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演化生物学是个好东西,因为它经常可以回答“为什么”的问题,而生物学其他领域往往只能回答到“怎样”这一步。不过,“为什么”通常都是很难回答的。其中比较难的问题之一,就是“某某能力为什么没有演化出来”。

“生物为什么演化出了某能力”是一个相对比较容易回答的问题:要么有用,要么副产品或遗留。但是要问为什么没演化出某能力,那可能性就多了。这可以用“安娜卡列尼娜原则”来类推:存在的东西都是类似的,不存在的东西各有各的不存在理由。而这些理由其实相当的多……

我把我想到的理由列在下面,欢迎补充。以后如果再要讨论这样的问题,基本上参照这个列表就可以了吧……

1 运气太差

简单地说,自然选择可以分两步:(a) 等待突变出现; (b) 选择那个较好的突变。a基本上完全是个运气活,等不到合适的突变就是巧妇难为无米之炊。就算是b里面也有运气成分,比如我明明有一个好的突变,但是没到生殖年龄就被钢琴砸死了之类的……

一个可能的例子是卷尾猴。多数卷尾猴的尾巴有一定抓握能力,这看起来很有用也没啥成本,但是为什么其它的猴子不会?可能只是它们运气不好,没等到卷尾的相关突变出现而已。

2 发育制约,先天不足

生物演化是个累积的过程,必须建立在先前的基础上,不能白手起家。譬如说人类如果能长第三只手,肯定很有用;或者每只手长25个手指,那大家就不用学打字指法了。但是人类的祖先上亿年前就确立了四肢、每肢不多于5个手指的这个基本框架,就像盖房子打好了地基,要作大改动是近乎不可能的。所有的哺乳动物都维持了这个框架,可以让每根具体的骨头变形到夸张的地步(比如熊猫的“大拇指”),但是骨头之间的关系还是变不了。

3 物理上不可能/成本太高

比如“人为什么不会飞”或者“毛毛虫为什么这么笨”之类的……

我们很容易低估生物的一项功能带来的成本。比如智力看起来绝对是好东西,但是智力以发达的中枢神经系统为前提,而这样的系统就要求高度的细胞分化、复杂的发育机制、生物个体不能太小、生物能获取充足的能量、还有最好是相对恒温的内环境。同时满足这么多条件的生物并不算太多。

4 好处其实没有看起来那么大

这一条和3是呼应的。自然选择看的是净效益,有些能力看起来很美好,但实际上面对自然选择缺乏实用性,比如不长青春痘的能力……(喂)

但本条的一个更常见的类型是“虽然有好处,但是没有机会用”。比如壁虎断尾再生这是一个很强大的能力,人类断腿为何不能再生呢?除了发育上的困难之外,还有个原因是:在现代医学出现之前,人断了腿就死了……

更具体一点,如果一个生物要对一种逆境演化出抵抗能力,必备的前提是a经常遇见这种逆境;b这种逆境不是导致必死。恐龙没有演化出抵抗小行星撞击的能力,人类也不可能演化出从30层楼掉下来还没事的能力,都有这个原因。

以此类推,如果我们不希望某种生物演化出这类能力——比如不希望细菌产生抗药性,那也可以从这两个角度入手:同种抗生素用的不要太勤,定期轮换;但是一旦要用,就得给足剂量吃够疗程,尽可能保证让目标细菌全军覆没。

但是!

严格来说,以上这几条,只能叫“猜测”,不能叫“回答”。

演化生物学的一大陷阱是所谓的“just-so stories”,我们运用理论得出了一个好像能自圆其说的说法,然后就没有然后了。

可是这仅仅是一个凭空的猜想,是一个故事,还没有证据来支持。一般网上的问答通常只能做到这一步,但对于科学研究来说这才刚开始。比如卷尾猴的例子,真要做的话,首先得搞明白卷尾的机制,然后设法测量卷尾的代价和利益——这些都很难量化,所以做这个领域的演化并不容易。在这些结论得到之前,我们也只能停留在猜想这一步。

猜想本身没什么不好,只要别和严格的结论搞混了就行。

————————Update——————————

本文原发于果壳日志,回复中 @革命之子 提了一个论点:“演化的一个特点是够用就行,好比说如果2.0的视力足够适应环境生存下去,便不会演化出2.1的眼神来。”

我个人并不喜欢“够用”这个表述,因为“足够适应环境生存下去”这样的情况很多时候是不存在的。

生物面临着两类环境:周围的物理化学条件,和周围的其它生物。物理化学条件是相对稳定的,就算有所改变,绝大多数生物也是有一定搬家能力的(要么是把后代扔到别的地方去,要么直接自己跑路。)多数时候,我们可以认为物理化学环境是相对稳定的,所以可以根据这个环境开列一个“及格线”。譬如热带地区植物要在30度条件下也能生长,适应到50度就没有必要。所谓60分万岁61分浪费。

但是,相当一部分考试(比如高考)的目的不是及格,而是比别人分数高。生物面临其它生物的处境经常就是这样。我不需要比熊跑得快,但我要比你快,这时候多快算“够用”?没有固定的标准。到最后我的跑步速度不是达到“及格线“,而是考虑到收益(跑得越快,被吃掉的可能性越小)和成本(为了跑得快平常就得锻炼,要是天天都得被迫锻炼的话我宁可被熊吃掉……)之间的均衡。而这个均衡会因为大量的因素而随时改变,比如你突然迷上了运动,使你的速度增加;或者我舅突然去世留了一大笔遗产,导致我可以天天穿最顶尖的火箭助推跑鞋。

现实中这俩类因素很容易混在一起……也许2.0的视力够我活下去了,但是2.1的视力能找到更多食物,不但我自己吃饱还能支援一下我的孩子,这样我和我的后代就比2.0的邻居更强,最后会把邻居取代掉。

所以,老实说,满足”及格就行“的生物指标,我一时半会儿还真想不到……

配图来自zeph00@9gag

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40 Responses to ““某某能力为什么没有演化出来?””

  1. ss说道:

    到底

  2. padrick说道:

    说得真透彻!很喜欢这种带点恶搞的口吻。。

  3. 收集路上说道:

    这个话题有意思

  4. 木头鸟说道:

    “够用就行”可以用经济分析替代,边际效应递减,本可用于其它用途的物质和能量、时间代价递增,均衡点,就是自然选择的均衡点。

  5. geek说道:

    其实就是时间问题。从地质学的角度说,时间可以改造一切。当然,无论是进化还是退化都是基因的随机突变引起的。

  6. Zero说道:

    不是够用,“进化”本身就是一个被动的存在,只不过被人类美化,并称自己为进化的产物。在一个进化被认可之前,他只是一种异常,一种病变罢了。就像是“只有强大才是正义”一样。

    • senlin965说道:

      呵呵。。只有强大才是正义。。很有意思。

  7. Zero说道:

    没有进化出来,只是这种“病”没有出现亦或者这种“病”的患者没能交配就病逝了,即使他交配了,这种遗传病的基因也未必强势。

  8. fff说道:

    不是够用,“进化”本身就是一个被动的存在,只不过被人类美化,并称自己为进化的产物。在一个进化被认可之前,他只是一种异常,一种病变罢了。就像是“只有强大才是正义”一样。

  9. 董涛说道:

    在没有医学前,人类断四肢也并不必然死亡。

  10. star8415说道:

    进化的偶然性还是比较大的,有时偶然性加强了进化的适用性,有时候一下子把适用性连根拔除,前辈练了几十年的辟邪剑法嘎嘣一下就断代了。

  11. tholdh说道:

    一定生存环境内,各生物特殊能力的平衡(比如没有狼人、吸血鬼之类超强bug生物的存在),应该也是在原因之中吧。要平衡,是不。
    当然,不够用肯定就等着变化石吧。得到新能力的同时也必须要舍弃些什么,比如肉食动物繁殖力底下……如果不舍弃,可能就会团灭吧。
    环境是会有巨变,但是没以上说的那么可怕,人类面对多大的瘟疫都会有人幸存,小星星灭了大型恐龙,可是还有鸟类存活至今,当然,还有我们哺乳类同时期祖先也活了下来。就是说,有些能力可能一直都有,只是我们暂时不知道罢了。

  12. Sutra说道:

    熊猫的“大拇指”在解剖学上并不是手指。它其实是拉长了的“桡端种籽骨”(radial sesamoid),这块骨头原先是手腕的一部分。

    参考: http://book.douban.com/subject/1944865/

  13. 也买袜主页说道:

    我来看看

  14. 凡人心录说道:

    我理解的演化生物学,两句话:存在的,就是合理的,消失的,都是必然的。
    当前演化出来的,就像无论是嚼着猪耳牌明胶,还是喝着辣椒牌苏丹红,这在某时某地某意境里的存在,是不以个人意志左右的合理,尽管合理往往不一定正确,也无所谓是否正确。
    当前被演化掉的,就像那消失在玉龙雪山顶的半弓彩虹,那阳光下滑过指尖的肥皂泡,如细究必也有如同前文一般N种推理,但那也是用无法复制的必然消失。
    研究演化生物学关键是要:知其然,得其势,谋其途。

  15. nan_ace说道:

    "简单地说,自然选择可以分两步:(a) 等待突变出现; (b) 选择那个较好的突变。"
    这个说法是有一点问题的 自然选择从来不需要"等待突变" 突变一直在发生 自然选择也一直在选择 当环境发生变化的时候自然选择会在已经存在的突变里选择更适合新环境的个体 绝对不是环境变化了以后才开始产生新的突变的

    另外 进化对于突变的侧重已经过时了 extended modern synthesis的重点就是"并不是所有的变异都来自于突变的"

    • Michael说道:

      “自然选择可以分两步” 并不是说“自然选择分为两步”。而且在extended modern synthesis中变异的源头依然是突变。

      • nan_ace说道:

        纳尼....
        modern synthesis的核心内容是variation from mutation. 基本完全集中在population genetics的研究上
        extended modern synthesis的核心就是想要加上plasticity epistasis modularity等等非突变引起的variation从而离开枯燥的数学模型 突变跟这些都有联系 但是突变绝对不是variation的唯一来源

  16. 马甲说道:

    要是天天都得被迫锻炼的话我宁可被熊吃掉……

    多懒的人才能说这句话阿

    • Michael说道:

      这根本就与懒惰无关好不好。考虑到成本,“锻炼”过多会导致被吃掉之前就因“收支”不平衡而挂掉,在自然选择中自然就会被淘汰掉。要知道动物所能获得的能量并不是无限的,更何况还要为食物匮乏的季节作储备。据说沙漠里有一种蛇一顿食物可以管4年,越节能,越能熬过困难的环境(前提是没有被吃掉)。所以跑得最快并不一定能取得进化上的优势。

      • senlin965说道:

        有个最佳的度。。。中间的某个值。。。

  17. Lxmiao说道:

    老实说,满足”及格就行“的生物指标,我一时半会儿还真想不到————树熊

  18. pandora说道:

    说到“及格线”,我真希望能进化出考试不挂科的能力啊

  19. 卜炙道说道:

    谁能给我马没进化出翅膀的理由?

  20. 拓步ERP软件说道:

    想想主要是什么能力没有演化而来呢?呵呵。拓步ERP软件www.toberp.com

  21. Azure说道:

    其实我一直有个疑问,如果某些能力是慢慢进化出来的话,那么有些能力在最初看起来完全不经济啊,比如翅膀如果是慢慢变大到能飞的大小的话,那在还不够大的时候那些羽毛有什么用呢?这很不经济啊。变色龙是慢慢会变色的话,一开始只能稍微变一点颜色也没啥用啊,不够伪装的啊。其他拟态的动物也是。

    • nan_ace说道:

      你说的就是进化论被人攻击的数个理由之一 就是关键性的新性状是如何进化出来的 比如乌龟壳 声纳定位这种相当复杂的在完全成型之前作用非常有限的性状
      一般来说一步登天类的飞跃式的突变出现概率很小 所以通常都会从量变的角度来解释这些新性状
      比如你说的羽毛 现在主流的观点是部分古代爬行类的鳞片产生了变异成了原始的羽毛 主要功能是调节体温或者伪装之类的 当羽毛大量存在后慢慢的功能发生了变化 部分带羽毛的爬行类开始尝试滑翔之类的远距离运动方式 然后慢慢的前肢发生了变化 最终成为了翅膀
      变色龙的祖先大概跟其他蜥蜴没什么两样 只是皮肤里出现了一些有微弱变色能力的细胞 这带来了一点点的生存优势被保存了下来 然后慢慢的有一些变色龙祖先建立了感官链接通过观察周围的颜色来改变皮肤的颜色等等
      这些解释说的通 但是要找到支持的证据相当的困难...

  22. 一休哥说道:

    生物是向适应的的方向发展,怎么适应环境怎么来。无所谓先进或者落后。所以进化这个词基本可以淘汰了,用演化更为贴近事实。所以也没有所谓的及格线,如果环境允许生物1分及格,生物就一分及格。100分及格生物就一百分及格。生物总分最多只能考到100分,大自然让它101分才及格,这个种群就灭绝了。

  23. budblack说道:

    为啥多说的反应这么快。。。难道是在后天多虑了关键字?

  24. 马上到说道:

    很久很久以前有人进化出了三头六臂很多鸡鸡(好象海胆),有人非礼他却被他整死了,接着他也被逼死了,因为不到生殖年龄,所以他的基因没有流传下来。逼死他的人叫……………东海龙王

  25. aleviet说道:

    还真是,不仅仅要及格,还得比别人强点,强一点就行~

  26. 乘风说道:

    也许拉马克的获得性遗传能解释一些进化论方面的东西,虽然现在从分子生物学上还找不到支持的证据。

  27. SS说道:

    2 發育制約,先天不足

    生物演化是個累積的過程,必須建立在先前的基礎上,不能白手起家。譬如說人類如果能長第三隻手,肯定很有用;或者每隻手長25個手指,那大家就不用學打字指法了。但是人類的祖先上億年前就確立了四肢、每肢不多於5個手指的這個基本框架,就像蓋房子打好了地基,要作大改動是近乎不可能的。所有的哺乳動物都維持了這個框架,可以讓每根具體的骨頭變形到誇張的地步(比如熊貓的“大拇指”),但是骨頭之間的關係還是變不了。

    6指

  28. 小小大神说道:

    这是个有趣的话题,
    当你有可以操作的器官,比如心脏。耳朵。
    虽然人类的耳朵不能操作。
    但是很多动物的耳朵都是可以操作的。
    这就需要1个契机,每个可以操作的器官就很有可能突变出控制神经。慢慢适应环境而需要控制。控制了有好处。也许你运气好,就可以控制了。
    但是我们需要知道的是为何并没有生物可以控制自己的心脏,说明突发/慢慢演化
    出这种控制能力是错误的。没有这个说法还是有这个说法,就拿这个例子来说,当然控制心脏的例子就是上述内容中讲的论述。
    但是,能控制心脏真的是坏处吗?那么我们就有疑问了

    1.没有好处,所以没有演化
    2.没有演化但是存在突变的几率。
    3.为何到目前没有突变控制心脏的案例
    4.控制心脏可能导致自己死亡所以未发现案例
    5.所有的生物都会死亡吗?这不可能
    6.也许我们为发现这种生物
    7.或许真的不能演化或者突变出这种控制心脏的案例。如果真的没有,说明了上述案例是错误的。
    8.那么为何耳朵就可以控制?
    9.说明突变/演化 有可能是生物内部诱导的。如果是这样,上述案例错误。
    10.如果不能演化心脏等器官,说明我们现在的生物论全是错误的。
    上述10条之后。由此我们可以判定。。。。
    如找到可以控制心脏之案例,说明现有生物论以及上述论点是正确的。
    如不能找到,有极少可能性是没有演化而出,或者死亡。而不能找到的话。百分之90的几率上述论点以及现有生物论是错误的。
    让我们拭目以待.....................................

  29. 小小大神说道:

    还有,我是菜鸟,说错勿喷。