有些動物的大腦為何丟了？

一些極為簡單的動物已經成功“擺脫”它們的大腦，例如海綿，因為大腦對它們的存活沒有任何作用。擺脫對大腦的依賴可能就是它們生存至今的關鍵所在。英國倫敦大學國王學院的弗蘭克-希爾斯表示：“如果你坐在海床上，只濾食從你身旁流過的食物，你就不需要一個大腦。在這種情況下，有一個大腦是對能量的一種浪費，你無法讓身體保持所需的能量水平。”

無腦或是生存優勢

海綿不會思索生命的意義或者起源這樣的哲學命題。但從某種程度上說，它們的生存能力超過我們人類。這個神奇的家族已經在地球上生存了數億年之久，利用多孔身體吸取海床上的營養物質存活。它們是一種極為簡單的動物，在我們人類看來已經達到可笑的程度。更令人感到驚奇的是，海綿沒有大腦，甚至沒有任何神經細胞，但它們仍活的好好的。海綿的無腦可能是一個生存優勢，是長時間的進化讓它們放棄了大腦。一些科學家認為它們一度擁有大腦或者至少擁有一個與大腦非常接近的器官，但隨著時間的推移，它們擺脫了大腦。海綿并不是唯一一種沒有大腦的動物。對我們人類來說，大腦是一個必需品，但對于一些動物來說，沒有大腦反而生活的更好。

大腦是無數神經細胞的集合體。很多生物并沒有真正的大腦，但它們擁有一張“神經網”，遍布身體各處。然而，海綿并沒有這樣一張網。人類的大腦起源于40億年前，當時地球上出現第一批生命。我們最早的祖先是單細胞生物，幾十億年后，更為復雜的生物出現。現在尚不清楚這些更為復雜的動物是否擁有任何神經細胞。

已知年代最悠久的擁有復雜大腦的動物化石的歷史可追溯到大約5.2億年前。在當時的地球，生物數量和種類都進一步增多，通常被稱之為“寒武紀生命大爆炸”。這種已成化石的動物是在中國發現的，外形好似長著爪子的土鱉蟲。它們似乎擁有一個精密的類大腦結構，由前腦、中腦和后腦構成，所有這些區域都擁有專門的神經網絡。這個化石的發現說明復雜大腦的歷史可追溯到5.2億年前。

祖先或有神經細胞

英國倫敦大學國王學院的弗蘭克-希爾斯表示，遠古時代的海綿也擁有神經細胞。在2010年發表于《大腦、行為和進化》雜志上的一篇論文中，希爾斯提出了一種觀點，認為海綿在隨后的進化中放棄了神經細胞。實際上，出現這種“進化損失”的動物并不只有海綿。很多動物都在漫長的進化中失去了在我們看來至關重要的器官。例如，生活在漆黑洞穴中的甲殼類動物失去了眼睛。

系統發育學研究發現了海綿失去大腦的重要證據。這種研究致力于揭示所有不同動物種群之間的關系。研究人員繪制了所謂的“生命樹”，就像一張家系圖，展示這種關系。科學家長久以來便認為海綿是其他所有現世動物的“姊妹群”。很久以前，它們與海綿分道揚鑣，走向各自的進化之路。這也就意味著在所有現世動物中，海綿是與動物祖先最為接近的。新研究發現顛覆了這種觀點。

2008年《自然》雜志刊登的研究論文提出了一種觀點并引發混戰。研究人員對很多生物的基因片段進行分析，其中包括櫛水母或者側腕水母。這些動物取代海綿，被認定為其他所有動物的“姊妹群”，是動物祖先的最佳代表。不過，櫛水母擁有復雜的神經系統。這意味著它們的祖先——一定是海綿的祖先——可能也擁有這種系統。如果事實如此，海綿一定在進化之路的某個地方失去了神經系統。科學家發現了一些基因證據，證明這一點。美國佛羅里達州大學圣奧古斯汀分校的約瑟夫-萊安表示海綿擁有很多打造神經系統所需要的基因，但它們并沒有神經系統。

神經系統或是累贅

擺脫大腦似乎是一個錯誤的決定，海綿為何要做出這樣一個決定呢？首先，大腦會消耗大量能量。人類的大腦消耗20%的能量。海綿是動物家族的覓食高手。它們過濾海水，只吸取其中的營養物質。對于它們來說，神經系統可能是一個累贅。

希爾斯表示：“如果你坐在海床上，只濾食從你身旁流過的食物，你就不需要一個大腦。在這種情況下，有一個大腦是對能量的一種浪費，你無法讓身體保持所需的能量水平。”萊安指出：“我們長久以來一直認為海綿是一種非常原始的動物，沒有神經系統。也許，我們應該重新審視這種觀點。”

海綿并不是唯一一種失去或者簡化神經系統的生物。希爾斯表示一些寄生蟲與它們的近親相比失去了原有的復雜性，其中包括吸蟲在內。吸蟲只擁有非常基本的神經細胞。“一種可能的假設是，寄生這種生活方式讓它們無需擁有一個復雜的大腦。”海綿的近親絲盤蟲也是一種非常簡單的動物，同樣沒有神經系統。海鞘在一生之中不斷簡化它們的大腦。海鞘幼蟲擁有發育良好的大腦，然而一旦在海床上定居并發育成年后，大腦便走向退化。不過，沒有一個人相信這些動物完全失去了神經細胞和大腦。

佛州大學圣奧古斯汀分校的神經學家勒尼德-莫洛茲認為海綿天生沒有神經細胞，理由是它們不需要神經細胞，它們的祖先也是如此。莫洛茲說：“在長達5億年時間里，我們的祖先與它們擁有相同的生態學特征，同樣的濾食行為以及有限的身體運動。”無論是海綿還是絲盤蟲都不擁有莫洛茲所說的“神經元基因”，也沒有任何化石證明它們曾擁有神經細胞。

大腦進化不止一次

在它們的祖先以及海綿的祖先沒有神經系統之時，櫛水母為何進化出如此復雜的神經系統？莫洛茲給出的答案是大腦的進化不止一次。在2013對櫛水母基因組完成測序之后，科學家發現它們擁有非常獨特的基因。莫洛茲用“好似外星生物”形容櫛水母。“它們的分子結構與地球上的其他動物截然不同。”不知何故，它們進化出神經系統。莫洛茲說：“大自然用事實告訴我們形成神經細胞的方式不只一種。我們可以采用完全不同的原則設計神經細胞。大自然要比我們認為的更富有革新性。”

器官不止一次進化早有先例。眼睛等一些器官在很多動物身上都經過數次進化。章魚的眼睛與人類截然不同。莫洛茲表示這說明不止一次進化出復雜結構的可能性是存在的。在2015年3月于英國倫敦舉行的皇家學會會議上，科學家就這一觀點展開討論。莫洛茲和希爾斯觀點不同，都有相關研究的支持并且都堅信自己是正確的。倫敦大學瑪麗皇后學院的安格利卡-斯托勒沃克表示我們尚未找到確切答案。我們掌握的證據證明每一種觀點都有成立的可能性。也許，神經系統經歷過兩次進化又或者在海綿身上退化。

化解這場爭論并不是一件容易的事情。科學家需要找到高品質的早期海綿和櫛水母化石，以確定它們的祖先是否擁有大腦。無論是哪一種情況，海綿的無腦都在提醒我們有關進化的一個所謂“標準理論”是錯誤的。我們很多人認為進化是一個從簡單到復雜的過程，簡單的生物逐漸進化成復雜的生物。這種觀點并非始終成立，某些生物沿著相反的方向進化，還有一些生物在長達數百萬年時間里不發生任何改變。海綿就是一個最好的例子。它們沒有思想，沒有可供它們進行思考的大腦，但它們仍在地球上生存了數億年之久。它們不需要讓自己變得更復雜，智商對它們的生存沒有太大意義。

（編譯：孝文）

發表于 2015-05-07 00:00
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