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有些动物为何无大脑?避免浪费能量 

2015-05-05 

北京时间5月5日消息,据国外媒体报道,据英国广播公司(BBC)报道,一些极为简单的动物已经成功“摆脱”它们的大脑,例如海绵,因为大脑对它们的存活没有任何作用。摆脱对大脑的依赖可能就是它们生存至今的关键所在。英国伦敦大学国王学院的弗兰克-希尔斯表示:“如果你坐在海床上,只滤食从你身旁流过的食物,你就不需要一个大脑。在这种情况下,有一个大脑是对能量的一种浪费,你无法让身体保持所需的能量水平。”

无脑或是生存优势

海绵不会思索生命的意义或者起源这样的哲学命题。但从某种程度上说,它们的生存能力超过我们人类。这个神奇的家族已经在地球上生存了数亿年之久,利用多孔身体吸取海床上的营养物质存活。它们是一种极为简单的动物,在我们人类看来已经达到可笑的程度。更令人感到惊奇的是,海绵没有大脑,甚至没有任何神经细胞,但它们仍活的好好的。海绵的无脑可能是一个生存优势,是长时间的进化让它们放弃了大脑。一些科学家认为它们一度拥有大脑或者至少拥有一个与大脑非常接近的器官,但随着时间的推移,它们摆脱了大脑。海绵并不是唯一一种没有大脑的动物。对我们人类来说,大脑是一个必需品,但对于一些动物来说,没有大脑反而生活的更好。

大脑是无数神经细胞的集合体。很多生物并没有真正的大脑,但它们拥有一张“神经网”,遍布身体各处。然而,海绵并没有这样一张网。人类的大脑起源于40亿年前,当时地球上出现第一批生命。我们最早的祖先是单细胞生物,几十亿年后,更为复杂的生物出现。现在尚不清楚这些更为复杂的动物是否拥有任何神经细胞。

已知年代最悠久的拥有复杂大脑的动物化石的历史可追溯到大约5.2亿年前。在当时的地球,生物数量和种类都进一步增多,通常被称之为“寒武纪生命大爆炸”。这种已成化石的动物是在中国发现的,外形好似长着爪子的土鳖虫。它们似乎拥有一个精密的类大脑结构,由前脑、中脑和后脑构成,所有这些区域都拥有专门的神经网络。这个化石的发现说明复杂大脑的历史可追溯到5.2亿年前。

祖先或有神经细胞

英国伦敦大学国王学院的弗兰克-希尔斯表示,远古时代的海绵也拥有神经细胞。在2010年发表于《大脑、行为和进化》杂志上的一篇论文中,希尔斯提出了一种观点,认为海绵在随后的进化中放弃了神经细胞。实际上,出现这种“进化损失”的动物并不只有海绵。很多动物都在漫长的进化中失去了在我们看来至关重要的器官。例如,生活在漆黑洞穴中的甲壳类动物失去了眼睛。

系统发育学研究发现了海绵失去大脑的重要证据。这种研究致力于揭示所有不同动物种群之间的关系。研究人员绘制了所谓的“生命树”,就像一张家系图,展示这种关系。科学家长久以来便认为海绵是其他所有现世动物的“姊妹群”。很久以前,它们与海绵分道扬镳,走向各自的进化之路。这也就意味着在所有现世动物中,海绵是与动物祖先最为接近的。新研究发现颠覆了这种观点。

2008年《自然》杂志刊登的研究论文提出了一种观点并引发混战。研究人员对很多生物的基因片段进行分析,其中包括栉水母或者侧腕水母。这些动物取代海绵,被认定为其他所有动物的“姊妹群”,是动物祖先的最佳代表。不过,栉水母拥有复杂的神经系统。这意味着它们的祖先——一定是海绵的祖先——可能也拥有这种系统。如果事实如此,海绵一定在进化之路的某个地方失去了神经系统。科学家发现了一些基因证据,证明这一点。美国佛罗里达州大学圣奥古斯汀分校的约瑟夫-莱安表示海绵拥有很多打造神经系统所需要的基因,但它们并没有神经系统。

神经系统或是累赘

摆脱大脑似乎是一个错误的决定,海绵为何要做出这样一个决定呢?首先,大脑会消耗大量能量。人类的大脑消耗20%的能量。海绵是动物家族的觅食高手。它们过滤海水,只吸取其中的营养物质。对于它们来说,神经系统可能是一个累赘。

希尔斯表示:“如果你坐在海床上,只滤食从你身旁流过的食物,你就不需要一个大脑。在这种情况下,有一个大脑是对能量的一种浪费,你无法让身体保持所需的能量水平。”莱安指出:“我们长久以来一直认为海绵是一种非常原始的动物,没有神经系统。也许,我们应该重新审视这种观点。”

海绵并不是唯一一种失去或者简化神经系统的生物。希尔斯表示一些寄生虫与它们的近亲相比失去了原有的复杂性,其中包括吸虫在内。吸虫只拥有非常基本的神经细胞。“一种可能的假设是,寄生这种生活方式让它们无需拥有一个复杂的大脑。”海绵的近亲丝盘虫也是一种非常简单的动物,同样没有神经系统。海鞘在一生之中不断简化它们的大脑。海鞘幼虫拥有发育良好的大脑,然而一旦在海床上定居并发育成年后,大脑便走向退化。不过,没有一个人相信这些动物完全失去了神经细胞和大脑。

佛州大学圣奥古斯汀分校的神经学家勒尼德-莫洛兹认为海绵天生没有神经细胞,理由是它们不需要神经细胞,它们的祖先也是如此。莫洛兹说:“在长达5亿年时间里,我们的祖先与它们拥有相同的生态学特征,同样的滤食行为以及有限的身体运动。”无论是海绵还是丝盘虫都不拥有莫洛兹所说的“神经元基因”,也没有任何化石证明它们曾拥有神经细胞。

大脑进化不止一次

在它们的祖先以及海绵的祖先没有神经系统之时,栉水母为何进化出如此复杂的神经系统?莫洛兹给出的答案是大脑的进化不止一次。在2013对栉水母基因组完成测序之后,科学家发现它们拥有非常独特的基因。莫洛兹用“好似外星生物”形容栉水母。“它们的分子结构与地球上的其他动物截然不同。”不知何故,它们进化出神经系统。莫洛兹说:“大自然用事实告诉我们形成神经细胞的方式不只一种。我们可以采用完全不同的原则设计神经细胞。大自然要比我们认为的更富有革新性。”

器官不止一次进化早有先例。眼睛等一些器官在很多动物身上都经过数次进化。章鱼的眼睛与人类截然不同。莫洛兹表示这说明不止一次进化出复杂结构的可能性是存在的。在2015 年3月于英国伦敦举行的皇家学会会议上,科学家就这一观点展开讨论。莫洛兹和希尔斯观点不同,都有相关研究的支持并且都坚信自己是正确的。伦敦大学玛丽皇后学院的安格利卡-斯托勒沃克表示我们尚未找到确切答案。我们掌握的证据证明每一种观点都有成立的可能性。也许,神经系统经历过两次进化又或者在海绵身上退化。

化解这场争论并不是一件容易的事情。科学家需要找到高品质的早期海绵和栉水母化石,以确定它们的祖先是否拥有大脑。无论是哪一种情况,海绵的无脑都在提醒我们有关进化的一个所谓“标准理论”是错误的。我们很多人认为进化是一个从简单到复杂的过程,简单的生物逐渐进化成复杂的生物。这种观点并非始终成立,某些生物沿着相反的方向进化,还有一些生物在长达数百万年时间里不发生任何改变。海绵就是一个最好的例子。它们没有思想,没有可供它们进行思考的大脑,但它们仍在地球上生存了数亿年之久。它们不需要让自己变得更复杂,智商对它们的生存没有太大意义。

 

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