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地球生命的第一口飯
2017-06-15 作者: 來源: 經(jīng)濟(jì)參考網(wǎng)

  這種生物有些像金龜子,大約 2.5厘米長,有帶棱紋的柔軟甲殼,會(huì)在海岸淺灘的沙子里竄來竄去。它察覺到了由氣味、振動(dòng)與光線變化交織而成的畫面。它的蠕蟲狀的獵物會(huì)往沙里挖洞,企圖以波浪形路線逃到安全地點(diǎn)。不過為時(shí)已晚。掠食者用鉗狀的上顎把獵物扯開,吸進(jìn)嘴里、吞進(jìn)食道,然后繼續(xù)它的行程,尋找藏身處躲藏,讓食物消化。

  關(guān)于4.8億年前的這一餐的證據(jù),是在1982年發(fā)現(xiàn)的。那一年,還是碩士研究生的馬克·麥克梅納明(Mark McMenamin)為墨西哥政府調(diào)查索諾拉沙漠( Sonoran Des ert)的地質(zhì)情況,在墨西哥索諾拉州圖桑市(Tucson)西南方約100千米處的最高點(diǎn)朗山(CerroRajón)山側(cè)進(jìn)行挖掘,這里在古代曾是海底。他在一片灰綠色頁巖上注意到一個(gè)很微小的化石壓痕,當(dāng)時(shí)他也沒有多想,就把那個(gè)壓痕從巖石上鑿下來,和其他標(biāo)本一起裝袋了。

  在未經(jīng)訓(xùn)練的人眼中,這塊化石只不過是大約 0 . 6 厘米長、隱隱約約的連續(xù)刮痕。當(dāng)麥克梅納明把它拿回實(shí)驗(yàn)室研究時(shí),他辨認(rèn)出那是三葉蟲被蝕刻在硬化泥漿上的運(yùn)動(dòng)痕跡。在動(dòng)物界里,三葉蟲幾乎要算是所有動(dòng)物的老祖宗了:魚類、雙翅目、鳥類、人類。三葉蟲在海床上留下無數(shù)化石,讓它們成為了這種天然的自然博物館里的固定班底。很多化石有多節(jié)式外殼,看起來像是鱟和蜈蚣雜交的產(chǎn)物。這種化石的紋路圖樣很有名,甚至還有一個(gè) 學(xué)名 :“多線皺飾跡”( Rusophycusmultilineatus)。麥克梅納明保留了這個(gè)化石,也在自己的博士論文里提到了它。一直到二十多年后他擔(dān)任曼荷蓮學(xué)院地質(zhì)學(xué)教授、研究早期的生命演化過程之前,他都很少想到這件事。

  后來,當(dāng)麥克梅納明意識(shí)到他以前忽略掉了一些東西時(shí),他再一次檢查了這個(gè)化石。“它具有這種額外的特征,不只是三葉蟲而已,緊鄰的另一個(gè)彎彎曲曲的痕跡化石也有這特征。”?他說,“這些東西很罕見。”他推斷,這個(gè)化石包含了兩種生物相遇的證據(jù)。另外的那道痕跡,就是一只更小的蠕蟲狀生物想要鉆進(jìn)泥巴里的證明,從這些記號(hào)的排列來看,顯然三葉蟲就在它的正上方。麥克梅納明用上了“奧卡姆剃刀”( Occam’s Razor)原理:最簡單的解釋,就是三葉蟲要挖洞找吃的東西。他寫道:這就是“第一口飯”的證據(jù),是目前已知最古老的掠食者吞吃獵物的化石。

  這一餐的味道如何?有可能想象出來嗎?

  在那個(gè)時(shí)代,也就是寒武紀(jì)(Cambrian Period)之前,就任何有意義的方面來看,味道都是不存在的。地球上的生命大部分是由漂浮、過濾和光合作用組合而成。細(xì)菌、酵母和其他單細(xì)胞生物,藏身在花崗巖的溝紋里或是沙粒之間。有些單細(xì)胞生物會(huì)湊在一起形成黏糊糊的細(xì)胞團(tuán)。管狀或碟狀的生物體會(huì)搭著洋流的順風(fēng)車漂流。那時(shí)的“吃”,是指吸收海水里的營養(yǎng)成分,有時(shí)候是指某個(gè)生物體包裹住另一個(gè)生物體。

  接著,經(jīng)過數(shù)千萬年——以地質(zhì)學(xué)的時(shí)間尺度來說只是一瞬之間——海洋里充滿了各種新生物,包括三葉蟲,它成了生命演化史上最成功的生物類別 ;它們稱霸地球的時(shí)間超過2.5億年。三葉蟲大約是5億年前出現(xiàn)的,也就是我們所知的自然界真正開始的時(shí)間 :有史以來第一次,生命開始系統(tǒng)化地吞食其他生命。這些新生物和它們的前輩不一樣,它們有嘴巴和消化系統(tǒng)。它們擁有較原始的大腦和感官,以偵測到明、暗、運(yùn)動(dòng)和泄露形跡的化學(xué)特征,并利用這種精巧的新工具來捕獵、殺掉獵物與填飽肚子。就像伍迪·艾倫( Woody Allen)在電影《愛與死》(Love and Death)里的角色鮑里斯(Boris)說的:“對我來說,大自然就是……嗯……我也不知道,就是蜘蛛與蟲子,以及大魚吃小魚,還有植物吃掉植物,動(dòng)物吃……它就像一座巨大無比的餐廳。”

  三葉蟲并沒有存活到現(xiàn)在,那些化石也沒有辦法顯示關(guān)于它們神經(jīng)系統(tǒng)的信息,所以想要知道它們的感官能力,得依賴經(jīng)過訓(xùn)練的推測。確實(shí),它們可能完全沒辦法察覺像黑巧克力、葡萄酒這類復(fù)雜的氣味。而人類的味覺,即使是討厭的味道,都充滿了微妙的東西,而且和其他氣味、過去的事件、感情,以及我們所有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)息息相關(guān)。三葉蟲很可能不會(huì)有“愉快”這類的感覺,而且僅能保留一點(diǎn)點(diǎn)殘存記憶。對它們來說,每一餐嘗起來的味道都差不多,而每一餐顯然大多來自化解饑餓感以及攻擊的沖動(dòng)。

  然而,這些原始的味道元素是一個(gè)相當(dāng)了不起的演化成就,而人類的味覺同樣具有這種相同的基本生理學(xué)構(gòu)造。當(dāng)然,聽起來像是將小泥屋與沙特爾大教堂 [1] 做對比。不過,味道的基礎(chǔ)就此奠定了。地球生存條件的某些重大改變,引發(fā)了這場掠食者與獵物間的重大變革,也就是“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”(Cambrian explosion)。科學(xué)家們對于當(dāng)時(shí)是什么狀況并沒有達(dá)成共識(shí)。有些科學(xué)家認(rèn)為那是一場史前時(shí)代的全球變暖造成的,氣溫升高使長期冰凍的兩極冰帽融化,海面上升了數(shù)百米,海水淹進(jìn)內(nèi)陸,淹過長了地衣與真菌的低矮山丘和巖石(樹、草和開花植物在當(dāng)時(shí)都還沒有出現(xiàn)),侵蝕出潟湖并塑造出沙洲與淺灘,創(chuàng)造出相當(dāng)適合生命體生長繁殖的溫暖淺洼地。其他一些科學(xué)家認(rèn)為這次大爆發(fā)是地球磁場方向改變導(dǎo)致的,更有人指稱是突變—— 這種突變會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作電位(action potential)出現(xiàn),也就是讓神經(jīng)細(xì)胞能遠(yuǎn)距離溝通的能力——或是DNA編碼上的其他偶然變化導(dǎo)致的。

  不管事件的精確順序是怎樣,在敏銳的感官與演化的成功之間,已經(jīng)建立起一個(gè)相當(dāng)牢靠的連接。就在身體與神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)了日益增加的威脅與機(jī)會(huì)之后,一場生物學(xué)上的武器競賽展開了。曾經(jīng)一度只是“偵測與反應(yīng)”機(jī)制的感官,為了引導(dǎo)出復(fù)雜的行為,必須發(fā)展得更有效才行。味道成了這個(gè)過程的關(guān)鍵。從三葉蟲存在的時(shí)代到現(xiàn)在,覓食、捕獵和進(jìn)食等行為,推動(dòng)了生命不斷地自我發(fā)展,最終在我們?nèi)祟惖拇竽X與文化成就上

達(dá)到巔峰。味道勝于視覺、聽覺甚至是性,是我們之所以為人的核心要素。它創(chuàng)造了我們。麥克梅納明說,最為諷刺的,就是世界上開始出現(xiàn)殺戮,并伴隨著難以言喻的痛苦,但這也發(fā)展出智能和知覺,最終產(chǎn)生了人類的意識(shí)。

  水果沙拉

  那只是一道橘色的閃爍光影,不過卻能穿過層層綠葉的縫隙。大約2000萬年前,生活在非洲叢林中的猴群,已經(jīng)靠乏味的食物過活好一陣子了。這些食物主要是葉子、味苦的樹根,還有蟲子加上些許辛辣的漿果。突然間,好像出現(xiàn)了很不錯(cuò)的東西。隨著它們爬過樹枝,視線受到了限制,眼前出現(xiàn)了更多橘色的光影。它們跳躍著,一起擺蕩到正確的地點(diǎn),用五根手指抓住并捏碎紅褐色的果實(shí),讓果汁流滿雙手。其中一只在樹枝上蹲下,背靠著樹干,大口吃著果子,芳香混合著苦味在口中四溢——短暫且強(qiáng)烈的快感沖擊著它。直到森林的地面上布滿了吃剩的果核,這場“ 宴會(huì)” 才算結(jié)束。

  猴群的世界也就只有幾平方千米大,它們的活動(dòng)范圍可能和摩爾根獸的活動(dòng)范圍差不多。兩者都在近似的環(huán)境里演化——在一顆巨大的流星撞擊尤卡坦半島(Yucatán Peninsula)海岸、導(dǎo)致使恐龍滅絕的生態(tài)災(zāi)難出現(xiàn)之前,靠食腐維生,躲避著掠食者。但是其中有兩點(diǎn)重要的差異。我們的祖先以往先是在地面上獵食,然后才向上發(fā)展爬到樹上。此時(shí)的獵食活動(dòng)占據(jù)的是三維的空間,而不是二維的平面,而且還有著搭配深度知覺與生動(dòng)色彩的新型視覺。這個(gè)進(jìn)步把視覺和味道的距離拉得更近。伊甸園里最先引起夏娃注意的,想必就是禁果的鮮明顏色,這一點(diǎn)對于現(xiàn)在我們用餐也一樣關(guān)鍵。顏色、形狀和食物的排列會(huì)吸引我們的注意力,并且激起食欲。

  大多數(shù)哺乳動(dòng)物具有雙色視覺,它們的視網(wǎng)膜(位于眼球后方感知影像的區(qū)域)包含兩種特殊的感應(yīng)細(xì)胞,即視錐細(xì)胞,它含有能偵測到光線中藍(lán)、紅波長的受體。具有雙色視覺的動(dòng)物可以分辨約1萬種不同的色調(diào)。不過在大約2300萬年前,某種猴類身上發(fā)生了基因復(fù)制。受突變影響的那些猴子,獲得了第三組視錐細(xì)胞,這些細(xì)胞能調(diào)適光譜黃光帶。更早以前的哺乳動(dòng)物所看到的單調(diào)灰色的色彩,現(xiàn)在變成了紫、粉紅、天藍(lán)、淡紫、青、珊瑚紅這些顏色。紅色系變得更深、更精細(xì),綠色系變得更柔和、更多樣化。具有這種強(qiáng)化視力的靈長目動(dòng)物——目前包括某些猴類(不是全部)、所有猿類、人類——最多可以偵測到100萬種顏色。(鳥類有四種視錐細(xì)胞,看到的色彩更炫目、更豐富。)

  要在叢林背景下發(fā)現(xiàn)水果很困難,就像玩“ 威利在哪里” 系列繪本一樣 :眼睛和大腦必須從具絕對多數(shù)的色彩當(dāng)中,發(fā)現(xiàn)與眾不同的顏色。在20世紀(jì)90年代,劍橋大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家本尼迪克特·里根(Benedict Regan)與約翰·莫倫(John Mollon)著手測試水果視覺(fruit-vision)假說。他們聚焦于法屬圭亞那叢林里的紅吼猴( red howler monkey)。三色視覺仿佛要證明自身的演化效力似的,繼大約1300萬年前的美洲吼猴之后再度單獨(dú)出現(xiàn)。要解釋三色視覺為什么在演化上這么成功,也只能靠猜測,不過還是有一個(gè)明顯的可能解釋 :彩色視覺有助于靈長目動(dòng)物辨認(rèn)出成熟的水果。

  吼猴偏好“ Chrysophyllumlucentifolium”這種金葉樹的果實(shí),它的果實(shí)果皮堅(jiān)硬,吼猴得用牙齒才能咬開,還有能夠通過吼猴消化系統(tǒng)的巨型種子。果實(shí)熟成時(shí)呈現(xiàn)豐富的黃、橙混合色調(diào),與周圍的綠色背景形成了理想對比。一隊(duì)研究人員在低濕雨林扎營數(shù)天,在他們頭上大約 3 0 米處,是濃密的樹冠。他們在猴群爬上樹梢的時(shí)候跟著上去,收集它們摘下、吃過,然后丟棄的水果。

  科學(xué)家利用光譜儀測量植物顏色的波長后發(fā)現(xiàn),吼猴視網(wǎng)膜的色素,幾乎像是為了讓它們認(rèn)出藏在葉子里的黃色成熟果實(shí)而量身打造的。這點(diǎn)很明顯不是偶然,因?yàn)榻鹑~樹果實(shí)的顏色只占了光譜帶里很窄的部分。自然選擇似乎已經(jīng)很巧妙地把兩方調(diào)整得很和諧,制造了雙贏局面 :猴子有果子可以吃,而果樹獲得了把種子散播出去的途徑。(或許其他食物也占了一席之地 :在某些靈長目動(dòng)物身上,三色視覺也許已經(jīng)演化到可以在果實(shí)缺乏的時(shí)候,在綠葉叢里發(fā)現(xiàn)有營養(yǎng)的紅色嫩葉的程度。)

  總之,彩色果實(shí)并非只是一種稀少、美味的佳肴,甚至也不是史前飲食金字塔里的重要角色,它只是一個(gè)較廣泛的生存策略的一部分。這些在夜間活動(dòng)的猴子的祖先,此時(shí)已經(jīng)變成在日間時(shí)段活動(dòng)了。在白天的光線下,在樹木的高處,色彩取代了氣味。在智力與意識(shí)的發(fā)展上相當(dāng)重要的嗅覺變?nèi)趿耍F(xiàn)在,視覺才是重點(diǎn)。這種從某種感官偏向另一種感官的狀況,都被寫入基因里了:具有三色視覺的靈長目動(dòng)物,比沒有三色視覺的靈長目少了許多有用的嗅覺受體,也就是說,它們能探測到的氣味比較少。

  雨林與叢林充滿可食用的葉子,不過果樹就比較分散了,而且有些果樹只在一年當(dāng)中的特定時(shí)間結(jié)果。這種情況下,要生存就得靠一定程度的規(guī)劃。為了能夠一直有果實(shí)可吃,動(dòng)物必須記住最好的果樹在哪里、什么時(shí)候會(huì)結(jié)出可以吃的果實(shí)。水果是真正的獎(jiǎng)賞,而且要靠聰明才智才能得到。吃水果的黑猩猩、蝙蝠與鸚鵡的大腦和身體的相對比例,分別比吃葉子的大猩猩、吃蟲的蝙蝠與其他大多數(shù)鳥類要大。

  不像獨(dú)來獨(dú)往的摩爾根獸,古代的猴子會(huì)整個(gè)猴群一起行動(dòng)和作業(yè),用聲音、眼神和手勢來溝通。這時(shí),優(yōu)越的視力也大有幫助。它們的眼睛位于頭部的前面,這使得它們具有三維的視覺——奇怪的是,這樣的眼睛分布是食肉動(dòng)物的特色,食腐動(dòng)物就不是這樣。如此分布的眼睛能讓潛在的獵物位于視野的中央,捕食者可以很快地認(rèn)出獵物、評估勝算并發(fā)動(dòng)攻擊。不過對靈長目來說,縱深感能讓它們更容易辨認(rèn)出行蹤隱匿、有保護(hù)色的掠食者的動(dòng)作,并借低亮度的樹枝網(wǎng)絡(luò)來快速移動(dòng),此刻若踏錯(cuò)一步,就很有可能送命。由于每個(gè)個(gè)體只有一雙眼睛,并且視線焦點(diǎn)對著前方,因此個(gè)體的生存機(jī)會(huì)就得依靠群體的集體行動(dòng),用多雙眼睛盯著各個(gè)方向。

  對捕獵來說,表情比較豐富,也會(huì)比較占優(yōu)勢。猿類與人類的大腦視覺皮層與身體大小的相對比例,要比其他哺乳動(dòng)物的相對比例大,而且負(fù)責(zé)做出表情的神經(jīng)中樞也比較大。所有哺乳動(dòng)物表現(xiàn)出的恐懼、惡心、愉悅等生硬表情,不再只是出于無意識(shí)的反射,而是加上了個(gè)體細(xì)微之處的層次。一個(gè)目光交會(huì)就可以傳達(dá)很多東西。就像海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的小組那樣,猴群會(huì)像食物采集隊(duì)一樣運(yùn)作,從它們的集體覓食,就可以預(yù)見現(xiàn)今的團(tuán)體聚餐。

(本文摘自北京聯(lián)合出版公司出版的《品嘗的科學(xué)》,作者:[美]約翰·麥奎德)

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