方舟子的Blog

（摘自《方舟子带你走近科学》，陕西师范大学出版社2007年11月出版）

“用进废退”是一个相当直观的现象。不是吗？经常锻炼的人肌肉发达，久卧病床的人肌肉萎缩。问题是，这后天获得的性状能不能遗传给下一代？尽管现代生物学发现了基因型和表现型的区分，已一再证明不能改变基因的后天获得性无法遗传，许多人仍然天真地相信“用进废退”是遗传、进化的一个机理。以前就有人问我，如果“用进废退”是错误的，为什么生活在黑暗溶洞中的鱼的眼睛退化？又有人问，人的尾巴为什么消失了？难道不是因为尾巴对我们没用，我们不用它而导致的吗？

（法国动物学家拉马克在1809年出版的《动物哲学》一书中首次系统地表述了生物进化的观念。他认为“用进废退”是生物进化的机制。）
人类和猿类都是没有尾巴的，但是他们的祖先猴子却是有尾巴的。尾巴从有到无，是一种退化现象。如何解释退化现象，曾经让达尔文颇为苦恼。他提出了两个机理：一是由于不使用或者说“废退”，二是由于自然选择。

我们从现代进化论的角度来看看达尔文提出的这两个机理。“用进废退”应该拆开来看：“用进”，即认为动物频繁地使用某个器官，就能导致这个器官在后代中变得越来越发达，这是用后天获得性遗传解释适应环境的进化，是与现代进化论相冲突的。但是“废退”却未必跟现代进化论相冲突。在现代进化论看来，“废退”其实是在自然选择不起作用之后，有害突变累积的结果。以尾巴的消失为例，与尾巴有关的基因从长远地看总是会发生突变的，而绝大部分突变都是有害的。在尾巴具有功能的时候，自然选择就会把有害的突变淘汰掉，避免它们累积下来。但是一旦尾巴失去了功能，它是发达还是退化都对个体的生存、繁衍没有影响，自然选择就不再去管，有害的突变得以保留、累积，尾巴也就越来越小、越短，直至消失。

（这种生活在美国黑暗的石灰石洞穴淡水中的穴鱼（Amblyopsis rosae）眼睛已完全退化了。）
如果尾巴的消失是由于自然选择引起的呢？那是因为没有尾巴要比有尾巴更有生存优势。但是，仅仅这么说是毫无意义的，如果以“生存优势”一语来解释一切，自然选择倒真的成了同义反复了。关键是要找出究竟有什么样的“优势”。尾巴也是由骨肉组成的，也会受伤、流血。在尾巴有功能的时候，受伤、流血只好忍受。但一旦尾巴成了可有可无的累赘，它会受伤、流血就成了一种生存劣势了。更重要的是，组成尾巴的细胞要新陈代谢，需要有营养供应；拖着尾巴走路，也要消耗额外的能量。如果能省下这些给无用尾巴的营养、能量，分给更重要的器官，比如说大脑，岂不是更好？因此，在这种情况下，自然选择就有利于无尾巴的，而要淘汰掉有尾巴的。

这两种机理哪种正确呢？达尔文本人举棋不定，认为两种都有可能。在《物种起源》一书中，有一节是讨论退化现象的。达尔文以几种动物为例，其中一个讲的是鼹鼠眼睛的退化：

“鼹鼠和某些穴居的啮齿类动物的眼睛的大小只剩下了残迹，并且有的眼睛完全被皮和毛所遮盖。这种眼睛的状态很可能是由于不使用而渐渐缩小的缘故，不过恐怕也有自然选择的帮助。南美洲有一种穴居的啮齿动物，叫做吐科吐科或栉鼠（Ctenomys），它甚至比鼹鼠更有深入地下的习性；一位常捉到它们的西班牙人向我保证，它们的眼睛常常是瞎的。我养过的一只，它的眼睛的确是这种情形，解剖后才知道是由于瞬膜发炎。由于眼睛经常发炎对于任何动物必定是有损害的，并且由于眼睛对于具有地下生活习性的动物肯定不是必要的，它们的形状缩小，上下眼睑黏连，而且有毛覆盖上面，在这种情况下可能是有利的；倘若如此，自然选择就会有助于不使用的效果。”

（在南美洲地下生活的栉鼠虽然长着眼睛，但是经常是瞎的。）
达尔文在这里显然认为“废退”是主要的，自然选择只是起了辅助作用。但是如果自然选择起作用，我们就没必要再考虑别的机理了，因为自然选择是非常有威力的，可以逐渐地使生物结构发生改变。眼睛退化对地下动物来说，究竟有多大的优势呢？达尔文只考虑到了眼睛发炎，其实还有另一个明显的优势他未提到：眼睛是很脆弱的、容易受伤的器官，而且一旦受伤，往往是致命的。在地下钻来钻去，特别是象鼹鼠那样把头当成推土机挖隧道，眼睛更容易受到伤害，那么，让已经不发挥作用的眼睛退役，就是一种很明智的选择。

近来的研究发现，鼹鼠的眼睛退化，还有别的优势，有助于我们理解那些不象眼睛这么脆弱的器官的退化。这项研究是以生活在中东地区的一种盲鼹鼠（Spalax ehrenbergi）做为材料的。这种盲鼹鼠看上去象是一条毛绒绒的香肠，它的头部除了嘴巴有开口，露出尖锐的、用来挖土和咬食树根的牙齿，就再也没有任何开口了。它是完全失明的，如果用强光照射它，它也不会有任何反应，甚至连脑电波也不起变化。但是如果你在它的旁边鼓一下掌，它的脑电波就会起变化。它虽然目不能视物，却能感到振动。事实上，振动是它们相互通讯的方式。盲鼹鼠在一年的大部分时间内都是独居的，它们用头撞撞窝顶，振动传了开去，其他盲鼹鼠感觉到了，也用头撞撞窝顶，就这么长长短短用一种电报式密码互相通讯。如果你在它的窝上方的地面上跺跺脚，它可能也会撞撞窝顶答复。在交配的季节，盲鼹鼠就靠“电报”求爱，雄鼹鼠寻声挖洞追踪，运气好的话就挖到了雌鼹鼠的闺房，交配之后就离开；运气不好的话钻进了别的雄鼹鼠的老窝，就难免有一场厮杀。

（生活在中东地区的一种盲鼹鼠。）

盲鼹鼠的眼睛其实并没有完全消失。如果我们解剖它的头部，会发现在毛和皮肤之下，一对腺体包着的小眼睛，直径只有0.7毫米，体积只有同等大小的小鼠的眼睛的1％。这对眼睛没有瞳孔，晶状体也已萎缩，是无法成像的。但是它们还有视网膜，膜上有锥细胞，里面有能够感光的的视蛋白，数量只有小鼠的4％。那么盲鼹鼠的眼睛为什么没有完全消失，这么一对藏在皮肤底下的小眼睛有什么用呢？由于里面还有视蛋白，还能感受到白天和黑夜的不同——即使是在皮肤底下，也还是能感光的，就象你闭上了眼睛，也还能感到是光明还是黑暗，所以有的人开着灯睡不着觉。盲鼹鼠也是这样，当它们把土推出洞外时，它们皮下的小眼睛也能感到外面是白昼还是黑夜。它们的眼睛中有褪黑素，根据光周期调节鼹鼠的活动。实验证明的确如此。如果在实验室中我们通过改变光亮颠倒白天和黑夜，盲鼹鼠的活动也随着改变。如果让光明时间变短，黑暗时间变长，模拟冬天的到来，盲鼹鼠的体内代谢也随之改变，准备抵抗寒冬了。如果我们把盲鼹鼠的眼睛摘除，它的这些光周期反应就都消失了。

（盲鼹鼠是完全失明的。）

（褪黑素是一种能调节睡眠周期的激素，它的分泌量和光的强弱有关。）

相应的，盲鼹鼠的大脑皮层功能也发生了改变。它控制感觉漫射光和光周期的皮层区和小鼠的一样大小，但是控制视觉成像的皮层区则几乎消失了。大脑是一个很“昂贵”的器官，虽然只占盲鼹鼠体重的1.3％，却消耗了它吸收的氧气和葡萄糖的20％。控制成像的皮层占整个大脑的10％，平均来说占了盲鼹鼠能量分配的2％（实际上这部分皮层的能量消耗在大脑皮层中是最高的，并不只2％）。视网膜也是一种“昂贵”的器官，它的氧气消耗是身体平均水平的100倍。因此，让视觉退化，可以省下超过2％的能量。地下是一个异常缺氧的环境，那里既没有风可以冷却身体，潮湿的土壤也使流出的汗不容易散发掉，因此盲鼹鼠总是尽量使能量的消耗越低越好（它们的基础代谢率明显比地上的动物低），能省下2％的能量消耗是一个很大的优势，可以将之用于更有价值的活动，比如挖洞寻找食物，哺乳后代等等。就象一个穷人，恨不得把一分钱掰成两半花，如果能把一年的工资省下2％，就可以备一时之需了。
盲鼹鼠大脑皮层中控制视觉成像的部分虽然消失了，但并不是被当成废物空在那里，事实上，它被改为用来控制触觉，因此盲鼹鼠用于控制触觉的皮层区域，几乎是小鼠的两倍。触觉对盲鼹鼠来说是非常重要的，前面已说过，它们主要是通过感触振动互相通讯的。当它们在黑暗的地底下挖掘隧道时，也靠触觉的指引。它们也需要很好的听觉接收别的盲鼹鼠发来的“电报”，需要很好的嗅觉寻找植物的根和闻其他盲鼹鼠的尿判断敌友。它也有非常好的磁场导向感觉，在迷宫般的隧道中不会迷路，借此躲过蛇的追捕。所有这些感觉都要在大脑皮层中占据一定的位置，那么，抛弃原本多达10％的视觉皮层，改造成别的感觉皮层，就是一种很好的节省策略。

（实验证明，盲鼹鼠有非常好的磁场导向感觉，在迷宫中不会迷路。）

由此可见，身体某个部位的退化，包括尾巴的消失，的确是有可能用于“补脑”的。在这里，起作用的，还是自然选择。自然选择不仅能够创造新器官，也能改造、摧毁旧器官。