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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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“某某能力为什么没有演化出来?”  

2012-05-16 07:23:56|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:Ent

演化生物学是个好东西,因为它经常可以回答“为什么”的问题,而生物学其他领域往往只能回答到“怎样”这一步。不过,“为什么”通常都是很难回答的。其中比较难的问题之一,就是“某某能力为什么没有演化出来”。

“生物为什么演化出了某能力”是一个相对比较容易回答的问题:要么有用,要么副产品或遗留。但是要问为什么没演化出某能力,那可能性就多了。这可以用“安娜卡列尼娜原则”来类推:存在的东西都是类似的,不存在的东西各有各的不存在理由。而这些理由其实相当的多……

我把我想到的理由列在下面,欢迎补充。以后如果再要讨论这样的问题,基本上参照这个列表就可以了吧……

1 运气太差

简单地说,自然选择可以分两步:(a) 等待突变出现; (b) 选择那个较好的突变。a基本上完全是个运气活,等不到合适的突变就是巧妇难为无米之炊。就算是b里面也有运气成分,比如我明明有一个好的突变,但是没到生殖年龄就被钢琴砸死了之类的……

一个可能的例子是卷尾猴。多数卷尾猴的尾巴有一定抓握能力,这看起来很有用也没啥成本,但是为什么其它的猴子不会?可能只是它们运气不好,没等到卷尾的相关突变出现而已。

2 发育制约,先天不足

生物演化是个累积的过程,必须建立在先前的基础上,不能白手起家。譬如说人类如果能长第三只手,肯定很有用;或者每只手长25个手指,那大家就不用学打字指法了。但是人类的祖先上亿年前就确立了四肢、每肢不多于5个手指的这个基本框架,就像盖房子打好了地基,要作大改动是近乎不可能的。所有的哺乳动物都维持了这个框架,可以让每根具体的骨头变形到夸张的地步(比如熊猫的“大拇指”),但是骨头之间的关系还是变不了。

3 物理上不可能/成本太高

比如“人为什么不会飞”或者“毛毛虫为什么这么笨”之类的……

我们很容易低估生物的一项功能带来的成本。比如智力看起来绝对是好东西,但是智力以发达的中枢神经系统为前提,而这样的系统就要求高度的细胞分化、复杂的发育机制、生物个体不能太小、生物能获取充足的能量、还有最好是相对恒温的内环境。同时满足这么多条件的生物并不算太多。

4 好处其实没有看起来那么大

这一条和3是呼应的。自然选择看的是净效益,有些能力看起来很美好,但实际上面对自然选择缺乏实用性,比如不长青春痘的能力……(喂)

但本条的一个更常见的类型是“虽然有好处,但是没有机会用”。比如壁虎断尾再生这是一个很强大的能力,人类断腿为何不能再生呢?除了发育上的困难之外,还有个原因是:在现代医学出现之前,人断了腿就死了……

更具体一点,如果一个生物要对一种逆境演化出抵抗能力,必备的前提是a经常遇见这种逆境;b这种逆境不是导致必死。恐龙没有演化出抵抗小行星撞击的能力,人类也不可能演化出从30层楼掉下来还没事的能力,都有这个原因。

以此类推,如果我们不希望某种生物演化出这类能力——比如不希望细菌产生抗药性,那也可以从这两个角度入手:同种抗生素用的不要太勤,定期轮换;但是一旦要用,就得给足剂量吃够疗程,尽可能保证让目标细菌全军覆没。

但是!

严格来说,以上这几条,只能叫“猜测”,不能叫“回答”。

演化生物学的一大陷阱是所谓的“just-so stories”,我们运用理论得出了一个好像能自圆其说的说法,然后就没有然后了。

可是这仅仅是一个凭空的猜想,是一个故事,还没有证据来支持。一般网上的问答通常只能做到这一步,但对于科学研究来说这才刚开始。比如卷尾猴的例子,真要做的话,首先得搞明白卷尾的机制,然后设法测量卷尾的代价和利益——这些都很难量化,所以做这个领域的演化并不容易。在这些结论得到之前,我们也只能停留在猜想这一步。

猜想本身没什么不好,只要别和严格的结论搞混了就行。

————————Update——————————

本文原发于果壳日志,回复中 @革命之子 提了一个论点:“演化的一个特点是够用就行,好比说如果2.0的视力足够适应环境生存下去,便不会演化出2.1的眼神来。”

我个人并不喜欢“够用”这个表述,因为“足够适应环境生存下去”这样的情况很多时候是不存在的。

生物面临着两类环境:周围的物理化学条件,和周围的其它生物。物理化学条件是相对稳定的,就算有所改变,绝大多数生物也是有一定搬家能力的(要么是把后代扔到别的地方去,要么直接自己跑路。)多数时候,我们可以认为物理化学环境是相对稳定的,所以可以根据这个环境开列一个“及格线”。譬如热带地区植物要在30度条件下也能生长,适应到50度就没有必要。所谓60分万岁61分浪费。

但是,相当一部分考试(比如高考)的目的不是及格,而是比别人分数高。生物面临其它生物的处境经常就是这样。我不需要比熊跑得快,但我要比你快,这时候多快算“够用”?没有固定的标准。到最后我的跑步速度不是达到“及格线“,而是考虑到收益(跑得越快,被吃掉的可能性越小)和成本(为了跑得快平常就得锻炼,要是天天都得被迫锻炼的话我宁可被熊吃掉……)之间的均衡。而这个均衡会因为大量的因素而随时改变,比如你突然迷上了运动,使你的速度增加;或者我舅突然去世留了一大笔遗产,导致我可以天天穿最顶尖的火箭助推跑鞋。

现实中这俩类因素很容易混在一起……也许2.0的视力够我活下去了,但是2.1的视力能找到更多食物,不但我自己吃饱还能支援一下我的孩子,这样我和我的后代就比2.0的邻居更强,最后会把邻居取代掉。

所以,老实说,满足”及格就行“的生物指标,我一时半会儿还真想不到……

配图来自zeph00@9gag

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