古地中海海岸（二）进化抑或是退化 ？

文/卡尔·齐默　译/靳萌 编辑/吴冠宇



古地中海海岸（二）进化抑或是退化 ？

文/卡尔·齐默译/靳萌 编辑/吴冠宇

一条鲸是如何经过上千代后失去了腿，而又生成一条粗糙原始的肢体的呢？这些倒退被称为返祖现象。虽然生物学家曾一度认为这种现象是毫无意义的畸形情况，但人们现在都清楚它们是进化中的自然实验。

伦敦自然史博物馆与BBC合作的野外生态摄影大赛，此图为水下类别最佳摄影作品：“鲸鱼的大嘴”。摄影/Michael AW/东方IC

1982年底，金格里奇要求回巴基斯坦去的时候，阿富汗爆发了内战，他的请求被拒绝了。但是鲸化石已经成了金格里奇生活的一部分，他不能没有它们。在金格里奇千方百计地寻找其它方式来研究它们的时候，一个灵长类动物学家给金格里奇打来电话。他曾在埃及由金格里奇以前在耶鲁大学的老师埃尔温·西蒙（Elwyn Simons）主持的露营地里度过一季。1906年，曾经有人在离他们营地几个小时车程的岩石里找到了鲸化石，于是西蒙的一些工作人员决定亲自去追寻，果然，他们很快就在沙漠基底上发现了一块像一条巨大的沙蛇一样的化石。

这是一块4000万年前的龙王鲸属鲸类化石，金格里奇觉得这块化石会对他很有帮助，所以决定把它留下来。1983年秋天，金格里奇去了开罗。他并不是孤身一人——和他同去的还有他的妻子、人类学家霍利·史密斯（Holly Smith）以及密歇根大学古生物学家格雷格·冈纳尔（Gregg Gunnell）。

第一次来这里的时候，金格里奇和他的团队从西蒙的营地沿着渐新世岩石，开了4个小时的车进入一个名叫瓦地·席谭的第三纪下层平原上面的沙丘斜坡那里。这个地方最初是被一些英国科学家发现的，曾挖掘出很多鲸化石，于是他们给这里命名为"鲸之谷"。金格里奇花了两天的时间来挖掘那些西蒙的学生曾经见过的龙王鲸化石。而这个时候，史密斯则在山谷里寻找鲸化石。鲸之谷可能不是鲸的发源地，这里的化石虽然数量很多，却不是很原始。1985年，金格里奇又回到这里并在山谷里建了一个只有3个帐篷的小营地。在那些日子里，惟一可以陪伴他们的就是成堆的沙子和白花花的像毯子一样铺在地上的骨骼。

化石多得让他们吃惊：几乎每天都会发现一块新的鲸化石，总数也到了349块。“很明显，我们不可能把它们全都带回去，”金格里奇说，“而是开始给化石画图。有些是刚刚被挖出来的骨架，有些则是被损坏了的。站在它们刚刚被发现存在过的地方，这正是我们所喜欢的，因为这样的话，整个骨架都会在那里，并且保存得很完整。”有的时候，风也会把沙子全都吹开把化石整个露出来。“它们看起来像是巨大的蛇。我很奇怪为什么在古埃及的原始资料中根本就没有关于这个地方的任何记载。”

“我猜它们可能会突然弹开！”金格里奇一边笑一边说。他现在实在理解不了一条如一辆校车大小的鲸的腿怎么会和人类孩子的腿差不多大小呢，而且还能突然弹开？

当金格里奇在1989年回到鲸之谷的时候，他列了一张清单：他想把鳍状肢带回去，当然最好是鲸的臀部，不过他要足够幸运才行。龙王鲸的盆骨由两块8英寸厚的骨片构成。每块骨片上都有一个洞，两块骨片通过这个洞在一端连起来形成V字形状。很多臀骨都已经裂开了并且离骨架很远。但是由于山谷里有许多龙王鲸化石，金格里奇希望可以找到一块有完整臀骨的化石。在那里挖掘的大部分时间里，他们一直一无所获。当他们研究一个小的矛齿鲸化石时，金格里奇发现了一些辨别不出来的骨骼片，其中有一块的大小和形状都很像一枚知更鸟的蛋。他觉得那像是一块膝盖骨。“但在那个时候，不可能对这个问题深究。”他说。毕竟，他们研究的是大型的水中生活的鲸。如果任何鲸有膝盖的话（也许还会有可以来回活动的腿），那就是应该像巴基斯坦古鲸一样是可以在陆地走动的生物了。

金格里奇寻找臀骨的过程几乎是很随意的。“其中的最大问题是，面对一个50英尺长的骨架，你会觉得哪里是臀部呢？”挖掘期快结束时，金格里奇坐在山谷的地面上研究一块龙王鲸的脊椎骨化石，这块化石已经被风侵蚀得又白又平。在靠近第48块脊椎骨，也就是沿着鲸背部往下13码的地方，他发现还有一块骨骼在地面。“我正企盼着可以找到一块盆骨，然后我就找到了这个，”金格里奇一边说着，一边举起了一根棒状的骨骼，“它有一点像肋骨，但当我再仔细看它的时候，就不这么觉得了。它好像是沿着脊柱骨下来的。我不知道它是不是一节大腿骨。我并没有很专注地寻找这种腿骨，我总觉得它们会像一支圆珠笔一般大小并且让人很感兴趣。然后我又仔细研究这块骨头，这块化石足够大，所以我能很清楚地看到膝骨以及胫骨和腓骨。在已找到的化石上又发现了这些东西让我变得很兴奋，因为我知道在哪里可以找到更多了。”

只剩一个星期的时间了，但他们又重新开始研究那些已经发现的化石。他们研究了那块短于13厘米的第一节尾椎骨，然后整个队伍成扇形出发重新寻找化石。第二天，金格里奇的运气要好得多。“我的铲子碰到了一块骨头并把它铲了出来，骨头从地面下带着沙子飞了出来。”金格里奇一边用手摆弄着一块化石，一边给我们讲故事：那是一块脚踝骨化石。当他们收拾东西打算打道回府去把易碎的化石骨放在石膏套子里时，仍没有停止寻找。最后一天，霍利·史密斯又从沙子里发现了3块完整的脚趾骨。

回到密歇根之后，金格里奇可以肯定这些骨骼和已经发现的现存鲸的退化器官不一样，因为从这些化石上可以很明显地看出和结实的肌肉以及腱连接起来的痕迹。当金格里奇试着把这些骨骼按照正常的哺乳动物骨架进行拼凑的时候，他根本无法给那块膝骨找到一个合适的地方。人和大多数哺乳动物腿骨节的底端，都会有一个很光滑的槽，所以膝盖骨才有可能自由活动。但是龙王鲸的腿节只有两个凹处，而这两个凹处之间再没有类似的凹槽。腿部只会在两种状态下才能舒服地坐着，一种就是腿在身体下面支撑着身体，而另一种就是两条腿叉开。在这两种状态之间根本就没有第三种可能性。“我猜它们可能会突然弹开！”金格里奇一边笑一边说。他现在实在理解不了一条如一辆校车大小的鲸的腿怎么会和人类孩子的腿差不多大小呢，而且还能突然弹开？

我们会考虑我们是什么，会通过精神和语言来表达我们已变成什么，但是我们却极少去想在我们一直奋斗的路上放弃了什么。我们不像怀俄明的灵长类动物，在又黑又有雾的夜里，在森林里树木形成的天棚上如履平地，穿越山谷。我们也不能像鱼一样一边光着身子潜入海里游泳，一边扇着紫色的鳍大吃海洋生物。物种并不是唯一会灭绝的东西，骨骼、器官和感觉也会随着时间的流逝而消失。我们的鳃、尾巴和毛皮都已经退化了；就连我们的阑尾，那个曾经充满消化植物细菌的小袋子，有时也会感污并且折磨我们。鲸曾经有腿。当爬行类动物在古地中海游泳的时候，它会很巧妙地把腿伸出去又缩回来。但是现在，除了一些较为罕见的残存痕迹之外，鲸根本就没有后腿。

当地时间2012年10月10日，摄影师Steffen Sailer在加拿大的育空领地近距离拍摄到了罕见的银黑狐。银黑狐是一种濒临灭绝动物，是赤狐的一种基因突变种，因为有着非常独特的皮毛而大受猎人的欢迎。照片中的这个银黑狐小家伙十分活泼可爱，面对镜头时不仅非常淡定地打哈欠，而且还对镜头产生了浓厚的兴趣。　摄影/Sailer Images/东方IC

埃及鲸之谷，是位于埃及首都开罗以南约150公里的沙漠深处的一处自然遗产保护区，过去曾是汪洋万里。这里曾为史前巨鲸世界，隐藏着进化史上一次惊人巨变的秘密。摄影/Amazing Planet/ Whitehotpix/东方IC

有些婴儿出生时会有一条又粗又硬的尾巴或者覆盖住大半身体的厚厚的毛发，这可能会让人想起怀俄明的丛林以及丛林里的那些灵长类动物。胚胎发育的古老程序并没有消失而是保存了下来，等待着有适当的条件再继续发育。

对达尔文来说，退化的器官是进化的最好证据。鱼和其他穴居动物与它们生活在阳光下的亲缘动物很相似，只不过鱼的身体颜色很淡并且视力很弱。这些让达尔文非常吃惊。那些不能飞行的鸟类和甲壳虫怎么会有原始的小翅膀，如果当初上帝造物的时候就造成了它们现在的模样，那么他为什么会留下这么多的不完美呢？欧文也许会说这些退化器官实际上是动物从原型模式产生变异时留下来的痕迹，但达尔文争辩说鸵鸟并不是一开始就长着根本飞不起来的翅膀的——它们的翅膀是经过很多代后退化掉的。由于并不深谙遗传学，达尔文其实也并不十分清楚一个肢体一样的东西最后是怎样退化掉的。他经过对拉马克的模型研究后，得出如果一个物种停止使用它的某个器官，那么这个器官就会慢慢地退化掉的结论。

我们现在对进化是如何改变物种有了一个大概的了解。在某些情况下也许一个结构的改变会发生基因突变。当一个基因遭受环境突变后，它有很大可能是向坏的方向发展；大部分时间，基因只能简单地重复着制造蛋白质的工作，但有的时候，它有可能分解。因为基因决定蛋白质的形状，而一些基因又联通其他的基因，突变就可以阻碍重要的蛋白质在胚胎发育时在合适的地方和合适的时间形成。就好像环绕身体的细胞形成的组织和软组织，而那些组织也互相作用来生长或是消减。没有了正常的发育过程，一个胚胎便有可能发展成畸形。

正常情况下，这些变异基因不大可能使一个物种的大部分都变成畸形，因为变异经常会使胚胎在还没生出来时就死去；即使有侥幸存活下来的生物，变异也会减少这些生物长大的机会。比如说一只蝾螈的一个器官发生了变异，让它的眼球晶体的蛋白质受到损害，视力模糊不清，它很可能活不了多久，也就不会把这一基因传下去，因为它要依赖视力存活。但如果由于某种原因，视力不再有这样的重要性——比如说，很多蝾螈都在山洞里捕食昆虫——那些变异的蝾螈不必再受它们视力的折磨并且也可以有自己的后代。那么随着一代代的延续，这些蝾螈可能都会发生变异。但是其他危害视力的显著变异也不会消失，直到蝾螈的眼睛逐渐退化消失，它们一直都会受到这些变异的影响。

这些物种选择并不能解释每种动物出生时发生的很多奇怪的事情。就拿在1909年发现的加拿大鲸身上像软骨结构的腿来说，一条鲸是如何经过上千代后失去了腿，而又生成一条粗糙原始的肢体的呢？这些倒退被称为返祖现象。虽然生物学家曾一度认为这种现象是毫无意义的畸形情况，但人们现在都清楚它们是进化中的自然实验。有些婴儿出生时会有一条又粗又硬的尾巴或者覆盖住大半身体的厚厚的毛发，这可能会让人想起怀俄明的丛林以及丛林里的那些灵长类动物。马只有3个足趾，外面的脚趾呈条状黏附在巨大的中脚趾上，而中脚趾又藏在它的蹄子里面。可有的时候，刚出生的小马会有5个发育完全的脚趾，希腊人和罗马人把这看成罕见的生物奇迹，亚历山大大帝和恺撒都曾骑过这种5个脚趾的马。在上述的例子里面，胚胎发育的古老程序并没有消失而是保存了下来，等待着有适当的条件再继续发育。

美国阿拉斯加州，摄影师保罗-戈德斯坦和他的团队花费数日的时间追踪鲸鱼，终于在阿拉斯加州东南海域拍摄到座头鲸数十次跃出海面的精彩画面。　摄影/ExodusREX Shutterstock/东方IC

在过去的40年里，生物学家一直在实验室里努力想通过人工的方法让一些物种发生变异。7000万年前，鸟类曾有牙齿，那些牙齿是两种细胞结合的产物，下颌骨最初则是由一些胶质表面的软组织发展来的。与此同时，沿着逐渐形成的脊柱骨，一些被称为中部冠状细胞的东西开始形成并长满整个身体。这些细胞对神经细胞、声带细胞和心脏及其他每样东西的形成都有帮助。当这些中部冠状细胞发展到下颌部分的时候，它们会给一些胶状细胞发出命令让它们分泌珐琅质或着制造牙部组织。像其他脊椎动物一样，鸟类也有中部冠状细胞，但这些冠状细胞却不能再在它们的下颌里生产牙齿了。1980年，一些科学家从快孵出小鸟的胚胎内取出这种胶状组织，把它和从老鼠身上取出的中部冠状细胞结合在一起，然后又把这种混合物嫁接到其他老鼠的背上。这样的嫁接使老鼠长出了牙齿，并且有完整的牙冠和牙根。虽然鸟类体内的这种中部冠状细胞根本就不能让胶状细胞再形成牙齿，但是生物学家总结说那些胶状细胞仍然有形成牙齿的可能。

从一张进化分支图我们可以看出在那段时间内，被限制发展的物种会让能长成成体的物种出现，而能长成成体的物种也反过来会让被限制发展的物种继续存活，它们不会互相干涉。

但是，在没有发生过返祖现象的动物身上，返祖现象反而比较容易理解。在最近的一个实验中，遗传学家从老鼠身上取出了一种基因，然后他们观察到那些已经没有了这种基因并发生变异的老鼠妈妈会只顾它们自己，而不照顾它们的幼仔，结果幼仔死在了它们身边。在老鼠和其他哺乳动物的血统中，对幼仔的爱护是人们在它们身上发现的相对较新的行为：早期的四足动物和下孔类动物很可能一直守护着它们的蛋或者把它们藏起来直到孵化；但幼仔一旦出生了就要“自谋生路”。这些老鼠妈妈变得这么粗心，难道意味着它们又退回到了2.5亿年前的原始状态了么？事实并非如此。出了问题的基因可以制造蛋白质，而这些蛋白质形成了一个长长链条中的一个链节。这个长长的链条从老鼠的眼睛和鼻子贯穿到它的大脑部分，并且驱使老鼠的哺育行为。当这个链节被移走之后，链条就断了，但其他链节还存在于老鼠的大脑内。缺少并不是标志着过去的更好——它只是缺少罢了。

甚至当古老的结构重新出现时，它也有可能只是一个幻觉。鸟类的牙齿已经没有最初报告中描述的那么离奇。在一些研究者的报告中，他们提到现在正进行嫁接实验并希望出现变异时，已经没有以前那么幸运了。一些科学家还很怀疑当初在实验中曾经长出牙齿的地方是不是因为一些老鼠的上皮细胞不小心滑进去了。20世纪90年代初，遗传学家的一些推断让大众对他们充满了期待，因为这些科学家曾宣布：当他们试着改变老鼠体内的同源基因时，他们使老鼠的一些耳骨变回到了它们作为一部分下孔类下颌的原始形状。但是解剖学家又对他们的实验结果提出了质疑，就像我们曾经在鸟的胫骨里看到的软组织一样，基因并不是这些软组织形成的唯一原因。当胚胎组织相互作用的时候——这种情况就好像一个腱在压力之下生长——软组织可以自然形成。从另一个方面来讲，比起普通的老鼠，同源基因也许可以让更多的细胞聚在受试验老鼠的下颌附近，并且这些细胞可以形成一个新的组织。这样一来就很难说在正常的骨骼周围偶然出现的一点软组织是真正的返祖现象。

仍留有退化的四肢的古代鱼，见证亿万年前海陆生物的演变。 　摄影/Udndata/东方IC

但好多的返祖现象还是真实存在的。它们不论作为进化的标志还是有的时候作为进化的动因，都是很重要的。考虑一下A基因转变为B基因的情况。如果一次变异让A基因不再存在，那么B基因就有可能自己继续存活几百万年而不和任何其他东西发生作用。在这期间，再次发生的变异也许会让A基因重新存在于有机体内，或者另外的一种基因逐渐地进化而取代A基因的位置。不管在上述哪种情况中，基因B又突然可以制造自己的蛋白质，并且在通常情况下，如果它的蛋白质在胚胎内大量增加，它的重建能力将是惊人的。

例如，蝾螈的一些种类，在它们的生命中一直如婴儿一样。它们的幼儿在水下孵出，但永远不会长成成年形状，仅仅是保持幼儿时期的鱼鳃 （呼吸器官），并且一直生活在水下，直到死亡。在墨西哥蝾螈的某些物种中，这种被限制的发展是由一个单独的沉默基因造成的。通常，这种基因可以制造出一种叫做甲状腺素的激素。把这样的甲状腺素注射到其中一只蝾螈身上，然后促使它的细胞发生变化而使一系列的基因发生变异；你会发现这只蝾螈最终会在这种作用下转变成一只成年蝾螈。在其他的蝾螈物种中，蝾螈可以有一种或另外一种进化方式，而它最终的进化方式则主要由外部条件来决定，诸如温度因素等。蝾螈大概在1000万年前才开始到墨西哥高地地区生活，并且逐渐发展为几十种其他不同的物种。从一张进化分支图我们可以看出在那段时间内，被限制发展的物种会让能长成成体的物种出现，而能长成成体的物种也反过来会让被限制发展的物种继续存活，它们不会互相干涉。换句话说，在过去的1000万年中，甲状腺素有时起作用，有时又不起作用，这种情况会交替出现。不仅这些蝾螈经历了返祖现象，科学家们还发现新的物种也会有这种返祖现象。

如果要看一个物种返回4000万年之前的状态，鲸就是很好的例子——鲸身上残留的腿是它们很久以前的祖先曾经拥有的肢体。鲸的四足祖先曾经在同源基因的作用下长出了肢体，但是这些基因还有其他的用途，比如形成它们脊椎骨中的倒数第三块，又比如形成鯨的生殖器官。如果只是简单地让那些基因不起作用，鲸的后腿根本不会消失，因为在这个过程中它们的前肢也会受到损伤（前肢在后来已变成鳍），更不用提对它们身体倒数第三块脊柱骨的损伤以及对生殖系统的影响。一个鲸的胚胎的发展可以让人们知道进化是如何选择一个比较温和的方式进行的。和其他的哺乳类动物一样，鲸有完整的帮助它们形成脊椎和残存四肢的同源基因。当然，它们的前肢已经在后来变成了鳍；在基因中，细胞死亡程序工作之前，四肢中的后肢还没有形成任何软组织。这些程序甚至也能切掉我们自己的手指，它们对四肢相当早的作用力使原本应该生长的地方完全停止了生长。如果一条出生时就已经发生变异的鲸体内的变异使得阻碍腿生长的基因的作用力减弱或减缓，那么这条鲸就会有4条腿，并且这些腿和它们在4000万年前的原始形状大同小异。