漫話(huà)動(dòng)物對(duì)錯(cuò)性

邵峰

發(fā)表于2020年3月的一篇研究論文描述了生活在距今5.5億年前震旦紀(jì)時(shí)期的一種蠕蟲(chóng)狀動(dòng)物。這種動(dòng)物是目前人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的年代最早的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物。

兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物是動(dòng)物界中龐大的家族，其中也包括人類(lèi)。兩側(cè)對(duì)稱(chēng)是指將動(dòng)物身體從正中間沿豎直方向一分為二，兩側(cè)基本互為鏡像。這就好像剪窗花時(shí)，要先將紙對(duì)折再剪，這樣剪出來(lái)的圖形兩側(cè)就是對(duì)稱(chēng)的。人、豬、蜘蛛和蝴蝶等都是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物。水母不屬于兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物，而屬于輻射對(duì)稱(chēng)動(dòng)物。

神秘的蟲(chóng)痕石

近幾十年來(lái)，古生物學(xué)家十分關(guān)注一些距今5.5億年的化石。這些含有很多彎彎曲曲小凹槽的化石被稱(chēng)為蟲(chóng)痕石。古生物學(xué)家猜測(cè)，這些化石可能是某種生活在震旦紀(jì)時(shí)期的小型動(dòng)物的巢穴印?；?。但究竟是什么動(dòng)物留下了這些痕跡始終是個(gè)謎。

2020年，一個(gè)美國(guó)吉生物研究團(tuán)隊(duì)在研究來(lái)自世界各地的蟲(chóng)痕石時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一塊來(lái)自澳大利亞南部的蟲(chóng)痕石上有一些小小的橢圓形凹陷。研究團(tuán)隊(duì)立即掃描了這個(gè)蟲(chóng)痕石樣本，然后在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建了這些凹陷的高分辨率3D數(shù)字模型。分析結(jié)果顯示，凹陷是一種圓柱形蠕蟲(chóng)形成的印模。

從3D數(shù)字漠型上可以看出，蠕蟲(chóng)不但有頭有尾，身上還分布著細(xì)小的肌肉溝槽。從溝槽寬度判斷，這種生物的橫向直徑應(yīng)該只有1～2毫米?？傞L(zhǎng)2～7毫米，差不多和米粒一樣小。蠕蟲(chóng)的尺寸和蟲(chóng)痕石上蜿蜒的凹陷痕跡完美匹配。由此，上述困擾了古生物學(xué)家?guī)资甑闹i團(tuán)終于被解開(kāi)。新發(fā)現(xiàn)的這種動(dòng)物被命名為“伊卡利亞瓦里烏塔”（簡(jiǎn)稱(chēng)伊卡利亞蠕蟲(chóng)），名稱(chēng)來(lái)自化石發(fā)現(xiàn)地的原住民語(yǔ)言。

蟲(chóng)痕石上的凹陷。

兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物的始祖

震旦紀(jì)時(shí)期的動(dòng)物身體構(gòu)造很簡(jiǎn)單。伊卡利亞蠕蟲(chóng)的一端比另一端更寬，這可能表明它的身體有前后之分。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為伊卡利亞蠕蟲(chóng)在當(dāng)時(shí)海底的微生物墊上爬行進(jìn)食，因此它們很可能有口、消化道和肛門(mén)等器官。要知道，在震旦紀(jì)，有頭有尾的身體結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō)已經(jīng)具有重大意義。

伊卡利亞蠕蟲(chóng)極有可能是地球生命歷史上出現(xiàn)的第一種兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物，它們具備兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物的所有基本特征。伊卡利亞蠕蟲(chóng)的發(fā)現(xiàn)，將兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物的起源時(shí)間向前推了數(shù)千萬(wàn)年。

和伊卡利亞蠕蟲(chóng)同時(shí)期存在的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物還有外號(hào)“大睡蓮”的狄更遜水母。這種動(dòng)物的體形比伊卡利亞蠕蟲(chóng)大，也具有兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的特性，因此曾被認(rèn)為是始祖動(dòng)物之一。但由于狄更遜水母不具備口、腸道等現(xiàn)代動(dòng)物的特征，因此它們被認(rèn)為走進(jìn)了演化的死胡同。震旦紀(jì)后，地球迎來(lái)了寒武紀(jì)，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物的物種數(shù)量和身體構(gòu)造的多樣性開(kāi)始爆發(fā)式增長(zhǎng)。

伊卡利亞蠕蟲(chóng)還原圖。

動(dòng)物身體構(gòu)造的三種對(duì)稱(chēng)形式。

動(dòng)物的對(duì)稱(chēng)性

為什么大多數(shù)動(dòng)物的身體構(gòu)造是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的呢？原因有很多，其中最重要的原因是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的身體結(jié)構(gòu)更便于動(dòng)物快速移動(dòng)。生命起源于海洋。以魚(yú)類(lèi)為例，在游動(dòng)過(guò)程中魚(yú)身體兩側(cè)的肌肉交替收縮，從而使自己向前運(yùn)動(dòng)，而沿直線(xiàn)前進(jìn)是效率最高的移動(dòng)路線(xiàn)。同時(shí)，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)也有利于動(dòng)物保持平衡。因此，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)這種身體結(jié)構(gòu)在進(jìn)化的過(guò)程中被保留。

除了兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物，一些原始動(dòng)物的身體結(jié)構(gòu)以中心點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)中心呈輻射對(duì)稱(chēng)，比如水母、珊瑚蟲(chóng)和?？＿@些動(dòng)物的身體只能分出上下，無(wú)法分出前后。

那么有沒(méi)有完全不對(duì)稱(chēng)的動(dòng)物呢？當(dāng)然有。大多數(shù)海綿就屬于這一類(lèi)。海綿是最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞動(dòng)物，沒(méi)有大腦、神經(jīng)細(xì)胞或內(nèi)臟。比海綿更復(fù)雜的動(dòng)物要么是輻射對(duì)稱(chēng)，要么是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)。海星則比較特殊。海星屬于五輻對(duì)稱(chēng)，也就是說(shuō)它們有五條對(duì)稱(chēng)軸。但海星會(huì)經(jīng)歷和昆蟲(chóng)類(lèi)似的變態(tài)發(fā)育過(guò)程：纖毛幼蟲(chóng)階段的海星身體結(jié)構(gòu)為兩側(cè)對(duì)稱(chēng)，成年海星才變成五輻對(duì)稱(chēng)。

人的身體不是完美對(duì)稱(chēng)

人類(lèi)雖然是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物，但我們的身體并非左右完美對(duì)稱(chēng)的。許多人的一只腳比另一只腳大，或者有長(zhǎng)短腿。在皮膚之下，我們的一些內(nèi)臟也不對(duì)稱(chēng)分布。心臟位于身體中軸線(xiàn)偏左的位置，肝臟則偏右。我們的結(jié)腸分為三個(gè)部分：升結(jié)腸向右上方延伸，橫結(jié)腸穿過(guò)人體中軸線(xiàn)，降結(jié)腸往左下方延伸。凡是有過(guò)闌尾炎經(jīng)歷的人，都知道發(fā)病時(shí)的劇痛感來(lái)自腹部右下方。

有些人的內(nèi)臟位置和普通人的不同。有些人的心臟位置偏向身體右側(cè)，這種心臟布局被稱(chēng)作“鏡像右位心”。還有些人的內(nèi)臟布局和普通人幾乎完全顛倒：心、胃、胰、脾都偏右（普通人偏左），而肝和膽囊則偏左（普通人偏右）。這些人有“鏡像人”之稱(chēng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每1萬(wàn)人中會(huì)出現(xiàn)1個(gè)鏡像人。不過(guò)鏡像的內(nèi)臟布局對(duì)鏡像人的健康基本沒(méi)有影響。

雖然左腦右腦各有分工。但是這種分工并不是絕對(duì)的。

人類(lèi)左右腦分工

全世界90%的人慣用右手。極少數(shù)人天生能夠同時(shí)熟練使用左右手。鋼琴演奏者可以通過(guò)大量訓(xùn)練讓左右手達(dá)到相同的熟練程度。中國(guó)探月工程嫦娥工程總設(shè)計(jì)師、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航工程總設(shè)計(jì)師、兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)芦@得者——孫家棟小學(xué)入學(xué)時(shí)因重度左撇子曾一度被校方要求退學(xué)，但經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，一年后他已經(jīng)能熟練使用右手，并可以自由切換左右手打乒乓球。

我們的左腦和右腦發(fā)揮的作用各不相同。一般認(rèn)為，人的左腦更擅長(zhǎng)處理語(yǔ)言、邏輯和運(yùn)算，右腦在空間關(guān)系、表達(dá)情緒和創(chuàng)造能力方面更占優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，左右腦的分工也不是絕對(duì)的，人腦具有很強(qiáng)的可塑性。42歲的美國(guó)女性米歇爾自幼缺失左腦的皮質(zhì)和大部分深層腦組織。雖然她平時(shí)生活中難以理解概念，還經(jīng)常迷路，但她沒(méi)有語(yǔ)言溝通障礙，還順利完成了高中學(xué)業(yè)。直到她27歲那年，她才知道自己缺了半邊大腦。

不過(guò)，有一項(xiàng)工作似乎只有右腦能完成，那就是認(rèn)臉。當(dāng)人在識(shí)別人臉時(shí)，右腦顳葉的某個(gè)區(qū)域的活動(dòng)會(huì)異?；钴S。如果顳葉不能興奮，那么人即便看到熟悉的臉，也想不起來(lái)對(duì)方是誰(shuí)。我們身邊總有個(gè)別“臉盲”的朋友，其“臉盲”原因很可能是顳葉不能正常發(fā)揮作用。

手性的英語(yǔ)單詞“chiral”來(lái)源于希臘語(yǔ)，原意指手。

分子對(duì)稱(chēng)性

關(guān)于食品安全的新聞報(bào)道中經(jīng)常出現(xiàn)“反式脂肪”這個(gè)詞。反式脂肪和順式脂肪的區(qū)別在于與碳原子直接相連的氫原子其對(duì)稱(chēng)方式不同。這種結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致了人體代謝反式脂肪的速度比代謝順式脂肪慢得多。

英語(yǔ)中的“chiral”一詞來(lái)源于希臘語(yǔ)，意為“手性的”。將你的左手手心向下放于桌上，然后再將右手自然放在左手手背上，此時(shí)兩只手無(wú)法完全重疊。科學(xué)家將這種無(wú)法完全重疊、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)的分子稱(chēng)為“手性分子”。

組成我們身體的絕大部分分子都屬于手性分子。以構(gòu)筑我們身體的“磚塊”——氨基酸為例，每個(gè)氨基酸有一個(gè)碳原子，碳原子有四個(gè)化學(xué)鍵，每個(gè)化學(xué)鍵上一般都連接著不同的分子，其結(jié)果就是氨基酸也屬于手性分子。一般來(lái)說(shuō)，氨基酸被分為左手性和右手性。雖然兩種手性的氨基酸結(jié)構(gòu)非常相似，也能發(fā)揮同樣的作用，但組成我們身體蛋白質(zhì)的絕大部分氨基酸都是左手性的。不僅是人類(lèi)體內(nèi)的氨基酸，地球上幾乎所有生命天然合成的氨基酸都是左手性的。這也是所有生命都起源于某個(gè)共同祖先的有力證據(jù)之一。

鏈接：你的左臉更好看

專(zhuān)業(yè)攝影師能將一張長(zhǎng)相再普通不過(guò)的人臉拍得很俊美，其中一種技法就是只拍人物的左臉。這個(gè)拍攝原則被攝影界人士稱(chēng)為“左臉原則”。研究人員發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是喜怒哀樂(lè)，人的左邊臉的情緒表達(dá)都更到位。西方古典油畫(huà)大師的人像畫(huà)中，人物大多以左半側(cè)臉朝向觀(guān)者。

2012年，科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，人們?cè)谟^(guān)看人物的左半側(cè)臉時(shí)大腦愉悅感更強(qiáng)烈。這可能是因?yàn)樨?fù)責(zé)控制左半側(cè)臉肌肉的是右腦——恰恰是負(fù)責(zé)控制情緒表達(dá)的半腦?？茖W(xué)家是怎么測(cè)量大腦愉悅度這個(gè)抽象感念的呢？答案是測(cè)量瞳孔直徑。當(dāng)人看到能引起興趣的刺激時(shí)，瞳孔會(huì)舒張;反之，當(dāng)看到令人不愉快的圖像時(shí)，瞳孔會(huì)收縮。瞳孔的這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程是無(wú)意識(shí)的，人無(wú)法自主控制。