2009年12月27日

從魚到人──《我們的身體裡有一條魚》

Your Inner Fish: A Journey into 3.5-Billion-Year History of the Human Body (2008)

作者:Neil Shubin,譯者:楊宗宏
出版社:天下文化
出版日期:2009年10月

摘要:

魚類和陸生四足類動物是不同的,魚類的頭呈圓錐形、沒有脖子、身上有鱗片、有鰭;原始的陸生四足類動物,頭是扁平的、有脖子(頭可以獨自轉動)、沒有鱗片、有四肢。而提塔利克(Tiktaalik)魚,則是介於魚類與原始陸生兩生類動物的中間物種,牠是從三億七千五百萬年前(古生代泥盆紀)的古代河流所形成的岩石中所找到。牠的頭呈扁平狀,而且有脖子,頭上有鱗片,鰭上有膜,鰭內具有肩膀、手肘和腕關節,可以做伏地挺身;沒有鰓蓋骨,靠嘴巴呼吸;身長三公尺。

在淺水的提塔利克魚模擬圖

提塔利克魚化石及其重建圖

這本書,讓我們了解:

  1. 化石、基因和胚胎,是我們了解生物起源與史的主要線索。
  2. 四肢:所有動物的四肢,不管是鳥的翅膀、魚的鰭或是哺乳動物的手,都有共同的架構。這個共同架構是,四股的上半部有一根骨頭(例如人類手臂、腿部上肢有一根長骨頭),與其相接的則有兩根骨頭(例如手臂、腿部下肢的兩根併排長骨頭),其下再接連一些小骨,最後便是指骨。這個四肢骨骼結構的藍圖,早在三億八千萬年前即已出現在類似真掌鰭魚的動物上,並已建構完畢。但鯊魚等軟骨魚類,則無。
  3. 基因:
    • Sonic hedgehog基因與其他同類基因,凡是在四肢動物身上,都有相同的功能,就是會適時的開啟或關閉,以塑造從肩膀到指尖的肢體結構。若無適時開啟或關閉,會造成指頭或其他四肢部位的畸形。這在鯊魚,也是一樣。從魚鰭過渡到四肢,其演化的大轉變,並沒有牽涉到新創的DNA。不管是鰭或四肢,都是由類似的基因建構出來。
    • 具有身體構造的所有動物(包括脊椎動物、節肢動物等),全都帶有Hox基因。Hox基因設定了動物身體各部的比例,並牽涉到四肢、個別器官的發育。所有的動物,都是同中有異。建構動物身體的處方,就像一份代代相傳的糕餅食譜一樣,每代都會加以修改、增補,如此永續不斷。
  4. 發育自皮膚的構造:所有動物的發育自皮膚內的構造,像牙齒、鱗片、毛髮、羽毛、汗腺、甚至乳腺,都是由皮膚細胞層之間的交互作用發展出來的,也就是兩層組織靠在一起,然後摺疊,再分泌出新的蛋白質而形成。
  5. 頭與鰓弧:所有動物的頭顱,不管是鯊魚、蠑螈或者是人,都有共同的模式。處於發育早期的人類和鯊魚胚胎,都有四個鰓弧,其他動物也是一樣。四個鰓弧會形成人類頭部的三叉神經、聽骨與舌骨、吞嚥和說話的肌肉和腦神經等構造。這些鰓弧,在魚類則形成鰓。
  6. 胚胎胚層:所有的脊椎動物,受精卵會開始分裂,胚胎會在受精後四週,形成管中有管(管狀胚胎,將來的體壁)中有管(消化管)的三個胚層(外胚層、內胚層、中胚層),牠們全部都有鰓弧、脊索。
  7. 身體的建構:
    • 在澳洲南部所發現的六億年前的埃迪卡拉生物群的化石來看,前寒武紀時代,地球已出現有明確身體構造的生物,牠們有著對稱的構造。
    • 要形成身體,細胞間必須要有像膠原蛋白等結構分子承受擠壓與拉扯,並有一系列的鉚接分子將能細胞黏在一起,還有一套分子工具允許細胞彼此交換信息。身體構造最簡單的海綿,也都有這些分子。
    • 身體的堀起,多細胞生物的出現,或許是為了防禦,避免被吞食。
    • 身體變大,需要消秅、需求更多能量,膠原蛋白的合成需要相當大量的氧。十億年前古地球的氧氣量開始增加,可能使生物的身體形成。
  8. 嗅覺:哺乳類是高度特化的嗅覺動物,有關嗅覺的基因有一千多個。魚類也有,但數量少。哺乳類的嗅覺基因,都是魚類嗅覺基因所衍生而來的重複翻版。人類也有一千多個嗅覺基因,其中有三百個因突變而左右喪失功能。當靈長類發展出彩色視覺後,嗅覺基因毀壞的數目大增;我們人類是屬於用嗅覺來交換視覺的那一支後代。
  9. 視覺:大多數哺乳動物只有兩種光接受器,靈長類有三種,所以靈長類有細膩的彩色視覺。我們的彩色視覺,源自於其他哺乳動物的一個光接受器基因發生重複,迸出一個複本,再逐漸特化而成。
  10. 耳:外耳的耳廓是新演化出來的,只有哺乳類才有。中耳有三塊小聽骨,是由爬蟲類咀嚼用的骨骼(頜骨)、魚類支撐上顎的骨骼(舌頜骨)演變而來。內耳,則與魚類表皮用來分辨水流方向的神經丘小囊,都是從相似的組織發展出來,並有相同的結構。
  11. 生物學中的萬有定律:每一個生物都是由雙親的遺傳物質衍生而來。我們靠著尋找後代變異的辨識標記(細胞、DNA),加上更多形質特徵(身體構造、組織等),再衡量證據的品質,並且評估所建立的群組在化石紀錄上的代表性,來建立現有動物與已滅絕動物的類緣關係。
  12. 我們的身體,因為承受從魚改裝成哺乳動物、再改裝成用兩腿走路、說話的人類的歷史包袱,造成我們容易遭受膝蓋的軟骨與韌帶的受傷,以及靜脈曲張與痔瘡、噎死和睡眠呼吸中止、打嗝、疝氣等症狀。

心得:

本書作者蘇賓(Neil Shubin)是發現有腳的魚──提塔利克魚的古生物學家之一。提塔利克魚,是水中動物爬上陸地生活時的過渡物種。作者在本書中,藉由提塔利克魚的發現,述說在動物身體(包括身體結構、基因與胚胎)中所透露的三億五千萬年以來的脊椎動物史。所有的脊椎動物,包括人類,都共享一套體制(body plan),儘管某些身體功能在不同的動物上,有不同的特化與變異,但都共同擁有相同的基礎身體構造。而這些創新的或不同的特化與變異,也都是在原有的體制下,將原先的構造重新修改而產生。我們人類,與世上生物,都有相同的淵源。人類是無法自外於地球上的其他生命。

這本書從化石要如何尋找開始,然後寫到提塔利克魚的發現,貫穿本書主軸的脊椎動物體制、感官之演化與人類之關係,最後則是動物體制的歷史包袱所造成人體的缺陷與症狀,讀來精彩,非常值得對演化與地球史有興趣的人閱讀。

延伸閱讀:

 

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2 comments to 從魚到人──《我們的身體裡有一條魚》

  • kostja

    前陣子看了這本我們的身體裡有一條魚. 覺得很好看. 想看看網路上是否有人討論這本書, 因此找到您的網站.

    謝謝您網站上列出您多年來看過的書, 讓我能很快找到這幾年台灣翻譯有關演化的科普書. 非常感謝您!

    之前我看過一本叫猿形畢露的書, 研究巴諾布猿的社會倫理生活. 蠻有趣的一本書. 如果您沒看過(但我想您應該看過了),也許您也會有興趣一讀.

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