豆瓣日記：外星人就在我們之中？來認識櫛水母，地球上最古老、最接近所有動物起源的動物

本文作者： Douglas Fox 道格拉斯·福克斯（Douglas Fox）是科學和環境領域的自由撰稿人，作品曾經發表在《發現》（Discover）、《時尚先生》（Esquire）和《國家地理》（National Geographic）等雜誌之上。目前，福克斯生活在美國加利福尼亞州北部。本文由AEON授權《好奇心日報》發布，你可以在 Twitter 上關注他們。 過去的二十年中，列奧尼德·莫羅茲（Leonid Moroz）的腦海中始終充斥著一個令人難以置信的想法：雖然科學家早就開始在其他星球尋找外星生命，但其實地球上可能已經存在有生理結構和大腦與人類完全不同的外星人。數千年來，這些外星人就藏在最顯眼的位置。它們能教會人類大量關於進化本質的知識，也能讓我們知道將來在其他星球找到外星生命後究竟會面對什麼樣的生物。 莫羅茲是一名神經系統科學家。1995 年，出生在俄羅斯的他來到美國。踏上美國領土後不久，他第一次看到了讓他產生「外星人就在地球」這個奇怪想法的線索。 那年夏天，莫羅茲在華盛頓州的 Friday Harbor 海洋實驗室從事研究。該實驗室坐落在普吉特海灣（Puget Sound）草木叢生的群島之間。在這裡，方向相反的潮水迎面相遇，然後一同湧向滿是岩石的海灘。潮水中攜帶有數百種海洋生物：成群結隊的水母、端足目的甲殼動物、波浪狀的海百合、裸鰓亞目的海蛤蝓、扁形蟲、尚未長大的魚、海星和數不清的其他生物。這些生物不遠萬里來到普吉特海灣，最大程度的為我們展現了生物種類的多樣性。莫羅茲喜歡去實驗室後面的碼頭上採集海洋生物，以便研究它們的神經。來美國之前，他就一直致力於不同動物神經系統的研究，希望藉此了解大腦和智慧生物的進化起源。但是，他在 Friday Harbor 海洋實驗室找到了一種尤其特別的生物。 經過訓練，莫羅茲已經能在波光粼粼的海水中迅速發現它球狀的透明身體：它能發出斑斕的熒光，幾列櫛板則顯出轉瞬即逝的美麗彩虹光澤。上千根像毛髮一樣的纖毛有節奏的拍打著水流，推動它的身體在海水中游來游去。這種動物叫做櫛水母（ctenophore）。很長一段時間裡，人們認為它只是另一種類型的水母罷了。但是 1995 年的夏天，莫羅茲在 Friday Harbor 海洋實驗室有了一個令人震驚的發現：櫛水母單調的外形之下其實隱藏著一個具有不朽意義的但卻被人們錯認的身份。從最初的實驗開始，莫羅茲就發現櫛水母根本不是水母。實際上，它們與地球上任意一種其他生物都有著巨大的區別。

題圖來自Wikimedia Commons

莫羅茲對櫛水母的神經細胞進行了測試，想要看看其中是否含有血清素、多巴胺和一氧化氮等神經遞質。通常而言，所有動物都是利用這類化學物質傳遞神經信號。雖然嘗試了很多次，但莫羅茲並沒有在櫛水母的神經細胞中找到任何一種上述物質。由此，他得出了櫛水母與其他動物不同的結論。這次實驗結果帶來的啟示可謂意義深遠。 櫛水母早就因為擁有較為發達的神經系統而聞名。但是莫羅茲的最初實驗表明，櫛水母神經系統由一套與眾不同的化學物質構成。從這一點來看，櫛水母與任何其他動物都不一樣。莫羅茲說：「櫛水母使用的是一種獨特的化學『傳導語言』。它們是大海里的外星生物。」 如果莫羅茲是正確的，那櫛水母代表的就是一場持續了超過五億年的進化實驗。這種獨特的進化途徑（類似於進化論 2.0 版本）創造出櫛水母的神經細胞、肌肉和其他各種專門組織。與動物王國的其他成員相比，櫛水母有著獨立的進化方式，構造身體時使用的也是與眾不同的原材料。 如果脊索動物、哺乳動物和人類沒有先後統治地球上的生態系統，動物將會進化成什麼樣子？櫛水母為解答這個問題提供了一絲線索。數十年來，人們一直圍繞一個問題展開激烈爭論：目前地球上生命的進化形成過程中，有多少進化是單純的意外，又有多少進化從一開始就是註定發生的？櫛水母也為解決這個爭議提供了清晰的思路。 如果地球上的生物進化過程從頭開始，智慧生物還會再次出現嗎？如果智慧生物再次出現，它會不會輕而易舉的出現在生物樹的其他分支，與目前人類所處的分支相距甚遠？櫛水母的大腦與其他生物截然不同，這給我們提供了一些有趣而誘人的提示。趨同進化過程中，毫不相干的物種進化出相似的特徵，因此各種生物才能在同一個世界裡共同生存。大腦就是趨同進化過程中最經典、最複雜的例子。人類也許進化出史無前例的智力水平，但櫛水母的存在表明我們可能不是唯一具有這種能力的生物。生物身上可能普遍存在有進化出複雜神經系統的趨勢和傾向——這種現象不僅存在於地球，也存在於其他星球。 與主流動物群體相比，人們對櫛水母的認識還非常淺薄。從表面上看，它的身體與水母非常相似：凝膠狀，呈橢圓形或者球形，身體一端長有圓形的口。海洋中生活有大量的櫛水母，但在很長一段時間裡，科學家都忽視了它的重要性。二十世紀時，教科書中的櫛水母插圖通常是上下顛倒的：它的口像水母一樣朝著海底。然而在實際生活中，櫛水母漂流時口是朝向海面的。 水母通過肌肉控制身體形態，實現在水中的運動。櫛水母與水母不同，它們利用上千根纖毛來游泳。水母用刺人的觸手捕食，而櫛水母則利用兩根能夠分泌黏性物質的觸手捕食。櫛水母的捕食觸手是充分適應環境後的進化產物。在自然界中，沒有任何一個動物能像它一樣根據環境進化出類似的功能和身體結構。櫛水母是非常貪婪的捕食者，善於採用埋伏的策略捕捉獵物。它將自己枝狀的黏性觸手攤開，形成類似於蜘蛛網一樣的東西。接著它會一絲不苟的抓住觸手上的獵物，一個也不放過。 十九世紀晚期，科學家開始研究櫛水母的神經系統。他們通過顯微鏡看到的東西似乎普通平凡，沒有什麼特別之處：櫛水母身體下端有一大團神經細胞，體內分布有擴散開來的神經網，少量粗大的神經束延伸至兩個觸手和八束纖毛末端。上世紀六十年代，科學家利用電子顯微鏡在櫛水母的神經細胞之間發現了好像是突觸的東西。突觸里有氣泡狀的隔室，能夠釋放刺激周圍細胞的神經遞質。 科學家向活的櫛水母體內注入鈣。此後，櫛水母體內出現了電脈衝。老鼠、蠕蟲、蒼蠅、蝸牛和其他所有動物的神經系統受到鈣的刺激後也會出現電脈衝。對正確的神經施加刺激之後，研究人員甚至能讓櫛水母的纖毛按照與原來不同的模式擺動。如此一來，櫛水母便會由前向後倒著游。 簡而言之，無論是外觀還是功能，櫛水母的神經與其他動物並無不同。因此生物學家便做出假定：櫛水母和世界上的其他動物是一樣的。人們用看待櫛水母的方式看待所有動物的進化過程。實踐證明，這是一種大錯特錯的觀點。 上世紀九十年代之前，科學家一直都將櫛水母放在生物樹的底端。科學家認為櫛水母應該位於刺細胞動物旁邊的那個分支，也就是與水母、海葵和珊瑚同屬一個分支。水母和櫛水母都有肌肉，都有在體內呈擴散狀但卻未能濃縮成大腦的神經系統。除此之外，它們的身體都異常柔軟且處於不穩定狀態。大多數時候，水母和櫛水母的身體都是透明的。 進化樹上，水母和櫛水母下面還有兩個分支。處於這兩個分支的動物明顯更加原始：扁盤動物和海綿動物。它們體內沒有任何一種類型的神經細胞。海綿動物尤其原始，它好像剛剛達到了能被稱為是動物的標準線——1866 年，英國生物學家亨利·詹姆斯·克拉克（Henry James Clark）證明海綿的確是一種動物。而在此之前，人們甚至都覺得它根本不是動物。 在動物出現之前的時代，地球充滿了類似於今天變形蟲、草履蟲這樣的單細胞原生生物。如此來看，海綿應該算得上當今世界中最接近那個古老時代的生物。研究人員認為，古老的原生生物聚集到一起，形成了高度較高的族群。每一個細胞的鞭毛（類似於纖毛的絲狀細長結構）不再用於游泳，而是用於進食。在這個過程中，海綿完成了進化。

海綿動物，圖片來自維基百科

研究人員的這個說法側面支持了一個方便實用的觀點：生物樹的分支連續不斷，越靠上分支里的動物神經系統越複雜。動物的神經系統是一步一步慢慢進化出來的，且存在向更複雜神經系統進化的趨勢。神經細胞的誕生在進化過程中有著非凡的意義，那一瞬間之後，如今地球上的所有動物才有了存在的可能。此後，神經細胞只經歷過一次意義重大的事件：聚合形成集中化的大腦。其他各種證據紛紛為這種觀點提供了證明。昆蟲和人類體內單個神經細胞的排列方式有著驚人的相似性，兩者神經細胞組成影響情景記憶能力、空間導航能力和整體行為神經迴路的方式也非常類似。實際上，科學家認為世界上第一個大腦出現的時間很早，可能早在昆蟲和脊椎動物的祖先分化出兩種不同的進化方向之前就已經存在於世。如果這是真的，那大腦出現之後的 5.5-6.5 億年時間就應該只存在一條「故事線」：生物樹上，從上到下的多個不同物種都具有同樣的大腦基礎結構。 這張大腦的進化圖很合理。但在 Friday Harbor 海洋實驗室觀察研究櫛水母后，莫羅茲開始懷疑這種觀點是個徹頭徹尾的錯誤。為了驗證自己的想法，他收集了好幾個不同種類的櫛水母。他先將這些櫛水母的神經組織切成薄片，然後滴上用能檢測多巴胺、血清素和一氧化氮（這三種物質是動物體內最常見的神經遞質）的化學染色劑。完成操作後，他在顯微鏡下觀察了一次又一次。然後，他沒有在樣本中看到任何黃色、紅色或者綠色的斑痕。 莫羅茲說：「重複這個實驗之後，你就會發現櫛水母其實是一種非常不同尋常的動物。」他猜測櫛水母不僅與姐妹群（sister group，在分支分類學中具有一個不為其他分類單元所共有的祖先的兩個分類單元稱為姐妹群——譯者注）中的水母存在差別。相比於地球上任何其他動物的神經系統而言，櫛水母的神經系統都是獨一無二的。 櫛水母似乎走上了一條與其他生物完全不同的進化之路。不過，莫羅茲不確定自己的想法是否正確。他只是檢測了櫛水母體內的幾個重要化學物質而已。如果現在就發表論文，人們一定會無視他。他說：「想要提出非凡的觀點，你就要找到非凡的證據。」為此，他踏上了一條漫長而艱辛探索之路。最終，他用了比當初計划進度的還要長很久的時間才找到答案。 為了用其他技術（比如基因觀察技術）研究櫛水母，莫羅茲開始申請經費。在多次碰壁之後，他最終放棄。當時的莫羅茲還很年輕，而英文期刊是吸引大家廣泛的不錯渠道。為此，離開蘇聯沒幾年的他開始在英文期刊上發表論文。他暫時將櫛水母的研究擱在一旁，轉而從事自己的主要工作——研究蝸牛、蛤蜊、章魚和其他軟體動物的神經信號。十二年後，他因為一次偶然的機會再次回歸讓自己痴迷不已的櫛水母研究之中。

莫羅茲。圖片來自Nature Blogs

2007 年，他借參加科學會議的機會短暫的訪問了 Friday Harbor 海洋實驗室。一天晚上，他在碼頭散步。1995 年，他為收集海洋生物而在這個碼頭上待了很久。偶然之間，他在一盞路燈照射的海水中發現了閃著彩虹光澤的櫛水母。相比當年，如今的科學技術有了質的飛躍。人們不用再等待數年，只需幾天便可繪製出一種生物完整的基因組圖譜。現在的莫羅茲也早已功成名就，在佛羅里達大學有著自己的實驗室。他終於能夠利用各種技術和設備解決自己當年好奇心留下的謎團了。 他取來一張網，從水中撈起數十個名叫太平洋側腕水母（Pleurobrachia bachei）的櫛水母。將這些櫛水母冷凍好之後，他把它們寄回了佛羅里達州的實驗室。三周之後，他繪製出太平洋側腕水母的部分「轉錄組」——5000-6000 個在太平洋側腕水母神經細胞中積極活躍的基因序列。結果令人大吃一驚。 首先，基因序列表明太平洋側腕水母缺少合成各種其他動物體內常見神經遞質的基因和酶。其實，太平洋側腕水母缺乏的不僅僅是莫羅茲 1995 年注意到的那些神經遞質——血清素、多巴胺和一氧化氮——它體內也沒有乙醯膽鹼、章魚胺、去甲腎上腺素和其他物質。同樣，太平洋側腕水母還缺少一種受體基因，因此神經細胞無法捕捉神經遞質，也無法對神經遞質做出響應。 這個結論驗證了莫羅茲多年來的猜想：1995 年，導致他未能在櫛水母神經內找到常規神經遞質的原因不是實驗操作存在問題，而是櫛水母壓根就不使用這些神經遞質。用莫羅茲的話說，這是一個「巨大的驚喜」。 他說：「所有動物都依靠神經遞質傳遞信息——水母、蠕蟲、軟體動物、海膽、人類，無一例外。這些動物使用同一套化學物質在體內傳遞信號。」但不知為何，櫛水母進化出了一套充斥著與眾不同化學物質的神經系統。到目前為止，我們上不清楚櫛水母使用的神經遞質究竟是什麼東西。 莫羅茲得到的轉錄組的基因組 DNA 序列還表明，櫛水母體內同樣缺少很多其他基因。地球上的其他動物體內均攜帶有這些基因，因為它們在神經系統的構建和運轉過程中發揮著決定性作用。太平洋側腕水母體內缺少很多名叫離子通道的常見蛋白質。一般來說，離子通道能形成在神經內迅速傳遞的電信號。太平洋側腕水母體內也缺少引導胚細胞經過複雜轉化最終形成成熟神經細胞的基因。另外，太平洋側腕水母體內還缺少一種廣為人知的基因：它能逐步將神經細胞連接起來，使之成為成熟且功能健全的神經迴路。莫羅茲表示：「櫛水母可不是僅僅多了或者少了幾個基因。它有著與眾不同的神經系統，堪稱是大自然宏大而新穎的設計。」 櫛水母的神經系統由獨特的化學物質和基因構成。換言之，它的神經系統從一開始就走上了與地球上其他動物截然不同的進化之路。這是趨同進化的典型案例：櫛水母這個物種利用一切可以利用的基因原材料進化出自己獨特的神經系統。櫛水母的神經系統與地球上其他動物的神經系統採用了不同的進化路徑。從某種意義上而言，它擁有一個外星式的神經系統。 但櫛水母帶給我們的驚喜遠不止如此。事實上，櫛水母與其他動物截然不同的不僅僅是神經系統。櫛水母控制肌肉發育和功能的基因異常獨特。人們曾經以為所有動物體內都攜帶有幾種常規調節形體的基因，然而櫛水母是個例外。這些調節形體的基因包括幫助各個器官形成具有專門功能細胞的微 RNA 基因（micro-RNA gene）和將身體劃分為不同部分的 HOX 基因。動物是像蠕蟲或者龍蝦一樣身體分為好幾段，還是像人類一樣擁有分段式的脊柱和指骨？這都要由 HOX 基因說了算。像海綿和扁盤動物這樣的低等生物體內都攜帶有這類調節形體的基因，但櫛水母體內卻偏偏沒有。 所有這一切事實都指向一個令人震驚的結論：雖然結構比海綿和扁盤動物更複雜（海綿和扁盤動物沒有神經細胞和肌肉，實質上也沒有其他各種具有專門功能的細胞類型），但是櫛水母的確應該屬於生物樹上那個最古老、最初始的分支。在生命起源之後的 5.5-7.5 億年之間，櫛水母以某種方式成功進化出了複雜程度與水母、海葵、海星、很多類型蠕蟲和甲殼類動物類似的神經系統和肌肉。儘管缺乏很多基因，但櫛水母利用其它替代性基因實現了進化。 莫羅茲嘗試在 2009 年發表自己的研究結果，但論文慘遭退稿。於是，他繼續在櫛水母身上開展更多的實驗。 莫羅茲在 2010 年之前就為自己的研究發現找到了各種證據。此時其他研究團隊也開始取得進展，慢慢拼湊出他已經證明過的科研成果。這讓莫羅茲備感憂慮。歷經這麼多年的探索之後，其他人可能在莫羅茲有機會發表論文之前搶先將這一研究成果公諸於世。 首先，《自然》雜誌（Nature）在 2008 年發表了一篇質疑生物樹基本結構的文章。很長一段時間以來，生物界一致認為海綿處於生物樹中最原始的第一個分支之上。但是《自然》雜誌的文章對這個觀點進行了批判。為了重建 77 個不同物種（其中包括兩種櫛水母）之間的進化關係，作者對比了 150 個基因的 DNA 序列。這是歷史上第一次有論文公開表示簡單的海綿動物不應被放在生物樹中最古老的分支上。相反，這個位置應該屬於複雜的櫛水母。文章共同作者之一的史蒂文·哈多克（Steven Haddock）是蒙特雷灣水族館研究中心（Monterey Bay Aquarium Research Institute）的生物學家，他說自己和同事提出的觀點引起了一場科學界的「大風暴」。 2013 年 12 月，另一個研究團隊發表了歷史上首個針對櫛水母的基因組研究。他們研究的櫛水母叫做淡海櫛水母（Mnemiopsis leidyi），與莫羅茲研究的太平洋側腕水母有所區別。這篇發表在《科學》雜誌（Science）的論文也認為相比于海綿而言，櫛水母才是進化分支樹上最接近萬物起源的生命。 此後的幾個月中，海綿才是地球上最早動物這個曾經根深蒂固的觀點遭到了進一步的挑戰。一百五十多年來，人們一直認為海綿差不多只是由一群單細胞生物體組成的生物，而這些單細胞生物體則被認為是所有動物的祖先。加拿大埃德蒙頓市阿爾伯塔大學（University of Alberta）的薩莉·萊斯（Sally Leys）是世界頂級的海綿生物學家。2014 年 1 月，她公開質疑這個歷史悠久的觀點。詳盡的研究表明，海綿和一種叫做領鞭毛蟲（choanoflagellate）的原生生物分別利用不同的基因和蛋白質構建起看上去很相似的軀體結構。因此，海綿不可能是由任何類似領鞭毛蟲的生物進化出來的。在顯微鏡下觀察時，你會發現海綿和領鞭毛蟲的相似性只不過是趨同進化領域又一個充滿欺騙性的例子：兩個毫無關係的生物體進化出擁有類似功能的相似結構，但實際上它們各自使用的原材料基因卻截然不同。 萊斯的研究擊碎了證明海綿是生物樹上最早出現動物的間接證據。真正能算得上地球上最古老動物的還應該是櫛水母，而它卻被人們錯認成一種普通水母。櫛水母比海綿複雜很多，還有神經系統、肌肉和其他器官，但它的確是地球上最古老、最接近所有動物起源的動物。 但是，上述研究都沒有具體觀察分析櫛水母的神經細胞。因此全世界還是不知道莫羅茲發現的核心奧秘：櫛水母有著與其他動物截然不同的神經系統。 莫羅茲用多年時間試圖補全證明自己觀點的證據。他的研究團隊漸漸完成了對太平洋側腕水母剩餘基因組的測序工作。太平洋側腕水母的 DNA 序列非常不同尋常，有時候科研人員利用現代基因測序技術都無法徹底將其繪製出來。莫羅茲雇了三十六個學生，專門幫助自己詳細研究櫛水母獨特神經細胞中究竟是什麼基因得到了表達。從胚胎期到逐漸發育成熟的過程中，櫛水母的神經細胞是如何聯繫在一起進而形成神經迴路？這也是學生們需要搞清楚的問題。

太平洋側腕水母。圖片來自維基百科

2014 年 6 月，莫羅茲終於在《自然》雜誌上發表了自己對太平洋側腕水母基因組的研究成果。他的研究歷時七年，詳細可靠的證明櫛水母的神經細胞和神經系統是由與其他動物截然不同的方式進化而來。在他看來，太平洋側腕水母是地球上最接近外星大腦的東西。 櫛水母是一個極端且令人矚目的例子，但它證明的卻可能是一種普通而常見的進化模式：正如眼睛、翅膀和魚鰭在動物進化過程中經歷了多次的進化一樣，神經細胞也經歷了同樣的過程。莫羅茲認為世界上有 9-12 個獨立的神經系統進化起源：刺細胞動物（包括水母和海葵）中至少有一個，棘皮動物（包括海星、海百合和海膽）中有三個，節肢動物（包括昆蟲、蜘蛛和甲殼綱動物）中有一個、軟體動物（包括蛤蜊、蝸牛、魷魚和章魚）中有一個，脊椎動物總有一個。如今，櫛水母中也至少有一個。 他說：「形成神經元的方式不止一種，形成大腦的方式也是多種多樣。」在每一個進化樹的分支上，物種都經歷了隨機的基因複製和基因突變。在這個過程中，動物隨意的選擇不同類型的基因、蛋白質和化學物質來構建自己的神經系統。 雖然進化渠道各不相同，但生物樹上不同物種卻有著看起來十分相似的神經系統。這實在令人陶醉。圖森市亞利桑那大學神經解剖學家尼古拉斯·施特勞斯福爾德（Nicholas Strausfeld）的研究成果就是很好的例證。他和團隊成員發現影響昆蟲嗅覺、情景記憶能力、空間導向能力、行為選擇和視覺的神經迴路與在哺乳動物體內發揮同樣功能的神經迴路幾乎完全一致。不過昆蟲和哺乳動物用來構建各自神經迴路的基因組雖有相同部分，但總體來看依舊存在差異。

圖片來自維基百科

昆蟲和哺乳動物神經迴路之間的相似性證明了進化過程中的兩個關鍵性原則。對於任何存在生命的星球來說，這兩個原則可能都具有極其重大的意義。第一個原則是進化趨同：昆蟲和哺乳動物在進化樹上處於相隔甚遠的兩個分支之上，但它們最終進化出相同結構的神經系統。造成這一現象的原因是它們都需要解決相同的根本性問題。第二個原則是共同歷史：雖然很多動物的神經系統構成方式存在差異，但它們至少都帶有共同起源身上的某些元素。對地球上的動物而言，它們神經系統的進化過程中都利用了化學物質，而這些化學物質是早期地球物理環境和化學環境共同作用的產物。 四十億年前，地球上的第一個細胞為了適應環境進行了一次生死攸關的進化。實際上，所有神經系統使用的大部分基礎信息傳遞機制可能都是從四十億年前那次進化逐步進化而來。早期的細胞可能生活在水中，比如像溫泉或者鹽水池中。這樣的水生環境中蘊含有能夠威脅生命的溶解礦物質（比如鈣）形成的混合物。類似 DNA、RNA、ATP 這樣的重要生物分子與鈣接觸後便會結合在一起，形成難溶的粘性物質。這種粘性物質與浴缸中形成的浮渣非常類似。因此生物學家做出推測，認為早期生命一定進化出能將鈣阻擋在細胞之外但卻允許最少量的鈣離子進入細胞的防禦機制。同時，早期生命還必須進化出能在細胞內鈣離子水平升高時發出警報的系統。此後的動物進化過程便利用這種細胞對鈣的複雜反應能力實現細胞之間的信息傳遞。信息傳遞機制完善後，微生物便能控制用來移動的纖毛和鞭毛，人類便能控制肌肉細胞的收縮和神經細胞的電信號發射。大約五億年前，地球上開始漸漸出現神經系統。此時，許多在構建神經系統過程中發揮關鍵作用的物質早就準備就緒。 這些進化原則極具啟示作用，能幫我們更好的理解動物的進化過程，理解地球上和其他星球生命可能採用的進化方式。它們闡明了偶然事件和必然事件在長達數十億年進化過程中的相對重要性。 已故的哈佛大學古生物學家斯蒂芬·傑伊·古爾德（Stephen Jay Gould）在《美好的生命》（Wonderful Life）一書中就進化過程的偶然事件發表了自己的看法：大規模物種滅絕和進化創新在動物的進化歷史上發揮了同樣重要的作用。他指出 5.7 億年前的寒武紀（Cambrian）時，地球上動物種類豐富，各種動物的門（生物學中把具有最基本最顯著的共同特徵的生物分為若干群，每一群叫一門——譯者注）數比如今還多。然而，大規模物種滅絕漸漸將這些生物樹上的早期分支「修剪掉」。物種滅絕創造了更廣闊的生態空間，使得倖存下來的物種能夠在進化過程中實現多樣化。換言之，物種滅絕加速了進化的過程，為生物多樣性創新提供了機會。

圖片來自Wikimedia Commons

與此同時，劍橋大學的古生物學家西蒙·康威·莫里斯（Simon Conway Morris）強調了趨同進化的重要性：無論經歷多少次重複，物種的進化過程都傾向於得到相同的結果。即便物種在生物樹上處於相隔甚遠的不同分支，即便物種在構建相似結構時使用的蛋白質和基因不盡相同，但它們最終進化的方向是大概一致的。 按照邏輯繼續思考兩位古生物學家提出的觀點，你就會得出一個令人吃驚的結論。如果地球上的時光倒流，經過多次進化之後再到 2017 年時，世界的物種可能和如今不完全一致。哺乳動物、鳥類，甚至是全部脊椎動物都可能不會出現在地球之上。但是，物種進化過程中出現的多樣性最終將為複雜精密大腦的出現奠定基礎。不過那時，物種進化過程中的多樣性可能體現在生物樹上其他分支之中罷了。 科學家一直在猜測外星可能存在何種生命。有一種極具煽動性的觀點得到了很多人的支持：外星生命與我們所知的任何生命形式都不一樣，而且它們可能早就存在於地球之上。很長一段時間以來，人們認為地球上只出現過一次生命。但是，地球上其實可能已經出現了兩次或者更多次生命。人類漸漸統治地球，其他物種則退縮到大自然的角落之中。我們很難探測到「影子生物圈」（shadow biosphere，存在於地球或地球之外卻沒有被人類發現的生物體的學術總稱。該生物可以是微生物也可以是智慧體——譯者注），因為這類生物體內可能並不含有 DNA、蛋白質或者其他我們用來偵測生命活動的化學物質。 櫛水母門動物並非完全與眾不同。它們與人類體內含有相同的化學物質。即便如此，櫛水母門動物依舊算得上一種影子生物。櫛水母是人類遺散多年的表親，而我們此前甚至都不知道地球上還存在有算得上自己表親的生物。 地球上的人類已知生物用大量蛋白質和基因構建起自己的大腦和肌肉。在這個過程中，櫛水母使用的蛋白質和基因非常特立獨行。它的存在讓我們有機會探索一個龐大的問題：神經系統的相異性能大到什麼程度？我們真的了解生命感知周圍環境和做出反應的方式嗎？ 櫛水母讓人們產生了不少很有幫助性的深刻見解。如此一來，我們便能更好預測其他星球上神經系統的樣子。也許在外星上，另一種形式生命的神經系統不是由 DNA 和蛋白質組成。進化生物學家們認為，即便是外星生物最終也會傾向於進化出相似的組織結構。倫敦大學學院（University College London）的生物化學家尼克·萊恩（Nick Lane）表示，外星生命可能將自己的細胞包裹在某種形式的細胞膜中，利用細胞膜內外酸鹼度或者離子濃度的差異來傳遞電化學信號。地球上的生命採用的就是這種方式。我們從古代隕石中提取出很多化學物質，即便地球生物細胞膜中含有的化學成分與隕石中的化學物質不完全一致，隕石中的化學物質還是可以輕鬆的構成地球生物體內的細胞膜。一旦細胞膜成為外星生命的「標配」，一場與地球上類似的神經系統進化過程便會慢慢開始。 莫羅茲還在研究櫛水母，希望從中得到更多啟發。在很長一段時間裡，科學家一直不重視櫛水母。造成這一現象的部分原因是櫛水母太過脆弱，因此人們很難在實驗室中針對活的櫛水母開展研究。莫羅茲在一艘船上安裝了用於基因測序、培養胚胎和刺激活體生物神經細胞的現代科研設備，順利的解決了這個難題。他希望梳理清楚櫛水母的神經迴路的形成過程，進而了解更多有關大腦進化的一般原則。同時，他還想在櫛水母身上測試這些原則是否真的具有普適性。 為了得到今天我們所了解的這些研究結論，莫羅茲已經付出了多年的努力。為了更清楚的認識到櫛水母與其他地球動物的不同之處，莫羅茲最初不得不忽視很多此前學者辛苦研究得來的成果。他說：「我最初的假設和教科書寫的東西一脈相承。」他用了整整二十年時間才找到新的研究思路。 翻譯 糖醋冰紅茶 題圖來自Wikimedia Commons

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