塑造萬物之手，就在你身邊

10月20日～21日，果殼舉辦的線下年度盛會「有意思博物館」物種日曆演講專場上，日曆娘邀請了七位物種日曆人氣作者，為大家分享了超有意思的生物故事。

為了讓沒能趕到現場的小夥伴也能「聽」上演講，日曆娘特意用圖文形式為大家整理了作者大大們的演講實錄。

前面大家已經讀過呼應「城市」「餐桌」「萌物」「文明」「城市2.0」主題的演講，今天再來「聽」演化生物學博士@盧平 分享一個「大尺度的故事」吧。

大家好，我是盧平，今天我給大家講一下演化。先來一個表情包，大家肯定見過，這是華美風鳥：

原視頻：Tim Laman & Ed Scholes

你大概被雄鳥亮麗的藍色羽毛吸引了。研究演化的人視角和大家不太一樣，科學家注意的是黑色的背景。你可能覺得黑沒什麼特別，很多鳥都有黑色的羽毛。那你就想簡單了，華美風鳥黑色羽毛可是高級黑。什麼意思呢？我們來看這張圖：

圖片：McCoyet al., 2018,Nature Communications

一個物體看起來黑，是因為光線照射上去反射的非常少。普通黑鳥類的羽毛確實很普通，就是簡單的二維結構，高級黑鳥類的羽毛簡直有裸眼3D的效果，長成了一個羽毛森林。普通黑只反射10%的光線，但到了華美風鳥這樣高級黑的羽毛叢林里，光線照射上來幾乎都會被吸收掉，能反射的不超過千分之一。在這高級黑、黑到失去了任何細節的背景上，藍色才更能吸引大家的注意，雌鳥就和在座各位一樣，被這個表情包吸引住了。

這叫性選擇。因為在求偶過程中對雄鳥吸引雌鳥、繁殖後代有利，決定「表情包」的基因才會被留在華美風鳥的基因組裡，這是一個適應性的過程。

鳥類求偶的過程中會用上「十八般武藝」，除了像華美風鳥這樣跳舞的，有的鳥會選擇唱歌，還有一種鳥選擇了「彈琴」。它就是梅花翅嬌鶲，南美叢林里的一種小鳥，大小和麻雀差不多，顏色也沒有很好看，非常不起眼。

圖片：Michael Woodruff

但你注意看它的翅膀羽毛，這可不是挨了打，而是雄鳥確實長了三根特別的羽毛。雌鳥的這三根羽毛很正常，而雄鳥的，這根彎彎的像彈吉他的撥片，這兩根端部膨大，其中一根還有鋸齒。雄性求偶時會撐起羽毛快速振動，長得像撥片的羽毛會搭在有鋸齒的羽毛上，在快速振動中發出美妙的聲音來吸引雌性，這是梅花翅嬌鶲求偶時的秘密武器。

左圖：Bostwick, 2000,The Auk；右圖：Charles Darwin, 1871,The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex

這種振動發聲的機制在鳥類中可能是獨一無二的，但在昆蟲當中，類似的機制蠻常見的。比如蟋蟀，它的一片翅膀上有撥片一樣的結構，另一片翅膀有一列鋸齒，當它把兩個翅膀交疊在一起相互摩擦的時候，我們就會聽到很熟悉的蟋蟀的叫聲。

圖片：Gilles San Martin / flickr

在演講結束後，盧平還為大家現場演示了梅花翅嬌鶲和蟋蟀的發聲方式。

梅花翅嬌鶲和蟋蟀就像兩個國家的人，沒有經過交流，就獨立地「發明」了「琴」，這個我們稱為趨同演化。

趨同演化除了可以演化「琴」這樣的結構，還可以驅動物種演化出更多有意思的結構。比如說人類的眼睛。

人眼其實是非常精細的結構，由很多部分組成，其中最重要的可能是前面橢圓形的晶狀體。它是一個光學上的透鏡，光線從人的眼睛前方照射進來，晶狀體把它折射到後面的視網膜上，形成清晰的像，我們才能看到清晰的大千世界。實際上，在多細胞生物的演化過程中，一開始的眼睛只是皮膚表面的一團感光細胞，並不能形成清晰的像。經過長時間的演化，才有後邊複雜的、能看到清晰圖像的透鏡眼。

圖片：National Eye Institute / flickr

但是，如果你以為只有以人為代表的脊椎動物才有透鏡眼的結構，那可不對。比如烏賊、章魚、魷魚，這些頭足綱軟體動物的眼睛雖然瞳孔形狀奇怪，但也是標準的透鏡眼。

圖片：Ventus55

還有一個你可能想不到的，箱型水母。水母的身體95%都是水，在剩下5%的結構里居然長了好多好多的眼睛，其中一些就是標準的透鏡眼。

圖片：Bielecki Jet al., 2014,PloS one

還有大西洋的海灣扇貝，除了知道它「能好烤」，你還應該知道下圖那些亮晶晶的結構，每一個都是透鏡眼。

圖片：Matthew Krummins

在多細胞動物演化關係樹上，它們分屬於不同的類群，在它們的類群中間，還有很多黑色字體標明的沒有透鏡眼的動物。據此，我們可以推斷說幾類動物——脊索動物、雙殼類、頭足類、腔腸動物，它們的透鏡眼其實是獨立演化產生的，這也是一個趨同演化的現象。

我們來思考一下：為什麼生物都要趨同演化產生透鏡眼的結構呢？因為眼睛非常有用。有了可以清晰看世界的透鏡眼，生物體能更好地趨利避害，這也是生物在適應環境。

生物體所要適應的環境其實非常複雜。比如說在某個環境里，生物怎麼住、吃什麼、有什麼天敵，環境里的溫度怎麼樣、鹽度怎麼樣、壓力怎麼樣……環境里一系列因素的總和，就是生境。

同樣的生境下，不同的生物就可能發生趨同演化，產生類似的結構或者功能來適應這樣一個生境。

比如說，我們考慮一下海洋生境。在海洋裡邊生活，一個流線形的身材是很有幫助的，能讓你游泳游得快。我們知道魚類大多是有流線形身材的，比如藍鰭金槍魚；中生代的爬行類秀尼魚龍也有流線形的身材；虎鯨雖然有點胖，人家也是流線形；另一個哺乳類加州海獅，也是流線形的身材；鳥類，擅長游泳的企鵝也是流線形的。所以說，當大家生活在海洋里的時候，為了實現游泳的目的，都會產生流線形的身材來適應這個生境。

圖片：Ken FUNAKOSHI

我們再考慮一下天空生境。如果想要上天，你可能需要翅膀。我們知道鳥類有翅膀、翼龍有翅膀，哺乳動物里唯一能進行長時間、有動力持續飛行的動物——蝙蝠也有翅膀，昆蟲也是藉助翅膀結構才能飛起來。

圖片：Rainer Bergomaz

這也是適應性趨同。跟趨同相對的還有趨異的過程。趨異就是大家向不同的方向演化。

比如演化生物學的鼻祖達爾文先生，他在隨船科考過程中，在加拉帕戈斯群島收集了一筐鳥類的標本，有70多隻。回到英國，他拜託好友古爾德先生進行鑒定，發現它們屬於13個不同的鳥類物種。它們長得非常不一樣，尤其是喙。但是這13種鳥的血緣關係又非常近，其實是同一種地雀遷徙到不同島嶼上，分別適應了不同的生境，演化產生的。

我們管這叫適應性輻射，是趨異演化的一個典型模式。

從更大的範圍來看，看所有鳥類，它們有多姿多彩的喙，可以干不同的事情、吃不同的東西、生活在不同的生境當中，這也是趨異演化或者說適應性輻射的例子。

從上面地雀的例子可以看出，島嶼是非常方便做演化生物學研究的區域。我們再來看一塊更大的「島嶼」生境，那就是大洋洲。早期的探險家來到大洋洲，會發現這裡生活著很多似曾相識的哺乳動物，比如吃肉的袋狼；生活在地下、眼睛退化的袋鼴；前後肢之間有皮膜，可以在樹枝間滑翔的袋鼯；還有非常萌的、生活在洞穴中的袋熊。這些動物都有一個共同的特徵，就是都有育兒袋。

袋熊。圖片：劉振華

它們是有袋類，哺乳動物中一個特殊的分支，在大洋洲發生了趨異演化。

這些性狀看起來似曾相識，因為哺乳類的另一個分支——就是我們有胎盤類，在其他的大陸上也產生了類似的演化。像袋狼一樣的捕食者狼自不必說；非洲的金毛鼴，和大洋洲的袋鼴生活的生境類似，長得也幾乎一模一樣；再比如美洲大陸的鼯鼠，也和袋鼯一樣有皮膜可以進行滑翔；我們也有類似袋熊、住在洞穴的旱獺。

左圖：Galen Rathbun California Academy of Sciences；右圖：Mike Gillam

你看，大洋洲的有袋類內部發生了趨異演化；其他大陸的有胎盤類內部也是。與此同時，大洋洲的有袋類和其他大陸上的有胎盤類，它們為了適應類似的生境，也發生了趨同演化。

趨同和趨異，這是演化的兩個大的模式。

你可能以為演化需要漫長的時間，最後一個故事，我們來看生活在加勒比海巴哈馬群島的安樂蜥。它們適應的是灌木叢里生境，需要居住在樹葉或者樹枝上。在2017年，我們都知道，有兩場颶風——伊爾瑪和瑪麗亞先後對巴哈馬群島進行了不友好的訪問，所到之處，破壞巨大。

圖片：Colin Donihueet al., 2018,Nature

哈佛大學的一群研究人員正在這裡研究安樂蜥，他們發現，在颶風過去之後，他們在島上見到的安樂蜥前肢變得更長、手掌變得更大。

研究人員就想，是不是在颶風到來的時候，這些手更大的蜥蜴能夠更方便地抓住樹枝，不至於被颶風吹掉而影響生存？他們做了一個實驗：用木棍代替樹枝讓蜥蜴攀在上面，然後用掃落葉用的強力吹風機代表颶風對蜥蜴進行了一輪「選擇」。

圖片：Colin Donihueet al., 2018,Nature

結果真的發現，手更長、更大的蜥蜴能在木棍上堅持更長的時間。這讓我們知道：在短短的兩周時間內，這兩場颶風已經代表自然選擇的力量，對安樂蜥進行了選擇，把一些小短手淘汰掉了。

通過上面所有的例子，我們可以看到演化是塑造物種的強有力的力量，趨同、趨異，造就了適應不同生境的生物體。生命之樹上的所有物種，都是在演化的驅動下，生物體適應不同生境的產物。

圖片：盧平&物種日曆

所以說，大家看物種日曆的時候，千萬不要忘記物種多樣性背後，這隻演化之手。

本文是「有意思博物館」物種日曆專場演講實錄，圖文整理自物種日曆作者@盧平的演講。

物種日曆有意思

在物種日曆演講專場的最後，主持人@飄飄 提醒大家回顧全場演講，聰明的你可發現了隱藏的主線？

盧平：塑造

生物多樣性的演化之手

翼狼Elang：城市中的動物行為學觀察

顧有容：餐桌上的王者家族

李彬彬：追逐萌神

岡瓦納：貝殼與人類文明

巧巧：和大貓共享我們的城市

沒錯，主線正是物種日曆2015－2019五年來的主題。點擊物種日曆菜單欄「日曆目錄」，你就可以回顧四年來的1400篇文章。看完回顧，別忘了留言告訴日曆娘，哪年的主題最戳中你心。

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