本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
人類最常見到的動物,除了人類自身,也許就是身邊的貓、狗,或是動物園裡的其它動物,亦或是電視裡看到的野生動物等。並且這些動物(特指哺乳動物和爬行動物)都有一個我們一般不會感到不妥到的共同特徵——它們都擁有著四肢。而之所以我們不會感到任何不妥,是因為四肢不但大多數高等哺乳動物都擁有,就連人類自身也擁有著雙臂和雙腿,可問題就在於,為什麼大部分哺乳動物都進化出了四肢,而不是五六七八肢呢?
隨緣的進化
在狹義自然選擇論中,有一段是這樣描述的:
現有的物種和性狀是自然選擇後留下的,並且自然選擇留下的物種和性狀一定是最有效率的。
意思是指,生物的祖先性狀可能更多,但總體進化方向是不變的,比如一輛汽車即使經過了數百年的革新,主要部件也都是車輪、方向盤和發動機。但隨著生物學的繼續發展,進化過程補充進了一個重要的理論,就是中性理論,即現在的物種和性狀其實是隨緣的。
當然這種隨緣的進化也存在一定的壁壘,首先大部分隨緣的突變都是中性的,不好也不壞,只不過這些突變後的性狀是否能遺傳下去需要看隨機因素。所以在隨機因素的作用下,某些性狀會在遺傳中丟失,某些性狀也會正常遺傳下去,也就是說像四肢這種「大塊」的性狀不會隨意丟失。簡單來說,我們的共同祖先在生理上具有四肢,所以目前絕大部分陸生哺乳動物(除去鯨魚這些)都具有四肢。
為什麼是四?
事實上,生物的肢體只可能是偶數,不可能是單數,這裡有個最大的原因就是對稱的優勢性。我們的祖先在數十億年前就是左右對稱的生物了,所以偶數的肢體是必然,並且沒有任何證據顯示其它數量的偶數腿活得不好,比如昆蟲綱的生物,它們行動起來也很靈活,跑得也很快。簡單來講,是隨機因素導致了我們的祖先恰好是四條腿,所以現在大部分哺乳動物也都是擁有著四肢,人類也是如此。
更重要的原因是,對於高等哺乳動物來說,數量太多的腿根本就沒有必要,腿的數量也跟運動穩定性和速度沒有絲毫關係,甚至腿的數量越多,你的能量消耗就越大,如果是遠古時期遇到食物缺少的年代,腿越多的生物反而可能加快被自然所淘汰。所以蜈蚣、蜘蛛等生物沒有進化出更高級的體制結構,當然這裡並不是指腿越多的生物就越特例,只是它們的祖先和我們進化出了兩個不同的方向而已。
所以簡單來說,並不是因為四條腿好,我們才進化出了四條腿,而是因為我們的祖先就是四條腿的,我們只是跟隨著一起順帶長出來了而已。只不過這一切的「恰好」讓我們剛好在能量消耗穩定的同時又可以方便地進行功能性運動,按照這樣的進化之路走下去,短時間內人類可能不會有大的變動了,畢竟能走到今天的動物,每一個都經歷了殘酷的進化淘汰,而剩下的,都是最優進化路線。