塑造万物之手，就在你身边

10月20日～21日，果壳举办的线下年度盛会“有意思博物馆”物种日历演讲专场上，日历娘邀请了七位物种日历人气作者，为大家分享了超有意思的生物故事。

为了让没能赶到现场的小伙伴也能“听”上演讲，日历娘特意用图文形式为大家整理了作者大大们的演讲实录。

前面大家已经读过呼应“城市”“餐桌”“萌物”“文明”“城市2.0”主题的演讲，今天再来“听”演化生物学博士@卢平 分享一个“大尺度的故事”吧。

大家好，我是卢平，今天我给大家讲一下演化。先来一个表情包，大家肯定见过，这是华美风鸟：

原视频：Tim Laman & Ed Scholes

你大概被雄鸟亮丽的蓝色羽毛吸引了。研究演化的人视角和大家不太一样，科学家注意的是黑色的背景。你可能觉得黑没什么特别，很多鸟都有黑色的羽毛。那你就想简单了，华美风鸟黑色羽毛可是高级黑。什么意思呢？我们来看这张图：

图片：McCoy et al., 2018, Nature Communications

一个物体看起来黑，是因为光线照射上去反射的非常少。普通黑鸟类的羽毛确实很普通，就是简单的二维结构，高级黑鸟类的羽毛简直有裸眼3D的效果，长成了一个羽毛森林。普通黑只反射10%的光线，但到了华美风鸟这样高级黑的羽毛丛林里，光线照射上来几乎都会被吸收掉，能反射的不超过千分之一。在这高级黑、黑到失去了任何细节的背景上，蓝色才更能吸引大家的注意，雌鸟就和在座各位一样，被这个表情包吸引住了。

这叫性选择。因为在求偶过程中对雄鸟吸引雌鸟、繁殖后代有利，决定“表情包”的基因才会被留在华美风鸟的基因组里，这是一个适应性的过程。

鸟类求偶的过程中会用上“十八般武艺”，除了像华美风鸟这样跳舞的，有的鸟会选择唱歌，还有一种鸟选择了“弹琴”。它就是梅花翅娇鹟，南美丛林里的一种小鸟，大小和麻雀差不多，颜色也没有很好看，非常不起眼。

图片：Michael Woodruff

但你注意看它的翅膀羽毛，这可不是挨了打，而是雄鸟确实长了三根特别的羽毛。雌鸟的这三根羽毛很正常，而雄鸟的，这根弯弯的像弹吉他的拨片，这两根端部膨大，其中一根还有锯齿。雄性求偶时会撑起羽毛快速振动，长得像拨片的羽毛会搭在有锯齿的羽毛上，在快速振动中发出美妙的声音来吸引雌性，这是梅花翅娇鹟求偶时的秘密武器。

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

这种振动发声的机制在鸟类中可能是独一无二的，但在昆虫当中，类似的机制蛮常见的。比如蟋蟀，它的一片翅膀上有拨片一样的结构，另一片翅膀有一列锯齿，当它把两个翅膀交叠在一起相互摩擦的时候，我们就会听到很熟悉的蟋蟀的叫声。

图片：Gilles San Martin / flickr

在演讲结束后，卢平还为大家现场演示了梅花翅娇鹟和蟋蟀的发声方式。

梅花翅娇鹟和蟋蟀就像两个国家的人，没有经过交流，就独立地“发明”了“琴”，这个我们称为趋同演化。

趋同演化除了可以演化“琴”这样的结构，还可以驱动物种演化出更多有意思的结构。比如说人类的眼睛。

人眼其实是非常精细的结构，由很多部分组成，其中最重要的可能是前面椭圆形的晶状体。它是一个光学上的透镜，光线从人的眼睛前方照射进来，晶状体把它折射到后面的视网膜上，形成清晰的像，我们才能看到清晰的大千世界。实际上，在多细胞生物的演化过程中，一开始的眼睛只是皮肤表面的一团感光细胞，并不能形成清晰的像。经过长时间的演化，才有后边复杂的、能看到清晰图像的透镜眼。

图片：National Eye Institute / flickr

但是，如果你以为只有以人为代表的脊椎动物才有透镜眼的结构，那可不对。比如乌贼、章鱼、鱿鱼，这些头足纲软体动物的眼睛虽然瞳孔形状奇怪，但也是标准的透镜眼。

图片：Ventus55

还有一个你可能想不到的，箱型水母。水母的身体95%都是水，在剩下5%的结构里居然长了好多好多的眼睛，其中一些就是标准的透镜眼。

图片：Bielecki J et al., 2014, PloS one

还有大西洋的海湾扇贝，除了知道它“能好烤”，你还应该知道下图那些亮晶晶的结构，每一个都是透镜眼。

图片：Matthew Krummins

在多细胞动物演化关系树上，它们分属于不同的类群，在它们的类群中间，还有很多黑色字体标明的没有透镜眼的动物。据此，我们可以推断说几类动物——脊索动物、双壳类、头足类、腔肠动物，它们的透镜眼其实是独立演化产生的，这也是一个趋同演化的现象。

我们来思考一下：为什么生物都要趋同演化产生透镜眼的结构呢？因为眼睛非常有用。有了可以清晰看世界的透镜眼，生物体能更好地趋利避害，这也是生物在适应环境。

生物体所要适应的环境其实非常复杂。比如说在某个环境里，生物怎么住、吃什么、有什么天敌，环境里的温度怎么样、盐度怎么样、压力怎么样……环境里一系列因素的总和，就是生境。

同样的生境下，不同的生物就可能发生趋同演化，产生类似的结构或者功能来适应这样一个生境。

比如说，我们考虑一下海洋生境。在海洋里边生活，一个流线形的身材是很有帮助的，能让你游泳游得快。我们知道鱼类大多是有流线形身材的，比如蓝鳍金枪鱼；中生代的爬行类秀尼鱼龙也有流线形的身材；虎鲸虽然有点胖，人家也是流线形；另一个哺乳类加州海狮，也是流线形的身材；鸟类，擅长游泳的企鹅也是流线形的。所以说，当大家生活在海洋里的时候，为了实现游泳的目的，都会产生流线形的身材来适应这个生境。

图片：Ken FUNAKOSHI 

我们再考虑一下天空生境。如果想要上天，你可能需要翅膀。我们知道鸟类有翅膀、翼龙有翅膀，哺乳动物里唯一能进行长时间、有动力持续飞行的动物——蝙蝠也有翅膀，昆虫也是借助翅膀结构才能飞起来。

图片：Rainer Bergomaz

这也是适应性趋同。跟趋同相对的还有趋异的过程。趋异就是大家向不同的方向演化。

比如演化生物学的鼻祖达尔文先生，他在随船科考过程中，在加拉帕戈斯群岛收集了一筐鸟类的标本，有70多只。回到英国，他拜托好友古尔德先生进行鉴定，发现它们属于13个不同的鸟类物种。它们长得非常不一样，尤其是喙。但是这13种鸟的血缘关系又非常近，其实是同一种地雀迁徙到不同岛屿上，分别适应了不同的生境，演化产生的。

我们管这叫适应性辐射，是趋异演化的一个典型模式。

从更大的范围来看，看所有鸟类，它们有多姿多彩的喙，可以干不同的事情、吃不同的东西、生活在不同的生境当中，这也是趋异演化或者说适应性辐射的例子。

从上面地雀的例子可以看出，岛屿是非常方便做演化生物学研究的区域。我们再来看一块更大的“岛屿”生境，那就是大洋洲。早期的探险家来到大洋洲，会发现这里生活着很多似曾相识的哺乳动物，比如吃肉的袋狼；生活在地下、眼睛退化的袋鼹；前后肢之间有皮膜，可以在树枝间滑翔的袋鼯；还有非常萌的、生活在洞穴中的袋熊。这些动物都有一个共同的特征，就是都有育儿袋。

袋熊。图片：刘振华

它们是有袋类，哺乳动物中一个特殊的分支，在大洋洲发生了趋异演化。

这些性状看起来似曾相识，因为哺乳类的另一个分支——就是我们有胎盘类，在其他的大陆上也产生了类似的演化。像袋狼一样的捕食者狼自不必说；非洲的金毛鼹，和大洋洲的袋鼹生活的生境类似，长得也几乎一模一样；再比如美洲大陆的鼯鼠，也和袋鼯一样有皮膜可以进行滑翔；我们也有类似袋熊、住在洞穴的旱獭。

左图：Galen Rathbun © California Academy of Sciences；右图：Mike Gillam

你看，大洋洲的有袋类内部发生了趋异演化；其他大陆的有胎盘类内部也是。与此同时，大洋洲的有袋类和其他大陆上的有胎盘类，它们为了适应类似的生境，也发生了趋同演化。

趋同和趋异，这是演化的两个大的模式。

你可能以为演化需要漫长的时间，最后一个故事，我们来看生活在加勒比海巴哈马群岛的安乐蜥。它们适应的是灌木丛里生境，需要居住在树叶或者树枝上。在2017年，我们都知道，有两场飓风——伊尔玛和玛丽亚先后对巴哈马群岛进行了不友好的访问，所到之处，破坏巨大。

图片：Colin Donihue et al., 2018, Nature

哈佛大学的一群研究人员正在这里研究安乐蜥，他们发现，在飓风过去之后，他们在岛上见到的安乐蜥前肢变得更长、手掌变得更大。

研究人员就想，是不是在飓风到来的时候，这些手更大的蜥蜴能够更方便地抓住树枝，不至于被飓风吹掉而影响生存？他们做了一个实验：用木棍代替树枝让蜥蜴攀在上面，然后用扫落叶用的强力吹风机代表飓风对蜥蜴进行了一轮“选择”。

图片：Colin Donihue et al., 2018, Nature

结果真的发现，手更长、更大的蜥蜴能在木棍上坚持更长的时间。这让我们知道：在短短的两周时间内，这两场飓风已经代表自然选择的力量，对安乐蜥进行了选择，把一些小短手淘汰掉了。

通过上面所有的例子，我们可以看到演化是塑造物种的强有力的力量，趋同、趋异，造就了适应不同生境的生物体。生命之树上的所有物种，都是在演化的驱动下，生物体适应不同生境的产物。

图片：卢平&物种日历

所以说，大家看物种日历的时候，千万不要忘记物种多样性背后，这只演化之手。

本文是“有意思博物馆”物种日历专场演讲实录，图文整理自物种日历作者@卢平的演讲。

物种日历有意思

在物种日历演讲专场的最后，主持人@飘飘 提醒大家回顾全场演讲，聪明的你可发现了隐藏的主线？

卢平：塑造生物多样性的演化之手

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