简介
这是关于我们自己身体的故事,从受孕的那一刻开始,讲述了一个细胞如何转变成一个有生命的、会呼吸的、会思考的人。本书还将胚胎发育方面的知识与我们人类的起源自然有趣地融合在一起。骨骼、基因、性和进化等与生命有关的故事都浓缩在这本书中。
作者介绍
爱丽丝·罗伯茨是一位解剖学家和人类学家,电视节目主持人,作家,伯明翰大学“公众参与科学”教授。她为英国广播公司二台主持了《海岸》、《地平线》和一系列有关人类进化的节目,其中包括《奇妙的人类旅程》、《我们的起源》和《史前尸检》等。她还在BBC广播四台主持《科学内幕》节目,并为《观察家》定期撰写科学专栏。
部分摘录:
从脊椎动物头部的起源到人类大脑的惊人变化 人们经常问我:你如何对大脑产生了兴趣?我的回答是:“怎么会有人不感兴趣呢?我们所说的‘人性’和意识都从这里产生的。”
——维拉亚努尔·S.拉马钱德兰
第一个脑袋
也许这个问题很奇怪,但是你有没有想过,为什么你会长一个脑袋?这显然不是人类独有的特征,我们熟悉的大多数动物也长脑袋。的确,如果你是任意一种脊椎动物——鱼、两栖动物、爬行动物、鸟类或哺乳动物等,长出个脑袋似乎是一个先决条件。很多无脊椎动物也有头,但有些没有。要回答“为什么我们有头”,我们应该知道我们的祖先是在什么时候开始发育出这个解剖结构的。
我以为我在学校上生物课的时候,老师就已经得出了这个问题的答案。我学到脊椎动物是从更简单的生物进化而来的,类似于现在的海鞘,它们是脊椎动物的近亲。也许世界上的某个角落确实有这么一位对海鞘特别感兴趣的动物学家,但是,我最初认为这些动物太缺乏生机,无聊乏味,尤其是与脊椎动物相比。这些几乎不怎么动的生物懒洋洋地伏在海底,粘在海床上,每天只是吸入海水,过滤并摄取其中的小颗粒食物。
在与英国广播公司(BBC)合作拍摄纪录片的时候,为了深入研究比较解剖学,我曾与一只海鞘亲密接触。那时我在桑给巴尔以东一个几乎荒无人烟的小岛的海岸边;大海蔚蓝,清澈无比,我们身上带着潜水管和水下电视摄像机。我戴着面具和浮潜器,从船上跳下,钻入蓝得不可思议的大海。我以前从未在珊瑚礁上进行过浮潜,眼前的景象让我惊叹不已,难以言述。我抬头向船上的船员喊道:“下面有成百上千条鱼!”我想,其他人以前应该都见过这些景象了,要不然他们怎么会看着我大呼小叫而毫无反应呢。但是不管他们,我不能让他们的无动于衷扫了我的兴。
我潜入水下约4米处,到珊瑚礁附近寻找海鞘,最终找到了一个,用水桶把它带上了岸。我观察了一下这个柔软的动物,它大约有一个小土豆那么大(只是稍微比土豆有趣那么一点点),它的皮肤摸起来像橡胶,上面有个开口。开口的名字挺微妙的,叫“管形口器”,但是放在任何其他动物身上,这种器官实际上会被称为“嘴”和“肛门”。在这两个开口之间,海鞘有一个非常简单的U形肠子。海鞘通过它的嘴(管形口器)吸入海水,颗粒状的浮游生物被黏液困住,黏液沿着它的肠道排列,而其余的水则通过另一个(atrial)吸管排出。海鞘没有任何特殊的感觉器官,如眼睛等,但它确实能感知周围的世界,是以更微妙的方式,感受器散布在它的身体表面,对光、触觉和各种化学物质作出反应。海鞘的生活确实显得非常枯燥:它实际上只是一个内脏。它不会爬行或游动,也不会观看或思考。它只是坐在那里,从海水中获取营养,这种动作甚至不能称之为“进食”。
但是,在海鞘的生命中有一个短暂的阶段,比这稍微有趣一些。形似蝌蚪的海鞘幼体会游泳。那时它像一条小鱼,可以在水中自由自在地游来游去(图2-1)。这种幼体有尾巴和头,但很快这两个器官就会消失。仅仅三天后,当它长大安顿下来,就会变成无头的样子。19世纪中叶,一位名叫亚历山大·科瓦列夫斯基(Alexander Kowalevsky)的俄国胚胎学家(他是海克尔的学生)注意到,海鞘幼虫相当特别:它的尾部有一根组织加强棒(称为脊索)和一根神经管。人们当时已知在脊椎动物胚胎中存在这些特征,因此尽管成年海鞘没有了脊索和神经管,但其幼虫显示它确实与脊椎动物有非常密切的关系。科瓦列夫斯基似乎是偶然发现了一个生物学秘密:脊椎动物可能是从一个类似海鞘的稚虫态延长(neotenous)的祖先进化而来的(图2-2),就像是一个忘记长大和定居的海鞘中的彼得·潘,一辈子都做一只自在游动的“幼体”。20世纪80年代,我上学时候的生物学课本上就是这么说的。
近期的研究对这种进化顺序提出了质疑。学界一直面临这么一种职业风险:根据现有的证据,在今天看来似乎是某种伟大理论的东西,到了明天可能会被扔进历史的垃圾堆,因为那时某个新的证据可能冒出来,无论如何也无法塞入现有的范式。新的研究表明,虽然像海鞘这样的“海鞘类动物”(ascidian)肯定与我们有亲缘关系,但如果我们想知道脊椎动物的祖先长什么样,它们其实提供不了多少线索。对海鞘DNA和形态(体型)的研究揭示出,随着时间的推移,这些动物实际上是在简化。海鞘和脊椎动物的共同祖先可能不是像成年海鞘那样呆在原地不动的生物(成年海鞘的外形一定是后来进化而来的),而是一种终生自由游动的动物。
这个家族树(底部是最早的祖先)显示了脊椎动物是如何从一个类似海鞘的祖先进化而来的
事实上,有些动物与脊椎动物和海鞘都有密切的关系,它们一生都在游泳:这种动物被称为文昌鱼(lancelet)。它们是看起来非常像鱼的小动物,但又不是鱼——它们没有刺(而且也没有头骨)。它们也被称为“双尖鱼”(amphioxus,来自希腊语中的“双尖”一词)。脊椎动物、海鞘和文昌鱼一起被归类为“脊索动物”,因为它们都有脊索(图2—3)。脊索动物还有其他一些特征,包括中空的神经管、鳃缝和尾巴。在这里,我们应该停下来稍作思考,因为你可能在想:“等一下!我是脊椎动物,也就是说我也是脊索动物。但我没有鳃缝和尾巴!另外我想我也没有中空的神经管和脊索。”这个难题的关键在于,对于一个脊索动物而言,你只需要在你生命中的某个时刻拥有这些特征就可以了。在这一点上,你有点像海鞘,在幼时拥有这些特征,但在成长过程中则失去了这些特征。当你还是个胚胎的时候,你确实有一个脊索(形成一种“前脊柱”),一个中空的神经管,一个尾巴,还有鳃缝。你的确是个脊索动物。
一旦我们确定了自己是脊索动物,这意味着我们可以跟这个星球上所有