3.2 为什么动物需要神经细胞
真核细胞分化的演化结果,就是在多细胞生命体内,开始出现专司某一功能的细胞。如叶肉细胞专司营养、导管细胞专司传送、肌细胞专司运动、卵细胞专司生殖等。
功能细胞中,神经细胞是极致特化的细胞。神经细胞专司生物电化学信号的收集、传导和处理(见下图)。神经细胞的演化形成,是生命史上的一个里程碑。
单细胞生命只有一个细胞,是不可能有神经细胞的。即使是单细胞动物的那一个细胞里可能积累起了一点点神经物质,但也不可能有神经细胞。神经细胞,最早出现在多细胞生命体内。动物有神经细胞是肯定的,植物是否有神经细胞,目前还有一点点争论。
动物为什么演化出神经细胞?回答这类问题,实际上就是回答“动物为什么需要神经细胞的这个功能”。
应该这样说,是自然竞争迫使生命提升能力,而神经细胞的专长就是提升回应、应激、运动等效应能力。动物幸运地演化出了神经细胞,由此获得了自主移动等效应能力,这些已经得到生物学证明。
一般认为,动物的生命运动方式严重异于此前的生命,它们必须自主移动以获得营养(异养,见下图)。要想获取营养或食物,动物必须要对外界刺激做出回应,也就必须安排一部分细胞去专司信息的收集、传导和处理。又由于速度是第一位的,唯快不破嘛,因此什么信号传导速度快就朝什么方向演化。电信号是自然界最快的信号,神经细胞因此选择将各种信息转化为电信号。这些,催生着神经细胞在动物体内产生。
最早的神经细胞,是单独工作的。慢慢地,神经细胞演化出突起结构,神经胶质细胞也演化产生了。神经细胞和胶质细胞通过突起连接形成功能结构,这就是神经节;多个神经节连接贯通形成系统结构,这就是神经系统。神经节和神经系统,就这样产生了。
神经物质、神经细胞和神经系统依次出现,反映了动物提升效应能力的演化大趋势。大约8亿年前,动物生命开辟了这条演化新路即神经演化之路。只有动物踏上了这条路,并走到了今天。
为什么只有动物有神经细胞?植物为什么没有选择通过演化出神经细胞,来提升效应能力呢?其实准确来说不只是植物,还包括古菌、细菌、真菌、所有单细胞生命,可以说除多细胞动物之外所有其他生命都放弃了这条路。原因说来很简单,在生命史上这些生命的出现都比动物早,而且早很多。也就是说,在动物出现之前它们已经选好了各自的演化之路,而且“埋头”走了很远,掉头再走一条新路显然不划算。
另外,它们已经有了解决方案。以运动解决方案为例。单细胞动物比如草履虫,用细胞纤毛来运动(见上图)。《低等生物的行为》的作者詹宁斯,观察发现它们能利用纤毛划水,制造旋涡,把食物送到“嘴”里。再以生殖解决方案为例。病毒以复制的方式增殖;细菌以分裂的方式增殖;真菌以孢子的方式生殖;植物以种子的方式生殖。不难看出,它们的生殖运动方式都比动物“轻松省事”。换言之动物以外的生命也有效应能力,只是不及动物优越而已,但这不够优越的效应能力对它们来说已经足够了。
读者朋友也许会反问,那捕蝇草是怎么回事?
对这个问题有兴趣的人还不少。早在19世纪,达尔文就推测植物有神经。他发现只要触及捕蝇草叶片上的六根触发毛,叶片就会突然关闭。信号传递速度如此之快,达尔文因此推测植物也许具备与动物相似的神经系统,因为只有神经脉冲才能达到这么快的速度。更有学者认为植物有化学神经系统,因为它们受伤害时会做出化学防御反应,例如金合欢树就会分泌化学毒素来进行防卫。
但绝大多数科学家认为植物没有神经,植物对外界刺激的反应是通过细胞内化学物质的变化完成的。植物体内传递的是化学信号,它的传递速度极为缓慢;植物体内即使有电信号,它的传导速度也很缓慢,一般为每秒20毫米,这与动物神经电信号的速度根本无法相比。比如金合欢树虽然会分泌毒素,但它需要十多分钟才能做出防御反应。最关键的是,从解剖学角度看,植物体内根本找不到任何神经组织。
因而神经细胞和神经系统,确实只存在于需要自主移动的生命体内,目前只发现存在于动物体内。接下来继续缩小讨论范围,将主要围绕动物展开讨论,因为只有动物才有神经、才有感觉、才可能有心智。毕竟,就像达尔文指出的:“智人几乎所有的奇怪之处,包括情感、认知、语言、工具和社会,其实都以某种原始形式存在于其他动物身上。”
下篇接力探讨神经细胞。
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