A类变形虫是微小而愚蠢的斑点,所以科学家们惊讶地发现它们的DNA含量是爱因斯坦的200倍。由于阿米巴虫只由一个细胞组成,研究人员认为它们在基因上比人类更简单。此外,变形虫可以追溯到比人类更早的时间,简单被认为是原始生物的特征。这只是没有道理。
自然界的方向性是从简单到复杂的渐变,这一概念始于希腊人,他们称之为自然
物理学,意味着增长。达尔文认为所有动物都是从一个共同祖先进化而来的,这一观点巧妙地从生物体一生的变化延伸到进化时期的变化。当他的同时代人画出生命进化树时,他们假设了越来越复杂的情况。蠕虫起源于动物进化的早期。结构更复杂的生物起源较晚。在接下来的一个世纪里,生物学家调整了进化树,但总的来说,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:6亿多年前,单细胞生物获得了相互粘附和交流的能力,从由此产生的菌落中,第一批多细胞动物出现了。今天的海绵动物是指在海底定居的动物,没有内脏、大脑或组织层,它们直接从这些生物中进化而来。一些早期的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,一些动物发育出连续重复的节段,作为后代腿部和爪子的平台。然后进化出一种有脊柱的动物,然后是一种有脊椎围绕的脊柱的动物。最近从树上折断的一根树枝长成了人。
一个世纪以来,科学家对这种情况的信念相对保持不变。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追踪。古生物学家已经发现化石来支持这种安排,他们还量化了动物谱系中日益复杂的情况。例如,一项对已灭绝软体动物(鹦鹉螺的ammonoids-mail-like sisters to nautiluses)外壳中的波浪或缝合线的分析表明,在1.08亿年的时间里,它们的设计变得复杂了八倍。
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在21世纪初快速、准确和廉价的DNA测序技术问世之前,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,简单的早期有机体比复杂的有机体拥有更少的基因,就像多萝西堪萨斯小屋的蓝图比翡翠城的蓝图要简单。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,阿米巴虫有巨大的基因组。现在,DNA分析正在重新排列进化树,表明科学家们设想的简单与复杂之间的箭头实际上就像龙卷风中的风向标一样旋转。
A类在基因组大小不符合简单性和复杂性的概念后,研究人员假设,作为编码蛋白质的基因组部分的基因数量基因可能会反映它们。几年来,这似乎是对的。人类大约有22000个基因,而蚊子
冈比亚按蚊约有14000人。然后,在2007年,一个国际研究团队对植物状海葵的基因组进行了测序,海葵是一种缺乏肌肉、头部、尾部和大脑的海洋生物。令他们惊讶的是,海葵的基因比昆虫多,包括一些人类拥有但苍蝇没有的基因。更令人困惑的是:大约5.6亿年前,海葵在苍蝇和人类之前进化。这意味着动物可能从一开始就具有复杂的基因。弗吉尼亚大学计算生物学家比尔·皮尔森说:“当我年轻的时候,我们知道的更少,我们认为有机体在数百万年的时间里获得了基因,而最早的动物基因非常简单。”他开发了一些最早的技术来比较有机体之间的蛋白质序列。他补充道:“我们现在认为这一点少了。”。
然后分子分析做了其他事情。他们重新排列了进化树上的分支顺序。生物学家根据相似生物的相貌推开树木,并根据DNA和蛋白质序列的相似性制造新的树木。结果表明,复杂的身体部位进化了多次,也已经消失了。一项研究发现,有翼的棍子昆虫是由祖先有翼的无翼棍子昆虫进化而来的。
2另一项分析表明,一种名为acoel蠕虫的极为简单的动物——长四分之一英寸,只有一个供进食和排泄的洞——是从一个拥有独立嘴巴和肛门的祖先进化而来的。
三生物学家的时间之箭前后摆动。
去年年底,动物进化树的根部发生了震动。进化生物学家约瑟夫·瑞恩领导的一个团队分析了一个梳子果冻中的基因组,该团队将时间分为马里兰州贝塞斯达的国家基因组研究所和挪威卑尔根的非典国际海洋分子生物学中心
Mnemiopsis leidyi这是一种复杂的海洋食肉动物,具有肌肉、神经、发育不全的大脑和生物发光能力,并发现这些动物可能起源于缺乏所有这些特征的简单海绵之前。
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如果梳子水母在海绵之前进化,海绵可能已经失去了祖先结合它们和梳子水凝胶所拥有的复杂性。或者,这个祖先——所有活着的动物的祖先——拥有构建大脑和肌肉的基因,但并没有形成这些部分,海绵也没有。如果这是真的,那么梳子水母将其遗传的基因组用于构建独立于其他动物的大脑、神经系统和肌肉。这一可能性得到了一些支持:一组独特的基因似乎是梳子水母肌肉的基础。
这两种假设都与生物体进化到越来越复杂的情景背道而驰。其中之一,海绵中失去了复杂的神经系统和肌肉。在另一种情况下,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,大脑和神经系统等复杂部分(包括神经细胞、突触和神经递质分子)可能会分别进化多次的想法让进化生物学家感到困惑,因为这些部分是一次获得一个的。生物学家认为,在不同的血统中发生两次相同进展的可能性似乎不大可能。瑞恩说:“传统观点是基于我们对神经系统的依赖。”。他说:“我们认为神经系统是世界上最棒的东西,所以任何东西都会失去它。”。“或者,这是世界上最伟大的事情,怎么会发生两次呢?”
周随着梳状水母在树的底部,进化突然看起来不像是走向复杂性的行进,而更像是蜿蜒的漫步。这不是一个新想法。早在1996年,进化生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德(Stephen Jay Gould)就提出进化就像醉汉走路一样。他说,生物在数百万年的时间里有同等的机会变得更简单或更复杂,尽管有时它们的简单程度有一个下限,就像一个醉汉可能掉进路边最左边的排水沟一样。一个互联网迷因甚至颂扬进化失足导致的奇怪现象:“
回家进化,你喝醉了,“以具有次优特性的生物体为特征,这些生物体能够很好地生存下来。
芬兰赫尔辛基大学的进化生物学家朱卡·杰恩瓦尔(Jukka Jernvall)对牙齿进行了实验,他说,正是变异导致身体部位变得更简单或更复杂,所以为了观察它们是否自然地导致一种状态比另一种更频繁。根据化石记录,哺乳动物的牙齿在2亿年前从微小尖利的匕首变成了形状更复杂的凹凸不平的牙齿。Jernvall说:“在哺乳动物生存的前半段时间里,牙齿非常简单。”。“然后他们发狂了。”
Jernvall的团队在小鼠牙齿形成相关基因中诱导了突变,并发现大多数突变导致牙齿变得比平时更简单。
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,复杂性的减少应该比复杂性的增加更容易演变。如果没有环境的压力,牙齿就会保持简单。事实上,它们并不意味着拥有复杂牙齿的哺乳动物具有相当大的优势。Jernvall推测,这些哺乳动物以尖齿姐妹无法研磨的开花植物为食。“牙齿的复杂性是由饮食驱动的,”他说。
Jernvall的研究表明牙齿形状的复杂性是如何进化的,但它并没有说明哺乳动物特征的其他趋势,例如脊椎数量、智力变化或基因数量。北卡罗来纳州达勒姆杜克大学(Duke University)的进化生物学家丹·麦克谢(Dan McShea)表示,任何特定有机体的特征数量之多,使得复杂性成为一种难以言喻的特征,贝壳设计和齿突并不是复杂性的内在完美体现,它们只是易于研究。此外,他说,人们常常选择通过什么将人类置于首位来定义复杂性。他说,如果复杂性是由允许有机体成功生存的特征来定义的,那么蓝藻可能处于顶峰水平,因为它们已经繁衍了35亿年,而许多哺乳动物谱系在这段时间的很短时间内就灭绝了。McShea警告说,“这种方向性的印象可能是一种错觉。”
有翼的棍子昆虫是由祖先有翼的无翼棍子昆虫进化而来的。
也许,当生物体变得更简单时,人们会大吃一惊,这一事实更多地说明了人类思维是如何组织世界的,而不是进化过程。人们更容易想象随着时间的推移而增加的复杂性,而不是逆转或停滞。物理学家肖恩·卡罗尔称人类为“
可怕的世俗沙文主义者“因为这个原因,因为他们迫切希望街道从过去走向未来,朝着一个方向发展。教科书中关于早期动物进化的假设可能是正确的,但它们应该被视为时间沙文主义者建立的假设。当新数据表明需要重新安排时,无论结论看起来有多复杂,都必须加以考虑。
凯西·邓恩(Casey Dunn)是罗德岛普罗维登斯布朗大学(Brown University in Providence,R.I.)的一名进化生物学家,他参与了这项控制力极强的梳子果冻项目,现在他对所有关于复杂性增加的概念都持怀疑态度。相反,他说环境会选择任何形式来应对眼前的挑战,无论是简单的、复杂的还是丑陋的。大自然母亲拥有40亿年的经验,她不像史蒂夫·乔布斯那样工作,不断设计更时尚的版本。当被问及反进化(从复杂到简单的逆转)是否经常发生时,邓恩回答说,当然。“但是,”他补充道,“我不会称之为反进化,我会称之为进化。”
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