地球上生命的多样性和复杂性是惊人的:从海藻到大象,有800万种甚至更多的生物都是从一个简单的单细胞生物进化而来的共同的祖先大约在35亿年前。但这是否意味着进化总是而且不可避免地产生更大的多样性和复杂性,并有一个可预测的方向?

查尔斯·达尔文确定了三种成分自然选择的必要条件发生。个体一定是不同的,所以种群中有变异。它们也必须能够将这种变异遗传给后代。最后,个体必须为资源而竞争,这限制了它们能够生育后代的数量。有变异的个体可以获得更多的资源,很可能会产生更多像他们自己一样的后代。

进化还依赖于背景和环境,众所周知,环境总是以不可预测的方式不断变化。例如,鱼类开始在没有灯光的洞穴中生活和进化失去他们的眼睛因为开发它们的成本超过了它们的优势。

自然选择从一代延续到下一代。它不能提前计划或有一个目标。此外,并非所有的进化变化都是对选择的反应,而是中性或随机的。它甚至不能保证产生更多的物种,因为进化可能发生在一个单一的世系,而这可能在任何时候灭绝。我们如何调和这样一个漫无目的的过程与我们所看到的令人困惑的多样性和复杂性?

生态的影响

生态和进化是一枚硬币的两面。的环境不仅是生物体的物理环境,也包括与之相互作用的其他生物物种。

我们可以在生命历史的深处看到这种环境的相互作用。几十亿年来,生物以单细胞的形式“滞留”在海洋中。几组独立进化而来的多细胞性(可能25倍)。但最早的动物、植物和真菌具有复杂的发展过程,不同的组织和器官只出现在5.4亿年前寒武纪的多样性“爆炸”

这可能是由氧含量增加在海洋中,这是光合作用——植物和其他有机体在释放氧气的同时将阳光转化为能量的过程,这是数百万年以来更为简单的生命形式。

一旦动物长得更大,并进化出了内脏、坚硬的部分、颚、牙齿、眼睛和腿,复杂的食物网就成为可能,捕食者和猎物之间的“军备竞赛”也随之产生。能够在陆地上生存的适应性群体为它们提供了更多的机会。这些创新一旦从袋子里出来,就很难“取消发明”,从而促进了多样性。

达尔文的唯一一张图表论物种的起源显示了物种在时间上的分裂。如果产生的物种多于灭绝的物种,那么物种丰富度就会增加。达尔文想知道是否有一天生态空间会简单地“填满”。

《物种起源》图解。维基百科,CC冲锋队

但据我们所知,在过去的2.5亿年里,物种的数量一直在增加。即使是过去的大规模自然灭绝也只是暂时的挫折,从长远来看,这可能为物种多样性创造了更多的机会。

变异不是随机的

然而,当生物体进化出更复杂的发育系统时,它们可能变得不太能够改变其解剖结构的某些方面。部分原因是基因、组织和器官通常有几种不同的功能,因此很难在不意外“破坏”其他器官的情况下改善其中一种。

例如,几乎所有的哺乳动物,从长颈鹿到人类,都只有7块颈骨。每当不同的数量发展或进化时,它们就会带来其他的解剖学问题。鸟类则完全不同,它们似乎轻而易举地进化出了大量的颈椎:仅天鹅就有22到25个。但总的来说,当进化产生新物种时,这些物种身体结构的灵活性可能会随着复杂性的增加而降低。

很多时候,相近的物种最终会沿着相似的路径被选择。此外,“发展的偏见意味着解剖学上的变异不是随机产生的。

哺乳动物。他们来自一个共同的祖先,并取得了惊人的相似形式尽管它们是在不同的大陆上进化的。这是另一个证明进化并非完全不可预测的例子;对于同样的物理和生物问题,比如看、挖或飞,只有这么多的解决方案。

进化的未来

显然,进化生物学的核心存在着明显的矛盾。一方面,进化的机制没有向任何特定方向改变的倾向。另一方面,如果这些机制继续发展下去,超过某个阈值,它们所产生的交织在一起的生态系统和发展系统往往会产生越来越多的物种,具有更大的最大复杂性。

那么,未来我们能期待更多的多样性和复杂性吗?我们现在在a的开头第六次大灭绝它是由人类造成的,而且没有任何停止的迹象,它抹掉了数百万年进化的结果。尽管如此,人类本身数量众多,分布广泛,适应性强,短期内不会面临严重的灭绝风险。更有可能的是,我们将通过在其他行星上建造可居住的生物圈来进一步扩大我们的分布。

在其他星球上,我们也许有一天会发现外星生命。它们的进化轨迹会和地球上的生命一样吗?从一个细胞过渡到多细胞可能是一个容易跨越的障碍。虽然它在地球上出现得很晚,但它却发生过很多次。更复杂的发展,不同的组织类型在地球上只有少数群体进化,所以可能代表更高的标准。

如果外星生物能够克服一些障碍,那么它的发展就很可能倾向于多样化和最大复杂性的模式。但是,也许像人类这样占统治地位的智能物种,对它们所进化的星球上的许多其他物种来说,永远都是坏消息。

天文学家弗兰克·德雷克提出了一个方程来估计我们的银河系中有多少智慧文明。这包含了一个关于这些文明在毁灭自己之前可能存在多久的术语。德雷克对此很悲观:让我们祈祷他是错的吧。谈话

本文转载自谈话在知识共享许可下。读了原文

图片来源:laurent马克思Pixabay

马修·威尔斯教授曾是布里斯托尔的一名学生兼博士后,在史密森尼博物馆与道格·欧文一起工作了一年,并在牛津大学博物馆担任了两年的助理馆长。2000年,他搬到了巴斯,现在是米尔纳进化中心的一员。他的兴趣包括宏观进化模式和趋势,特别是群体快速探索的方式…

遵循《马太福音》: