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【古生物大小事】李世緯/葫蘆只能用來裝水而已嗎?

2019-06-11 06:00聯合報 李世緯

圖/錢錢
圖/錢錢
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惠子對莊子說:「魏王送我一種大葫蘆的種子,種出來的果實足足有五石這麼大。用它來裝水不夠堅固,做成水瓢又太大,一點用都沒有。我把它打破丟了。」莊子回:「你現在有五石這麼大的葫蘆,為什麼不把它做成腰舟(浮板)呢?」

科學家對「器官用途」的研究,有時候受限於既有的想像,更多時候受限於觀察與實驗上無法突破的盲點。植物的花對你有什麼用途?花朵除了鮮豔與芬芳之外,還有什麼特殊之處嗎?先進的研究顯示,用昆蟲的眼睛看到的花朵,絕對跟你我看到的不一樣,花瓣上甚至會有類似機場引航的跑道線,或直升機起降方格(想像一下航空母艦的甲板),指引著昆蟲安全降落,有些還是夜間螢光的喔。

生物世界多彩多姿,每一個器官,甚至每一個細微的特徵,都是演化選擇下來的結果。一個根本的問題是,這些器官與特徵到底有什麼用途啊?長久以來,科學家們花了很多時間與精神在探究這方面的問題。亞里斯多德認為大腦只是一個散熱器官,靈魂存在於心臟;中世紀的西方科學家們,則認為靈魂存在於血液之中。人類最熟悉的生物絕對是我們自己,但是到了今天,我們對自己身體各個器官的精確用途,其實也都還不是完全清楚。

蜥蜴的心臟真的比較落伍嗎?

生物器官的功能取決於它的構造,而構造又必須符合它的功能。同樣是攝取食物,肉食性與植物食性動物的牙齒在構造上就是不一樣;同樣是氧氣交換,肺跟鰓的構造也是不一樣。不過功能與構造之所以這麼難以判斷,很大的原因在於,生物在真實環境中到底是怎樣使用這些器官的,很難被我們精確知道。因為光靠標本解剖依舊存在著極大的盲點,畢竟標本已經是死亡的狀態,而活體器官觀察仍然極為困難。

哺乳動物的心臟有兩心房兩心室,相較之下,兩棲與爬蟲類(但不包含鱷魚)的心臟,卻只有兩心房一心室。這個現象,大部分的教科書都只是含糊地解釋成中間過渡階段,但近來有一個頗具說服力的假設:兩棲爬蟲類動物因為四肢骨骼的關係,胸腔與呼吸受到了極大的限制,兩棲爬蟲類動物無法一邊行走,一邊呼吸;也就是說,體循環與肺循環不會同時運作。所以,牠們實際上只需要一個心室就夠了(要不體循環,要不肺循環),這樣的心臟對牠們而言反而是最有效率的。

古生物研究中,一來,活體不復存在;二來,化石紀錄缺少大部分的身體構造,功能的推論變得更為困難。可行的辦法是參考現今還存活著的同類型物種,比如面對魚龍,我們就參考海豚,因為牠們都生活在水中、一樣是用肺呼吸,並且都是胎生;面對翼手龍,我們就參考鳥類及蝙蝠--但,翼手龍畢竟是爬蟲類,對比鳥類與哺乳類(蝙蝠)時,當然要有所考量。

古生物研究中,最有趣的一個課題,就是「新的性狀」的出現。在綿長的地質年代中,生命由簡單變複雜,逐步前進:由單細胞生物演變成多細胞生物,由無脊椎動物演變成脊椎動物,由魚鰭演變成四足類,由有袋類變成真胎盤動物……

問題來了,功能如何能無中生有?新「工具」剛出現時,那種無法使用的狀態又該如何解釋?看不見的眼睛、不能保暖的毛髮、無法行走的四肢……到底有什麼用?一口咬不動食物的牙齒、一對不能飛行的迷你小翅膀,又是如何演化出來的?如果前面「無用」的階段沒有發生的話,如何進入後面「有用」的階段?

副作用都是不好的嗎?

寒武紀時剛出現的魚類是沒有上下頷的;無頷魚在距今4.5億年前的奧陶紀成功地適應了當時的海洋環境。而一直到稍晚的志留紀,地球才開始出現有頷魚類,今天所有可以咬合的脊椎動物也從此開始。證據顯示,原始有頷魚的上下頷其實是從無頷魚類的鰓骨演變而來,一開始與進食無關,初期的基本功能是氧氣交換,額外頂多用來把身體固定在石頭上。本來是類似吸盤的功能,後來才意外發現還可以拿來咬合,近一步發展成捕食功能。

昆蟲演化出延伸的背板,原本是用來調節體溫的,後來意外發現,這「太陽能板」還可以拿來滑翔,更進一步演變成飛行。今天的蛇類沒有四肢是退化的結果,但距今一億兩千萬年前的蛇,還有一對小小的後腳;古生物學家相信,這對不能行走的小腳是交配時用來抱抱用的。

功能的演化從來不會是一成不變,生物世界也不會有什麼器官只有單一功能,有時候,副作用會變成大作用!

器官蝙蝠牙齒莊子保暖

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