果這個問題往更大的方向去思考的話,那麼我們甚至有理由相信外星人(如果生命在宇宙的其它地方進化)對我們來說也不會太陌生。

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