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2022 年 10 月 25 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国

为什么大多数生物都是对称的

冯伟民

  五辐射对称的海星。

  呈两侧对称的蝴蝶。

  你是否注意到,生物的形态大都呈现两侧对称,如果让你立即说出一个不对称的生物体,你想得到吗?那么,生物究竟有哪些形态?为什么大多数生物都是对称的?

  生物都有哪些形态

  从总体上看,在漫长的地球生物史上,生物造型的历史演变经历了从不对称或不稳定到辐射对称,再到两侧对称的形态变化。

  生物的形态造型变化与生物的体制以及结构的发育密切关联。尤其当地球环境和生物演化进入重大转折变化时期,生物形态造型表现出了革命性变化,恰恰代表了生物进化的一次重大演进,并对生物辐射性演化产生了深刻的影响。

  生命史上最古老的生物原始又微小,其形态是不对称的或无对称的。人们熟悉的变形虫等单细胞生物就是不规则、不定型的形态,它们随时可以发生变形。

  辐射对称可以分为球状辐射对称和轴状辐射对称。球状辐射对称就是等轴无极对称,可通过中心将身体分为无限或有限的相同的两半,如太阳虫、多数放射虫等。轴状辐射对称则是单轴异极对称,是通过一个固定主轴,把身体切成若干相等的两半,如表壳虫、钟虫、海绵和刺胞动物等,适应于固着或漂浮生活。

  形态演化史就是生命演化史

  寒武纪大爆发是地球生命史上里程碑式的重大事件,不仅生物成种作用最强烈,而且生物造型可塑性最显著。当今地球38个动物门类以两侧对称生物为主,造型各异,千姿百态,无不源自寒武纪早期的生命大爆发。而两侧对称生物的大量涌现无疑是寒武纪大爆发非常重要而显著的演化现象。

  如此多的动物门类形成以两侧对称为特征的形态造型,在其门类造型框架下的纲目科属种不同级别的生物造型中,又产生了多姿多彩的形态变化,最终构成了当今地球丰富多彩的生物面貌。

  生物形态造型为啥会发生演化

  在地球生物演化过程中,生物形态造型是与生物身体相关结构的变化相适应、相关联的。生物形态变化与生物胚层体制密切关联的。单细胞动物没有胚层的概念,多细胞动物开始有胚层的分化,直到出现了在动物进化上有着极为重要意义的三胚层。

  除了已灭绝的“文德类”动物,常见的辐射对称动物是海绵动物、刺胞动物,还有无法归入已知动物门类的灭绝动物。它们只发育了外胚层和内胚层,都缺乏中胚层,无法形成真皮、体腔膜及系膜等,因此,呈辐射对称造型的动物一般都是营固着底栖生活或漂浮生活。它们为了获取更多的渗透营养,从而不断膨胀、扩大它们的身体表面积,但过度扩大的身体表面积,成为它们走向灭绝的诱因之一。

  两侧对称动物则具有三胚层体制,代表性动物有扁形动物、环节动物等。来源于胚层组织发育的肌肉系统强化了运动的机能,使动物与环境的接触复杂化,由此促进了感觉器官、神经系统的发育,提高了动物对刺激的反应和寻食效率。高效率的觅食又使动物增加了营养,新陈代谢旺盛,排泄机能随之加强,这样“牵一发而动全身”,使动物形态结构产生了强烈分化。

  同时,中胚层不仅有再生的能力,而且能贮藏水分和营养物质,大大提高了动物对干旱和饥饿的适应力,为动物摆脱水中生活,进入陆地环境提供了必要的物质条件。

  中胚层的出现完善了动物三胚层体制,进而产生了两支动物:一支是原口动物,另一支是后口动物。我们人类作为一种脊椎动物,正是从原始的后口动物逐渐演化而来。

  奇妙的大自然赋予不同生物以不同形态,对称看似理所应当,却蕴藏着生物演化的重要节点。

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