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有沒有可能存在「天神基因」,拯救人類,渡過一次次滅絕危機?

2024-03-10科學

網友提問:

這個問題看起來挺無厘頭的,但其實並不是完全沒有道理。

從演化的角度來說,一個不適應環境,因生存障礙即將滅絕的族群,有那麽點「遺傳病」的意思。

而因為基因突變,最終拯救了整個族群的個體,說成是「天神」,也的確也不為過。

不過,天神基因型並非永遠是天神基因型。

300萬年河東,300萬年河西。

3億年滄海,3億年桑田。

今天的優勢可能在明天變成劣勢,明天的劣勢又可能在後天變成優勢。

由於生物演化本質上是一個淘汰過程,這就導致演化過程遵守最低能耗原則。

這個原則,在組織、器官、系統的演化上,體現在兩個方面:

1、原本存在的器官,因為環境改變,無法發揮作用,演化成相應的其它器官或附屬結構。

2、因為某種物質或器官的缺失,導致功能障礙,為了生存,不斷給身體打修補程式。

4.4億年前魚類演化成典型有頜魚類時,演化出來兩個呼吸器官:

鰓孔(或早期鰓囊結構)演化成了典型意義上的鰓。

出現了最原始的肺。

肺魚,有著原始肺部的魚類

擁有雙套呼吸系統的有頜魚,簡直就是那個時代的「天神」。

因為那個時代,正好迎來了奧陶紀末期大滅絕。

雖然本次大滅絕的成因眾說紛紜,例如,超新星爆發、火山噴發、小行星撞擊等,沒有定論。

但滅絕時期的海洋生態環境,基本上是確定的:

無論大滅絕事件的前期、中期,還是後期都出現了大型而漫長的缺氧事件,而且海洋充斥有毒金屬和硫化物。

奧陶紀大滅絕持續的時間20萬~100萬年,這個時間足足相當於智人起源的時間。

如果把這麽漫長的時間,看做一個比較固定的生態環境。

可以說早期魚類全部都有「遺傳病」,基因指導它們表達的器官,令它們無法在這樣的環境中正常呼吸。

這其實,是可以說得通的。例如,人類的色盲一般被認為是一種遺傳病,但其實人類哺乳動物祖先的有色視覺,經歷了多次變遷。

這些「有病」的魚,最終被不斷淘汰,終於演化出了適應這種環境的「健康」的魚。

它們簡直就是魚界的「上古天神」。

水下呼吸困難,那麽就同時演化出一個氣囊,裏面擁有毛細血管,可以交換氧氣。雖然潦草簡單了一些,但透過輔助呼吸,身體不再引起缺氧而出現障礙,從而得以不斷繁衍生息。

隨著大滅絕的結束,海洋環境恢復正常,挑戰和機遇再次變得不同。

這些有頜魚類都擁有兩套呼吸器官,按照最低能耗原則,在富氧海洋環境下,很明顯一個器官專性呼吸更有優勢。

因此,其中一支索性直接退化了原始肺,保留鰓,演化成了軟骨魚。

一支把原始肺演化成魚鰾,保留鰓,演化成了硬骨魚。

一支同時保留原始肺和鰓,進入了水陸兼具的沼澤或淺灘生存,演化成了肺魚。

一支則退化了鰓,把原始肺發展成了真正的肺部,演化成了四足動物。

在整個魚類演化的過程中,曾經出現了大量的分支,但最終只有少數發展到了今天,絕大多數都在演化過程中滅絕了。

以肉鰭魚來舉例:

除了陸生四足動物的共同祖先外,所有過渡類群,在後來的演化過程中,全滅絕了。

登陸成功的這一支,遵守最低能耗原則,把不再需要的鰓演化成了身體中諸多的重要結構:

  • 下頜、頰部、嘴唇、舌頭(及相關軟組織和肌肉)、口腔前庭、耳管、中耳、咽喉(及相關軟骨和肌肉)、三叉神經下頜支、部份面部迷走神經、舌咽神經、喉返神經等等。
  • 同時鰓動脈還與大動脈弓、肺動脈、鎖骨下動脈、內外頸動脈的形成有關。
  • 而與內分泌有關的上皮小體、胸腺、鰓後體則是鰓囊發展而來。
  • 也就是說,從人的上頜畫一條線一直到中耳,然後一直往下到肺部,這個範圍內絕大多數的組織和器官,都是來源於鰓。

    從4.2億年前到3.6億年前,短短數千萬年的時間,便經歷了以上大多數的變化。

    這其實是多麽驚人的演化壓力。

    鰓的每一次變化,都對應著一些族群的興起,一些族群的隕落。

    「新神」登場,「舊神」隕落。

    無論曾經再天命所歸,不再適應環境,便被大自然輕輕掃進墳墓。

    肉鰭魚登陸後,很快演化出了合弓綱和蜥形綱。

    我們祖先合弓綱這一支,在具有濕潤氣候的石炭紀和二疊紀曾繁榮一時,但它們卻存在一個典型的「遺傳病」——尿素代謝問題。

    在動物體內,胺基酸的代謝產物是尿素,嘌呤的代謝產物是尿酸,有的會進一步代謝為尿囊素。尿素可直接溶於水,尿酸微溶於水,主要以微小晶體的形式存在。

    作為代謝廢物,尿素和尿酸在身體內過高,會威脅機體健康,因此動物前進演化出了腎臟為中心的泌尿系統來代謝相關的廢物。

    由於動物體內胺基酸的含量遠遠高於嘌呤,尿素的含量遠遠高於尿酸,因此脊索動物從前進演化出排泄系統開始,排泄的就主要是尿素。

    由於尿素以溶液的形式存在,因此排泄尿素的過程也會排泄掉大量的水。

    作為魚類和兩棲動物,本身就是生存在水環境或臨水環境中,因為排泄尿素對它們的生存,並沒有多大的威脅。

    但遠離了水環境的合弓綱動物,則完全不同。需要大量飲水,導致它們的生活環境必須有相對固定的水源,很難適應極端燥熱、幹旱的環境。

    合弓綱動物的蛋在孵化的過程中,尿素濃度也會隨著生長發育的過程,不斷代謝積累。達到一定的濃度,這些幼崽就只剩下了兩個選擇,要麽留在蛋中的被尿素毒死,要麽破殼而出,作為「早產兒」迎接惡劣的環境。

    二疊紀時期,氣候相對濕潤,代謝方面的弱勢並不致命,再加上在咬合、牙齒,以及大腦發育等各方面具有優勢,因此它們發展成了最為成功的動物。

    然而經歷二疊紀末期大滅絕(有史以來最嚴重的大滅絕事件),進入三疊紀後,因為植被的缺少,整個地球都表現出幹燥、炎熱、低氧的狀態,甚至赤道附近一度缺少生命蹤跡,被稱為「死亡帶」。

    幹燥、炎熱的環境讓我們祖先在代謝上的不足,成為致命的缺點,從而導致了物種的大衰退。

    這個「遺傳病」可謂是相當嚴重,在後來長達億年的演化過程中,幾近滅絕。

    在魚類、兩棲類,以及其他一些哺乳動物的身體記憶體在尿囊素酶,可以把尿酸代謝為可以溶解於水的尿囊素,並最終代謝為乙醛酸和尿素排出體外。魚類和兩棲類,由於不缺水,這樣的排出方式其實是有利於生存的。

    不過更加適應了幹旱環境的雙孔亞綱動物則反其道而行之,一方面把身體內的尿素轉化成了尿酸,作為半固態排出體外,大大減少對濕潤環境的依賴,另一方便發展出了堅硬厚實的蛋殼。這些變化,都大大增加了炎熱幹旱氣候的適應。

    為了在幹旱、炎熱狀態下,解決尿素帶來的繁衍危機,合弓綱這一支演化出了巨神——1.6億年前的攀援始祖獸到1.3億年前中華侏羅獸之間,存在的唯一真獸共祖。

    不過,大自然依舊在無情地「造神」和「滅神」。

    在恐龍的統治的年代,哺乳動物演化成了野行小動物,無法夜視的它們,可以說是具有典型的「遺傳病」。因此,活下來的一支退化了視覺。然而等到恐龍覆滅,無法適應白晝生活,因此又可以說它們具有典型的「遺傳病」(色盲)。

    最終不斷被淘汰,活下來的逐漸適應來白晝生活,並且部份再次演化出了彩色視覺。

    靈長類這一支再次恢復三色視覺,大約在舊世界猴和新世界猴分化時期(只有少部份新世界猴擁有三色視覺)。

    作為現代人,我們通常很驕傲地說,我們祖先站起來了,走出了森林,演化出了人類。

    但這個過程真的在這麽的驕傲嗎?

    真相卻是,3000萬年前,青藏高原和東非高原開始隆起,全球氣候改變,逐漸轉冷,森林退化。猴類祖先牢牢占據了森林生態席位,我們祖先的這一支,反而被擠到了森林生態席位的邊緣。

    大約在2500萬年前,其中一只的TBXT基因則被轉座子所插入,改變TBXT基因的表達,導致了尾巴的縮短。

    作為一只古猴,尾巴在攀爬、平衡,甚至抓握(例如,卷尾猴)上有著非常重要的作用。

    尾巴退化了,可想而知,對於古猴來說,可以說是多麽嚴重的「遺傳病」。

    然而幸運的是,它們還有著長而有力的胳膊,可以稍微彌補一些劣勢。

    有生存,就有遺傳,它們最終演化成了完全沒有尾巴的古猿。

    然而不久後,我們祖先又不得不面臨一個頭痛的問題,因為其中一支演化成了長臂猿,對森林有了更強的適應,把我們的祖先朝著更加緣邊的生態席位擠壓。

    後來的幾百萬年中,分別分支出了猩猩和黑猩猩,其中黑猩猩是典型的森林緣邊生態席位,同時保留一定的攀爬能力,以及一定直立行走能力。

    我們祖先作為攀爬能力喪失最為嚴重的這一支,最終被完全擠出了森林。

    這其實相當於具有「遺傳病」,不得不進行妥協。

    從南方古猿開始,人類正式踏上了最終的演化道路。

    在這300萬年的過程中,人類生理特征不斷演變的過程中,大背景板是不斷滅絕的累累白骨。

    即便我們智人也差點滅絕在7萬年,人口最少的時候,僅僅只有2000人。

    人類在短短300萬年的時間,發展出了非常靈活的雙手,系統性的語言,龐大的組織結構,促使我們大腦發生了飛躍式的膨大,從400ml足足增加上到1400ml。

    每一次不適宜環境的淘汰過程,都可以認為存在「遺傳病」,每一位最初具有典型優勢基因突變的個體,都是新生的「神」。

    一代代神隕落,一代代神興起,最終人類不斷演化,發展出了智人。

    我們身體裏的基因,不可能永遠適應不斷變化的環境。現在我們大多數,自然是不存在典型意義上的遺傳病的。但我們在某個特殊的未來時代,終究可能面臨群體性的遺傳危機。最終只有少數個體,透過一代代的突變,最終適應新環境,成為新一代的「神」。

    最後潑一盆冷水:

    以上內容,雖然按照題主的邏輯,圍繞著「遺傳病」來描述的,但更合適的描述還是物競天擇下的遺傳危機。

    生物演化也從來沒有神,只有隨機突變中的幸運兒。

    智人的起源時間在80萬年~120萬年(與尼安德特人的最後共祖),一般認為那個時期的人類就有了宗教概念。也就是說,他們心中可能出現了神。

    然而,從那個時期到現在,人類特征的最大變化,是語言和前額葉的變化,這些都決定著思維能力的提升。

    強大的思維能力,有助於對自然現象的認知。

    因此,現代文明起源之前,人們心中的神人,是對自然萬象擁有解釋能力,並能說服大眾的人。