有些動物的大腦為何丟了？

一些極為簡單的動物已經(jīng)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(guān)鍵所在。 英國倫敦大學(xué)國王學(xué)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(yōu)勢

海綿不會思索生命的意義或者起源這樣的哲學(xué)命題。但從某種程度上說，它們的生存能力超過我們?nèi)祟悺＿@個神奇的家族已經(jīng)在地球上生存了數(shù)億年之久，利用多孔身體吸取海床上的營養(yǎng)物質(zhì)存活。它們是一種極為簡單的動物，在我們?nèi)祟惪磥硪呀?jīng)達(dá)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(jīng)細(xì)胞，但它們?nèi)曰畹暮煤玫摹：＞d的無腦可能是一個生存優(yōu)勢，是長時間的進(jìn)化讓它們放棄了大腦。一些科學(xué)家認(rèn)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?nèi)祟悂碚f，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(shù)神經(jīng)細(xì)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(jīng)網(wǎng)”，遍布身體各處。然而，海綿并沒有這樣一張網(wǎng)。人類的大腦起源于40億年前，當(dāng)時地球上出現(xiàn)第一批生命。我們最早的祖先是單細(xì)胞生物，幾十億年后，更為復(fù)雜的生物出現(xiàn)。現(xiàn)在尚不清楚這些更為復(fù)雜的動物是否擁有任何神經(jīng)細(xì)胞。

已知年代最悠久的擁有復(fù)雜大腦的動物化石的歷史可追溯到大約5.2億年前。在當(dāng)時的地球，生物數(shù)量和種類都進(jìn)一步增多，通常被稱之為“寒武紀(jì)生命大爆炸”。這種已成化石的動物是在中國發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，由前腦、中腦和后腦構(gòu)成，所有這些區(qū)域都擁有專門的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這個化石的發(fā)現(xiàn)說明復(fù)雜大腦的歷史可追溯到5.2億年前。

祖先或有神經(jīng)細(xì)胞

英國倫敦大學(xué)國王學(xué)院的弗蘭克-希爾斯表示，遠(yuǎn)古時代的海綿也擁有神經(jīng)細(xì)胞。在2010年發(fā)表于《大腦、行為和進(jìn)化》雜志上的一篇論文中，希爾斯提出了一種觀點，認(rèn)為海綿在隨后的進(jìn)化中放棄了神經(jīng)細(xì)胞。實際上，出現(xiàn)這種“進(jìn)化損失”的動物并不只有海綿。很多動物都在漫長的進(jìn)化中失去了在我們看來至關(guān)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(tǒng)發(fā)育學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了海綿失去大腦的重要證據(jù)。這種研究致力于揭示所有不同動物種群之間的關(guān)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(guān)系。科學(xué)家長久以來便認(rèn)為海綿是其他所有現(xiàn)世動物的“姊妹群”。很久以前，它們與海綿分道揚(yáng)鑣，走向各自的進(jìn)化之路。這也就意味著在所有現(xiàn)世動物中，海綿是與動物祖先最為接近的。新研究發(fā)現(xiàn)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(fā)混戰(zhàn)。研究人員對很多生物的基因片段進(jìn)行分析，其中包括櫛水母或者側(cè)腕水母。這些動物取代海綿，被認(rèn)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(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)。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(tǒng)。如果事實如此，海綿一定在進(jìn)化之路的某個地方失去了神經(jīng)系統(tǒng)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些基因證據(jù)，證明這一點。美國佛羅里達(dá)州大學(xué)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(jīng)系統(tǒng)所需要的基因，但它們并沒有神經(jīng)系統(tǒng)。

神經(jīng)系統(tǒng)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(yǎng)物質(zhì)。對于它們來說，神經(jīng)系統(tǒng)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(rèn)為海綿是一種非常原始的動物，沒有神經(jīng)系統(tǒng)。也許，我們應(yīng)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(jīng)系統(tǒng)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(fù)雜性，其中包括吸蟲在內(nèi)。吸蟲只擁有非常基本的神經(jīng)細(xì)胞。“一種可能的假設(shè)是，寄生這種生活方式讓它們無需擁有一個復(fù)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(jīng)系統(tǒng)。海鞘在一生之中不斷簡化它們的大腦。海鞘幼蟲擁有發(fā)育良好的大腦，然而一旦在海床上定居并發(fā)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(jīng)細(xì)胞和大腦。

佛州大學(xué)圣奧古斯汀分校的神經(jīng)學(xué)家勒尼德-莫洛茲認(rèn)為海綿天生沒有神經(jīng)細(xì)胞，理由是它們不需要神經(jīng)細(xì)胞，它們的祖先也是如此。莫洛茲說：“在長達(dá)5億年時間里，我們的祖先與它們擁有相同的生態(tài)學(xué)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(jīng)元基因”，也沒有任何化石證明它們曾擁有神經(jīng)細(xì)胞。

大腦進(jìn)化不止一次

在它們的祖先以及海綿的祖先沒有神經(jīng)系統(tǒng)之時，櫛水母為何進(jìn)化出如此復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)？莫洛茲給出的答案是大腦的進(jìn)化不止一次。在2013對櫛水母基因組完成 測序之后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)與地球上的其他動物截然不同。”不知何故，它們進(jìn)化出神經(jīng)系統(tǒng)。莫洛茲說：“大自然用事實告訴我們形成神經(jīng)細(xì)胞的方式不只一種。我們可以采用完全不同的原則設(shè)計神經(jīng)細(xì)胞。大自然要比我們認(rèn)為的更富有革新性。”

器官不止一次進(jìn)化早有先例。眼睛等一些器官在很多動物身上都經(jīng)過數(shù)次進(jìn)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(jìn)化出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可能性是存在的。在2015年3月于英國倫敦舉行的皇家學(xué)會會議上，科學(xué)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(guān)研究的支持并且都堅信自己是正確的。倫敦大學(xué)瑪麗皇后學(xué)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(jù)證明每一種觀點都有成立的可能性。也許，神經(jīng)系統(tǒng)經(jīng)歷過兩次進(jìn)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(xué)家需要找到高品質(zhì)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(guān)進(jìn)化的一個所謂“標(biāo)準(zhǔn)理論”是錯誤的。我們很多人認(rèn)為進(jìn)化是一個從簡單到復(fù)雜的過程，簡單的生物逐漸進(jìn)化成復(fù)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(jìn)化，還有一些生物在長達(dá)數(shù)百萬年時間里不發(fā)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(jìn)行思考的大腦，但它們?nèi)栽诘厍蛏仙媪藬?shù)億年之久。它們不需要讓自己變得更復(fù)雜，智商對它們的生存沒有太大意義。