三眼蟹和双头龟:大自然的错误能告诉我们什么?

果壳网 2018-02-17 22:16:27

什么东西有三只眼睛,两个鼻子,头上还顶着一个小木偶一样的触角?答案是一只奇葩的淡水蟹。这只“三眼蟹”在新西兰被人发现,它所属的物种学名叫做Amarinus lacustris,近日《节肢动物结构与发育》(Arthropod Structure & Development)期刊中的一篇文章对这个奇特的畸形个体进行了描述。


“三眼蟹”身上奇怪的多余部件和畸形的大脑,可能源自身体发育过程中的一错再错。这只甲壳纲动物具有连体双胞胎的特征(此处受牵连的部位是眼睛),外加一次失败的器官再生(正常螃蟹在眼睛受损以后会重新长出一只眼睛,但这只小怪兽却长出了一根触角)。


大自然并不是完美主义者,它也总有出糗的时候。对于科学家们来说,这些怪异生物不单单是有趣的研究对象,理解个中成因,更是能为他们提供弥足珍贵的资料。


“自然发生的畸形告诉我们何为可能,”柏林洪堡大学的格哈德•舒尔茨(Gerhard Scholtz)如是说。他是本次奇葩螃蟹研究项目的领导人。


“研究畸形生物就好比从错误中获取知识。如果事情出了差错,而且你弄清了其中的原因和机制,那么你也就能理解正常发育过程的成因与机制了。”


那么,就让我们来看一些令人着迷的大自然出糗案例吧。



奇特的变异


有些基因变异不是好事,有时突变甚至能直取身家性命——也正因为这个原因,这些变异会随着进化从基因池中消失。但另外一些基因上的小变化存留了下来,因为它们或是无伤大雅,或是能带来某种竞争优势,提高生物生存的几率。


基因并不是畸形“怪兽”产生的唯一原因。发育的过程不光受到基因操控,其中还有很多其他因素调控,这其中任何一个环节出错,都可能造成“怪胎”诞生。哪怕只是某个器官的发育时机稍微出了问题,也会带来一连串后果。


环境同样会对发育造成干扰。举个例子,爬行动物卵孵化时的温度决定了动物的性别,而温度过高可能还会孵出双头怪。


爱荷华大学的神经学家、《大自然的怪胎》(Freaks of Nature)一书的作者马克•布隆伯格(Mark Blumberg)告诉我们,畸形的成因往往不止一个,而是多种因素共同作用的结果。他解释说,许多动物身上正常的特征——比如大象的鼻子,雌性鬣狗增大的生殖器——在最开始都有可能是在进化过程中、因环境变化而产生的新鲜事物,环境的变化也对动物的发育过程造成了影响。


他补充说:“现在有一些科学家认为,与其说基因变异导致了新特征的产生,不如说或许是新特征的产生带来了基因上的变化。”因此,新物种的诞生并非只有一个成因,而是环境、基因、发育过程和时间的合力之作。


洪堡大学的舒尔茨(Scholtz)表示,变异能够帮助科学家们进行反向推理。“你观察到一个现象,接着开始尝试重建可能导致这一现象的机理和历史脉络——就像侦探利用血迹的模样来重现凶案现场一样。”


当然,现代科学家不再需要苦等大自然出错,他们能够在实验室里面摆弄细胞或是操纵基因,从而获得属于自己的变异生物。在研究中广泛使用的基因敲除小鼠就是一个很好的例子。



独眼羊羔


上世纪50年代,爱达荷州的羊倌震惊发现,自家绵羊产下了独眼羊羔——一只眼睛不偏不倚地长在脑门中央。这些羊羔的大脑同样发育不良。


罪魁祸首是一种花:羊儿们在干旱期常吃的“玉米百合”(Corn lily,在此处指加州藜芦Veratrum californicum)。这种植物当中的一种化学物质阻碍了羊羔的胚胎发育。


这种化学物质名叫环巴胺(cycloppamine),它是一种甾体生物碱成分,可以导致致命的胚胎发育异常。它会阻碍脊椎动物胚胎发育中的一个关键的信号通路,从而导致大脑无法正常地分叶,并导致单眼畸形。环巴胺制造了“独眼怪羊”,但它也为科学家们了解胚胎发育的机制做了不少贡献。不仅如此,由于同样的信号通路也与肿瘤的发生有关,环巴胺也表现出对抗肿瘤的潜力。



白眼果蝇


上世纪伊始,在分子生物学诞生之前,一种看起来并不那么怪异、但却比其他很多怪胎生物更为重要的“怪物”腾空出世:白眼果蝇。


通过研究这种由一群红眼果蝇产下的白眼果蝇,进化生物学家暨胚胎学家托马斯•亨特•摩根(Thomas Hunt Morgan)参与发现了染色体在遗传中的重要作用。白眼果蝇的出现使得他可以方便地观察到性状遗传的规律,并提出伴性遗传的理论。



连体双生子


这些年,人们发现了自然界中许许多多的畸形现象,这其中双头生物尤其引人注目。


有人在中国发现双头乌龟;有在南下加利福尼亚一个环礁湖中发现的连体灰鲸宝宝;以及一只双头小鲨鱼。


2006年在中国青岛惊现一只双头乌龟。乌龟主人在市场上发现了它,根据当时主人的报道,乌龟健康状况良好,并且比普通乌龟吃得更多。图片来源:ChinaFotoPress


根据舒尔茨所说,这些连体双生子的产生最有可能是因为胚胎的不完全分裂,如果分裂成功,就会诞生同卵双胞胎,而连体现象在很多动物中都有发生。


大自然的小错误对于科学研究来说相当有用。而我们这些普通人则喜欢在朋友间传播怪物图片:白化病独眼鲨鱼,不来一发吗?(编辑:窗敲雨)



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