先有鸡还是先有蛋?这是困扰人类几千年的老问题。
古希腊哲学家亚里士多德说:“不可能有孕育第一只鸟的蛋。因为只有这样,才有第一只可以产卵的鸟。”
虽然他并没有具体提到鸡,但是由于所有的鸟类(包括鸡)都生蛋,而且所有的鸟都由蛋孵化而来,所以他谈的是同一个逻辑难题。亚里士多德的说法也代表了许多人对这个问题的想法:是啊,鸟是从鸟蛋孵化出来的,而鸟蛋又是鸟生的;没有鸟蛋就不可能有鸟,没有鸟,鸟蛋也无从产生,我们又怎么能决定它们的先后呢?
科学研究的结果告诉我们,鸟类不是一开始就有的。
地球上的生命出现于约35亿年以前,而目前发现的最古老的鸟类化石(出土于中国辽宁西部建昌县的“徐氏曙光鸟”)只有约1亿6千万年的历史。在那之前,恐龙已经在地球上生活7000多万年了。
徐氏曙光鸟复原图 来源:百度百科
多数科学家认为,鸟类是从恐龙,而且最可能是从“兽足亚目恐龙”(Theropod)进化而来的。科学家们把“徐氏曙光鸟”骨骼构造中的近千个特征分别与恐龙和鸟类的骨骼特征相比较,认为它是迄今为止发现的,恐龙演化为鸟类过程中最早的环节,在进化阶段上比在德国南部发现的“始祖鸟”早约1000万年,是鸟类从恐龙进化而来的最有力的证据。
和鸟类一样,恐龙也是产蛋的,而且恐龙的蛋和鸟类的蛋(如鸡蛋)都属于羊膜卵(amniotic egg)。这种卵的外部有坚固耐水的钙质硬壳,上有气孔,供胚胎呼吸;外壳里面有一个蛋黄,为胚胎供应营养;胚胎浸泡在由羊膜包裹而成的羊膜囊的羊水中;此外还有尿囊,用来储存代谢废物。
羊膜卵示意图
羊膜卵的这些构造特点使它可以在陆地干燥的情况下生存,从而使脊椎动物的生殖过程摆脱对水环境的依赖。鱼类和两栖类动物(如青蛙)这样比较低级的脊椎动物的卵就不是羊膜卵,所以只能产在水里。青蛙还必须经过蝌蚪的阶段,才能最后上陆。
恐龙蛋和鸟蛋在构造上的一致性说明,类似鸡蛋那样的羊膜卵在鸟类出现之前很久就已经为恐龙所生了。也就是说,脊椎动物从海洋进军到陆地时所需要的卵在结构上的改变,在爬行动物(包括恐龙)阶段就已经完成了,鸟类只是继续使用而已。从恐龙蛋变为鸟蛋,并没有结构上的障碍需要跨越。所以现在鸟和鸟蛋的问题就变为:是恐龙先变成鸟,再产出鸟蛋,还是恐龙先产下鸟蛋,再孵化出鸟?要回答这个问题,就需要了解生物繁殖的过程和物种变化的机制。
现在大家都知道,生物的性状是由遗传物质,即脱氧核糖核酸(DNA)决定的。“种瓜得瓜,种豆得豆”,就是因为瓜和豆的DNA不同。
DNA是决定生物性状的关键物质。从恐龙到鸟的变化,也一定是由于DNA序列的改变。问题就是这个改变在什么阶段发生,在什么细胞里发生,以及这些改变对下一代的影响。
每个生物体,特别是像脊椎动物(包括鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类动物)这样高度复杂,而且寿命较长(多以年计)的生物的一生中,身体由于受到内部因素(如活性氧)和外部因素(如高能射线)持续不断的袭击,以及细胞分裂时DNA复制错误等原因,总会有一些细胞里的DNA序列会发生突变。所以随着年龄增长,身体里面一些细胞的DNA就不再和受精卵阶段的DNA相同。
和其他脊椎动物一样,恐龙身体里面也有两类细胞。一类是构成身体的体细胞,比如组成心脏、肝脏、大脑、皮肤的细胞都是体细胞。它们占身体细胞的绝大部分,具体执行各种生命活动。另一类是生殖细胞,它们的任务是繁殖下一代,而和身体其他部分的生理功能无关。这两类细胞里面的DNA都会发生突变,但是发生在体细胞里的突变和发生在生殖细胞里的突变,后果完全不同。
体细胞中DNA的突变是零星和随机的,不同细胞里面DNA突变的情形彼此不同,所以没有全身一致的、统一的DNA序列改变,也不会有某个基因在全身所有的细胞里都发生同样突变的情形。一个细胞里的DNA突变也不能使相邻细胞里的DNA发生相同的突变,即某个细胞DNA的突变不能“扩散”到其他细胞去,因而是“彼此隔绝”的。而物种的改变需要有关组织中所有细胞的DNA都发生同样的变化,这是体细胞的零星突变不可能办到的。
总的平均起来,生物体一生中细胞里的DNA还是和受精卵的DNA高度一致的,也就是不变的。从成年动物身上取下的细胞可以克隆出这个动物(即从这个细胞发育出的动物和当初从受精卵发育而来的动物相同)就可以证明这一点。所以某只恐龙从蛋孵化出来以后就终身只能是恐龙,不会因为这只恐龙体细胞DNA零星和随机的改变就变成一只鸟。
体细胞和生殖细胞的区别
和体细胞不同,生殖细胞DNA的改变会通过受精卵的分裂出现在下一代生物体的每一个细胞中,包括所有的体细胞,从而可以稳定地影响下一代身体的性状。这种在下一代身上出现的全身的、统一的DNA改变,正是形成新的个体和新的物种的先决条件。
但是生殖细胞DNA突变的效果只能在后代中表现出来,而对产生这个生殖细胞的动物没有影响,因为这个动物的体细胞中并没有发生生殖细胞中的那个突变(体细胞和生殖细胞有同样突变的概率极小,所有的体细胞和生殖细胞有同样突变的概率为零)。如果生殖细胞的某个突变使它产生的下一代变成了鸟,那么产生这个生殖细胞的恐龙就还不是鸟。
也就是说, 由于生殖细胞的突变,不是鸟的动物也可以生出鸟蛋来。而受精卵和由它发育成的生物体其实是一回事(DNA完全相同),只是发育阶段不同。所以第一只鸟必然来自第一只鸟蛋。
先有鸡,还是先有鸡蛋(或者先有鸟,还是先有鸟蛋)的问题之所以使人困惑,是因为把鸡(或者鸟)看为一成不变的动物,鸟和蛋周而复始的循环,使人得不出这个问题的答案。
但是如果从进化的观点来看鸟类的起源,并且了解生殖细胞DNA的变异影响后代动物性状的机制,这个问题是有答案的,那就是:先有鸟蛋,后有鸟。
来源:《上帝造人有多难——生命的密钥》
作者:朱钦士
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