第九章 进化过程中的遗留问题

从前!从前!从前!

历史——高深莫测的,漆黑一团的历史!

沉睡的尸骨和历史的影子!

历史——无限伟大的历史!

今天的一切,都是历史造就的吗?

——-瓦特•惠特曼(Walt Whitman ):《印度之路》

多曰来天气一直阴雨不晴,倒霉的电视气象预报员费尔走进餐厅时, 再次经历了电影《圣烛节》中的故事。他又遇到一个客人正被食物呛住。他已经多次见过这种场面,他平静地走到喘不过气来的客人背后, 伸出手来抱住他,用力猛烈地挤压他的胃部,把食物挤了出来。客人能 够呼吸了。他的生命被费尔用汉姆李奇手法挽救了。

每年,十万人中有一个被呛死。这个死亡率与交通事故相比是微不足道的。呛死,不仅是人类进化史中一直存在的一种死亡原因,而且所有脊椎动物都有这一设计上的毛病。我们的嘴长在鼻孔的下方,但在颈部和胸腔,食管是在气管的后面,以致空气的通道和食物的通道在咽喉交叉。一旦食物堵住了交叉路口,或者走错了路,空气就不能从肺里进出。所以,吞咽的时候,反射机制关闭气管的开口不让食物窜入。不幸, 反射机制的运转不可能完美无缺,有反射失灵的时候,“食物走错了路”。为了应付这种偶然事件,我们有一种防御:呛咳反射,一套精确 的、协调的肌肉收缩和气管收缩活动,制造一种爆炸性的呼气,用力赶出走错了路的食物。万一这个呛咳机制不成功,堵在气管里的食物没有能够出去,就会窒息而死——除非,费尔在这个关键的时刻恰好来到身边救你一命。

应当说,如果把呼吸和吞咽的通道分开,不让它们交叉,要比安排这种交通管制措施和后备的呛咳机制要简单可靠得多。这样一种交叉的安排,有什么必要的理由吗?答案非常简单:没有。这是一个历史遗留问题,没有任何功能上的意义。在大气中呼吸的脊椎动物,从两栖类到哺乳类都背上了这个两条通道交叉的历史包袱。而昆虫和软体动物的呼吸道和消化系统就有着完全分开的比较明智的安排。

我们的呼吸消化交通问题是从一个古老的祖先开始的,一个很小的虫样的动物以微生物为食物,在嘴的后面通过一个筛网状区域把水滤出这个动物小到还不需要一个呼吸系统,溶解在水中的氧从它的体表比较容易地被动扩散,基本上满足了它的呼吸需要。后来,在进化过程中, 身体长大了,被动扩散不能充分满足,就演化出呼吸系统来。

如果进化是像现代工程项目那样经过专家论证设计,这个新的呼吸系统应当是一个重新设计过的全新的系统。但是,进化是边施工,边设计的,事先没有经过论证。它总是对已经存在的东西做一点小修小改。 消化系统前端的食物筛已经安排了一个很大的水流通过的面积。不需要 特别的改造,就能够做一对鳃,让水流通过,提供体内外气体交换的场所。以后增加的呼吸能力都是从这个食物筛慢慢地作一些修改产生的。 在长期的进化过程中逐渐积累起的一些效率稍微高一点的非常稀罕的突变。消化系统的一部分就这样增加了一种新的额外的功能——呼吸。而 这时已经来不及考虑后来会在宾夕法尼亚酒店圣烛节发生的麻烦。今天, 这种筛虫期的动物仍可见于与现代脊椎动物最接近的非脊椎动物亲缘之 中,它们的消化和呼吸系统是合在一起的。如图9-1所示。

很久以后,演变成空气呼吸,引起了某些使我们现在后悔的其他进化过程。当一部分呼吸区域改变形成肺的时候,它从通向胃的食道下面分离出去,演变出另外一个空气呼吸的开口来,同时也就就地取材地利用了现成的、位于上面的嗅觉器官鼻孔,而不再在颈前打另外一个孔。 所以气流的开口在口腔的上方。空气便只好在口咽的后部经过食道前方

于是一条很长的双重功能的通道逐渐缩短到只留下一个危险的交叉道口,然后我们和所有的髙级脊椎动物都背上了这个历史包袱。脊椎动物都不可避免地有被食物呛着的可能。达尔文在1859年指出,从纯功能的观点看:

进入气管分支出来的地方再进人肺。这就是肺鱼阶段的情形,见图9-2。

很难理解这种奇怪的事实:我们呑下的食物一定要从气管 开口的上面通过。这样有落入肺里的危险,且不说那关闭声门的漂亮的发明。

我们确实要比其他哺乳动物还要倒霉,因为我们人类喉咙的交通问题又因为要便于说话而更加复杂化了。你曾经留意过马是怎样饮水的吗?

它把嘴放进水里饮水时并不停止呼吸。因为从它的鼻子的开口到气管的开口有一道很好的护栏,一条嵴样的护栏把呼吸道和消化道隔开。因此, 当马吞咽时,它可以利用这个护栏左边或者右边的空隙呼吸。而人类为了说话,气管的开口移到咽的更后方,从而使这条护栏不能连接起来。 至少在成年之后如此,只有婴儿在初生后的几个月里可以同别的哺乳动 物一样同时吞咽乳汁和呼吸。一旦开始为说话作准备咿呀学语,就不能再像马那样饮水。人之所以容易被呛,反映了一种古老的适应不好的遗留问题又被很久之后的一种妥协方案进一步恶化。

功能不佳的身体设计

还有许多严重的设计上的缺点使我们容易发生医学问题。也许最常被提到的是内外倒置的视网膜。脊椎动物的眼球是从一种很小的透明的祖先皮肤下面的光敏感性细胞开始进化的。供应这些光敏感细胞的血管和神经来自外侧。对于一个透明的身体说来,来自这个方向也没有什么 不好,也很不错。现在,亿万年之后,光仍然必须透过这些血管和神经才能到达视网膜上的对光敏感的柱细胞和锥细胞前面。视网膜的神经和血管集成一束必须穿出眼球才能回到大脑去。在视神经血管穿过视网膜的孔上,就不能有柱细胞和锥细胞。这便是视野的盲点。要演示盲点, 闭上你的左眼,右眼直视前方的铅笔尖。逐渐向右边移动铅笔,不要让 右眼踉着转。铅笔尖在正前方偏右约二十度处消失。左眼的盲点也在正 前方偏左约二十度的地方。

视网膜上的血管又造成另一个问题。它们的影子造成一个肓点网, 为了克服它,我们的眼球经常作小幅度的摆动以便在几分之一秒的时间里扫描整个视野里略微不同的部分,把这些盲点、盲点网都看一下,让大量的信息在大脑中处理,形成一个完整的影像。我们的眼睛只能间断 地看到某个物体,但我们以为我们能够连续地用两个眼睛不断地看到它。 为了把这种有用的错觉演示出来使你信服,找一间暗室,把钢笔手电的 发光端压在你闭上的眼睑上,慢慢地移动它。当光照恰好对准的时候,你 就可以看到供应网膜的复杂的互相平行的小动脉和静脉系统(见图9 -3)。

在脊椎动物,这种视网膜的反置是一种普遍存在的没有功能意义的缺陷。与不幸的呼吸和消化通道交叉一样,是一个历史遗留问题。一个只存在于脊椎动物的历史遗留问题。鱿鱼眼球的神经和血管来自后面, 设计就比较合理。鱿鱼不需要发明一种克服错误设计造成的黑影的机制, 也不必为进食干扰呼吸而烦恼。鱿鱼和别的软体动物有它们自己的一套功能不佳的历史遗留问题。

我们的反装的视网膜不仅仅造成了轻微的光感障碍,它还有一系列特殊的医学问题。任何出血或者微小的血管阻塞形成的阴影都会严重损害视野的完整。更严重的是感光的一层杆状和锥状细胞可以从眼球的内 壁撕下,一旦出现这种视网膜脱离的情况,便是一种可怕的急症,如不 及时治疗可以导致永久失明。而鱿鱼的设计较好的眼球,网膜是由下面 的许多神经纤维牢固地固定着的,不能也不会脱离。

在这些影响所有的脊椎动物或者哺乳动物的缺点之外,还有只影响人类和与人类最亲近的灵长类的缺点。阑尾是一个例子。从阑尾炎切除术后恢复的病人看,似乎并不因为缺少阑尾而有什么不便。至今我们能 够肯定的阑尾的唯一作用就是使我们有可能患阑尾炎。阑尾是盲肠的一 个遗迹,我们哺乳动物祖先的一个消化器官,用于处理低营养价值的植物性食物。对兔子和其他草食动物而言,盲肠仍然在执行这种功能。当食物转变为营养含量较髙的食物如水果和昆虫之后,因为没有保持它的必要,便在灵长类动物的进化过程中逐渐退化。不幸,它还没有完全消 失,成为一个遗迹,而这个遗迹现在可以使我们患阑尾炎。

那么阑尾为什么还存在呢?它还有很小的但并不重要的在免疫系统中的一点作用。我们又惊奇地发现它似乎是专门为了阑尾炎而保存下来 的。阑尾的细而长的形状,使得它在炎症肿胀而挤压其动脉血管供应时, 易感坏死。充满细菌,没有血液供应的阑尾无法自我保护。细菌将迅速 生长最后使阑尾突然破裂,把感染和毒素扩散到整个腹腔。范围很小的, 部分阑尾的炎症和肿胀,如果发生在短而粗的阑尾,就不大可能严重到 压迫中断血液供应的程度,不像一支细长的阑尾。自然选择逐渐缩小无 用的阑尾,但是阑尾的内径狭窄到一定程度时,又会变得易患阑尾炎、 阑尾穿孔。于是,死于阑尾炎这一事实,又反过来选择略微大一点的阑 尾,维持了这个比无用还要糟糕的器官。选择也几乎可以肯定使阑尾变 短,但是在同时保留阑尾上可能是自然选择没有远见的后果。我们怀疑 是不是还有其他遗迹器官也因为进一步消除它们增加某一种疾病的易感 性而保留下来。

许多灵长类和哺乳动物可以制造维生素C。但我们人类不能。我们的祖先转向水果食物,水果含丰富的维生素C,这个偶然的后果在大约 4000万年前使人类的这种制造维生素C的机制退化。我们的近亲物种同样需要维生素C,所有各种动物都有各自对维生素的需要,但是物种之间各不相同。

我们对某些机械损伤的易感性也可能在不同的进化发展史中打上了烙印。人类头部侧面被重击可以发生颅骨骨折,伤及大脑,造成死亡或者永久性功能障碍。同样的重击对猿猴的头也许只会引起颞肌血肿和暂时性咀嚼障碍。这种差别源于人类脑体积的增大和颞部肌肉的缩小,使头颅失去了过去原有的护垫。要工人和骑自行车的人戴安全帽,是从技 术上补救一种生物学的缺陷。如果不戴安全帽,也许100万年之后,我 们的头部又会长出很厚的垫子以减少脑外伤。

这个长大了的头颅又使胎儿的头在很困难的条件下通过母亲的骨盆口。女人的骨盆构造与男人略有不同,是为了有一个比较宽大的生育通 道。当婴儿通过时,耻骨联合变松使婴儿比较容易通过。但是,如果阴 道能在下腹部的某个地方开口,婴儿不必通过骨盆的骨质门框就要容易 得多了。阴道通过骨盆在历史上严重地限制了头部进一步增大的进化过 程。有了这一限制,为了使得不过分大的头能够通过骨盆环,人类的婴儿必须在现在这种过早的发育期出生,人类的婴儿,比任何其他哺乳动物,包括猿猴的婴儿都要更加依赖母亲的照顾。

人类设计特征中的不适应性之多很久以前就已经被认识到了。1941 年,伊斯塔布洛克(George Estabrooks)的《机械上设计不当的人》一书中描述了人类解剖学结构上的种种缺点和妥协,尤其是从四足动物变成 用两只脚直立行走之后,上部身体的重量对下部脊柱施加了较大的压力, 站着走路要比四只脚走路有更多的肌肉用力。骨盆的设计本来是只要抵 抗背到腹壁的压力,不论是坐或者站。艾•摩根最近 的《进化之星》提到了这些不适应的历史问题,有较好的可读性。

有一张很长的医学问题的清单,从小小的烦恼到严重的功能障碍, 是因为我们的直立位和两足行走的机制不充分适应所引起的。最重要的也许是很多人经历过的下腰痛。我们的膝、踩和小腿是异乎寻常地容易 受伤,不是常常有运动员因为膝或踝受伤而失去冠军的消息吗?我在一 次排球赛中跳起来扣球,只有左脚落在实地上,右足落在队友的脚背上 向内侧扭转,结果是踩扭伤。休息了一个星期才回到班上上课。幸亏我 不是石器时代游牧部族的成员,但是人的踝确实设计得不好。

哺乳动物的腹腔内脏是封闭在一层为悬挂在腹部背侧壁上设计的结缔组织中的,这对于用四只脚走路的哺乳动物是很好的。对于一个直立的人,这就是挂在垂直的背侧壁上的了,是一种很明显的效率欠佳的安 排,引起许多问题:例如消化系统阻塞,内脏下垂,痔疮痔血管曲张, 以及腹股沟疝。循环系统也因为直立位而处于不利状态。它对狗或者羊 都很合适,但我们的直立位使下肢的静脉压力增加可以引起静脉曲张和 踩水肿。反过来,又使脑的血压不够,可以产生头晕和突然从仰卧位站 起来时的体位性低血压。

有时,身体对某些问题作出恰好是应有的适应相反的反应。当心肌太弱不能把它所收回的血液泵出,心输出量过低时,一部分血液返回到 肺和下肢引起气促和踝水肿以及其他充血性心力衰竭的症状。你希望这 时能把过多的液体排出体外,但是相反,心力衰竭病人却保留钠盐和水, 而过多的血容量使问题变得更加糟糕。这个反应对心力衰竭的病人是一 种误适应,但是,内科医生威尔(Jemiifcr Weil)指出,身体的这种反应 是为另一种不同的问题设计的。在自然环境中,大多数心输出量不足的 原因是出血和脱水。这时,液体潴留机制是确实有用的!心力衰竭主要 出现在老年,而保留液体的机制可能在一生中都有用,所以这个系统是 一个说明衰老的原因的很好的例子,它因为在年轻时有益而保留下来。

我们已经讨论了人体总体结构上的一些缺陷。不要把这些问题与技 术上的失误和对最佳值的随机偏离相混淆。对每一种已经测量过的物理 特性,一批中的中值最为有利。我们前面讨论过鸟的翅膀短于或长于平 均值者容易在风暴中失事。太髙和太矮的人也倾向于不如正常髙度的人 活得长久活得健康。平均体重的婴儿比太重和太轻的都要好。大家都知道髙血压和低血压都不如正常血压好。没有一个完人,各种参数配合得 好便产生显著的优越性。即令是接近完美也有一定的差异。与乔丹对抗 的篮球明星们的体格都很优美,但是他们之间有差别。

还有些设计,虽然不是不良适应,在功能上也是随机选择,只能也当作历史机遇解释。哺乳动物中,右心向肺送出循环血,左心向全身送血。而在鸟类恰恰相反。除了哺乳类和鸟类各自起源于不同的爬虫类祖 先而走了不同的道路之外,没有更好的解释。两种选择同样运行得很好。 带有随意性的特征有时可以有特别的好处。许多人今天仍然活着,是因为他有两个肾脏,否则早已死去,当一个肾脏坏掉了或者献给别人之后, 另外一个仍然可以承担两个肾脏的任务。根据同一原理,许多人是因为只有一个心脏而过早死去。我们之所以有两个肾脏和一个心脏的简单理由,只是因为一开始所有的脊椎动物都有两个肾脏和一个心脏。这是一 个纯粹的历史问题。对于有两个同样器官的好处和只有一个器官的短处我们是没有办法改变它的。

我们巳经反复讨论过了人体中那些错误的或者随意的因为设计上的缺陷所带来的许多医学上的问题。希望读者也能理解这些问题的许多方面恰好是因为它们有利。我们的体积太大的大脑可能易受外伤,可能使分娩困难,但是它使我们成为动物王国里在认识能力上不可战胜的领袖, 使所有的社会和技术进步有可能实现。没有别的物种曾经在这个星球的 历史上能够像发明农业以来这样控制我们的生存环境到如此程度。同样, 我们的长寿与其他任何物种相比也是很突出的。除了少数例外,如大象 比我们活得久些之外,我们比别的灵长类动物要多活一半时间。

此外,我们的许多适应与别的哺乳动物相比至少也是不差的,或者更加优越的。我们的免疫系统是最优秀的,还有我们的眼睛,尽管有设计缺陷和个别不完善之处,我们的眼球与大脑结构相对应的多层次的信 息处理能够奇迹般地从视觉刺激中提取最大量的有用信息。例如,鹰的视觉敏锐性在某些方面超过我们,它的这种优越性就要一定的其他方面 的代价。能够比我们在暗中看得更清楚的动物,不能在亮处和我们一样 看得清楚。正常人的视力接近理论上能够达到的最大敏感度和鉴别能力。 对一个刚刚见过的面孔,只是在一定的距离之外从某个角度瞟了他一眼。 以后,可以在任何距离、任意角度上立即把他认出来。现在还没有一种 电脑能接近这样的成绩。我们的听力对某些频率所达到的程度是如此的 恰到好处,如果再灵敏一点就会听不清楚,使有信息价值的声音在空气 分子对鼓膜的随机扰动杂音中丢失。

走在快车道上的人类

我们已经讨论的主要是人与其脊椎动物、哺乳动物或者其他灵长类动物共有的属性。关于我们的直立姿势的一些问题也符合已经绝灭了 的与我们同属的古人类。我们现在转到更加专门的直接涉及人 的遗留问题,着重于最近十万到一万年间的进化调整。自然选择在最后这几万年里对我们做了某些小的修改,这在整个进化史的长河中不过是 一瞬间而巳。我们的一万年前乃至五万年前的祖先在外观上和活动上已 经是一个万全的人类。如果我们能有一种魔法把那时的婴儿放在现代家 庭中抚养。我们可以预期他们能长大成为一个完全合格的现代律师、农 民、运动员或者是对可卡因上瘾的人。

本章以后的部分以及下一章,我们专门论述石器时代的情形。石器时代是在几千年前结束的,但是进化没有充分的时间使我们适应一个人口稠密的世界,现代化的社会经济条件,很少的体力活动,以及现代环境中许多别的新的方面。我们本不是属于只有办公室,教室,快餐店的 世界的。最原始的农场或者第三世界的村庄的生活对于按石器时代的狩 猎一采集社会设计的人的身体说来也是不完全正常的。

说得更加具体一点,我们似乎更加适合那些住在非洲撒哈拉半干旱地区部落社会的生态和社会经济条件。这是因为我们的种系来源于这里 并且在这里生活了上万年,这里是我们变成完全今天意义上的人之后度 过了 90%以上历史时期的地方。在此前,我们在非洲有过更长的进化时 期,我们的祖先的骨蘇特征给它们别的名字,如直立人(Homoerectus)、 穴居人(Homo habilis)。但是即令是这些更加遥远的祖先也直立行走, 并且用手制造工具。我们对他们的生物学的许多方面只能根据古人类学 的科学方法推论、想象,语言能力和社会组织在化石和石器器皿中并不 明显,但是没有理由怀疑他们的生活方式已经与更近些的狩猎一采集部落相当一致。

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