海洋生物变形之谜

在世界各地的神话故事和民间传说中，都有很多人变成动物、植物的故事，而实际上，这些事情是不可能发生的，人不会变成狼，也不会变成月桂树。不过，在自然界中，像音符一样的小蝌蚪变成四脚青蛙、或是灰不溜丢的毛毛虫化作五彩斑斓的凤蝶却是十分常见：它们从同一个受精卵而来，在不同的发育时期却形态迥异，甚至千差万别。这无疑是自然界中最奇特的过程之一。

与我们熟悉的昆虫和两栖动物的例子相比，海洋动物不仅会变形的种类更加繁多，而且变形方式五花八门，这些深深吸引了科学家的关注，对它们的深入研究有助于我们进一步了解动物本身的演化。

成年后不见年幼模样

多年前，英国利物浦大学年轻的浮游生物学家唐纳德威廉森在一个海洋实验室做研究的时候，海洋动物幼体的令人眼花缭乱的各式形态和怪异的生命周期让他感到十分惊奇。例如，有一种类型的海星，它们的幼体是半透明的圆管形，这种半透明的圆管形会持续一段时间，然后，当它们渐渐长大时，奇怪的事情发生了，它们内腔中成团细胞迅速向外扩张，身体转变为星星状，就好似突然发生了生物变异一样。

海星属于棘皮动物，而整个棘皮动物门的动物都让威廉森为之着迷，其中包括海胆、海蛇、海百合、毛头星等等。他发现，这些动物绝大部分的幼体都是左右对称的，但是它们的成体却是辐射对称的。什么是辐射对称呢？其实就是指物体有好几个互为等角的轴（辐射轴），通过任一辐射轴把物体切开时，都可分割成两个对称的部分。这种对称无前后左右之分，仅有上下之分。海星就是一个典型的辐射对称动物，有5个辐射轴。

除了海星之外，还有一个典型的例子就是海鞘。幼年的海鞘有着一切脊索动物的特征。有一个从头部末端贯穿到尾部的脊椎和一个简单的脑，看上去像只蝌蚪。可是当它们成年之后，就开始了翻天覆地的变形过程：嘴部逐渐向上移，直到顶部，脑部随之消失；尾部也在逐渐缩短，直到消失，而原先贯穿尾部的脊索也随之在逐渐缩短，直至消失。最终，成年海鞘的形态和幼虫完全不一样，形似壶状或囊状。

小时像爸，长大像妈

对这些海洋动物幼体和成体之间严重的不匹配现象，威廉森提出了“幼体转移”理论。该理论认为，在进化谱系上毫不相干的动物，曾经偶然地进行了杂交，产生了大量的杂交物种。换句话说，海洋无脊椎动物的幼体和成体形态之所以差异巨大，是因为它们一开始像爸爸，成年后像妈妈；或者幼年时像妈妈，成年后又像爸爸。

这个理论遭到了许多生物学家的质疑，因为从生物学原理来说，不同物种之间是无法杂交的。威廉森打算做一系列非凡的实验来验证这个理论的正确性。1990年，威廉森从一种海鞘体内取出卵子，又从一种海胆体内取出精子，并进行杂交。然后，在2002年，他又进行了反向杂交，即取海胆的卵子和海鞘的精子。结果，这两种杂交法都繁殖了大量的后代，它们在幼年长得类似海胆，成年后渐渐变得类似海鞘。

动物分类学家根据动物的各种特征，将动物依次分为各种等级：即界、门、纲、目、科、属、种等七个主要等级。海胆和海鞘不仅不同种，而且还是两个不同门、不同纲的，海胆是棘皮动物门分类下的海胆纲，海鞘是脊索动物门下海鞘纲，这两种跨度如此大的物种应该是不可能杂交生育后代的。但威廉森认为，对于海洋低等动物来说，不同类、不同属、偶尔还会有不同门的之间的杂交确有其事。

虽然到现在许多生物学家还是对威廉森的观点不屑一顾，认为他提出的理论臆测性过强，但是在一项对动物门类起源的前沿研究中，美国加州大学的科学家们发现，海鞘纲的动物极有可能是由一类原始的脊椎动物和一类已经灭绝的无脊椎动物杂交而来——威廉森的想法或许确有道理。

在地球生命早期，这种低等海洋动物之间的杂交，不但会使自己在不同的成长阶段呈现出或父或母的特征，新的幼体还会发展出新的进化路线。比如用两种不同种类的海胆杂交，生产出来的幼体竟然与父母都不一样，它们经历了一系列的变化：有一个阶段酷似海星幼体，然后又有点像海参幼体，最后才变成了海胆类幼体的形态。据此，科学家们断定，不同种类之间的动物杂交，有可能是很重要的进化机制。

神秘的进化大爆炸

如果威廉森的观点得到证实，那么我们就有可能揭开5.3亿年前的寒武纪生物大爆炸之谜。在那个时期，进化似乎一夜之间席卷了整个世界，各种动植物如雨后春笋般出现在地球上，遍布每一个角落——到目前为止，对寒武纪生物大爆炸仍没有一个令人信服的解释。

现在看来，动物变形可能是我们忽略了的，但却是在生物创造史上起着关键作用的一环。威廉森根据自己的动物变形理论提出，杂交具有使物种迅猛进化的潜力，是寒武纪生物大爆炸的主要推动力。

生物学家早已注意到，这个时期的很多动物具有不同类别动物的特征，比如说头长得像节肢动物，而腹部又是和另一个与节肢类动物完全不着边的、隶属于其他门的动物相似。威廉森对此的解释是，动物身体各个部分的不同，可能就是杂交导致的。他还进一步指出，寒武纪时期的快速进化可能正是海洋动物杂交而产生出新的进化路径。正是物种之间互相杂交，在短时间内创造了众多的新物种，使寒武纪的海洋动物种类迅猛增长，发生了惊人的动物群大爆发。

回到本文开头，蝴蝶、青蛙一类的陆地动物的幼年和成年形态大不相同，同样也有可能是它们的远古祖先由杂交而来。根据威廉森对海洋动物杂交的一系列研究，这个猜想确有一定的根据。

其他科学家的进一步研究发现，昆虫奇特的变形，主要是由两类激素的报时信号精确控制：一种是蜕皮素，由位于胸部的胸腺产生，控制蜕皮的发生；同时，在蜕皮阶段，咽喉侧腺还会产生另一种叫做青春激素的激素做适当调节。然后，当幼虫所有的蜕皮过程结束，青春激素便不再起作用。这时的变态形式只受蜕皮素控制，蜕皮素最终将帮助幼虫完成华丽的“变身”。科学家猜测，这两种不同的激素也是不同物种遗传到它们体内的，只是这样的猜测目前还没有得到实验的证实。

威廉森的理论并非主流，但他强调了变形在进化中的重要性，给我们提供了解开生物学谜团的新线索。