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天天微動態丨動物起源的猜想

發布時間:2023-06-16 07:50:49   來源:北京日報    


(資料圖片僅供參考)

那個繁衍了所有動物的祖先在很久之前就已滅絕,但它是如何演化而來的呢?這似乎是一個很難解決的問題,因為我們要討論的祖先已經滅絕了6億年左右,它自然是極其微小的生物,而且沒有留下化石記錄。不過,令人驚訝的是,答案是相當確定的,且在150多年前就被首次提出。1866年,美國顯微鏡學家、哲學家、生物學家亨利·詹姆斯·克拉克指出,確定屬于動物的海綿,其飼養細胞與一類鮮為人知的單細胞水生生物十分類似,這種生物當時被稱作鞭毛纖毛蟲。今天,我們稱這類微生物為領鞭蟲,DNA序列比較證明,它們確實是所有動物最近的近親。領鞭蟲和海綿的飼養細胞在一端都有一圈纖細的觸須,這就是“領”,它們的形狀就像是小小的羽毛球,不過在領圈的中央探出一根長長的鞭毛(一種可以移動的鞭狀的結構)。因此,所有動物最近代的祖先可能是一個微細胞球,其中的每個細胞都有一根鞭毛。動物界的起源涉及一系列變化,這些變化促使單細胞生命向微型水生細胞球轉變。

請記住,動物并非地球上唯一的多細胞生物:植物、真菌、黏菌都是多細胞生命形式。然而,這些群體不是來自同一個祖先。它們是從不同的單細胞生物各自演化而來的。多細胞植物與動物(或領鞭蟲)沒有密切的親緣關系,它們的演化過程構成生命樹上一個完全不同的分支。真菌類如蘑菇、啤酒酵母和足癬,也和植物相去甚遠,它們也是從自己的單細胞祖先演化而來的。下面這一說法可能令人驚訝:真菌及其祖先與動物和領鞭蟲屬于生命樹的同一分支,一個被稱作后鞭毛生物的群體。后鞭毛生物的多細胞演化發生了兩次,一次動物誕生,另一次真菌誕生。我們與蘑菇的關系,比蘑菇與植物的關系更加密切,這個認識發人深省。

那么到底為什么會發生多細胞演化呢?到目前為止,動物起源的問題還沒有答案,不過有些很吸引人的想法已經被提了出來。一個獨具巧思的觀點是由林恩·馬古利斯提出的,這個觀點認為,多細胞結構使基本的分工成為可能:一些細胞能夠分裂并生長,而另一些細胞依然可以繼續攝食。

還有一個富有想象力的模式,說來有點恐怖。這個觀點是由米歇爾·凱爾斯伯格和劉易斯·沃爾珀特提出的,其核心理念為,以自體為食是多細胞演化的最初驅動力。假設有一個單細胞生物族群(如領鞭蟲或它們的近親)和一些細胞分裂后子細胞沒有完全分離的突變體,這些突變體會形成細胞團,也就是細胞群落。單細胞生物與群落形式的突變體都從周圍的水中過濾出細菌為食。因此,在食物短缺的時候,群落形式的突變體會有選擇優勢,更多的突變體能存活下來,并繁殖后代。自體消化聽起來可能很可怕,但實際上這是很多動物在饑餓時使用的一種策略,從扁蟲到人類皆是如此。

整個動物界都起源于這些古老的細胞群落。在過去的6億年,甚至更長的時間里,這些細胞群落的后代通過演化而變得多樣化并不斷擴散,今天地球上千百萬個不同的動物物種由此產生。動物起源于海洋,但后來,它們能占領淡水、陸地和天空,比如溪澗和河流中的扁蟲和魚,陸地上的蝸牛和蛇,以及空中的蝴蝶和鳥。

(作者為牛津大學動物學教授)

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