用進廢退不是錯的嗎,那為什麼人的有些器官還是會退化,比如胃,控制胃功能強壯的基因為什麼被淘汰掉了?
這是個很棒的問題,涉及進化論深層次的概念和生物學基礎。贊一下先!
首先,什麼是「用進廢退」?
在中國的進化論教育中,「用進廢退」幾乎成為了拉馬克學說的同義詞。普遍認為的拉馬克學說其實包括兩個方面:「用進廢退」和「獲得性遺傳」。前者是指:那些平常使用的器官會得到加強,而那些平常不用的器官就會被削弱,直至廢棄。後者是指:器官的增強或削弱可以被遺傳。
拉馬克學說的核心思想是:環境的改變導致了生存需求的改變,進而引發了生物行為的改變,反映為生物器官的改變,並能被遺傳至子代。
如果從這個意義上來理解「用進廢退」,那麼它必然是錯的。因為無論用或不用一個器官,都不能因此而改變相應的基因,也就談不上把相應的性狀遺傳下去。拉馬克主義的錯,錯在沒有搞清楚因果關係。(不過在人們尚不知道基因為何物的那個年代,又有幾個人能夠如同偉大的達爾文一般洞悉進化的本質呢?)
現在回答問題。
退化是廣泛存在於生物界的現象,比如人消失的尾巴、鯨消失的腿、鼴鼠幾近消失的眼睛,而且不僅局限於器官,譬如靈長類消失的維C合成能力等等。按進化論的觀點來看,沒有什麼是退化的,或者說,上述這些所謂的「退化」,其實是進化,是向著更適應環境的方向發生了進化。
這種現象可以簡單說成是「廢退」,但卻不是拉馬克學說「用進廢退」中的「廢退」。兩者之間最大的區別在於因果關係的不同。
拉馬克學說錯誤地認為:退化是因為無用。
但實際上,退化的本質原因是基因的隨機突變。進化論認為,如果一個隨機突變對存活有益,那麼就會被自然選擇保留下來,成為有益突變。
而讓無用的器官或功能消失,通常是件「有益」的事情。要知道,生物體任何器官或功能的存在都要消耗大量的能量,佔用大量的控制基因。如果一種突變能夠讓生物免除這些無用的消耗,就能在生存上佔據一點點優勢。研究表明,影響進化的,往往就只是一點點的生存優勢而已。
以鯨的腿為例,如果它還長著腿,阻力必然增大,肯定會影響在水中的遊動效率。所以,鯨腿的退化顯然是有進化優勢的。實際上,鯨長腿的返祖現象高達千分之幾的比例,說明控制這一事件的基因還沒有被徹底失活,還有突變回來的可能性。
從基因到器官距離太遠,說個就近的,就是前文提到的維C合成途徑。幾乎所有靈長類都不能自身合成維C,所以我們必須要吃水果來補充這種必須維生素。其實我們體內還保有哺乳動物合成維C所需要的三種酶所對應的基因,其中兩個都還好使,只有一個基因上發生了一位突變,導致這種酶無法正常合成。
最初的突變肯定是隨機的,但能夠被固定並遺傳下來,說明讓這個酶消失不但沒有影響靈長類的生存,甚至還帶來了優勢。其實,一個酶的「死亡」所能帶來的優勢很有限,不過是減少一些細胞能量以及材料的消耗(可能還會牽涉生化合成途徑中的上下游反應平衡等問題),但這樣的優勢最終還是被確立了。
實際上,靈長類以水果為食,能從體外大量補充維C,甚至超過了正常所需。如果你簡單把這看作是原因的話,就成為了拉馬克學說的「廢退」。
當然,你可能會認為靈長類的例子是個案,無法說明問題。但實際上,哺乳動物中還有兩類不能自身合成維C,分別是以水果為食的果蝠,以及人類餵養的豚鼠(荷蘭豬)。我想,這足以說明在維C合成功能上的「廢退」問題了。
總結一下:退化是廣泛存在的進化現象,但不是拉馬克學說中的「廢退」,不是因為無用而退,而是因為隨機突變而退化,並且帶來了生存上的優勢。
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最後,為拉馬克同志平一下反。
很多喜歡進化論的人可能都聽說過古爾德的名字。他是非常著名的科普作家,同時也是一名進化生物學家。古爾德和其他一些研究者發現,拉馬克本人當年其實並沒有提出過今天大家所說的拉馬克學說。拉馬克本來提出的學說也是兩條:
1、複雜化定律:生物體會從簡單的形式變得越來越複雜,與其器官用或不用無關。
2、適應性定律:生物用或不用自身的某種性狀,會導致這種生物更適應周圍的環境。這種情況令生物偏離了從簡單到複雜的發展路徑,發生了針對其環境的特化。
器官退化不是基因的問題,而是由於病理原因或者衰老造成的功能減弱或喪失。
因為放著浪費,你有一個特性實際上是需要很大能耗的
而且不光你浪費,別人也浪費
比如說你長一個1米長的jj,那你這輩子吃下去的東西都養jj去了,腦子就沒營養了——總不能說花大力氣進化出一個儲藏能量jj,或者可食用jj,餓了就擼硬了啃兩口吧?
而女的長個一米長的陰道,也太難找1m的jj了,陰道都跑到喉嚨口了,人長得和羊肉串似的,啪啪啪還可能把昨天的金針菇給頂出來
這代價實在是太高了。
另外有一些功能不是退化了,是根本沒有,進化中的幾個節點就沒有進化出這個功能的基礎來,大家只好湊合湊合了。
比如說陰莖明明搞的可以旋轉,振動,甚至帶點電鰻功能進行電擊,那多爽。可是陰莖就沒有預留這些功能的基礎,要隨機進化出來太慢——不過要是人類長期都是維持在一個普通生理需求的社會,但是比現在要先進,那麼若干年之後進化出個入珠jj還是很可能的,女人的陰道肌肉可能也會更加發達一些,搞起來爽,而搞起來爽還是和生孩子有關係的,so……
退化也是進化。只是相對於過去的一些標準看,形式上弱了。
比如,沒用的器官會消耗額外的資源。那麼因為基因突變而沒長或該器官萎縮的個體成活幾率就增大了。長此以往,這個物種里長著正常尺寸的沒用器官的個體最終就沒了。這個器官越來越小,最後消失。
其實也是進化掉了。我們為什麼不長尾巴?
方舟子
「用進廢退」是一個相當直觀的現象。不是嗎?經常鍛煉的人肌肉發達,久卧病床的人肌肉萎縮。問題是,這後天獲得的性狀能不能遺傳給下一代?儘管現代生物學發現了基因型和表現型的區分,已一再證明不能改變基因的後天獲得性無法遺傳,許多人仍然天真地相信「用進廢退」是遺傳、進化的一個機理。以前就有人問我,如果「用進廢退」是錯誤的,為什麼生活在黑暗溶洞中的魚的眼睛退化?最近又有人問,人的尾巴為什麼消失了?難道不是因為尾巴對我們沒用,我們不用它而導致的嗎?
人類和猿類都是沒有尾巴的,但是他們的祖先猴子卻是有尾巴的。尾巴從有到無,是一種退化現象。如何解釋退化現象,曾經讓達爾文頗為苦惱。他提出了兩個機理:一是由於不使用或者說「廢退」,二是由於自然選擇。
我們從現代進化論的角度來看看達爾文提出的這兩個機理。「用進廢退」應該拆開來看:「用進」,即認為動物頻繁地使用某個器官,就能導致這個器官在後代中變得越來越發達,這是用後天獲得性遺傳解釋適應環境的進化,是與現代進化論相衝突的。但是「廢退」卻未必跟現代進化論相衝突。在現代進化論看來,「廢退」其實是在自然選擇不起作用之後,有害突變累積的結果。以尾巴的消失為例,與尾巴有關的基因從長遠地看總是會發生突變的,而絕大部分突變都是有害的。但尾巴具有功能的時候,自然選擇就會把有害的突變淘汰掉,避免它們累積下來。但是一旦尾巴失去了功能,它是發達還是退化都對個體的生存、繁衍沒有影響,自然選擇就不再去管,有害的突變得以保留、累積,尾巴也就越來越小、越短,直至消失。
如果尾巴的消失是由於自然選擇引起的呢?那是因為沒有尾巴要比尾巴更有生存優勢。但是,僅僅這麼說是毫無意義的,如果以「生存優勢」一語來解釋一切,自然選擇倒真的成了同義反覆了。關鍵是要找出究竟有什麼樣的「優勢」。尾巴也是由骨肉組成的,也會受傷、流血。在尾巴有功能的時候,受傷、流血只好忍受。但一旦尾巴成了可有可無的累贅,它會受傷、流血就成了一種生存劣勢了。更重要的是,組成尾巴的細胞要新陳代謝,需要有營養供應;拖著尾巴走路,也要消耗額外的能量。如果能省下給無用尾巴的營養、能量,分給更重要的器官,比如說大腦,豈不是更好?因此,在這種情況下,自然選擇就有利於無尾巴的,而要淘汰掉有尾巴的。
這兩種機理哪種正確呢?達爾文本人舉棋不定,認為兩種都有可能。在《物種起源》一書中,有一節是討論退化現象的。達爾文以幾種動物為例,其中一個講的是鼴鼠眼睛的退化:
「鼴鼠和某些穴居的嚙齒類動物的眼睛的大小隻剩下了殘跡,並且有的眼睛完全被皮和毛所遮蓋。這種眼睛的狀態很可能是由於不使用而漸漸縮小的緣故,不過恐怕也有自然選擇的幫助。南美洲有一種穴居的嚙齒動物,叫做吐科吐科或Ctenomys,它甚至比鼴鼠更有深入地下的習性;一位常捉到它們的西班牙人向我保證,它們的眼睛常常是瞎的。我養過的一隻,它的眼睛的確是這種情形,解剖後才知道是由於瞬膜發炎。由於眼睛經常發炎對於任何動物必定是有損害的,並且由於眼睛對於具有地下生活習性的動物肯定不是必要的,它們的形狀縮小,上下眼瞼黏連,而且有毛覆蓋上面,在這種情況下可能是有利的;倘若如此,自然選擇就會有助於不使用的效果。」
達爾文在這裡顯然認為「廢退」是主要的,自然選擇只是起了輔助作用。但是如果自然選擇起作用,我們就沒必要再考慮別的機理了,因為自然選擇是非常有威力的,可以逐漸地使生物結構發生改變。眼睛退化對地下動物來說,究竟有多大的優勢呢?達爾文只考慮到了眼睛發炎,其實還有另一個明顯的優勢他未提到:眼睛是很脆弱的、容易受傷的器官,而且一旦受傷,往往是致命的。在地下鑽來鑽去,特別是象鼴鼠那樣把頭當成推土機挖隧道,眼睛更容易受到傷害,那麼,讓已經不發揮作用的眼睛退役,就是一種很明智的選擇。
近來的研究發現,鼴鼠的眼睛退化,還有別的優勢,有助於我們理解那些不象眼睛這麼脆弱的器官的退化。這項研究是以生活在中東地區的一種盲鼴鼠(Spalax ebrenbergi)做為材料的。這種盲鼴鼠看上去象是一條毛絨絨的香腸,它的頭部除了嘴巴有開口,露出尖銳的、用來挖土和咬食樹根的牙齒,就再也沒有任何開口了。它是完全失明的,如果用強光照射它,它也不會有任何反應,甚至連腦電波也不起變化。但是如果你在它的旁邊鼓一下掌,它的腦電波就會起變化。它雖然目不能視物,卻能感到振動。事實上,振動是它們相互通訊的方式。盲鼴鼠在一年的大部分時間內都是獨居的,它們用頭撞撞窩頂,振動傳了開去,其他盲鼴鼠感覺到了,也用頭撞撞窩頂,就這麼長長短短用一種電報式密碼互相通訊。如果你在它的窩上方的地面上跺跺腳,它可能也會撞撞窩頂答覆。在交配的季節,盲鼴鼠就靠「電報」求愛,雄鼴鼠尋聲挖洞追蹤,運氣好的話就挖到了雌鼴鼠的閨房,交配之後就離開;運氣不好的話鑽進了別的雄鼴鼠的老窩,就難免有一場廝殺。
盲鼴鼠的眼睛其實並沒有完全消失。如果我們解剖它的頭部,會發現在毛和皮膚之下,一對腺體包著的小眼睛,直徑只有0.7毫米,體積只有同等大小的小鼠的眼睛的1%。這對眼睛沒有瞳孔,晶狀體也已萎縮,是無法成像的。但是它們還有視網膜,膜上有錐細胞,裡面有能夠感光的的視蛋白,數量只有小鼠的4%。那麼盲鼴鼠的眼睛為什麼沒有完全消失,這麼一對藏在皮膚底下的小眼睛有什麼用呢?由於裡面還有視蛋白,還能感受到白天和黑夜的不同--即使是在皮膚底下,也還是能感光的,就象你閉上了眼睛,也還能感到是光明還是黑暗,所以有的人開著燈睡不著覺。盲鼴鼠也是這樣,當它們把土推出洞外時,它們皮下的小眼睛也能感到外面是白晝還是黑夜。它們的眼睛中有美樂通寧(褪黑素),根據光周期調節鼴鼠的活動。實驗證明的確如此。如果在實驗室中我們通過改變光亮顛倒白天和黑夜,盲鼴鼠的活動也隨著改變。如果讓光明時間變短,黑暗時間變長,模擬冬天的到來,盲鼴鼠的體內代謝也隨之改變,準備抵抗寒冬了。如果我們把盲鼴鼠的眼睛摘除,它的這些光周期反應就都消失了。
相應的,盲鼴鼠的大腦皮層功能也發生了改變。它控制感覺漫射光和光周期的皮層區和小鼠的一樣大小,但是控制視覺成像的皮層區則幾乎消失了。大腦是一個很「昂貴」的器官,雖然只佔盲鼴鼠體重的1.3%,卻消耗了它吸收的氧氣和葡萄糖的20%。控制成像的皮層占整個大腦的10%,平均來說佔了盲鼴鼠能量分配的2%(實際上這部分皮層的能量消耗在大腦皮層中是最高的,並不只2%)。視網膜也是一種「昂貴」的器官,它的氧氣消耗是身體平均水平的100倍。因此,讓視覺退化,可以省下超過2%的能量。地下是一個異常缺氧的環境,那裡既沒有風可以冷卻身體,潮濕的土壤也使流出的汗不容易散發掉,因此盲鼴鼠總是盡量使能量的消耗越低越好(它們的基礎代謝率明顯比地上的動物低),能省下2%的能量消耗是一個很大的優勢,可以將之用於更有價值的活動,比如挖洞尋找食物,哺乳後代等等。就象一個窮人,恨不得把一分錢掰成兩半花,如果能把一年的工資省下2%,就可以備一時之需了。
盲鼴鼠大腦皮層中控制視覺成像的部分雖然消失了,但並不是被當成廢物空在那裡,事實上,它被改為用來控制觸覺,因此盲鼴鼠用於控制觸覺的皮層區域,幾乎是小鼠的兩倍。觸覺對盲鼴鼠來說是非常重要的,前面已說過,它們主要是通過感觸振動互相通訊的。當它們在黑暗的地底下挖掘隧道時,也靠觸覺的指引。它們也需要很好的聽覺接收別的盲鼴鼠發來的「電報」,需要很好的嗅覺尋找植物的根和聞其他盲鼴鼠的尿判斷敵友。它也有非常好的磁場導向感覺,在迷宮般的隧道中不會迷路,藉此躲過蛇的追捕。所有這些感覺都要在大腦皮層中佔據一定的位置,那麼,拋棄原本多達10%的視覺皮層,改造成別的感覺皮層,就是一種很好的節省策略。
由此可見,身體某個部位的退化,包括尾巴的消失,的確是有可能用於「補腦」的。在這裡,起作用的,還是自然選擇。自然選擇不僅能夠創造新器官,也能改造、摧毀舊器官用進廢退是搞錯了因果關係,用和不用不是原因,而是一個選擇條件
基因的變異是隨機性的,假如有著進化的壓力和自然選擇,特性就會往有益的方向發展,最後發展出類似於眼球大腦這樣精密複雜的結構。
特性的消失有兩種可能:
1.特性的保持是需要自然選擇的進化壓力的,某些基因不是淘汰掉了,而是因為沒有選擇壓力而隨著變異自己消失了。
假如沒有進化壓力,特性就會隨機發展,這樣特性就會被破壞和消失,就好像假如沒有人打掃和整理,房間只會變得越來越亂而不是越來越整齊。
樓主的問題,「比如胃,控制胃功能強壯的基因為什麼被淘汰掉了?」。 進化生物學也是有答案的。因為人類進化從草食性為主(典型如大猩猩,其次為黑猩猩)到大量吃肉,學會利用火吃熟食,所以帶來的後果是不需要太強健的消化系統。試想,如果植食性,那麼每天需要大量時間進食、消化能量密度低的食物,整個牙齒、消化道都得很強。而肉食的能量密度高、營養豐富,消化道就可以變短。再加上吃熟食(起碼從北京猿人的40多萬年開始),使得食物更容易消化,就沒必要有很強健的胃與小腸。實際上人類的智齒也退化了。這樣節省的成本就可以用于越來越發達的大腦。所以,越是古老的猿人,牙齒就越發達(沒法子從化石直接推斷它的胃腸),而腦容量越來越小。
用進廢退這個觀點最早是由法國生物學家拉馬克提出,他在《動物的哲學》中系統地闡述了他的進化學說(被後人稱為「拉馬克學說」),提出了兩個法則:一個是用進廢退;一個是獲得性遺傳。並認為這兩者既是變異產生的原因,又是適應形成的過程。他提出物種是可以變化的,種的穩定性只有相對意義。生物進化的原因是環境條件對生物機體的直接影響。認為生物在新環境的直接影響下,習性改變、某些經常使用的器官發達增大,不經常使用的器官逐漸退化。並認為適應是生物進化的主要過程。
該理論當初被廣泛認同,也是因為在身體機能和器官的實驗中有佐證。但你要明白這理論是在達爾文之前用來解釋生物進化的,也就是生物通過適應來進化,
錯在把環境對於生物體的直接作用以及獲得性狀遺傳給後代的過程過於簡單化了,成為缺乏科學依據的一種推論,並錯誤地認為生物天生具有向上發展的趨向。
如果某些特徵不影響生存,則會同時存在「雙、單眼皮」,「有、無耳垂」
哪個控制胃功能強壯的基因被淘汰掉了?
如果器官多浪費營養,古猿為嗎不進化成球,平時蹦蹦跳,緊急滾滾逃。再如蟬一樣吸樹汁或直接如植物一樣有水光氣就可活,去掉繁雜的消化系統。球表面積大,甚至直接皮膚呼吸,去掉肺。還因此增加散熱。眼耳也沒用,只留鼻子,以味覺尋食探敵。生殖系統去掉,如細菌分裂,或乾脆長生不死,連繁殖都不用。身體如球,只有口器集進食、聞味與一體,體內只有一短小直腸,只有肌肉沒骨頭,甚至只少部肌肉大部液體。最後,連身體都不要,只剩思想電波存在。這或許才是進化的最終方向。
目前還有很多神經科學家不相信眼球是進化而來的,因為按照物競天擇規律來看,那不光要求每一種進化能夠極大的增強生存能力(差距足夠大才能使落後品種真正的滅絕),並且雜交後只留下優秀的新基因,同時由於基因突變的不確定性,倘若突變出劣等基因,雜交後還不能總體上太影響而導致種群退化,像眼球和大腦這種東西,倘若生物的進化不是因為某種內涵的數學機制總體上嚴格定向好的方向的話,很難讓人相信這真的是小概率事件連續發生的結果,因為基因突變絕大多數情況是壞的結果,並且這些壞的結果也可能遺傳。
不是學生物的純屬瞎說,但是我覺得如果達爾文是唯一的真理的話,生物還沒進化到人類這麼高的程度的時候,就會處於一種東邊進化西邊退化的穩態,就是進化和退化都在發生,一次進化,比如產生一個器官,那是很複雜的編碼信息量,很難相信在能保持原來狀態的優良性的同時進化出一個器官,也就是原來的狀態也不會發生退化。我相信生物的遺傳和繁衍的編碼邏輯結構里存在一種定向變好的數學機制,只不過現在還沒發現,這種機制決定了同樣的環境下生物長期以後肯定比現在更高等。就像斑馬的條紋,向日葵的種子,它長出來一定是符合數學公式的,兩者無法剝離。
個人理解,作為單個個體的某些部分當然存在用進廢退,如肌肉纖維就可以鍛煉。只不過大部分結構的進退都很慢,而人的壽命又太短了。即便是基因,也是每天有變化,自然每時每刻在選擇,難道基因都是在遺傳的時候才想起來突變?而作為一個物種就是靠基因突變--自然選擇--存活且能夠遺傳下去的基因能夠傳得更久,宏觀就表達出物種器官的進退了。。。 自然大勢,浩浩蕩蕩,順之者昌,逆之者亡,苟。。
提到拉馬克用盡廢退指的是上一代的鍛煉增強可以變成基因遺傳下一代,這是錯誤的。自己這一代里當然是越用越強。這問題水平太低了
記得用進廢退不是來描述個體的吧,是來描述種群的,個體的不能算用進廢退
那是因為細胞衰老導致的器官老化,而不是退化。
用進廢退在某些方面不是錯的,比如某些人的腦子。
但是獲得性遺傳絕對是錯的。【用進廢退猜想】比【隨機變異-環境選擇猜想】要正確很多:生物演化是【協同突變】、在這個過程中生物本身與其他物種和環境之間的【主動博弈】起啦很大的作用~~
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