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第11章 知识小霸王——进化有问必答(3)

变温动物由于体内所产生的内热比较少,因而它们的体温是“温随境变”。例如,当蛇类在河边晒太阳时,它们的体温就会比其在水中游动时要高出很多。又如,熊在冬眠时,它的体温会下降到接近周围环境的温度。变温动物即为“冷血动物”。

2.节约热量与挥霍热量

生物学家们长期以来一直在研究,为什么我们哺乳动物是恒温动物?标准的解释是恒温动物要进化成为一定程度的食肉动物,以便适应积极的、掠夺性的生活方式。但也有专家提出一种新的说法:恒温动物不只包括肉食动物,有些草食动物也是,恒温性是平衡营养需求的一种方式。当然,现在下结论还为时尚早,但这种说法为我们恒温动物如此浪费的生活方式给了很好的解释。

恒温动物确实有点“挥霍热量”,不像有些动物需要时才产生热量。比如棱皮龟将平时产生的热量储存起来,游泳时利用体内热量使身体温度保持在10℃,或高于海水的温度。箭鱼在狩猎时会有选择性地供给它们的眼睛和大脑热量,甚至有些昆虫都会在需要时才产生热量。

3.恒温是为了充足体力?

那么,为什么大多数哺乳动物和鸟类能把恒温器调到最大?30年前美国加州大学的动物学家们提出恒温性的进化是与动物的精力有关。他们发现哺乳动物和鸟类比其他动物具有较强的有氧代谢能力,能为肌肉提供更多的氧气,而且能够维持较长时间的消耗,因此,它们在追逐猎物或与对手竞争时有更多的耐力。

这一点是毋庸置疑的。但更具争议性的是:较高的氧代谢能力不可避免地导致较快的新陈代谢,也就是说,体力决定恒温性。

但是认同这一观点的人并不多。因为认为二者之间有关系的理由还不够充分:有氧能力取决于心血管系统和肌肉的发达程度,而静止代谢率则主要取决于大脑和内脏器官。有一些爬行动物,如巨蜥具有较高的氧代谢能力,但静止代谢率却很低。一些哺乳动物和鸟类休息或冬眠时会将体温降到最低以减少消耗。所以说精力和恒温性之间不一定存在必然的联系,但是为什么它们之间的影响如此大呢?

4.保持营养和散发多余的热量

荷兰生态研究所的专家们试图用化学计量法进行解释,他们研究动物怎样获得足够的营养。关于食草动物有一个问题,它们如何获得足够的氮,用于转化为体内所需的蛋白质、DNA和RNA。假如果你只吃树叶,你的体内就会有太多的碳成分,而没有氮。有些爬行类动物是草食动物,但生活方式却完全不同,美国加州州立大学的专家们称食草蜥蜴有时也吃小型脊椎动物,这有助于它们克服营养不良。因此,2008年他们就提出一个新的观点:氮问题可以解释为什么鸟类和哺乳动物会进化成恒温性动物。他们说:“如果一桶树叶为你提供每天所需的1/5氮,那么你每天需要吃5桶树叶,如何处理多余的碳,将它作为热量燃烧掉,这就是恒温性。”对这一观点持反对意见的人简直在搬起石头砸自己的脚,因为较高的新陈代谢导致消耗更多的蛋白质,所以需要吸收更多的氮。这些专家们计算得出结论:现代的鸟类和哺乳动物比相似大小的爬行动物多消耗4倍的氮。

这就可以说明问题了,你也许认为有更简单的方法摆脱多余的碳,但实际上恒温就是一个非常清洁的解决方法。将多余的碳变成气体呼出就是最简单的方法。恒温动物因为要保持恒温,所以要一直消耗能量,就一定要频繁且定时地进食;而像鳄鱼等冷血动物能量消耗得少,而且能够有选择地消耗,所以长时期不进食也不会危及生命。

第六节人为什么没有尾巴?到底是“用进”还是“废退”?

1.达尔文的苦恼

大家当然知道,人是没有尾巴的,但是我们的祖先却是有尾巴的。

尾巴从有到无,是一种退化现象。如何解释退化现象?这不仅让我们思索,也曾经让达尔文颇为苦恼。他提出了两个机理:一是由于不使用或者说“废退”;二是由于自然选择。

2.用进废退?

我们从现代进化论的角度来看达尔文提出的这两个机理。“用进废退”应该拆开来看:“用进”,即认为动物频繁地使用某个器官,就能导致这个器官在后代中变得越来越发达,这是用后天获得性遗传解释适应环境的进化,是与现代进化论相冲突的。但是“废退”却未必跟现代进化论相冲突。我们用现代进化论来看,“废退”其实是在自然选择不起作用之后,有害突变累积的结果。以尾巴的消失为例,与尾巴有关的基因从长远地看总是会发生突变的,而绝大部分突变都是有害的。但尾巴具有功能的时候,自然选择就会把有害的突变淘汰掉,避免它们累积下来。但是一旦尾巴失去了功能,它是发达还是退化都对个体的生存、繁衍没有影响,自然选择就不再去理会它了,有害的突变得以保留、累积,这样尾巴也就越来越小、越短,直至消失。

如果尾巴的消失是由于自然选择引起的呢?那是因为没有尾巴要比有尾巴更有生存优势。但是,仅仅这么说是毫无意义的,如果以“生存优势”一语来解释一切,“用进废退”倒真的成了同义反复了。关键是要找出究竟有什么样的“优势”。我们知道,尾巴也是由骨肉组成的,也会受伤、流血。在尾巴有功能的时候,受伤、流血只好忍受。但一旦尾巴成了可有可无的累赘,它会受伤、流血就成了一种生存劣势了。更重要的是,组成尾巴的细胞要新陈代谢,需要有营养供应;拖着尾巴走路,也要消耗额外的能量。如果能省下给无用尾巴的营养、能量,分给更重要的器官,比如说大脑,岂不是更好?因此,在这种情况下,自然选择就有利于无尾巴的,而要淘汰掉有尾巴的,大自然可是无情的。

这两种机理哪种正确呢?达尔文本人也举棋不定,认为两种都有可能。在《物种起源》一书中,有一节是讨论退化现象的。达尔文以几种动物为例,其中一个讲的是鼹鼠眼睛的退化:“鼹鼠和某些穴居的啮齿类动物的眼睛的大小只剩下了残迹,并且有的眼睛完全被皮和毛所遮盖。这种眼睛的状态很可能是由于不使用而渐渐缩小的缘故,不过恐怕也有自然选择的帮助。南美洲有一种穴居的啮齿动物,叫做吐科,它甚至比鼹鼠更有深入地下的习性,一位常捉到它们的西班牙人向我保证,它们的眼睛常常是瞎的。我养过的一只,它的眼睛的确是这种情形,解剖后才知道是由于瞬膜发炎。由于眼睛经常发炎对于任何动物必定是有损害的,并且由于眼睛对于具有地下生活习性的动物肯定不是必要的,它们的形状缩小,上下眼睑黏连,而且有毛覆盖上面,在这种情况下可能是有利的;倘若如此,自然选择就会有助于不使用的效果。”

达尔文在这里显然认为“废退”是主要的,自然选择只是起了辅助作用。但是如果自然选择起作用,我们就没必要再考虑别的机理了,因为自然选择是非常有威力的,可谓残酷无情,可以逐渐地使生物结构发生改变。

3.自然选择!

由此可见,身体某个部位的退化,包括尾巴的消失,的确是有可能用于“补脑”的。在这里,起作用的,还是自然选择。自然选择不仅能够创造新器官,也能改造、摧毁旧器官。

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