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幾乎每隔一段時間,人們就會毫無防備的發現一些神奇動物。之所以稱之為「神奇」,是因為某些特徵,本來就不該出現在這個物種身上。
例如,2006年在日本就捕獲了一頭長著「四條腿」的寬吻海豚。當時,捕獲者就知道這一稀奇的發現是要上新聞頭條的。畢竟普通的海豚,是沒有後肢的。
「四條腿」海豚
化石證據顯現,大約在五千萬年前,鯨豚類的祖先是擁有四條腿的。它們是生活在陸地的哺乳動物,與河馬和鹿等有著共同的祖先。
但在這之後,它們卻從陸地走向了海洋,逐漸進化成了我們現在看到的模樣。為了適應海洋環境,鯨豚類的前肢成鰭狀,後肢則退化消失,從此不具有外顯的後肢。
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鯨的大家族中最古老的成員巴基鯨(Pakicetidae)遊泳復原圖
然而,這次捕獲的海豚,不但有完美對稱的後肢,且還能像鰭狀前肢一樣運動和擺動。
當一個早已丟失了的性狀,再次偶然地出現在某個生物體上,我們會稱指之為返祖現象(Atavism)。
按照杜氏定律(Dollo's law),進化是不可逆的。也即生物在進化過程中退化掉的機體或構造,將不能再重現。即便是原先的環境重現,機體也只能產生不同的器官來發揮原有器官的作用。但在後來,人們也發現了一些例外。儘管發生的概率極低,返祖現象或許就能打破杜氏定律。
而典型的返祖現象,必須滿足這些標準,機體表型上與遙遠祖先高度相似且其父母或更早的直系祖先身上都沒有出現該表型。其次,在成年階段該表型依然穩定。
罕見的座頭鯨後肢的骨頭
在上個紀,捕鯨船其實就曾捕獲過一頭擁有對稱後肢的座頭鯨。但是,這頭鯨的其中一條腿被拆下來送往了博物館,而另一條腿卻被船員佔為了己有,再無蹤跡。直到一個世紀過去了,人類才發現了另一頭擁有對稱後肢的鯨豚類,也即開頭提到的四條腿的寬吻海豚。所以,這也成了科學家研究返祖現象的絕佳材料,其DNA提取並送往了實驗室以驗證其成因。
解剖學上的返祖現象,與痕跡器官是密切相關。所謂的痕跡器官,是指的那些在進化過程中失去功能,在發育中退化到只留下殘跡的器官或結構。
例如,作為紐西蘭的國鳥,幾維鳥的翅膀已經完全退化到只剩下翅骨。它們不會飛,一生就只能在地面行走,連雞都不如。
幾維鳥
再如鯨豚類的後肢儘管已經完全退化,但它們體內留有腰帶骨、股骨和脛骨等後肢骨的痕跡。只不過,我們不仔細看很難覺察罷了。
其實光是現代人類身上,就能找到超過百個的痕跡器官。其中,包括沒什麼用處的闌尾、盲腸、智齒、立毛肌、男人乳頭、男性子宮、女性精管等等。其中,人類的尾骨,就是曾經的尾巴向我們怒刷存在感的證據。
分類學家將人類歸類為猿類。猿的特徵之一就是缺少外部尾巴。而尾骨,正是進化過程中「尾巴」的殘存部分。它一般呈三角形,由 3-5節脊椎骨合併構成。而返祖現象,則經常出現在痕跡器官上,使原本只剩下一點殘存痕跡的器官「起死回生」。
進化,並不是完全拋棄舊有的系統,而是在一個已有的基礎上縫縫補補的過程。我們遠古祖先的一些基因,其實並沒有徹底消失。而這些基因,會為生物定下了最基本的身體構造。
在胚胎發育的初始階段,也是這些代表了遠古生物的基因最先發揮作用。比較不同物種的發育調控基因,我們也能發現歷史上較早出現的基因確實更為相似,較晚出現的基因則更為不同。所以,從某種意義上說,發育的基因也「重演」了演化的歷史。
人類胚胎與貓胚胎對比
例如,正常人類胚胎在四到五周大時,就有10-12個發育中的脊椎骨一直延伸到體外,佔胚胎長度的10%以上。但到第二個月時,這條尾巴就開始進入程序性凋亡。大約在第三個月左右,尾巴就能完全後縮消失,那3-5節的椎骨也合併成了一塊尾骨。
但因為各種原因,嬰兒出生後可能還保留著長短不一的小尾巴。而人類長尾巴,也是我們最常聽說的一個返祖現象。
各路媒體也曾報導過不少「孩子長了小尾巴」的獵奇新聞。但並非所有長了小尾巴的人類,都屬於返祖現象。
返祖現象,比痕跡器官更「迷」。在定義上,返祖現象是原來就有的基因重新得到了表達,和新的基因突變不同。而它迷就迷在,目前還比較難說清,這些表型究竟是屬於返祖現象,還是由新基因突變引發的畸形,又或是純粹的發育不良。
醫學文獻報導了超過百例的人類尾巴。但在這些病例中,也有分「真尾巴」和「假尾巴」。一般認為假尾巴,其實只是剛好發生在新生兒尾部區域的一些特殊的病變,通常與脊柱、尾骨以及各種先天畸形相關。
例如,支撐人體的脊柱是由26塊脊椎骨連接而成。脊柱中央的管腔稱為椎管,裡面包含有脊膜、神經及脊髓等組織。但如果在胚胎發育過程中,椎管閉合不全就會形成脊柱裂,長出一條沒有骨骼小肉尾巴。
脊柱裂示意圖
其中,最著名的一個案例就是一位印度少年。他的「尾巴」長有18釐米,但這很可能是脊柱裂的結果。
儘管在當地,他被視為神靈轉世。但他卻無法行走,必須藉助輪椅移動。從圖片可以看出,該小男孩的尾巴也並非在尾椎骨位置延伸,而是在腰上伸出。
但真尾巴則不同,裡面包含著複雜的脂肪和結締組織、橫紋肌、血管和神經,而皮膚的表面布滿毛囊、覆蓋著毛髮。而這些「真尾」也是良性的,個體能正常長大並不會對生活造成困難。
嬰兒剛出生,這些尾巴就有一英寸到五英寸長,能相應各種情緒並能通過肌肉收縮控制尾巴的運動。儘管這些尾巴通常會缺乏骨骼結構,但也發現一些案例中人類尾巴中有多達5節發育良好的尾椎骨。
有記錄的人類真尾,黃色標記為三節未融合的尾椎骨
另外,目前科學家已經找到了影響小鼠和其他脊椎動物尾巴發育的相關基因。在胚胎發育過程中,Wnt-3a基因有調節尾巴細胞進入程序性凋亡的作用。例如在小鼠的發育過程,改變Wnt-3a基因劑量就能誘導其尾巴細胞進入程序性凋亡。而人類,也具有完整的Wnt-3a基因。如果這種基因調節過程出了問題,嬰兒可能就會攜帶著一條真正的尾巴出生。
所以一般認為,只有這類真尾才有可能屬於返祖現象。但它實際上是不是返祖,也還有一定爭議。
除了人類長出離奇的尾巴,我們也經常能看到網絡上把「毛孩」描述為返祖現象。但和人類尾巴一樣,多毛症( hypertrichosis)也並非完全意味著返祖,它們更多是由基因突變引起遺傳病。而多毛症患者的症狀也是千奇百怪的,有的是全身多毛,有的則是局部多毛。
美國的多毛症女孩Alice Elizabeth Doherty
人類體表的體毛分為胎毛、毳毛(寒毛)和終毛三種類型。終毛較長、粗且硬,有髓質和黑素,包括頭髮、睫毛、眉毛、鬍鬚、腋毛、陰毛等。
例如,先天性全身終毛增多症(congenital generalized hypertrichosis terminalis,CGHT)就是一種可表現常染色體顯性遺傳的罕見疾病,常伴發牙齦增生和面部特徵畸形。
而患者除了身體,就連臉上都能長滿了長毛。然而,人類的祖先猿類的臉部是無毛的,除非我們的祖先是狼。所以,多毛症在俗語中也會被稱為狼人症候群,與返祖沒什麼關係。
中國「毛孩」于震寰就屬於先天性全身終毛增多症
其實,從醫學角度來看,對於這罕見的疾病不該用粗暴的「返祖」一語蔽之,還應具體情況具體分析,及時就醫。例如,前面提到的人類尾巴,如果錯認為是良性結構,很容易導致孩子錯過最佳治療時間的。
而關於真正的返祖現象,其實我們還有很多未完全搞清楚的信息。只有隨著科學家對遺傳學有更深入的研究,或許才能徹底搞清楚我們從哪兒來,還能不能返祖的問題。
Atavism.Wikipeida
Hypertrichosis.Wikipedia
http://www.talkorigins.org/faqs/comdesc/section2.html#Greco_etal1996
KATIE LAMBERT.How Atavisms Work.howstuffworks
Tomić N, Meyer-Rochow VB.Atavisms:medical, genetic, and evolutionary
implications.Perspect Biol Med.2011,54(3):332-53.
Takada, S., et al. Wnt-3a regulates somite and tailbud formation in the mouse embryo. Genes and Development. 1994, 8:174–189.
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