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『方寸』新书速递 | 失败的进化：你的心脏本是一层皮

2022-02-17 17:27

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

二月

星期四

我们的身体也是历史的亲历者。我们所经历的，是缓缓流淌的悠久岁月。

—— 《失败的进化：人类为直立行走付出的代价》

心的古老形态

作者 [日]远藤秀纪

我也有过风花雪月的时光。我总想把人生想得更光明一些，自说自话地坚信恋慕之情总能打动人心，无论男女，直到生命的最后一刻。这颗摇摆不定的心，就是本文的主题。

首先有请拥有心脏最古老的形态之一的文昌鱼（Branchiostoma Lanceolatum）（下图）隆重登场。从系统分类学角度看，文昌鱼属于原索动物的头索类。虽说名字里带个“鱼”字，但它不同于鱼类，是比鱼类原始得多的动物。过去，文昌鱼在日本相对温暖的海域很是常见，可惜由于海洋开发与污染，它已经在不少海域销声匿迹了。顺便一提，据说在与日本相邻的中国，人们会把这种动物做成神似佃煮的菜肴。这让我不得不感叹，亚洲人的食欲真是无底洞。不过细瞧文昌鱼的模样，倒也在情理之中，因为日本人用于熬制佃煮的小鱼也确实是这般大小与粗细。

文昌鱼的浸制标本。长约5厘米。原始的“心脏”零散分布于身体的腹侧（箭头）

日本国家科学博物馆藏品

据说文昌鱼的长相与我们远古时代的祖先非常相似。人们在加拿大西部的伯吉斯（Burgess）发现了与文昌鱼亲缘关系相当近的一种动物的化石，这种动物叫“皮卡虫”（Pikaia）。伯吉斯出土了大量动物化石，均来自5亿多年前的寒武纪，而皮卡虫就在那里若无其事地释放着存在感。幸运的是，化石记录了肌肉的排列方式等信息，证明皮卡虫在那个时代便已经作为文昌鱼的近亲登上了历史舞台，为脊椎动物在日后的发展奠定了基础。

文昌鱼是一种左右完全对称的动物。它虽然还没有进化出脊椎骨，却有脊索（notochord）起到支撑身体的作用。相较于同级别的其他动物，它已经拥有了相当考究的神经系统、呼吸器官与排泄器官。而且，我们可以认为，这是可能涵盖所有脊椎动物的基本图纸。在这张图纸中，我想请大家重点关注循环系统，尤其是心脏。

文昌鱼及其同类被认为是最早拥有发达血管系统的动物，而我们的循环系统与之一脉相承。别看文昌鱼这副样子，其实它拥有强大的血液循环网，可以将氧和营养物质输送到身体的各个部位，同时回收废物。尽管血管壁的组织和在血管中流动的血液细胞都还很原始、很简单，但仅仅是“拥有神似血管的血液循环通道”这一点，在进化史上就是具有划时代意义的大事件。单看“存在血管”这一点，便知脊椎动物的基本设计早在文昌鱼的阶段就已经逐渐成形了。

那就重点看看这种动物的心脏吧。不同于我们和广大其他动物的是，它并未拥有“心脏模样的心脏”，但它确实具备了使血液得以循环的动力源。动力源位于身体侧面的鳃沿腹部分布的血液通道上。然而，这种心脏的原形看起来一点都不像心脏，不过是心肌细胞散布在血管壁的广泛区域中而已。但这些细胞可以自行收缩，且不论它们能派上多大的用场，都多少可以带动血液通道一并收缩，扮演好“柔弱的水泵”的角色。

看来在脊椎动物的初始设计中，心脏散布于鳃后靠近腹部的位置。当然，这样的结构还远不足以应付日后的复杂活动。在进化层面更进一步的脊椎动物就是广义的鱼类了，而鱼类已经拥有了像样的心脏。

研究鱼的心脏并不需要手术刀。请晚饭的小菜上台走两步吧（下图）。用烤好的鱼也不碍事。拿筷子戳戳鳃后方靠近腹部的位置，就会有一个硬硬的红黑色三角锥状器官探出头来。严格意义上讲，那才是心脏的初始形态。不过请大家注意：心脏的位置概念并没有任何变化，仍保留着文昌鱼定下的基本状态——“位于鳃的后方”。换言之，鱼类实现的设计迭代，就是老老实实地、全方位地沿用文昌鱼勾勒的基本设计，创造出可以集中力量发挥水泵作用的心脏结构。

作为佐餐小菜的秋刀鱼。请重点关注鳃盖后的腹侧。打开这个部分，就能立刻找到心脏（箭头）。将餐桌上的小菜用作本书的插图，于我来说无异于玩笑，但对于广大读者来说，“解剖”烤秋刀鱼是在日常生活中研究进化的机会之一，着实难能可贵。自不用说，这条秋刀鱼在拍摄结束后进了我的肚子

心脏本是一层皮

看到文昌鱼，便认定“那种东西和我的身体设计能有什么关系啊”，那可就太武断了。文昌鱼在鳃后播下的心脏种子和在你胸口搏动不止的心脏，确确实实有着千丝万缕的联系。

疑心重的朋友怕是已经发问了：“就没有比它更古老的心脏吗？”其实比文昌鱼更为原始的心脏的确存在，只不过能否称之为“基本设计”，可能要打个问号。那种心脏位于海鞘体内。

海鞘也是一种原索动物，也有“心脏”，只不过从某种意义上讲，海鞘的心脏比文昌鱼的更配不上“心脏”二字。毕竟，海鞘没有血管系统。它的心脏只能通过搏动将体液输送至身体各处，并无特定的目的地，而且体液的流向不是固定不变的。这种心脏像男人一样反复无常，会心血来潮地改变收缩方向，将体液随机推向各处。

海鞘心脏的实质，是其体内的空腔壁逐渐分化演变而成的肌肉细胞。那是一张专业术语称为“体腔上皮”的皮。术语并不重要，总之我们应该可以将其定义为未完成的心脏图纸。站在海鞘的角度看，它虽然没有血液流动的通道，但只要不间断地将体液从一个地方转移到另一个地方，就能实现为新陈代谢转移物质的目的。换句话说，海鞘定是在面对“如何在没有心脏的前提下转移体内物质”这一难题时使出了“苦肉计”，把体腔上皮改造成了水泵。

可谁曾想到，这块上皮在悠久的岁月长河中进化成了在你胸口怀揣着梦想的心脏。研究显示，人类在从受精卵逐渐演变为胎儿的早期阶段，也会用这种体腔上皮细胞构建心脏。提起海鞘，大多数人的第一印象是大叔们晩酌时的下酒菜，或者廉价科幻片中的外星生物。殊不知海鞘的内膜，堪称地球上所有脊椎动物的心脏初始图纸。

说来惭愧，我读博士时选择的研究课题正是“透过脊椎动物的历史分析体腔上皮和心脏的关系”，简直毫无紧迫感。具体的研究方法则是抓来各个进化阶段的动物，采集其体腔上皮的周边组织，直观地确认该部位有没有朝着心脏进化的迹象，随便得一塌糊涂。

在宽宏大量的超一流发育生物学研究室做这样的课题也就罢了，我开张的地方却是寻常的兽医学基础研究室，以致我周围形成了一派诡异的景象（远藤秀纪《比较解剖学现状》）。大家不妨设想一下：那些年，对解剖学不感兴趣的年轻人是越来越多了，而且大家纷纷抛弃遗体，换上了分子生物学设备。我却在书桌上摊开一堆18世纪的经典著作，又在实验室里埋头解剖七鳃鳗和鲨鱼等生物的遗体。在当时的导师看来，我大概是个彻头彻尾的笑话。如果负责研究室的教授是平庸之辈，照理说会立刻将我赶出门去。幸好我在那个年代的兽医学界遇到了一位肯让我自由发挥的杰出指导者，享受了得天独厚的研究环境，这才与遗体解剖结下不解之缘。

与机器的图纸有何不同

通过上面两个例子，我与大家分享了进化层面的“设计”概念。虽然其中用到了一些陌生的词语，但我相信那不会成为理解的障碍。

动物都有携带基本设计的祖先。下一个阶段就是借用该祖先的设计，在此基础上进行修改，这也是进化出新动物的唯一方法。所以，要想催生出新的设计，唯一可行的办法就是用橡皮抹去祖先图纸中的某些部分，再添加某种能轻易实现的元素。

这与人类制造的机器形成了鲜明的对比。每一台机器都是根据使用者的目的从零开始设计而成的，主动权百分之百掌握在设计师手中。当然，我们有时也会在原有机器的基础上进行修改，推出所谓的“改良版”，但这并不意味着我们拒绝了从零开始重新设计的机会。然而，从零开始重新设计一种生物终究是不可能完成的任务。

公寓抗震强度造假问题自 2005 年起层出不穷，轰动了全日本。据说是建筑师在电脑上篡改了结构计算书，伪造了抗震数据。这类事件固然触目惊心，却也从侧面证明了“主动权在设计师手里”。问题是，动物的图纸是不可能像这样随意勾画的。因为有明显缺陷的动物即使被勉强制造了出来，也无法熬过之后的历史。自然选择定会消灭有缺陷的“次品”，一个都不会放过。

动物都有基本的图纸，无论是祖先还是后代。在运用这张图纸的过程中不断调整，正是动物的进化之道。因此，若有非常“好用”的图纸，动物就会淡定地使用5亿年之久，擦了又写，写了又擦，周而复始。海鞘和文昌鱼的心脏经历了5亿多年的曲折，最终演变成我们体内的心脏，至今搏动不止。乌喙骨和肩胛骨这对组合也各自经历了设计迭代，独立见证了3亿年的历史。

（本文节选自《失败的进化：人类为直立行走付出的代价》，[日]远藤秀纪著，本文略有删改。）

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