一种Moebas是糟糕的,愚蠢的斑点,所以科学家惊讶地认为它们含有比爱因斯坦更含量的200倍。因为Amoebas只是一个细胞制成,所以研究人员假设他们比遗传学更简单。此外,Amoebas日期比人类更远,而简单性被认为是原始众生的属性。它只是没有意义。
自然的方向性,即从简单到复杂的渐变,起源于希腊人,他们称之为自然弗西斯,这意味着经济增长。在查尔斯·达尔文(Charles Darwin)提出所有动物都来自同一个祖先之后,这个观点巧妙地从生物一生的变化延伸到了进化时间的变化。当他的同时代人绘制生命进化树时,他们假设了复杂性的增加。蠕虫起源于动物进化的早期。结构更复杂的生物后来才出现。在接下来的一个世纪里,生物学家对进化树进行了调整,但一般来说,简单的生物继续领先于复杂的生物。
以早期动物进化的教科书场景为例。基本上是这样的:单细胞生物在6亿多年前获得了相互粘附和交流的能力,从由此产生的群体中,第一批多细胞动物出现了。今天的海绵是在海底定居的动物,没有内脏、大脑或组织层,直接从其中一些生物身上下来。一些早期动物将细胞组织成不同的组织层,其中一些细胞形成神经细胞、肌肉细胞和其他类型的细胞。后来,一些动物发展出连续重复的片段,作为后代腿和爪的平台。然后一种有脊柱的动物进化出来,然后一种有脊柱的动物被骨质椎骨包围。最近从树上分裂出来的一根树枝开花成了人类。
一个世纪以来,科学家们对这种情况的看法一直相对不变。它反映了我们在生物体发育过程中观察到的生长情况,而且它也在进化过程中被跟踪。古生物学家已经发现了支持这一安排的化石,他们还量化了动物谱系中日益增加的复杂性。例如,一项对已灭绝的软体动物(被称为菊科蜗牛状鹦鹉螺姐妹)贝壳中的波浪或缝合线的分析表明,它们的设计在1.08亿年中变得复杂了八倍。1
在21世纪初快速、准确、廉价的DNA测序技术出现之前,生物学家猜测基因将为进化的复杂性增加提供更多证据。他们预测,简单的早期生物的基因会比复杂的生物少,就像堪萨斯州多萝西小屋的蓝图不会比翡翠城的蓝图复杂一样。相反,他们对日益复杂的假设开始瓦解。首先要做的是简单地定义复杂性是如何表现出来的。毕竟,阿米巴有巨大的基因组。现在,DNA分析正在重新排列进化树,这表明科学家设想的简单和复杂之间的箭实际上像龙卷风中的风向标一样旋转。
一种FER基因组大小未能符合简单性和复杂性的概念,研究人员假设基因数基因是编码蛋白质的基因组的部分 - 可以反映它们。几年,似乎对了。人类在蚊子有大约22,000个基因冈比亚疟蚊大约有14,000人。然后,在2007年,一个国际研究人员团队测序了植物样海葵的基因组,缺乏肌肉,头部,后端和大脑的海洋生物。为了他们的惊喜,银源素比昆虫更多的基因,包括人类拥有但苍蝇的一些基因。甚至更令人困惑:海葵在苍蝇和人类之前演变,约5.6亿年前。这意味着动物可能从一开始就遗传地复杂化。“当我年轻的时候,我们少知道,我们认为生物在数百万年里获得了数百万的基因,最早的动物是遗传方式非常简单的,”弗吉尼亚大学的计算生物学家Bill Pearson说,这是第一个第一个比较生物体中蛋白质序列的技术。“我们现在偶尔认为,”他补充道。
然后分子分析做了其他的事情。它们重新排列了进化树上树枝的顺序。生物学家根据相似的生物彼此之间的长相将树推到一边,根据DNA和蛋白质序列的相似性创造出新的树。结果表明,复杂的身体部位曾多次进化,也曾消失过。一项研究发现,有翼竹节虫是从无翼竹节虫进化而来的,这些竹节虫的祖先有翼。2另一项分析表明,一种极其简单的动物——四分之一英寸长,只有一个用于进食和排泄的洞——是从拥有独立嘴巴和肛门的祖先进化而来的。3.生物学家的时间之箭来回摆动。
去年年底,动物进化树在根系中扑灭。由Joseph Ryan领导的团队,这是一个进化的生物学家,他们在贝塞斯达,MD国家基因组研究所之间分裂了他的时间。和挪威卑尔根的SARS国际海洋分子生物学中心分析了来自梳子果冻的基因组,Mnemiopsis leidyi,具有肌肉,神经,基本脑和生物发光的复杂的海洋捕食者,发现动物可能在简单的海绵之前起源于缺乏所有这些特征。4.
如果栉水母先于海绵进化,那么海绵可能已经失去了祖先将它们和栉水母结合在一起所拥有的复杂性。或者,那个祖先——所有现存动物的祖先——拥有构造大脑和肌肉的基因,但并没有形成这些部分,海绵也没有。如果这是真的,那么栉水母利用它们继承的基因组来构建大脑、神经系统和肌肉,独立于其他动物。有一些证据支持这种可能性:一组独特的基因似乎是栉水母肌肉的基础。
这两种假设都与生物进化变得越来越复杂的情景背道而驰。其中一例,海绵中失去了复杂的神经系统和肌肉。另一方面,海绵具有复杂特征的遗传能力,但保持简单,而更原始的群体,梳状水母,获得了帮助它们追捕猎物的大脑和肌肉。此外,像大脑和神经系统这样的复杂部分,包括神经细胞、突触和神经递质分子,可能会多次单独进化,这一观点让进化生物学家感到困惑,因为一次只能获得一个部分。同样的进展在不同的谱系中发生两次的可能性似乎不太可能,至少生物学家是这么认为的。“传统观点是基于我们对神经系统的依赖性,”Ryan说。“我们认为神经系统是世界上最伟大的东西,所以任何东西怎么可能失去它,”他说。“或者,这是世界上最伟大的事情,怎么可能发生两次呢?”
W.由于树的底部有栉水母,进化突然变得不像是走向复杂的行军,而更像是一种漫步。这并不是一个新想法。早在1996年,进化生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德(Stephen Jay Gould)就假设,进化的过程就像醉汉的散步。他说,在数百万年的时间里,生物体变得更简单或更复杂的几率是一样的——尽管有时它们的简单程度是有一个下限的,就像一个醉汉可能掉进路的最左边的排水沟一样。互联网上甚至出现了一种表情包,用来庆祝进化过程中出现的种种奇怪现象:进化,你喝醉了,“特征是具有次优特性的生物体能够很好地生存。
正是基因突变导致身体各部分变得更简单或更复杂,所以为了弄清它们是否会自然而然地导致一种状态而不是另一种状态,芬兰赫尔辛基大学(University of Helsinki)进化生物学家朱卡·杰瓦尔(Jukka Jernvall)用牙齿做了实验。根据化石记录,哺乳动物的牙齿从2亿年前的小而尖的匕首变成了更复杂的凹凸不平的沟槽形状。“在(哺乳动物)存在的前一半,牙齿是相当简单的,”杰瓦尔说。“然后他们就疯了。”
Jernvall的研究小组在老鼠的牙齿形成过程中诱导了基因突变,并发现大多数突变导致牙齿变得比通常更简单。5.为了形成更复杂的牙齿,研究小组必须同时诱导多种分子变化。结果表明,复杂性的降低应该比复杂性的增加更容易进化。没有环境的压力,牙齿就会很简单。这一事实表明,拥有复杂牙齿的哺乳动物具有相当大的优势。杰瓦尔推测,这些哺乳动物以开花植物为食,而它们尖齿的姐妹则无法研磨这些植物。“牙齿的复杂性是由饮食生态驱动的,”他说。
杰瓦尔的研究表明了牙齿形状的复杂性是如何进化的,但它不能说明哺乳动物特征的其他趋势,如脊椎的数量、智力的变化或基因的数量。美国北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学的进化生物学家丹·麦克谢伊说,对于任何给定的生物体来说,特征的绝对数量使得复杂性成为难以把握的特征。壳牌的设计和牙齿上的凸起并不是复杂性的内在完美反映,它们只是值得研究。此外,他说,人们通常选择根据什么把人类放在首位来定义复杂性。他说,如果复杂性是由能够让生物体成功生存的特征来定义的话,蓝藻可能是最高级的,因为它们已经繁盛了35亿年,而许多哺乳动物的世系却在不到35亿年的时间里灭绝了。McShea警告说:“这种方向感的印象可能是一种错觉。”
翅膀的棍子昆虫从翅膀的刺虫昆虫演变出来。
也许人们在生物变得更简单的时候令人震惊的事实是关于人类思想如何组织世界而不是关于进化过程。人们更舒适地设想通过时间而不是逆转或瘀滞来提高复杂性。物理学家肖恩卡罗尔呼叫人类“可怕的时间沙文主义者“出于这个原因,因为他们迫切希望从过去到未来的街道朝着一个方向运行。关于早期动物进化的教科书场景可能是正确的,但它们应该被视为由时间沙文主义者建立的假设。当新的数据表明发生了重新排列时,无论结论多么令人困惑,都必须加以考虑。
凯西·邓恩是罗德岛州普罗维登斯市布朗大学的进化生物学家,他参与了仍有争议的梳子果冻项目,现在他对所有增加复杂性的概念都表示怀疑。相反,他说,环境选择任何形式来处理手边的挑战,无论是简单的,复杂的,还是丑陋的。拥有40亿年经验的大自然母亲并不像史蒂夫·乔布斯那样,不断地设计更时尚的版本。当被问及从复杂到简单的反进化是否经常发生时,邓恩回答说,当然。“但是,”他补充道,“我不认为这是退化,我认为这是进化。”
工具书类
1.桑德斯,W.B.&沃克,D.M.。中生代菊科植物的根茎——古生代Prolecantids中贝壳形态和缝合线复杂性的演化。古生物学23, 301 - 325(1997)。
2.黄志强,王志强,王志强,等。竹节昆虫翅膀的丧失与恢复。自然421, 264 - 267(2003)。
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5.Harjunmaa, E., Kallonen, A., Voutilainen, M., Hamalainen, K., Mikkola, M. L., & Jernvall, J.关于增加牙齿复杂性的难度。自然483, 324 - 327(2012)。












