2011年5月11日 星期三

2011-5-12:海洋中的導彈(澳洲Queensland大學生物醫學學院鍾文松博士)

提到魷魚和烏賊這些頭足綱的海洋軟體動物時,一般人想到的可能是餐桌上的佳餚,或是它們的許多隻腳(觸手)、噴出墨汁逃竄的行為以及超強的變色偽裝能力。比較少人會想到牠們是相當成功的獵食者,適應生存地相當良好,已經稱霸海洋五億年之久。而會想到牠們的眼睛是演化論的絕佳例證,是對創造論者的嚴峻挑戰的人,大概就更少了。

達爾文在《物種原始》裡,將「極端完美而複雜的器官」(organs of extreme perfection and complication)列為演化論所面臨的重大問題之一。在討論這個問題時,他劈頭就說,把眼睛這麼精巧的東西看成是天擇的產物,他會毫不遲疑地承認,這看起來是荒謬到無與倫比的想法。然而,他也毫不含糊地根據他所蒐集到的各物種視覺器官的構造,強而有力地論證,即使像眼睛這麼精巧的器官,也可以從最原始簡單的構造,逐步地演化成如同望遠鏡般精巧的器官。

而後來的科學家還發現,像人類的眼睛這麼精巧,如同照相機般的器官,並不是脊椎動物獨有的演化奇蹟。吃過魷魚和烏賊的人都知道,牠們有著大大的,宛如人眼般的眼睛。沒錯,頭足綱生物也發展出幾乎和脊椎動物的眼睛一模一樣的器官,兩者之間最大的差別在於血管與神經的連接方式剛好相反。

這成了所謂的「趨同演化」(convergent evolution)的絕佳例證,也就是沒有親緣關係的物種發展出極端類似的特徵或器官的演化過程。這對創造論者來說是個惡夢,如同著名的演化生物學家Jerry A. Coyne(1949-)在為了反擊創造論所寫的科普書籍Why evolution is true中所說:

No creationist, whether of the Noah's Ark variety or otherwise, has offered a credible explanation for why different types of animals have similar forms in different places. All they can do is invoke the inscrutable whims of the creator. But evolution does explain the pattern by invoking a well-known process called convergent evolution.
為什麼頭足綱生物發展出如此精巧的眼睛呢?

其實不是所有的頭足綱生物都配備了這樣精良的眼睛。我們常見的頭足綱生物有魷魚和烏賊(分不清楚的請看這邊),都有如同照相機般精巧的眼睛。比較少見到,也不會出現在餐桌上的鸚鵡螺,眼睛就沒那麼好了。除了眼睛大大地不同之外,兩者在體型上也十分不同。魷魚和烏賊都有細長的身體,就像是專為牠們以噴射水流的方式做高速運動而打造的。反觀鸚鵡螺,長得就一副肥肥圓圓的模樣,雖然也能噴水前進,但在速度上就完全不是魷魚和烏賊的對手。

魷魚和烏賊之所以成為優秀的獵食者,運動速度是關鍵。從物理的角度來看,神經訊號在牠們體內來回傳遞一圈所需要的時間,乘上牠們追捕獵物時的運動速度,就決定了牠們在兩次調整運動方向之間,受制於慣性往前衝的距離。速度越快,這個距離就越長,而眼睛要是無法分辨在這個距離內的岩石與獵物的話,就有捕不到獵物,還被慣性摜在岩石上而一頭撞死的危險。

明天,五月十二日(週四)中午十二點十分,在理學大樓1A01教室,從澳洲Queensland大學生物醫學學院回到母校的鍾文松博士將要詳細地告訴我們,猶如高速導彈的魷魚如何完美地整合雷達(眼睛)與電子(神經)系統,完成精準的攻擊行動。

(感謝鍾文松博士協助撰寫本文)

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