楊冬

捕獵模式促進動物演化

若想探尋意識的源頭，回溯動物的起源、演化過程不可或缺。當今絕大多數(shù)現(xiàn)存的動物都屬于兩側(cè)對稱動物，海綿和腔腸動物則不屬于兩側(cè)對稱動物，它們在寒武紀之前就出現(xiàn)了。典型的兩側(cè)對稱動物是蠕蟲，其最大特點是有一條有兩個開口（口和肛門）的消化道。消化道周圍有肌肉，可以驅(qū)動它移動覓食。蠕蟲還有一個神經(jīng)系統(tǒng)，可協(xié)調(diào)其運動。在遠古時代，蠕蟲生活在海底，以細菌為食。在寒武紀之前，由于地球上的動物很少，海底的細菌以及與之共生的藻類可以形成很厚的生物膜。生物膜如地毯般鋪滿海底，被研究者稱為 “伊甸園”。最初的蠕蟲就生活在“伊甸園”里，通過吃細菌獲取能量，維持生存?？梢韵胂?，由于食物充足且沒有捕獵者，在這種環(huán)境中生存，意識是不重要的。

根據(jù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的古生物化石，研究者們認為，在寒武紀，地球上出現(xiàn)了動物物種大爆發(fā)，目前已知的30多個動物界的門都是在這段時間里演化形成的。那么，是什么導致了寒武紀大爆發(fā)呢？現(xiàn)在，科學界有多種假說，其中一種著名的假說是氧氣水平的變化導致了物種大爆發(fā)。氧氣最初是由藍細菌通過光合作用產(chǎn)生的。雖然20億年前的地球大氣中就已有氧氣，但是直到約8億年前，地球上的氧氣水平仍然比較低。之后，大氣中的氧氣含量開始逐步上升，到寒武紀前，已基本達到了今天的水平。與氧氣水平上升同步出現(xiàn)的是原始的動物，如海綿，在寒武紀大爆發(fā)初始階段，還出現(xiàn)了埃迪卡拉生物群。因此，生物的大型化和復雜化，很可能與氧氣水平上升有關(guān)。低氧氣水平顯然很難支持動物們更為積極的生活模式，因為這樣的生活模式需要更快的新陳代謝，必然耗氧更多。

然而，僅憑氧氣水平的變化就可以解釋寒武紀大爆發(fā)嗎？這個解釋較為片面。從本質(zhì)上看，寒武紀大爆發(fā)是具有蠕蟲樣結(jié)構(gòu)的兩側(cè)對稱的動物的物種大爆發(fā)。在寒武紀的自然條件下，蠕蟲的多樣性有了極大的提高。如果僅僅是氧氣水平出現(xiàn)變化，確實很難解釋為什么只有與蠕蟲類似的物種得到極大擴張。因此，必然還有其他因素，而該因素對蠕蟲這類動物的繁衍特別有利。同時，在寒武紀大爆發(fā)的過程中，動物也逐漸出現(xiàn)了骨骼結(jié)構(gòu)。骨骼對于動物有多種用途，可以作為鎧甲保護機體，也可以作為肌肉的連接點，增加動物的運動能力。

為什么在寒武紀有些動物會進化出骨骼呢？有些學者認為，是因為兩側(cè)對稱的動物在寒武紀進化出了捕獵這種生存模式。此前，所有動物都是以食用海底豐富的細菌為生。但是，在寒武紀的某一天，某只蠕蟲開始吃其他蠕蟲，從此，捕食者誕生了。捕食者的出現(xiàn)導致了獵手與獵物之間的競爭。與腔腸動物相比，蠕蟲具有更強的移動能力和攝入食物的能力，無論是作為獵手還是獵物，都更有優(yōu)勢。因此，在寒武紀，蠕蟲類動物的種類出現(xiàn)爆發(fā)性增長，隨著時間的推移，動物物種越來越豐富。最終，現(xiàn)存的所有動物的門都出現(xiàn)了，因為在這個時刻，捕食帶來的選擇壓力讓所有可行的“兩側(cè)對稱類的軀體模式”都被“演化”嘗試了一遍。

在這種激烈的競爭環(huán)境下，能夠生存的動物必須在某個方面具備專長。有些動物進化出了堅硬的外殼或外骨骼，從而保護自己不被捕食，如軟體動物；有些動物進化出了更強的游泳能力，以擺脫捕食者的追擊，最典型的是脊索動物；有些捕食者進化出了強大的可以撕碎獵物的附肢及可以成像的眼睛。在寒武紀，最初涌現(xiàn)的獵手很可能是節(jié)肢動物，因為它們最早解決了移動、防護、攻擊、感知等各種問題。因此，現(xiàn)在一提到寒武紀，人們首先想到的是三葉蟲，它就是一種節(jié)肢動物。不過，三葉蟲可能不是獵手，而是以細菌為食物，但很多在這一時期進化出的節(jié)肢動物都具備捕獵能力。在其他動物面前，節(jié)肢動物是一個可怕的存在，它們是寒武紀海底的頂級捕食者。

意識與視覺的進化

那么，節(jié)肢動物具有意識嗎？它們在海底游走時，在觀察周圍的環(huán)境時，知道自己在哪里嗎？它們可以根據(jù)身處的位置、環(huán)境進行計劃、預測、判斷，并決定自身的行為嗎？

目前，對于意識的源頭，學術(shù)界還未得出一致意見，不過，意識最初起源于寒武紀競爭激烈的海底，這個說法具有合理性。意識是自然選擇的產(chǎn)物。一個具有意識的動物可以更好地感知周圍的環(huán)境，并把這些信息用于指導自己的行為，以便躲避威脅或者捕捉獵物。但是，并非所有動物都需要意識。大部分動物（如各種貝殼類軟體動物）在海底過著一種相對靜態(tài)的生活，對于它們而言，是否具有意識對生存質(zhì)量影響不大。不過，意識能給那些可以快速運動的動物帶來好處，只有具備意識，它們才能積極行動，去捕捉獵物或者躲避獵手。在寒武紀的海底，能快速運動的動物主要是節(jié)肢動物和脊索動物，所以它們也是“具有意識的動物”的主要候選者。

為了解釋意識起源及寒武紀大爆發(fā)，有人從視覺進化方面提出了假說，即“視覺理論”。這個理論認為，動物具有能夠成像的視覺能力是實現(xiàn)意識的關(guān)鍵。正是因為進化出了敏銳的視覺系統(tǒng)，才導致了捕獵者的出現(xiàn)，因而驅(qū)動了寒武紀大爆發(fā)。換言之，意識的誕生與寒武紀大爆發(fā)是先天聯(lián)系在一起的。動物又是如何進化出視覺系統(tǒng)的呢？目前的證據(jù)表明，只有一些特定種類的動物具備如照相機般可以精確成像的眼睛，這些動物包括脊椎動物、某些節(jié)肢動物、某些頭足類軟體動物，如章魚、烏賊。研究者發(fā)現(xiàn)，它們具有成像能力的眼睛是獨立進化出來的，這也體現(xiàn)了視覺對其生存模式的重要價值。

那么，根據(jù)“視覺理論”，上述這些具有敏銳視覺的動物都可能在一定程度上具備意識。不過，根據(jù)目前的研究證據(jù)，只有具備大腦才能發(fā)展出高級認知功能。所以，如果除了人類，鳥類和其他哺乳動物也有意識，那么這種意識應該也起源于大腦。然而，對于魚類來說，大腦不是非常重要，魚類從外界接收的信息主要是由魚類的視頂蓋處理。此外，非脊椎動物和脊椎動物的腦相差太大，并不具備與脊椎動物等價的大腦結(jié)構(gòu)。因此，也許動物產(chǎn)生最初的意識并不需要大腦，否則意識只能局限在鳥類和哺乳動物之中。

意識起源的兩步進化假說

在《意識的古老起源》一書中，作者提出了“意識起源的兩步進化假說”。“兩步”中的第一步是最初意識的形成。在寒武紀的海底，原始脊椎動物，也許還有節(jié)肢動物，慢慢形成了最初的意識。在原始脊椎動物中，意識最初出現(xiàn)在視覺系統(tǒng)中，例如，在魚類中，意識起源于視頂蓋。隨后，其他感覺也被整合了進去，從而形成了一個統(tǒng)一的關(guān)于外部世界的模型。如果節(jié)肢動物也有意識，則應該起源于某個目前尚不明晰的腦部結(jié)構(gòu)中。在這個階段，意識比較簡單，很可能主要是對當下的外界環(huán)境的認知。

幾億年后，在陸地上的森林中，鳥類和哺乳動物又進行了第二次意識的進化，即“兩步”中的第二步。在這一階段，動物們在生理上的主要變化是大腦皮層極度擴張，最后把所有感覺信息的處理工作都集中于大腦中。此時，動物獲得了深度分析信息的能力，擁有了更加“高級”的意識。這個“高級”主要表現(xiàn)在能夠更有效地利用記憶，可以通過學習來積累經(jīng)驗，而只有大腦才能讓動物具有記憶力。在人類的進化過程中，由于大腦皮層的擴展，逐漸產(chǎn)生了所謂的情節(jié)記憶。因此，人類可以回憶起過去經(jīng)歷的事件，重新去體驗、感受，從而獲得自我身份認知?？傊?，雖然意識起源很早，而且有些動物在產(chǎn)生最初的意識時并沒有大腦，但是更高級的意識是隨著大腦進化而逐步進化而來的。

目前，人類對意識的理解還存在很多模糊和空白之處，如依然無法確認意識產(chǎn)生的神經(jīng)生物學機理。然而，從宏觀上看，意識是進化的產(chǎn)物，在適應生態(tài)環(huán)境的過程中，某些采取“積極的生活模式”的動物進化出了意識。根據(jù)現(xiàn)有的科學證據(jù)，我們可以認為，這個推斷具有合理性。不過，意識是否真的起源于寒武紀？意識是否參與并推動了寒武紀大爆發(fā)？意識的進化究竟經(jīng)歷了幾個步驟？科學家們還未給出確切答案，這些問題仍然是充滿挑戰(zhàn)的科學謎題，值得不斷研究、探索。

【責任編輯】張小萌