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“外星生物警探姐妹花之引渡”就在我们的星球上(5)

时间:2017-08-14 10:32 来源:http://www.bmeetg.com/ 作者:舟山新闻网 阅读:

  莫罗兹用了数年时间填补他的证据空缺。他的团队慢慢采集了侧腕水母基因组序列的最后几小部分,成功拿下运用现代技术都颇难测序的DNA片段。莫罗兹雇了近40个学生,详细研究哪些基因在栉水母的各个神经细胞中得到表达,以及当栉水母从胚胎开始发展时,这些细胞如何自我连结形成电路。

  2014年6月,莫罗兹终于在《自然》杂志上发表了侧腕水母的基因组。他花费7年时间完成的工作提供了确凿的证据,证明栉水母的神经细胞与神经系统区别于其他动物,独自演化而来。对他而言,栉水母代表着在地球上最接近外星大脑或外星智慧的东西。

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 海洋中发光的生物有很多,图为2015年1月22日在香港拍摄到的夜光藻(Noctiluca scintillans),这种藻类之所以能发光,是因为其体内数以千计的球状胞器中,具有萤光素-萤光素酶,这些胞器就像微型的电源供应器,让夜光藻在感受到周遭环境的变化时发出萤光。图源:The Atlantic

 海洋中发光的生物有很多,图为2015年1月22日在香港拍摄到的夜光藻(Noctiluca scintillans),这种藻类之所以能发光,是因为其体内数以千计的球状胞器中,具有萤光素-萤光素酶,这些胞器就像微型的电源供应器,让夜光藻在感受到周遭环境的变化时发出萤光。图源:The Atlantic

  栉水母乃是一个非常极端,非常引人注目的例子,验证了一种很可能正是普遍模式的假说:神经细胞在动物进化过程中演变了许多次,正如眼睛、翅膀和鱼鳍一样。莫罗兹如今数出了9至12种独立演变出神经系统的演化起源——至少一种位于刺胞动物门(cnidaria,这一类别包含水母和海葵),三种在棘皮动物(echinoderms,包含海星、海百合、海胆和沙钱),一种在节肢动物(arthropods,包含昆虫、蜘蛛和甲壳动物) ,一种在软体动物(molluscs,包括蛤蜊、蜗牛、鱿鱼和章鱼),一种在脊椎动物(vertebrates);而现在,至少还有一种在栉水母中。

  “形成一个神经元的方式不止一种,建造一个大脑也是。”莫罗兹说。在这些进化分支的每一支中,一部分不同的基因、蛋白质及分子被盲选出来,通过随机的基因重复和突变来参与神经系统的建造。

  吸引人的地方在于,这些不同的演化路径究竟是如何产生了在所有动物间都如此相似的神经系统。譬如说,尼古拉斯·斯特劳斯费尔德(Nicholas Strausfeld),一位在位于图森市的亚利桑那大学工作的神经解剖学家,同其他人一起发现了控制昆虫的嗅觉、情景记忆、空间导航、行为选择和视觉的神经电路与哺乳动物中执行相同功能的神经电路几乎完全一致——尽管昆虫与哺乳动物运用了有重叠部分但不同的基因子集来建造这些电路。

  这些相似性反映了演化的两大关键原则,而这些原则很可能在任何产生了生命的星球上都非常重要。第一条原则乃是趋同性:进化树上这些相隔甚远的分支之所以设计出了同样的神经系统,乃是因为它们必须解决同样的根本性问题。第二条原则是共享的历史:这些通过不同方式建造出的神经系统至少共享一些普遍的起源因素。在我们的世界里,这些神经系统演化所用的分子元件都是地球早期物理与化学环境的产物。

  事实上,所有的神经系统基本的信号机制可能都源于40亿年前地球上最早期的细胞为了生存而作出的适应性改变。早期细胞很可能在水生环境中居住,例如温泉或盐水池;这些水中溶解了多种不同的矿物质,而其中的一些,譬如钙,威胁着它们的生存(重要的生物分子,例如脱氧核糖核酸 、核糖核酸和腺嘌呤核苷三磷酸暴露于钙时会聚结成难治性的粘性物——类似于在浴缸中形成的泡沫)。因而生物学家们推测,早期生命必然演化出了尽可能降低细胞外钙浓度的方法。这种自我保护机制可能包含了将钙原子抽出细胞的蛋白质,和当钙水平上升时便触发的警报系统。后来的演化过程运用了这种对于钙的灵敏反应以在细胞内和细胞间传递信号——以控制帮助微生物移动的纤毛和鞭毛的摆动,或者在我们这样的生物体中控制肌肉细胞的收缩,或是激发神经元产生电信号。当大约5亿年前,神经系统开始诞生的时候,很多用于建造的关键零件都已经定型了。

  倘若地球的历史倒带,直至2017演化出的生物中可能并不包含我们今天所见的动物族群。

  这些原则对于我们理解自然进化以及理解地球或其他星球上生命所可能采取的形式有着巨大的意义。它们帮助我们更清楚地认识了数十亿年间,偶然性和必然性在塑造自然演化的轨迹中的相对重要性。

  哈佛古生物学家,史蒂芬·杰·古尔德(Stephen Jay Gould),在他1989年著的《美妙生命》(Wonderful Life)一书中表示偶然性是很重要的:毁灭同创新在动物的演化史中起到了同样重要的作用。他指出,五亿七千万年前的寒武纪包含了比今天还要多的动物族群,它们被称为门类(phyla)。但那些早期动物树中多种多样的分支被大灭绝永远地修剪掉了。那些灭绝为存活下来的动物族群开放了生态位(ecological niche,译者注:一个生物个体或种群的生态位指它所占有的时间与空间,以及“在生物环境中的地位,即它与食物和天敌的关系。”——C。埃尔顿;大量动物的灭绝使得存活的动物有了更多的资源与空间,减少了竞争),使它们有空间发展出更多的类型——提供了创新的机会——由而促进了演化。

图源:Giphy

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(责任编辑:舟山民生在线)

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