知乎日报

每日提供高质量新闻资讯

头图

海豚长腿,人类长尾,这些真的是返祖现象?

SME 情报员 / 知乎

SME情报员,讲讲科学史,聊聊科学家,挖挖科学冷知识(公众号:SME)

几乎每隔一段时间,人们就会毫无防备的发现一些神奇动物。之所以称之为“神奇”,是因为某些特征,本来就不该出现在这个物种身上。

例如,2006 年在日本就捕获了一头长着“四条腿”的宽吻海豚。当时,捕获者就知道这一稀奇的发现是要上新闻头条的。毕竟普通的海豚,是没有后肢的。

“四条腿”海豚

化石证据显现,大约在五千万年前,鲸豚类的祖先是拥有四条腿的。它们是生活在陆地的哺乳动物,与河马和鹿等有着共同的祖先。

但在这之后,它们却从陆地走向了海洋,逐渐进化成了我们现在看到的模样。为了适应海洋环境,鲸豚类的前肢成鳍状,后肢则退化消失,从此不具有外显的后肢。

鲸的大家族中最古老的成员巴基鲸(Pakicetidae)游泳复原图

然而,这次捕获的海豚,不但有完美对称的后肢,且还能像鳍状前肢一样运动和摆动。

当一个早已丢失了的性状,再次偶然地出现在某个生物体上,我们会称指之为返祖现象(Atavism)。

按照杜氏定律(Dollo's law),进化是不可逆的。也即生物在进化过程中退化掉的机体或构造,将不能再重现。即便是原先的环境重现,机体也只能产生不同的器官来发挥原有器官的作用。但在后来,人们也发现了一些例外。尽管发生的概率极低,返祖现象或许就能打破杜氏定律。

而典型的返祖现象,必须满足这些标准,机体表型上与遥远祖先高度相似且其父母或更早的直系祖先身上都没有出现该表型。其次,在成年阶段该表型依然稳定。

罕见的座头鲸后肢的骨头

在上个纪,捕鲸船其实就曾捕获过一头拥有对称后肢的座头鲸。但是,这头鲸的其中一条腿被拆下来送往了博物馆,而另一条腿却被船员占为了己有,再无踪迹。直到一个世纪过去了,人类才发现了另一头拥有对称后肢的鲸豚类,也即开头提到的四条腿的宽吻海豚。所以,这也成了科学家研究返祖现象的绝佳材料,其 DNA 提取并送往了实验室以验证其成因。

解剖学上的返祖现象,与痕迹器官是密切相关。所谓的痕迹器官,是指的那些在进化过程中失去功能,在发育中退化到只留下残迹的器官或结构。

例如,作为新西兰的国鸟,几维鸟的翅膀已经完全退化到只剩下翅骨。它们不会飞,一生就只能在地面行走,连鸡都不如。

几维鸟

再如鲸豚类的后肢尽管已经完全退化,但它们体内留有腰带骨、股骨和胫骨等后肢骨的痕迹。只不过,我们不仔细看很难觉察罢了。

其实光是现代人类身上,就能找到超过百个的痕迹器官。其中,包括没什么用处的阑尾、盲肠、智齿、立毛肌、男人乳头、男性子宫、女性精管等等。其中,人类的尾骨,就是曾经的尾巴向我们怒刷存在感的证据。

分类学家将人类归类为猿类。猿的特征之一就是缺少外部尾巴。而尾骨,正是进化过程中“尾巴”的残存部分。它一般呈三角形,由 3-5 节脊椎骨合并构成。而返祖现象,则经常出现在痕迹器官上,使原本只剩下一点残存痕迹的器官“起死回生”。

进化,并不是完全抛弃旧有的系统,而是在一个已有的基础上缝缝补补的过程。我们远古祖先的一些基因,其实并没有彻底消失。而这些基因,会为生物定下了最基本的身体构造。

在胚胎发育的初始阶段,也是这些代表了远古生物的基因最先发挥作用。比较不同物种的发育调控基因,我们也能发现历史上较早出现的基因确实更为相似,较晚出现的基因则更为不同。所以,从某种意义上说,发育的基因也“重演”了演化的历史。

人类胚胎与猫胚胎对比

例如,正常人类胚胎在四到五周大时,就有 10-12 个发育中的脊椎骨一直延伸到体外,占胚胎长度的 10%以上。但到第二个月时,这条尾巴就开始进入程序性凋亡。大约在第三个月左右,尾巴就能完全后缩消失,那 3-5 节的椎骨也合并成了一块尾骨。

但因为各种原因,婴儿出生后可能还保留着长短不一的小尾巴。而人类长尾巴,也是我们最常听说的一个返祖现象。

各路媒体也曾报道过不少“孩子长了小尾巴”的猎奇新闻。但并非所有长了小尾巴的人类,都属于返祖现象。

返祖现象,比痕迹器官更“迷”。在定义上,返祖现象是原来就有的基因重新得到了表达,和新的基因突变不同。而它迷就迷在,目前还比较难说清,这些表型究竟是属于返祖现象,还是由新基因突变引发的畸形,又或是纯粹的发育不良。

医学文献报道了超过百例的人类尾巴。但在这些病例中,也有分“真尾巴”“假尾巴”。一般认为假尾巴,其实只是刚好发生在新生儿尾部区域的一些特殊的病变,通常与脊柱、尾骨以及各种先天畸形相关。

例如,支撑人体的脊柱是由 26 块脊椎骨连接而成。脊柱中央的管腔称为椎管,里面包含有脊膜、神经及脊髓等组织。但如果在胚胎发育过程中,椎管闭合不全就会形成脊柱裂,长出一条没有骨骼小肉尾巴。

脊柱裂示意图

其中,最著名的一个案例就是一位印度少年。他的“尾巴”长有 18 厘米,但这很可能是脊柱裂的结果。

尽管在当地,他被视为神灵转世。但他却无法行走,必须借助轮椅移动。从图片可以看出,该小男孩的尾巴也并非在尾椎骨位置延伸,而是在腰上伸出。

但真尾巴则不同,里面包含着复杂的脂肪和结缔组织、横纹肌、血管和神经,而皮肤的表面布满毛囊、覆盖着毛发。而这些“真尾”也是良性的,个体能正常长大并不会对生活造成困难。

婴儿刚出生,这些尾巴就有一英寸到五英寸长,能相应各种情绪并能通过肌肉收缩控制尾巴的运动。尽管这些尾巴通常会缺乏骨骼结构,但也发现一些案例中人类尾巴中有多达 5 节发育良好的尾椎骨。

有记录的人类真尾,黄色标记为三节未融合的尾椎骨

另外,目前科学家已经找到了影响小鼠和其他脊椎动物尾巴发育的相关基因。在胚胎发育过程中,Wnt-3a 基因有调节尾巴细胞进入程序性凋亡的作用。例如在小鼠的发育过程,改变 Wnt-3a 基因剂量就能诱导其尾巴细胞进入程序性凋亡。而人类,也具有完整的 Wnt-3a 基因。如果这种基因调节过程出了问题,婴儿可能就会携带着一条真正的尾巴出生。

所以一般认为,只有这类真尾才有可能属于返祖现象。但它实际上是不是返祖,也还有一定争议。

除了人类长出离奇的尾巴,我们也经常能看到网络上把“毛孩”描述为返祖现象。但和人类尾巴一样,多毛症( hypertrichosis)也并非完全意味着返祖,它们更多是由基因突变引起遗传病。而多毛症患者的症状也是千奇百怪的,有的是全身多毛,有的则是局部多毛。

美国的多毛症女孩 Alice Elizabeth Doherty

人类体表的体毛分为胎毛、毳毛(寒毛)和终毛三种类型。终毛较长、粗且硬,有髓质和黑素,包括头发、睫毛、眉毛、胡须、腋毛、阴毛等。

例如,先天性全身终毛增多症(congenital generalized hypertrichosis terminalis,CGHT)就是一种可表现常染色体显性遗传的罕见疾病,常伴发牙龈增生和面部特征畸形。

而患者除了身体,就连脸上都能长满了长毛。然而,人类的祖先猿类的脸部是无毛的,除非我们的祖先是狼。所以,多毛症在俗语中也会被称为狼人综合征,与返祖没什么关系。

中国“毛孩”于震寰就属于先天性全身终毛增多症

其实,从医学角度来看,对于这罕见的疾病不该用粗暴的“返祖”一语蔽之,还应具体情况具体分析,及时就医。例如,前面提到的人类尾巴,如果错认为是良性结构,很容易导致孩子错过最佳治疗时间的。

而关于真正的返祖现象,其实我们还有很多未完全搞清楚的信息。只有随着科学家对遗传学有更深入的研究,或许才能彻底搞清楚我们从哪儿来,还能不能“认祖归宗”的问题。

Atavism.Wikipeida

Hypertrichosis.Wikipedia

talkorigins.org/faqs/co

KATIE LAMBERT.How Atavisms Work.howstuffworks

Tomić N, Meyer-Rochow VB.Atavisms:medical, genetic, and evolutionary

implications.Perspect Biol Med.2011,54(3):332-53.

Takada, S., et al. Wnt-3a regulates somite and tailbud formation in the mouse embryo. Genes and Development. 1994, 8:174–189.