动物为什么没有进化出轮子?
2023-11-08海生
海生
“从如此简单的一个开始,生命进化出如此多姿多彩的形式,而且步伐依然没有停止。”达尔文曾这样描述进化所产生的令人难以置信的生命形式的多样性。
进化之所以发生,是因为每一物种的每一个体都有着细微的差异。那些更适应环境的个体更有可能生存下来并繁殖,向下一代传递它们的基因,因此那些对生存有利的特征就在整个种群中普及开来。假以时日,这个缓慢的过程就能创造出许多奇迹,比如巨无霸似的蓝鲸、分工密切合作的蜜蜂以及自带口袋的袋鼠,等等。
达尔文赞叹进化的无限可能性,但他从未提出过另一个大问题:如果大自然的进化是无止境、无禁区的,那么为什么没有进化出带轮子的动物呢?莫非进化是有局限的,因而某些东西注定永远无法进化出来?
带轮子的动物只是一个典型的例子,还有很多其他例子。在2015年的一篇论文中,一位美国进化生物学家罗列了32种进化似乎从未产生过的特征组合,比如没有食草的蛇,没有会飞的植物,等等。
关于进化到底有没有禁区,目前科学家的意见分成有禁区和无禁区两派。我们先介绍一下有禁区论者的观点,再介绍无禁区论者的观点。
进化有禁区?
2007年,一篇关于进化的论文同样提出一个令人印象深刻的问题——“斑马为什么没有进化出机关枪?”
论文中说,如果斑马进化出机关枪,它就可以随时持枪击退狮子的攻击,这对它的生存岂不益处良多?但事实上它并没有进化出类似枪的东西。这是为什么?
该作者给出了一个回答。他说,复杂器官的进化必须通过许多中间步骤一步一步来完成,而且要确保所有这些步骤都对生存有利,或者至少无害;就好比我们搭石过河,要确保每一块放下去的石头都能让我们平安地踏上去。机关枪只有在作为完整的一支枪的时候才管用,而在此之前,作为一个没有用处的器官,它只会白白消耗营养,增加斑马生存的负担,所以这样的进化是注定不可能实现的。
具体到动物身上任何类似轮子的构造,还有另一个具体的困难:现实中的轮子由一根不动的轴和绕它旋转的轮组成,动物如果进化出轮子,不动的轴可以与身体连接,但旋转的轮子呢?它上面的血管、神经等怎样与身体连接?这是一个难题。所以,轮子很可能是自然界中生物进化无法接近的少数禁区之一,只能由我们人工制造以补自然之不足。
进化无禁区?
进化无禁区论者则倾向于认为进化无禁区。他们说,进化是一个积累的过程,在这过程中,不仅生命的形式越来越多,越来越复杂,构成有机体的“部件”也在由少到多、由简单到复杂进化。当“部件”少而简单的时候,能组装出来的生命形式少而简单,当“部件”多而复杂的时候,由它们组装出来的生命形式也多而复杂。随着时间的推移,“部件”越来越多,越来越复杂,所以任何生命形式(比如带轮子的动物、带机关枪的斑马),只要假以时日,都可以在此基础上产生。生物进化是宇宙中最无止境的过程之一,它的显着特点是能够产生无限的多样性,大自然还远没有穷尽所有可能的生命形式。
他们反驳进化禁区论者说,关于進化,只有你想不到的,没有它做不到的。举个例子。假如我们是生活在大约4.5亿年前奥陶纪时期的进化生物学家,我们绝对想象不出后来进化出来的一些东西,比如花朵和飞鸟等,因为那时的生命形式太简单、太有限了,只有三叶虫之类的简单海洋生物。在“所持者狭”的情况下,我们确实很难认识到进化的无穷潜力。几百万年以后的生物学家同样要嘲笑今天的进化禁区论者。
也许偏见限制了我们的想象
此外,进化无禁区论者还认为,禁区论者口中的很多“不可能”,也可能来自我们自身知识有限或者先入为主所带来的偏见。
关于知识有限所带来的偏见,可以举一个例子。一直以来,人们都认为所有的蜘蛛都是食肉动物。然而在2009年,科学家发现一种名为“吉卜林巴希拉”的蜘蛛,这种蜘蛛主要以植物为食。
关于先入为主的偏见,我们以不存在吃草的蛇为例。事实上,在进化的历史中,许多动物在吃肉和吃素之间来回转换。大熊猫就是这样一个例子。虽然它现在以竹子为食,但它的祖先是食肉动物,大熊猫的内脏至今都还没有完全适应吃植物。如果说,到目前为止,还没有发现一种蛇是吃草的,这可能只意味着,蛇的身体构造特别适合食肉,或者也可能只是一个巧合,譬如蛇的近亲是蜥蜴,而据我们所知,许多蜥蜴是食草动物。
总结进化无禁区论者的观点:进化无禁区。任何复杂的身体构造,如带轮子的动物、“持枪”的斑马等,都可以在大自然中产生,条件是给进化足够长的时间。
非不能也,是不为也
如果你觉得进化无禁区论者的上述观点太乐观了,怪他们尽开空头支票(你可以问“什么叫时间足够长呢?以地球45亿年的历史,还不算足够长吗?”),那么下面一个谨慎保守一点的观点还可供你参考。
这个观点还是坚持进化无禁区,但同时又认为,大自然不太可能进化出轮子、机关枪这类的身体构造;不过呢,不是因为它们是禁区所在,而是因为实现这些身体构造的功能,进化有更好、更简单的策略。一句话,非进化不能也,是不为也!
以轮子为例。我们受益于轮子的好处是,它可以载着我们跑得更快、更省力;人们期望动物进化出轮子,意图也无非如此。但试想一下,跑得更快、更省力非得通过轮子来实现吗?通过翅膀来实现岂不更省事?至于翅膀嘛,那是进化早就实现了的东西。
退一步说,就算一定要通过在地面滚动来旅行,那么把整个身体缩成一个球,也同样能完成轮子的目的。很多动物,譬如某些蜘蛛,就善于把身体缩成一个球,之后用肢体推动,在地面滚动。而且相对轮子而言,球的自由度更大,更灵活,而轮子却很容易在不平坦的地面卡住或摔倒。再说,在自然界中,平坦的表面毕竟罕见。凡此这种,为了实现跑得更快、更省力的目的,进化实在没有理由青睐轮子,它有更好的解决方案。
斑马没有进化出可以击退狮子进攻的机关枪,也可以做类似的解释。在自然界中虽然没有“持枪”的斑马,但类似枪的射弹武器也并非没有。用水作为投射武器的箭鱼,用沙子作为投掷武器的蚁狮,都是这方面的例子。不过,其共同点是它们都是食肉者,而现在所谈论的斑马是食草者。它们与狮子的关系,也只是避免被狮子吃掉而已,不是为了生存而吃狮子,因此能快速逃跑就够了,所以进化就没必要再为斑马设计一种类似枪的投射武器了。
(郭晋荐自《大科技》)