卵細胞@“成雙成對”才美,憑什么?丨“2”的專題

我這個人有點強迫癥:走在路上,如果覺得哪只鞋比另一只更松一點,我都要立刻蹲下調整到松緊相同。其實我們人類都喜歡對稱——春聯要掛一對,蓋房子要東西廂,從半坡文化的陶瓶到巴黎圣母院的正立面,對稱之美在人類文化中隨處可見。
顯而易見,這恐怕是因為我們自己就是對稱的。然而事情并沒有這么簡單:我們“對稱了,但又好像沒完全對稱”——畢竟,幾乎所有人的心臟都偏左,肝臟都偏右……那么,動物身體的對稱性,究竟是怎么產生的,又有什么意義呢?
翩若游龍
其實,在地球生命的演化史中,身體結構對稱性的“設計”是件具有劃時代意義的大事。
三維空間中的生物體,可以是輻射對稱、兩側對稱或者不對稱的。如果有一個貫穿身體的軸,沿著軸所在的多個平面可以將生物切成幾部分,每一部分都一樣,那么這種生物就是輻射對稱的,例如多細胞動物最早分化出的海綿和櫛水母動物,以及五輻對稱的海星等等;如果找不到這樣一個軸,而只有沿著一個平面切才能獲得鏡像對稱的兩半,那么這種生物就是兩側對稱的。顯然,包括人類在內的大多數動物采用了兩側對稱的“設計方案”。輻射對稱和兩側對稱的早期演化,與地質環境不無關系。
動物對稱方式,依次為球對稱、輻射對稱(五輻)、雙輻射對稱、兩側對稱。Fig. 1, Hollo ? G. 2015 A new paradigm for animal symmetry. Interface Focus 5: 20150032.
距今大約5.4億年前,早期的多細胞動物經歷了一次快速的輻射演化,產生了眾多的門類,這就是著名的寒武紀大爆發。雖然名為“爆發”,這仍是一場跨越四千萬年時間的演化歷史劇,而開幕的第一場是“田園牧歌”式的埃迪卡拉紀晚期。在此前漫長的三十億年中,以藍細菌為主的單細胞生物日積月累,已經將廣闊的淺海地區改造成了鋪著一層“微生物席”的廣袤“草原”。大部分埃迪卡拉動物靠濾食環境中的營養物質生活,互相之間也沒有什么競爭,因此接觸環境的表面積越大越好。比如著名的狄更遜水母就是鋪在海床上的巨大扁盤;查恩盤蟲則有“根”有“葉”,更像是直立在海水里的植物。
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埃迪卡拉紀典型動物群落想象圖。(作者:John Sibbick)
而有的動物則采取了不同的策略。2019年,中科院南京古生物研究所的科學家們在《自然》雜志上發表論文,報道了距今5.5億年前的夷陵蟲Yilingia。這種埃迪卡拉生物可不是靠天吃飯的“酒囊飯袋”,它們身體細長分節,兩側對稱,很可能是環節動物或者節肢動物的祖先。夷陵蟲們身后拖著的軌跡表明它們在微生物席“大草原”上主動游走牧食,很可能還會潛入微生物席之中棲息。
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夷陵蟲身體(藍色標記)和運動軌跡(白色標記)化石(上),及復原想象圖(下)。Fig. 1f, Fig. 3, Chen et al, Nature, 2019.
這樣有方向的主動運動,不難想象只有夷陵蟲那兩側對稱、分節的身體結構才更拿手。在歲月靜好“埃迪卡拉花園”里,金伯拉蟲和夷陵蟲等兩側對稱動物擔任起了“除草機”。而進入寒武紀后,越來越多的兩側對稱動物出現,它們在不斷沉積的微生物席里掘穴潛行,上下而求索,不僅獲取食物,也防御前輩們沒見過的捕食者。這些活動對在沉寂中積攢數十億年的微生物席產生了翻天覆地的擾動,被地質學家們稱為“海洋底質革命”。
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