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人类进化路上的错误
人类进化路上的错误
如同制造商从来不把商品设计制造得经久耐用一样,生命也从不让自己进化得更加完美无缺。
人类在进化的道路上可谓错误连连,一错再错……
据《新科学家》报道,尽管人体经过了长期的进化,但是并非完美,还存在着这样或那样设计上的缺陷和不合理。
下面,就让我们来看看作者给出的“进化路上的黑名单”。
1女性的盆骨:
人类适应了直立行走,但却使得在生产时女性所面临的危险比任何灵长类动物都要大。
2线性染色体:
线性染色体的末梢随着细胞的分裂而被蚀化破坏,而这种现象在环状染色体上就不会发生。
3位于体外的睾丸:
极易招致伤害。
4阴道、尿道与肛门为邻:
这样的结构极易使女性感染阴道炎及尿道炎。
5智齿:
并不是智慧的象征。
相反,大多数人的口腔都小得容不下这些第三茬长出来的臼齿,因而只会带来疼痛并极易引发各类牙周疾病。
6突变的Glo基因:
同绝大多数的灵长类动物一样,人类无法自身合成维生素C。
这样,我们就不得不从食物中摄取维生素C,否则就会两眼一抹黑。
7肌肉:
随着年龄的增长,肌肉的质量减轻,力度降低,会导致肌肉萎缩甚至发生疝气。
8气管与食道紧邻:
容易导致窒息,噎死人的事情并不少见。
9胸腔:
现有的人体胸腔相对短小,不能完全包裹并保护多数内脏器官。
10寄生的DNA:
我们的基因库中遍布着会引发各种遗传疾病的极不安稳的基因。
11颈椎增长:
最后一节颈椎处长出的骨刺极易挫断或损害中枢神经。
12纤细的脚踝:
人类的祖先从树上下到地面,其结果就是人类不得不依靠下肢的脚腕直立行走,从而导致了多方面的结构性脆弱。
13Y染色体:
这种染色体一直不断地积聚着突变因子,因为它无法与X染色体交换DNA。
14椎间盘:
这个对四足动物很适合的椎骨之间的软盘结构对人体就不那么合适了。
由于我们上身的重量不断地压迫它们,因而极易导致椎间盘突出。
15老化的关节:
年复一年的使用和摩擦使关节润滑液逐渐减少,易引发骨关节炎等炎症疾病。
16易流失的矿物质:
人在30岁以后骨矿物质极易流失,轻者骨折,重则导致骨质疏松和驼背。
17易损的脑细胞:
短短几分钟的缺氧就会导致人脑的永久性损伤。
但是,一头鲨鱼却能在缺氧状态下存活一个多小时。
18阑尾:
其作用至今尚未确认,但一旦感染则很容易得阑尾炎,甚至有可能致死。
19腿部静脉曲张:
导致血液淤积,严重时会导致腿部肿胀和疼痛,甚至产生血栓危及生命。
20易碎的心脏:
对心脏的任何细小的损伤都可能引发将来无法弥补的灾难性伤害。
肺:
换个鸟肺可能更成功
1978年,登山队员在没有携带氧气瓶的情况下登上了海拔8848米的珠穆朗玛峰。
这在当时是一个壮举,人类肺的作用因此被无限地夸大了。
然而,相对于鸟类的飞行最高纪录11264米来说,人类登山所达到的高度远远不及。
鸟类能飞翔得如此之高,这在一定程度上得益于其肺部的工作方式。
鸟类的飞行生活对能量的需求旺盛,鸟类的支气管经过多次分支,形成大量细小的微气管,微气管又彼此相连而成网状的气管系统,这样就形成了鸟类的肺。
鸟类气管系统的外壁上有丰富的血液供应,因此其呼吸面积比其他脊椎动物大得多,保证鸟类可以进行高效的气体交换。
空气进入鸟的肺部只做单向流动,这种工作方式使得鸟肺的功能远胜于人肺。
无论是吸气还是呼气,都有新鲜空气通过鸟肺,这被称之为鸟类的“双重呼吸”。
身体的吐故纳新依赖肺脏,哺乳类动物的双向气流肺功能却不能保证大量的新鲜空气到达肺部最深处。
同时,新吸入的空气被呼出的贫氧气体所稀释。
人类肺部的气道终结于气囊或肺泡,不能像鸟类的肺一样能保证相对更多的气流通过,这就意味着人类肺壁用以交换空气的面积会少一些。
肺泡要增大,就需要更厚实的肺泡壁作支撑,但这样一来,肺部的气体交换功能就会减弱,其结果是人类进化出纤薄的肺泡壁,这使我们容易患上肺气肿。
>>结论:
从功能上讲,鸟肺远优于人肺。
如果哺乳类动物能够进化出与鸟类似的肺,人类一定会比现在更为成功。
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鸟类的呼吸系统
鸟类的呼吸系统除了肺以外,还有一种特殊的结构――气囊。
气囊能使鸟类在每次呼吸中获得更多的氧气。
鸟类有数个气囊,与肺相连。
其中,与中支气管直接相通的称“后胸气囊”,与次级支气管相连的称“前胸气囊”。
除锁间的气囊为单个外,其余的均是成对的。
鸟类的呼吸动作,在静止状态时是以肋骨的升、降,胸廓的扩大、缩小来进行的;但在飞翔时,由于胸肌处于紧张状态,肋骨和胸骨固定不动,因此也就不能用上述方式进行呼吸,而是随翼的煽动,依靠气囊的收缩和扩张来完成。
当翼上抬时,空气进入肺和气囊,除部分空气在肺内进行气体交换外,还有一部分空气沿中支气管进入气囊,这部分气体由于未经过肺内的毛细支气管,所以含有丰富的氧气。
当翼下压时,气囊受到挤压,把贮存的空气再度经过肺而排出体外。
气体第二次经过肺时,又可再进行一次气体交换。
DNA:
捉摸不定的突变
DNA是我们生命中最为宝贵的财富,人们自然期望在细胞分裂过程中,聚合酶(专司生物催化合成DNA和RNA的一类酶的统称,是自然界生命活动中不可缺少的组分)复制DNA时务必精确无误。
然而,令人失望的是,在已知的14种DNA聚合酶中,只有4种能达到高度精确――出错率在万分之四以内。
其余的就太粗心了――有些出错率竟高达百分之一。
我们需要聚合酶,是因为精确的聚合酶能够准确地复制DNA。
但是,DNA一旦受损就会变形。
如果在DNA复制之前这些损害得不到修复,聚合酶就无法对DNA进行识别,其结果是复制终止,细胞面临死亡威胁。
此外,粗心的聚合酶即使在DNA没有受损的情况下也是错误不断。
于是,在细胞分裂过程中,我们为DNA的高突变率付出的是代价更高的细胞死亡率。
这当然也并非全是坏事:
在一定程度上取决于免疫系统如何能在突变过程中产生出新型的抗体,因为某些细胞能在外力迫使下开启利用易错聚合酶的机制,从而促进有助于一些生物个体成活的突变(尽管绝大多数的突变要么毫无作用,要么具有破坏作用)。
有鉴于此,科学界正努力地寻求一种手段使我们细胞中的易错聚合酶去活化,从而阻止癌变的发生。
>>结论:
从个体的角度观察,这样的错误增加了癌变的可能,也让个体的后代增加了患遗传疾病的危险。
当然,这也可以被认作是一种成功――如果你不考虑到底有多少后代会产生有害突变,只要有哪怕很少一部分后代能适应这样的突变。
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基因突变
所谓基因突变,是指基因组DNA分子发生的突然的可遗传的变异。
从分子水平上看,基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。
基因虽然十分稳定,能在细胞分裂时精确地复制自己,但这种稳定性是相对的。
在一定的条件下,基因也可以从原来的存在形式突然改变成另一种新的存在形式。
也就是说,在一个位点上,突然出现了一个新基因,代替了原有基因,这个基因叫做突变基因。
于是,后代的表现中也就突然地出现了祖先从未有过的新性状。
例如,在英国女王维多利亚的家族中,在她以前没有发现过血友病患者,但她的一个儿子患了血友病,后来在她的外孙中也出现了几个血友病患者。
很显然,这是因为在维多利亚女王的父亲或母亲中产生了一个血友病基因的突变,这个突变基因遗传给了她,而她是杂合子,所以表现型仍是正常的,但却通过她传给了她的儿子。
染色体:
一个大染缸?
假如你是人类基因遗传的设计师,你愿意基因以这样的方式遗传下去吗――大量的基因在复制过程中不是被丢失就是被本末倒置?
然而,这正是我们的基因在传递给下一代时所出现的真实的情况:
染色体更像是一个大染缸,深陷其中的基因被“染”得面目全非,从而使后代更容易患上这样或那样的疾病。
基因重组是所有生物都有可能发生的最基本的遗传现象。
从广义上讲,任何造成基因变化的基因交流过程都叫基因重组。
而狭义的基因重组是指在精子和卵子结合时发生的基因的重新排列组合,重组后的性状有些对生物是有害的。
在卵子与精子的结合过程中,成对的染色体组合列队并交换匹配成分。
这一过程有助于清除有害的突变因子,因为这能让某些后代遗传到较少的有害突变因子。
但是,我们体内所有DNA的复制都可能引起染色体的错误排列,其结果是:
一些个体得到额外的DNA,而另一些个体则失去了大量的DNA。
这样就会导致各种各样的问题,比如我们会遗传到太多或太少的某些基因的复制品。
当然,这样的结果并非全是坏事。
额外的基因可以作为进化的原材料,当一定量的遗传基因在看守家园、发挥寻常功能时,额外的基因就可以自由突变而行使新的功能。
灵长目动物较之其他哺乳动物有更多数目的复制基因,其中以人类和黑猩猩的拥有量为最多,而且其中一些进化迅速。
>>结论:
如果期待儿女跟你一样有健康的基因,那么DNA复制机制就是一个大错。
然而,为了产生物种的多样性,这又是进化中无与伦比的手段。
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染色体
人类大约在100年前从植物的花粉细胞中发现了一些丝状和粒状的东西,但当时并没意识到这是什么。
直到1879年,德国生物学家弗莱明把细胞核中的丝状和粒状的东西用染料染红并进行观察,发现这些东西平时散漫地分布在细胞核中,而当细胞分裂时,便浓缩形成一定数目和一定形状的条状物,到细胞分裂完成后,条状物又变为散漫状。
后来科学家便把这种条状物称为“染色体”。
染色体包含一个完整个体发育的全部或部分DNA。
不同生物细胞的染色体具有不同的类型和组数。
例如,人的体细胞中含有两组染色体组,每一组染色体有23个染色体,一共有23对,共46个染色体。
线粒体:
烫人的进化设计
基因的遗传过程很像是修理工在一个大锅炉旁维修一台蒸汽机:
机器被烟熏得乌七八糟,却很难找到毛病在哪里。
物种本想进化得更加完美和健康,却不知何时何故“染”上了一身怪病……
人体中有难以计数的细胞,每个细胞中又有数十个小囊构成的线粒体在进行糖的燃烧,为细胞提供生存的能量,但是,这一燃烧过程同时会产生高危害性的分子――自由激进分子(自由基)。
显而易见,线粒体绝非至关重要的DNA生存的最佳之地,但它的确是13种极其重要的线粒体蛋白质的基因之家。
人类要想继续生存下去,遗传基因还得守住这块燃烧的线粒体家园。
这真是一种疯狂的设计。
随着线粒体DNA中突变因子的不断积累,机体功能逐渐丧失,这有可能是衰老的主要诱因,也可能是许多与衰老有关联的疾病的诱因,如糖尿病、早发性老年痴呆症等。
DNA是进化的产物,线粒体则是一种曾经独立生存的细菌与生物体细胞形成的共生联合体的残留物。
这一切都发生在20亿年前。
随着时间的推移,许多此类细菌的原始基因要么失落,要么进入细胞核,只有人类的线粒体一直在细胞核之外且保有13种基因。
抗衰老研究正在探索通过不同的途径将余下的基因移入细胞核的安全保护之中。
当然,这并非易事。
这13种基因不可能简单地被移入细胞核基因之中,因为这样一来,13种蛋白质就会在线粒体之外任何可能的地方被制造出来。
有一条可能的解决之道,即通过mRNA的途径获得释放到线粒体中的蛋白质。
这样一来,这些基因进入了细胞核,而这些蛋白质却仍然是在线粒体中合成。
>>结论:
人类若要活得更长久,线粒体才是关键。
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衰老“开关”也许就藏在线粒体中
线粒体位于细胞浆中,是人体所需能量的“发电站”,它将我们所吃的食物转化成心脏、肌肉、大脑和其他部分可以使用的能量。
现在,科学界普遍认同的一种说法是,衰老是由自由基引起的损耗造成的,而自由基的损耗则是由线粒体产生的。
人体摄入的营养都需要通过线粒体的作用转化为能量,但线粒体在释放能量的同时还产生氧化自由基这种加速人体衰老的“人体垃圾”。
如果在线粒体中加入可以同氧化自由基反应生成水的过氧化氢酶,就有可能减少自由基氧化所产生的“人体垃圾”。
实验证明,在其线粒体中加入了过氧化氢酶的小白鼠,可以比只有2年左右寿命的普通小白鼠多活4个月左右。
衰老:
人生虽美有尽时
你一定经常听见人们抱怨他们刚买不久的新玩意儿或电器产品要不了多久就不能用了吧。
人生也是如此。
从20多岁起,我们的身体就开始走下坡路了。
为什么会这样呢?
有人认为,衰老是在进化过程中除掉老的个体从而为下一代留出发展空间的一种必然机制。
但是大多数生物学家却宁肯相信:
衰老只是自然选择中的一种不幸的副作用。
在进化过程中,生物体消耗更多的能量进行生长和繁殖,而不是用于修复损害,所以衰老就成为必然。
基于同样的理由,制造商没有必要为产品注入抗老化机制,他们不愿意多花钱让其产品更加经久耐用。
事实上,在哺乳类动物身上,衰老显得更为突出。
比如,我们不能像大多数爬行类动物一样无限制地长出新牙,或者像鸟类一样能在耳朵里再生受损的毛发细胞。
这也许是因为早在恐龙时代,早期哺乳动物极易招致捕杀,因此采取了“繁殖快、死得早”的生存策略,而这导致它们失去了延缓衰老的能力。
其他动物包括许多爬行类和鱼类等,则老化得极慢,有些物种甚至是到了老年繁殖得更多,死亡率则更低――这就是一种在自然界被称之为“负衰老”的现象。
不过,有研究认为,在最近的人类进化进程中,有可能产生更长生命周期的强势选择。
一种被称为“祖母假想”的理论认为,长寿意味着可以多次生育,有可能留下更多的后代。
家有长寿祖父母的个体,在其祖父母的长寿基因支持下,有可能生下更多更长寿的后代并延续下去。
>>结论:
生物体本不必因为进化而除掉所有老的个体。
即便衰老不是一个错误,但当我们每天清晨起床后,看到镜子中渐渐老去的自己时,难免没有一丝忧伤。
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衰老的原因
1.慢性炎症 随着年龄增长,人体器官发炎越来越多。
心肌梗塞和中风等也跟炎症有关。
2.激素失衡随着衰老,我们身体里的激素平衡变得不规则,从而引起各种疾病,包括抑郁症、骨质疏松和冠状动脉硬化等。
3.脂肪酸不平衡随着年龄的增长,必需的脂肪酸开始不足。
结果是,心律不齐、容易疲劳、皮肤发干等现象开始出现。
4.消化酶不足胰腺渐渐枯竭,无法产生足够的酶,结果导致消化系统慢性机能不全。
5.氧化应激反应给任何年龄的人们带来不少麻烦的自由基给已过中年的人带来的麻烦更多。
它影响许多生理过程的正常进行,从而加重身体负担,引起各种疾病。
眼睛:
视而不见?
对达尔文持批评态度的人喜欢这样诘问他:
像眼睛这样看上去完美无比、复杂非凡的器官是如何进化而成的呢?
达尔文本人在其《物种起源》的后续不同版本中花费大量的篇幅对怀疑者的论点进行了反驳。
其实,他或许根本无需担忧,眼睛是复杂的,而正是其复杂的结构揭示出进化的盲目性。
最显著的缺陷存在于脊椎动物的眼睛之中。
脊椎动物眼睛的感光器(视网膜)是一种自后而前的网状结构,而感光细胞却位于支持视网膜的神经和血管的后面。
不仅仅是光源要穿膜而过以形成影像,神经和血管也得穿膜而过,结果就造成了每只眼睛中的盲点。
在头足纲(鱿鱼和章鱼)动物身上,眼睛却以一种与脊椎动物截然不同的方式构成。
为什么会有如此大的差别呢?
答案就在这里:
现代脊椎动物的祖先在最初进化眼睛时,视网膜从日益发达的大脑内褶中突起,而后来形成感光体的细胞恰好被挡在了褶皱的后面。
也许是为了弥补祖先犯下的错误,脊椎动物又进化出了一系列的适应本事。
灵长目动物的眼睛视网膜的一个被叫做“中央凹”的构造就是进化为视网膜打的一个“补丁”:
这个小小的凹部将神经和血管挤到一边并在凹中充满感光细胞。
此外,这一小凹虽小却能保证眼睛得到足够的氧气供应,从而为我们提供一种周遭模糊而中央清晰的影像。
有科学家据此认为:
头足纲动物的眼睛当然没有我们人类的眼睛好。
但是,鸟类又一次胜过了我们人类――它们具有一种被称之为“瞬膜”的结构,这种结构消除了视网膜中的所有血管。
所以,在所有动物中,目光最犀利者非隼莫属。
>>结论:
无论怎么看,自后而前的视网膜都是一个大错。
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飞行的眼睛
在所有的动物中,鸟的视力首屈一指,被称做“飞行的眼睛”。
动物学家发现,鸟眼有许多与众不同之处。
首先,鸟都有一双明亮的大眼睛。
虽然鸟眼看上去小如豆粒,但实际上它们的眼球是很大的。
例如,鸵鸟每只眼球的直径有50毫米,比人的两只眼睛加起来还大。
此外,鸟的眼睛非常灵活,它们同时具有望远镜和放大镜的功能。
有人做过一个实验,把微小的虫卵先后放在离鸟2米和2.5厘米远的地方,结果鸟都能准确无误地啄食。
再则,鸟类的视力极佳。
这是因为鸟眼视网膜上的视觉细胞特别多。
例如,隼的视网膜中央凹陷处的视觉细胞多达150万个,而人眼同样部位的视觉细胞却只有20万个。
动物怎样看世界
一个有趣的问题一直困扰着人们,那就是:
动物到底能看到什么?
过去我们认为动物看到的世界和人类看到的一样生动、活泼,现在却发现,不同种类的动物所看到的世界不尽相同。
每一种动物都有自己独特的处理视觉信息的方式。
蜜蜂和蝴蝶蜜蜂和蝴蝶可以看到人眼所不能看见的紫外线。
在长期的自然进化中,那些依赖蜜蜂和蝴蝶授粉的花进化出一种手段,能发出一种特殊的紫外线,引导它们前去采蜜。
螃蟹螃蟹有一对独特的复眼,视角能转180度。
有趣的是,螃蟹的眼珠下面连着一根眼柄,能自如伸缩。
万一其中一只眼球受损,它还能长出一只新的眼球来。
如果把它的眼柄切断,它又能在眼窝里长出一只很有用的触角,弥补缺眼的不足。
这在动物界也是罕见的。
海龟慢吞吞的海龟看起来笨头笨脑,但它们眼球里的光感受器中含有一种红色油状小滴,这些小滴阻隔波长较短的波,使海龟在深海中能轻易地看到红光、黄光、橙光,却不能够真正地感受到绿光、蓝光和紫光等。
六线鱼六线鱼眼角膜上有大量的色素细胞,在幽暗水层中是透明发亮的,在晨中变成金黄色,到了中午又变成深红色。
有了这几副“有色眼镜”,可以帮助它在不同光度的情况下都能清楚地分辨周围环境,进行有效的摄食。
海豹海豹的眼睛大而有神,晶状体很大,近似球形,便于接收大量的光线。
海豹眼睛的外层有透明的瞬膜,既能保护眼睛,又能提高视力。
它的视网膜还有褶皱,使眼球的容积能随水压变化而改变,有利于在深水中看清其他动物的行踪。
此外,海豹的视网膜上的感光细胞很多,使它在陆地上也有较好的视力。
海蛇尾它的外形与海星相似,看上去没有头也没有眼睛,但事实上它的每条触须都遍布“眼睛”。
这些“眼睛”使它对四面八方都具有视觉感知。
变色龙变色龙有两只炮塔般的眼睛,可以独立转动,两只眼睛可以看不同的方向。
它看到的东西可能多得令人难以想象。
变色龙顶着那双完美的眼睛,悠闲地坐在那儿审视着世界,它所看到、所知觉的世界究竟是什么样,对我们依然是个谜。
青蛙青蛙对运动中的物体能“明察秋毫”,但对静止的物体却“视而不见”。
但这不是蛙眼的缺陷,而正是其长处。
蛙眼有四种感觉细胞,即四种检测器。
青蛙看东西时,先显出四种不同的图像,接着四张图像重叠在一起,最后得到鲜明的立体图像。
青蛙在捕食前蹲着不动,一旦得到立体图像,就会一跃而起。
蛙眼好像一个活雷达,根据这种原理制成的电子蛙眼,能够有效地跟踪敌机和导弹。
猫头鹰猫头鹰的瞳孔无论是在白天还是夜间都是圆圆的,都是一样大。
猫头鹰的眼睛还有一处与众不同,一般鸟类是不会“眨眼”的,唯有猫头鹰可以把上眼皮垂下来,做眨眼的动作。
鹰在鸟类中,鹰观察物体的敏锐程度名列前茅,而且视野十分开阔。
鹰在2000米的高空俯视地面,能够从众多移动的物体中发现田鼠、黄鼠等小动物,然后立即俯冲下来,准确无误地抓住猎物。
猫相对于身体,猫有哺乳动物中最大的眼睛。
猫眼非常灵敏,很容易察觉周围的异动。
猫眼还有超级强大的夜视能力。
猫的瞳孔在昏暗中可扩大至眼球表面的90%,一点微弱的光亮就足够它们觅取猎物。
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