角馬為什么沒有進化出“輪子”？

方陵生

從地球上最簡單的生命形式到如今多彩多姿、豐富多樣的生命形式，進化的神奇與美妙令人驚嘆。但如果進化具有無限的創(chuàng)新能力，那么，為什么沒能進化出有輪子的動物？顯然，進化的創(chuàng)造力也有一定的局限性。那么，這是否意味著某些東西也許永遠無法進化出來，否則，為什么至今植物沒有進化出飛行能力？而一些經(jīng)常作為獵物存在的物種為什么沒有進化出攻擊性的“武器”？

進化：創(chuàng)造多樣性奇跡

進化的存在是因為生物的變化。根據(jù)達爾文的“適者生存”理論，那些更能適應(yīng)環(huán)境的個體更有可能將自己的基因開枝散葉，傳遞下去，因此那些適應(yīng)性更強、更有利于生存的特性在群體中會逐漸變得更加普遍。

自然界中，只要時間跨度足夠長，緩慢的進化過程就會創(chuàng)造出一個個的奇跡。例如：大海里會出現(xiàn)體形巨大的藍鯨;陸地上會有個體間密切合作的蜜蜂，以及高聳入云的紅杉等。進化的力量似乎是無窮的。在海底萬米深處，生活著不懼海水巨大壓力的生物，這樣的深海壓力是人體無法承受的;而在強輻射環(huán)境中，生存著能夠承受極大輻射劑量的細菌，它們承受的輻射量是能導(dǎo)致人類死亡的輻射量的數(shù)倍。

盡管進化如此神奇，但有些情況似乎還是沒能出現(xiàn)。一個典型的例子就是沒有出現(xiàn)有輪子的動物。進化生物學(xué)家古爾德在1983年出版的《母雞的牙齒和馬的腳趾》一書中討論過這個問題。在2015年的一篇論文中，美國加州大學(xué)的科學(xué)家杰瑞特·弗爾邁伊列舉了32種進化似乎從未產(chǎn)生過的性狀組合，例如：淡水水體中沒有出現(xiàn)過像海中珊瑚礁那樣的堅硬結(jié)構(gòu)的生物，世界上沒有出現(xiàn)過吃素的蛇，也沒有人見到過會飛的植物。

無論是巨大的體形還是高度的社會化，給予進化足夠的時間，就都是可能的

以往的科學(xué)家試圖找出這類進化特征不可能出現(xiàn)的原因，但弗爾邁伊并不想斷言進化有這樣的限制。他認為，這類進化特征中很少會是我們所認為的被禁表型（表型指的是遺傳機制賦予有機體可被觀察到的結(jié)構(gòu)和功能方面的特性，如形態(tài)和行為方面的特征）。如果有足夠多的時間，進化很有可能讓生物也會產(chǎn)生一些之前從未出現(xiàn)過的特性。

弗爾邁伊指出：我們可以把自己想象成是生活在大約4.5億年前奧陶紀(jì)時期的進化生物學(xué)家。那時候的我們不可能想象出以后會真正進化出來的一些東西，比如植物會開花、昆蟲會飛之類的特性。這表明，進化在很大程度上是一個累積的過程，現(xiàn)在我們已經(jīng)司空見慣的許多進化特征在當(dāng)時還沒有發(fā)生，也是難以想象的。

英國科學(xué)家卡特希爾也認為：生物進化是宇宙中已知最無極限的過程，其最顯著的特點是能夠創(chuàng)造出無限的多樣性，進化出具有新特征的動物這一過程遠未結(jié)束。我們不知道，進化的極限將會延伸到哪里。

現(xiàn)在已經(jīng)有許多動物選擇性進化的例子。例如：雖然沒有進化出專門食素的蛇，但卻有許多物種在吃肉和吃植物之間來回轉(zhuǎn)換，大熊貓就是其中的一個例子，雖然大熊貓以吃竹子為生，但它們的祖先卻是食肉動物，直到現(xiàn)在它們的內(nèi)臟還沒有完全適應(yīng)消化植物性的食物。到目前為止，雖然還沒有發(fā)現(xiàn)吃植物的蛇，這說明蛇的身體構(gòu)造可能特別適合食肉，但蛇的近親是蜥蜴，而許多種類的蜥蜴是以植物為食的。

淡水水體中沒有出現(xiàn)過像海中珊瑚礁那樣的堅硬結(jié)構(gòu)的生物

雖然大熊貓以吃竹子為生，但它們的祖先卻是食肉動物

進化：選擇最佳方案

也許是因為對大自然的多樣性還缺乏充分了解，以前人們一直認為，所有的蜘蛛都是食肉動物。但在2009年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種吃素的蜘蛛，它們主要以植物為食。

我們不妨試著發(fā)揮一下想象力：斑馬為什么沒有進化出攻擊性的彈射武器？如果進化出彈射武器，斑馬就可以用它來擊退獅子。斑馬之所以沒有進化出彈射武器，是因為進化必須經(jīng)過一步步的中間環(huán)節(jié)，而且其中每個中間環(huán)節(jié)都必須是有利，或者至少是無害的。而彈射機制只有在進化完全的情況下才有用，中間過程中作為一個沒有功能的器官，只會白白消耗對身體來說非常重要的營養(yǎng)。

其實，動物也有射彈武器的進化演變。例如，箭魚會用水作為投射武器，蟻獅會將沙子當(dāng)作投擲武器……事實上，只有采取伏擊策略的捕食動物才會進化出投射武器，而對于經(jīng)常淪為獵物的動物來說，進化方向更傾向于發(fā)展逃跑能力，因為對于獵物們來說，與捕食動物對抗不是個好主意，而以更快的速度逃離捕食者才是更好的生存策略。也許不是進化不能為斑馬設(shè)計出一種快速攻擊的投射武器，而是進化不會這么做，因為現(xiàn)有的解決方案——逃跑，對于斑馬來說已經(jīng)足夠。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種“吃素”的蜘蛛

相比反擊，逃跑是斑馬更好的生存之道

箭魚和蟻獅分別進化出了自己的投擲攻擊方式

這是否表明，進化并沒有達到極限呢？在接下來的數(shù)億年里，假設(shè)沒有人類造成的全球滅絕事件，也許真的會進化出我們今天無法想象的動植物。

科學(xué)家認為：進化會變得越來越擅長于創(chuàng)新。隨著時間的推移，有機體變得越來越有活力：數(shù)百萬年來，開花植物葉子的葉脈變得越來越密集，這意味著現(xiàn)代開花植物可以從陽光中獲得比其祖先一億年前所能獲得的更多能量;蝸牛、蛤蜊和許多其他生物的平均代謝率隨著時間的推移也在增加……導(dǎo)致這種進化趨勢的原因是競爭。隨著生物體變得更有活力，它們有了更多選擇，也有更多機會做出改變以適應(yīng)生存環(huán)境。

一個連鎖反應(yīng)可能是多種動物群體的普遍智力進化，不僅人類和其他靈長類動物，而且海豚等鯨類動物和章魚等頭足類動物，以及包括烏鴉和松鴉在內(nèi)的某些鳥類，都變得比以前更聰明。據(jù)推測，隨著時間的推移，地球上聰明的生物可能會變得越來越聰明。

進化讓包括烏鴉在內(nèi)的許多動物都變得比以前更聰明了

進化：沒有理由青睞“輪子”

我們還是回到開頭的問題，既然進化如此神奇，為什么至今沒有進化出一種有輪子的動物呢？

科學(xué)家的回答是：輪子太糟糕了。人類之所以花大力氣研發(fā)坦克，是因為輪子也有缺陷，在平坦的路面上，輪子的表現(xiàn)還不錯，但在凹凸不平的地面上就沒那么理想了。而在自然界，光滑平坦的地面較為罕見，因此，進化沒有理由青睞輪子。

另一個問題是，創(chuàng)造一個繞軸自由旋轉(zhuǎn)的輪子，可能是進化難以實現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)的輪子如何從身體其他部位獲得營養(yǎng)？這種構(gòu)造會導(dǎo)致血管被生生撕裂。除了人類制造出的機器可以有輪子外，輪子可能是生物界物種進化未能出現(xiàn)的少數(shù)東西之一。

在平坦的路面上，輪子的表現(xiàn)還不錯

然而，雖然未能進化出輪子和輪軸，但生物體仍然找到了利用旋轉(zhuǎn)運動來移動的方法。例如，有些蜘蛛會讓自己的身體縮成一個球，然后從坡上滾下來。科學(xué)家認為：與固定在車軸上的輪子相比，將身體縮成一個球做旋轉(zhuǎn)運動的自由度更大，向各個方向移動的選擇性也更多;另外，輪子很容易出現(xiàn)卡住或側(cè)翻等問題，而球體則沒有這個問題。所以進化沒有讓動物演化出輪子的原因可能很簡單：因為有其他更好的解決方案，這就是自然選擇的魅力。

在自然界，輪子未必適用

進化比你想象的更聰明

乍一看，有很多動物似乎是進化錯誤的產(chǎn)物——它們似乎進化出了明顯不利于自己的一些特征。但如果仔細觀察你就會發(fā)現(xiàn)，進化比我們想象的更聰明。

以澳大利亞的一種夜行鸚鵡為例。人們可能會以為，它們的夜視能力一定很強。但2020年的一項研究發(fā)現(xiàn)，這種夜行鸚鵡的眼窩比其他鸚鵡的小，視神經(jīng)也比其他鸚鵡的少。事實上，這種鸚鵡在黑暗中看東西的能力可能不比在白天活動的其他鸚鵡強多少。

這是否是進化上的失誤呢？其實不然，研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)所掌握的信息，夜行鸚鵡視覺系統(tǒng)的進化是一種弱光敏感度和視敏度之間的折中，因此這不是一個進化錯誤，而是進化需要在弱光敏感度和視敏度之間做出平衡的結(jié)果。