众所周知,在地球上,无论是天上飞的还是地上跑的,又或者是水中游的,几乎所有动物都是左右对称的,我们人类当然也不例外。但问题是,这是为什么呢?下面我们就来聊一下这个话题。
根据已知的化石记录,至少在6亿多年前,地球上就已经有了动物,而在那个时候的动物,并没有什么左右对称的情况,一个常见的例子就是海绵。
海绵是多孔动物门原始多细胞水生动物的统称,通常情况下,它们都是长得乱七八糟的。
对于海绵来说,长得不规则并没有妨碍它的生存,毕竟它们已经在地球上存在了6亿多年的时间,这也说明了,在生物学里,不规则和不对称也可以活得好好的。
既然如此,那后来的动物为什么会变得左右对称呢?主要原因是它们需要主动定向运动。
在地球上,重力给动物们设定了两种基本方向:上和下。对于绝大多数动物而言,其上方和下方的环境都存在巨大的差异,所以动物们就有必要将自己身体的顶部和底部区分开来。
在这种情况下,一种相对简单的解决策略就是辐射对称,比如说水母就是属于这种情况,它们的身体通常像一把伞一样,你可以从它的中心像切披萨一样切开,然后每一块看起来都差不多。
然而这种策略却有一个缺陷,那就是它很难进行快速的定向运动。
要进行定向运动,动物们就有了另外两种基本方向:前和后。
显而易见的是,当你向前走的时候,这个方向就变成了永远最先接触新环境、最先撞上障碍物、最先发现食物、也最先暴露给危险的前线。
既然是前线,那把大脑、眼睛、鼻子、嘴巴这些精密的“探测仪器”全部集中在最前端,就是最合理的策略(在生物学中,这种进化趋势被称为“头部集中化”)。
现在,动物们有了上下(由重力决定),有了前后(由定向运动决定),那左和右呢?
想象一下,当一只动物在自然环境中运动的时候,它的左边和右边面对的环境会有区别吗?对于这个问题,相信大家给出的答案应该都是:在绝大多数情况下都没有明显的区别。
实际情况也确实是这样。
既然没有差异化的压力,那么最简单的策略,就是让身体左右两边保持对称,为什么呢?因为这样的策略非常省资源。
我们可以把动物的发育过程想象成搭建一座复杂的城堡,如果这座城堡左右完全不对称,基因组就必须为左半边写一套施工图纸,再为右半边单独写一套完全不同的图纸。
很明显,这样做除了需要耗费更多的DNA存储空间之外,还会使在细胞分裂和蛋白质合成时出错的概率翻倍。
而左右对称的策略就简单多了,因为基因组只需要写好半边身体的构造图纸,然后加上一条简单的指令:“把刚才说的这些,在另一边再镜像构造一份。”
这就好比你在写代码时直接调用了一个镜像函数,用一份信息办成了两份事情,更重要的是,如此一来,不仅编码成本极低,动物的演化效率也更高。
为方便理解,我们可以简单地认为,动物的左肢和右肢共享同一套基因组和发育程序, 它们是同一套“设计图纸”在身体两侧的镜像对称表达。
假设某个动物发生了一次偶然的基因突变,让它的后肢长得更长,那么由于存在镜像表达机制,这一次突变就会直接同时作用在它左右两腿上,在这种情况下,它就可能获得更强的运动能力,从而具备了生存优势。
除此之外,在动物进行定向运动时,左右对称的身体还可以带来一些好处。
例如左右对称允许成对的腿、翅、鳍等运动器官出现,它们可以交替或同步运动,从而提高动物运动的效率和精确度,而如果身体左右不对称,动物在定向运动时就很容易偏向一侧,这就需要额外消耗能量来进行纠正。
也正是因为如此,左右对称的动物在演化之路上迅速甩开了其他对手,在5亿多年前的寒武纪大爆发时期,它们就凭借强大的运动能力成为了地球动物的主流。
时至今日,左右对称的动物(严格来说应该是“两侧对称动物”)早已成为了地球上最成功的动物谱系,根据科学家的估算,其种类占了已知所有动物物种的98%以上。
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