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        “捕食者”改變世界

        2020-03-04 11:30:13史開朗
        科學(xué)之謎 2020年12期
        關(guān)鍵詞:生物

        史開朗

        你見過獅子和北極熊狩獵嗎?如果有,你就會知道它們有多么強大和可怕。人們通常把這些具有攻擊性和破壞力的殺手物種稱為“捕食者”,這個詞最早起源于拉丁語的“搶劫”或“掠奪”。

        從35億多年前開始,雖然捕食者造成了數(shù)不清的破壞和死亡,但從生物進化的角度來看,它們也可能促成了許多飛躍。從最早的細胞的產(chǎn)生到動物骨骼的生成,再到恐龍體積變得龐大,捕食者可能在其中起到了作用。包括人類自身的進化,為什么我們會變得聰明,某種程度上,可以說也有賴于捕食者對我們虎視眈眈——因為“那些可能會殺死你的東西會迫使你變得更強大”。當(dāng)然,捕食者自身也在磨練中變得更強大。

        細胞的產(chǎn)生

        生命在地球上的起源至今仍然是個謎。它可能起源于原始海洋的底部,也可能起源于早期大陸的山谷,它甚至可能來源于火星……我們只知道,34.3億年前,生物細胞出現(xiàn)了。

        除病毒外,地球上所有生物都由細胞組成,因此細胞的出現(xiàn)是生命史上最重要的事件之一,而它的出現(xiàn),很可能與捕食者的威脅有關(guān)。

        在細胞出現(xiàn)之前,生命可能是由浮在水中的裸露分子組成。一些研究人員認為,在所有的分子中,有的分子就像捕食者,它們攻擊并破壞其他分子,并將其“殺死”。有的分子為了防止受到攻擊,采取了一些防御措施,即用一層膜將自身包裹起來(后來演化成細胞膜),從而將捕食者“拒之門外”。由此,第一批細胞產(chǎn)生了。

        當(dāng)然,這只是關(guān)于細胞形成的一種說法。生命起源研究者認為,我們不排除細胞生命體是由其他機制進化而來,但是細胞之所以存在,可能還是要感謝“捕食者”。

        細胞必須連接起來才能制造動植物

        真核生物的出現(xiàn)

        我們知道,生物分為原核生物和真核生物。原核生物包括所有細菌,以及鮮為人知的古細菌,它們都極其微小。真核生物就是我們常與其“打交道”的動植物和真菌,它們屬于大而復(fù)雜的有機體。研究者認為,最早產(chǎn)生的細胞可能是原核生物。

        普遍的看法認為,最早的真核生物出現(xiàn)在大約20億年前,它們的產(chǎn)生是原核生物的一個飛躍。真核生物的細胞比原核生物的更加復(fù)雜,因而比它們需要更多的能量——這些能量由一個被稱為“線粒體”的結(jié)構(gòu)提供。那么,最初的真核生物是如何獲得線粒體的呢?

        科學(xué)家們嘗試著從遺傳學(xué)中尋找答案。由于許多真核生物基因與古細菌基因相似,而線粒體基因看起來很像細菌基因,因此,一個看法是,真核生物是由古細菌演化而來。古細菌作為捕食者吞噬了細菌,該細菌最終沒有被消化,而是以線粒體的形式在古細菌中生存了下來。

        但是,這種觀點存在一個問題:古細菌在今天看來似乎并不吞噬細菌。那么,古細菌和細菌融合在一起,可能只是為了能夠更好地相互代謝,是互助關(guān)系而不是捕食與被捕食的關(guān)系。

        然而,并非所有人都愿意放棄這種捕食者觀點。有人提出,既然古細菌不可能作為捕食者吞噬細菌,那么,細菌難道不可以作為捕食者入侵古細菌嗎?它們體積比獵物的更小,通過鉆進獵物體內(nèi)來進行攻擊。研究表明,這種可能性是存在的,再次支持了真核生物是由捕食者行為而產(chǎn)生的這種觀點。

        線粒體是我們細胞的引擎

        單細胞向多細胞演化

        真核生物比原核生物更復(fù)雜,但最初的真核生物是單細胞的,通常很小。想要變得更大,真核生物首先必須變成多細胞的。

        生物學(xué)家在實驗室中看到,捕食者可以促使單細胞生物轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗉毎?。例如,一種叫做小球藻的單細胞真核生物,在被引入捕食性的微生物后,在10~20代內(nèi)演變成了多細胞。

        我們再看一個例子。我們知道,動物是從領(lǐng)鞭毛蟲演化而來的。領(lǐng)鞭毛蟲是一種鞭毛蟲,它是掠食性單細胞真核生物。

        2007年,有生物學(xué)家研究了領(lǐng)鞭毛蟲的基因組,發(fā)現(xiàn)領(lǐng)鞭毛蟲有一些基因能編碼出23種鈣黏蛋白。這些鈣黏蛋白在動物身上通常是被用來使自身的細胞彼此相互結(jié)合,但是在領(lǐng)鞭毛蟲身上卻不是這樣。

        生物學(xué)家的進一步研究發(fā)現(xiàn),領(lǐng)鞭毛蟲中的鈣黏蛋白大多位于細胞的基部,固定在基部表面并繞著鞭毛分布,它們將通過的細菌吸住然后拉入細胞中,供領(lǐng)鞭毛蟲食用。這表明,今天將我們體內(nèi)的細胞粘附在一起的鈣黏蛋白,最初是幫助單細胞捕食者抓捕獵物的。

        動物的進化

        動物的進化似乎也該感謝捕食者。在短短的1億年中,它們演變出了許多種類,且不少種類都具有堅硬的骨骼,而且這些骨骼大部分都有防御作用。有證據(jù)表明,是捕食者促使了動物用骨骼捍衛(wèi)自身的安全。例如,一些早期的動物骨骼在外觀上很像鎧甲,并且有研究證實,這些骨骼的內(nèi)在構(gòu)造有助于抵抗食肉動物的攻擊。

        鈣黏蛋白連接細胞

        生命由水中發(fā)展到陸上,是生物進化史上的一件大事。大約3.7億年前,魚類開始向陸地移動,并演變成兩棲動物和爬行動物。這個過程經(jīng)常被描述成對土地的“入侵”。一些研究者持不同看法,它們認為,這同樣可能是魚類躲避水中捕食者的一種方式。

        當(dāng)然,我們也應(yīng)該注意到,千足蟲、昆蟲、蝸牛等其他動物早在魚之前就已經(jīng)出現(xiàn)在了陸地上,因此魚最初爬上陸地還有一種可能,就是為了更好地進行捕食。

        無論是被動躲避被捕食,還是主動捕食,顯然,魚最初登陸都與捕食者有關(guān)。

        恐龍龐大的體積

        自最早的四足動物產(chǎn)生起,在其后的1.5億年間,動物界蓬勃發(fā)展并呈現(xiàn)多樣化,出現(xiàn)了恐龍和哺乳動物。一些恐龍后來成長為史上最大的陸地動物。它們?yōu)槭裁磿L成這么大,是什么原因促使它們長成這樣?這個問題一直困擾著古生物學(xué)家,他們嘗試進行了解釋,其中有一種解釋與捕食者有關(guān)。

        梁龍是有史以來最長的蜥腳類動物之一

        恐龍可能不像哺乳動物那樣是恒溫的,因此它們能夠進化出龐大的體積而不用考慮如何散熱。食草恐龍體積變大,就可以更好保護自己,免受捕食者的侵害。而食肉恐龍為了能夠更好地捕食,自身也變大,這反過來又促使食草恐龍進化出更大的體積,依此類推,直到捕食者和獵物都變成龐然大物為止。

        真正大腦的形成

        很顯然,無論是研究微小細胞的起源,還是研究最大動物的進化,貫穿其中的一個觀點是,捕食者都以某種方式參與了進來。那么,捕食者也在我們?nèi)祟惖倪M化中發(fā)揮了作用嗎?

        人類祖先大約在700萬年前就開始學(xué)習(xí)用兩條腿走路了,但是直到200萬年前,它們才獲得了智人最重要的特征之一:一個真正的大腦。而這,可能要歸功于捕食者。

        200萬年前,我們的祖先突然改變了飲食結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)向食用營養(yǎng)豐富、易于消化的食物。于是,它們的腸胃不需要再費勁地消化食物。經(jīng)過無數(shù)代的繁衍,它們的腸道開始收縮,原先保持長直腸的能量被節(jié)省了下來并轉(zhuǎn)移到大腦的發(fā)育。

        這意味著,那時的人類可能已經(jīng)能夠通過持續(xù)的食肉來滿足大腦不斷增大帶來的能量需求。換句話說,早期人類可能通過轉(zhuǎn)變?yōu)椴妒痴叨砷L出更大的大腦。

        大腦的左右之分

        我們使用大腦的方式最初也可能跟捕食者行為有關(guān)。眾所周知,我們通常將大腦分為左右半球。你也許聽過這種說法:有創(chuàng)造力的人都是“左腦”發(fā)達。實際上并非如此,但是左右腦之間的差異確實是存在的。無法區(qū)分大腦活動的個體最終會發(fā)展出口吃或是閱讀障礙。

        在過去的幾十年里,很明顯,許多動物以類似的方式分配大腦活動。有研究者認為,在進化的早期,動物發(fā)現(xiàn)用左腦來處理日?;顒右炎銐?,從而釋放了它們的右腦,使它能夠?qū)W⒂谔綔y意想不到的物體——比如捕食者,并快速做出反應(yīng)。如此,大腦的一側(cè)專門用于尋找食物(包括獵物),另一側(cè)則是對捕食者進行快速反應(yīng),這使得大腦變得更發(fā)達、更高效。這種想法從小雞的研究身上得到了證實。如果小雞沒有在兩半球之間分配神經(jīng)活動,它們就會失去“邊覓食邊應(yīng)對捕食者的威脅”的能力。

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