人類和猿類都是沒有尾巴的,但是他們的祖先猴子卻是有尾巴的。尾巴從有到無,是一種退化現(xiàn)象。如何解釋退化現(xiàn)象,曾經(jīng)讓達(dá)爾文頗為苦惱。他提出了兩個(gè)機(jī)理:一是由于不使用或者說“廢退”,二是由于自然選擇。
我們從現(xiàn)代進(jìn)化論的角度來看看達(dá)爾文提出的這兩個(gè)機(jī)理?!坝眠M(jìn)廢退”應(yīng)該拆開來看:“用進(jìn)”,即認(rèn)為動(dòng)物頻繁地使用某個(gè)器官,就能導(dǎo)致這個(gè)器官在后代中變得越來越發(fā)達(dá),這是用后天獲得性遺傳解釋適應(yīng)環(huán)境的進(jìn)化,是與現(xiàn)代進(jìn)化論相沖突的。但是“廢退”卻未必跟現(xiàn)代進(jìn)化論相沖突。在現(xiàn)代進(jìn)化論看來,“廢退”其實(shí)是在自然選擇不起作用之后,有害突變累積的結(jié)果。以尾巴的消失為例,與尾巴有關(guān)的基因從長(zhǎng)遠(yuǎn)地看總是會(huì)發(fā)生突變的,而絕大部分突變都是有害的。但尾巴具有功能的時(shí)候,自然選擇就會(huì)把有害的突變淘汰掉,避免它們累積下來。但是一旦尾巴失去了功能,它是發(fā)達(dá)還是退化都對(duì)個(gè)體的生存、繁衍沒有影響,自然選擇就不再去管,有害的突變得以保留、累積,尾巴也就越來越小、越短,直至消失。
如果尾巴的消失是由于自然選擇引起的呢?那是因?yàn)闆]有尾巴要比尾巴更有生存優(yōu)勢(shì)。但是,僅僅這么說是毫無意義的,如果以“生存優(yōu)勢(shì)”一語來解釋一切,自然選擇倒真的成了同義反復(fù)了。關(guān)鍵是要找出究竟有什么樣的“優(yōu)勢(shì)”。尾巴也是由骨肉組成的,也會(huì)受傷、流血。在尾巴有功能的時(shí)候,受傷、流血只好忍受。但一旦尾巴成了可有可無的累贅,它會(huì)受傷、流血就成了一種生存劣勢(shì)了。更重要的是,組成尾巴的細(xì)胞要新陳代謝,需要有營養(yǎng)供應(yīng);拖著尾巴走路,也要消耗額外的能量。如果能省下給無用尾巴的營養(yǎng)、能量,分給更重要的器官,比如說大腦,豈不是更好?因此,在這種情況下,自然選擇就有利于無尾巴的,而要淘汰掉有尾巴的。
這兩種機(jī)理哪種正確呢?達(dá)爾文本人舉棋不定,認(rèn)為兩種都有可能。在《物種起源》一書中,有一節(jié)是討論退化現(xiàn)象的。達(dá)爾文以幾種動(dòng)物為例,其中一個(gè)講的是鼴鼠眼睛的退化:
“鼴鼠和某些穴居的嚙齒類動(dòng)物的眼睛的大小只剩下了殘跡,并且有的眼睛完全被皮和毛所遮蓋。這種眼睛的狀態(tài)很可能是由于不使用而漸漸縮小的緣故,不過恐怕也有自然選擇的幫助。南美洲有一種穴居的嚙齒動(dòng)物,叫做吐科吐科或Ctenomys,它甚至比鼴鼠更有深入地下的習(xí)性;一位常捉到它們的西班牙人向我保證,它們的眼睛常常是瞎的。我養(yǎng)過的一只,它的眼睛的確是這種情形,解剖后才知道是由于瞬膜發(fā)炎。由于眼睛經(jīng)常發(fā)炎對(duì)于任何動(dòng)物必定是有損害的,并且由于眼睛對(duì)于具有地下生活習(xí)性的動(dòng)物肯定不是必要的,它們的形狀縮小,上下眼瞼黏連,而且有毛覆蓋上面,在這種情況下可能是有利的;倘若如此,自然選擇就會(huì)有助于不使用的效果?!?br /> 達(dá)爾文在這里顯然認(rèn)為“廢退”是主要的,自然選擇只是起了輔助作用。但是如果自然選擇起作用,我們就沒必要再考慮別的機(jī)理了,因?yàn)樽匀贿x擇是非常有威力的,可以逐漸地使生物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。眼睛退化對(duì)地下動(dòng)物來說,究竟有多大的優(yōu)勢(shì)呢?達(dá)爾文只考慮到了眼睛發(fā)炎,其實(shí)還有另一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)他未提到:眼睛是很脆弱的、容易受傷的器官,而且一旦受傷,往往是致命的。在地下鉆來鉆去,特別是象鼴鼠那樣把頭當(dāng)成推土機(jī)挖隧道,眼睛更容易受到傷害,那么,讓已經(jīng)不發(fā)揮作用的眼睛退役,就是一種很明智的選擇。
近來的研究發(fā)現(xiàn),鼴鼠的眼睛退化,還有別的優(yōu)勢(shì),有助于我們理解那些不象眼睛這么脆弱的器官的退化。這項(xiàng)研究是以生活在中東地區(qū)的一種盲鼴鼠(Spalax ebrenbergi)做為材料的。這種盲鼴鼠看上去象是一條毛絨絨的香腸,它的頭部除了嘴巴有開口,露出尖銳的、用來挖土和咬食樹根的牙齒,就再也沒有任何開口了。它是完全失明的,如果用強(qiáng)光照射它,它也不會(huì)有任何反應(yīng),甚至連腦電波也不起變化。但是如果你在它的旁邊鼓一下掌,它的腦電波就會(huì)起變化。它雖然目不能視物,卻能感到振動(dòng)。事實(shí)上,振動(dòng)是它們相互通訊的方式。盲鼴鼠在一年的大部分時(shí)間內(nèi)都是獨(dú)居的,它們用頭撞撞窩頂,振動(dòng)傳了開去,其他盲鼴鼠感覺到了,也用頭撞撞窩頂,就這么長(zhǎng)長(zhǎng)短短用一種電報(bào)式密碼互相通訊。如果你在它的窩上方的地面上跺跺腳,它可能也會(huì)撞撞窩頂答復(fù)。在交配的季節(jié),盲鼴鼠就靠“電報(bào)”求愛,雄鼴鼠尋聲挖洞追蹤,運(yùn)氣好的話就挖到了雌鼴鼠的閨房,交配之后就離開;運(yùn)氣不好的話鉆進(jìn)了別的雄鼴鼠的老窩,就難免有一場(chǎng)廝殺。
盲鼴鼠的眼睛其實(shí)并沒有完全消失。如果我們解剖它的頭部,會(huì)發(fā)現(xiàn)在毛和皮膚之下,一對(duì)腺體包著的小眼睛,直徑只有0.7毫米,體積只有同等大小的小鼠的眼睛的1%。這對(duì)眼睛沒有瞳孔,晶狀體也已萎縮,是無法成像的。但是它們還有視網(wǎng)膜,膜上有錐細(xì)胞,里面有能夠感光的的視蛋白,數(shù)量只有小鼠的4%。那么盲鼴鼠的眼睛為什么沒有完全消失,這么一對(duì)藏在皮膚底下的小眼睛有什么用呢?由于里面還有視蛋白,還能感受到白天和黑夜的不同--即使是在皮膚底下,也還是能感光的,就象你閉上了眼睛,也還能感到是光明還是黑暗,所以有的人開著燈睡不著覺。盲鼴鼠也是這樣,當(dāng)它們把土推出洞外時(shí),它們皮下的小眼睛也能感到外面是白晝還是黑夜。它們的眼睛中有美樂通寧(褪黑素),根據(jù)光周期調(diào)節(jié)鼴鼠的活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明的確如此。如果在實(shí)驗(yàn)室中我們通過改變光亮顛倒白天和黑夜,盲鼴鼠的活動(dòng)也隨著改變。如果讓光明時(shí)間變短,黑暗時(shí)間變長(zhǎng),模擬冬天的到來,盲鼴鼠的體內(nèi)代謝也隨之改變,準(zhǔn)備抵抗寒冬了。如果我們把盲鼴鼠的眼睛摘除,它的這些光周期反應(yīng)就都消失了。
相應(yīng)的,盲鼴鼠的大腦皮層功能也發(fā)生了改變。它控制感覺漫射光和光周期的皮層區(qū)和小鼠的一樣大小,但是控制視覺成像的皮層區(qū)則幾乎消失了。大腦是一個(gè)很“昂貴”的器官,雖然只占盲鼴鼠體重的1.3%,卻消耗了它吸收的氧氣和葡萄糖的20%??刂瞥上竦钠诱颊麄€(gè)大腦的10%,平均來說占了盲鼴鼠能量分配的2%(實(shí)際上這部分皮層的能量消耗在大腦皮層中是最高的,并不只2%)。視網(wǎng)膜也是一種“昂貴”的器官,它的氧氣消耗是身體平均水平的100倍。因此,讓視覺退化,可以省下超過2%的能量。地下是一個(gè)異常缺氧的環(huán)境,那里既沒有風(fēng)可以冷卻身體,潮濕的土壤也使流出的汗不容易散發(fā)掉,因此盲鼴鼠總是盡量使能量的消耗越低越好(它們的基礎(chǔ)代謝率明顯比地上的動(dòng)物低),能省下2%的能量消耗是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì),可以將之用于更有價(jià)值的活動(dòng),比如挖洞尋找食物,哺乳后代等等。就象一個(gè)窮人,恨不得把一分錢掰成兩半花,如果能把一年的工資省下2%,就可以備一時(shí)之需了。
盲鼴鼠大腦皮層中控制視覺成像的部分雖然消失了,但并不是被當(dāng)成廢物空在那里,事實(shí)上,它被改為用來控制觸覺,因此盲鼴鼠用于控制觸覺的皮層區(qū)域,幾乎是小鼠的兩倍。觸覺對(duì)盲鼴鼠來說是非常重要的,前面已說過,它們主要是通過感觸振動(dòng)互相通訊的。當(dāng)它們?cè)诤诎档牡氐紫峦诰蛩淼罆r(shí),也靠觸覺的指引。它們也需要很好的聽覺接收別的盲鼴鼠發(fā)來的“電報(bào)”,需要很好的嗅覺尋找植物的根和聞其他盲鼴鼠的尿判斷敵友。它也有非常好的磁場(chǎng)導(dǎo)向感覺,在迷宮般的隧道中不會(huì)迷路,借此躲過蛇的追捕。所有這些感覺都要在大腦皮層中占據(jù)一定的位置,那么,拋棄原本多達(dá)10%的視覺皮層,改造成別的感覺皮層,就是一種很好的節(jié)省策略。
由此可見,身體某個(gè)部位的退化,包括尾巴的消失,的確是有可能用于“補(bǔ)腦”的。在這里,起作用的,還是自然選擇。自然選擇不僅能夠創(chuàng)造新器官,也能改造、摧毀舊器官。