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派大星其实就是个“头”?海星的身体设计有多离谱

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一只海星身上,藏着多少反直觉的身体设计

海星有太多奇葩的特点了,例如它浑身上下只有头,别的什么都没有。它看起来无比对称,骨子里却是个把右半边牺牲掉的"超级左撇子"。而且它没有大脑、用海水当血、把胃吐出来吃饭、把眼睛长在脚尖上——每一条单拎出来都够写一篇奇谈。

"派大星,我们去抓水母!"——这句台词几乎是《海绵宝宝》的通关密码。比奇堡的清晨,一块会说话的海绵拉着一只粉色海星,兜着网跑向水母田,一网没兜好就被电得骨头都露出来、灵魂出窍。

画面很欢乐。但如果你把镜头对准那只总是憨憨发呆的派大星,会发现动画师埋了一个相当巧妙的设计:海星有五个角,派大星就一个角当头、两个角当手、两个角当脚,站得笔直,看起来无比合理。

可只要你多问一句,麻烦就来了:真实的海星,头到底在哪里?

这个问题听上去像脑筋急转弯,答案却牵出了一连串近乎离谱的身体设计。海星属于棘皮动物——和海胆、海参、海百合是一家——它的嘴长在身体正中央的底面,贴着地。

按派大星的逻辑,某个角是头;按我们看它趴在地上的直觉,也许贴地那面是头。但一篇很新的研究给出的答案,比任何一种猜测都更颠覆:这只海星,从头到尾,浑身上下,只有头

一场基因侦探游戏,破案结论是"全身都是头"

2023 年发表在《自然》上的一项研究,专门去追查海星的头长在哪。破案的思路,对做过发育遗传学的人不陌生:动物在胚胎发育时会建立"体轴",其中有一条"前后轴"。

以人类为例,就是从头到躯干、到腰、再到脚的这条线。沿着这条线,不同的基因会以浓度梯度的方式分布——有的在头这端表达得高、往脚那端逐渐变低;换一批基因,可能就是脚那端高、头那端低。身体正是靠这一套此消彼长的基因梯度,来标定"哪里是头、哪里是尾"。

研究者把这套在脊椎动物身上负责标定体轴的基因,一个个拿到海星体内去检测,看它们在什么位置表达。动手之前,他们在论文里列了一堆假设,个个都很有画面感。


也许和派大星一样,一个角是头、另外几个角是脚,从头到脚排开;也许中间是头、五个角向外发散;也许反过来,五个角尖是头、向中心收拢;甚至可能五个角各管各的,这个角是头、那个角是腰、另一个角是脚。

还有一个尤其神奇的假设叫"堆叠"(stacking)——把海星横着切,靠上的一层是头、靠下的一层是脚,前后轴像千层饼一样竖着叠起来。

真实结果呢?和上面所有假设都不一样。那些在我们身上负责标定"躯干"和"脚"的基因,在海星体内几乎完全不表达;海星全身表达的,只有对应"头部"的那批基因。

换句话说,海星、海胆这些棘皮动物,整个身体就是一颗头,别的什么都没有。

研究者用深蓝和青色标记偏头部的基因、用黄色和橙色标记偏躯干和尾端的基因,于是那些海星、海参、海胆、海百合的染色图,通篇是蓝、青、绿——几乎找不到一块黄色。他们把标本切成许多薄片做单细胞测序,又给整只海星做透明化处理后做全身荧光染色,图做得极漂亮。


最有说服力的一笔是:那个在人类和果蝇身上都赫赫有名、专门决定体轴发育的经典 Hox 基因家族,在海星体内完全不表达——因为海星根本不需要躯干,它没有那"一节一节"的身子,有且只有头。

超级左撇子:五个角为什么全长在左边

既然全身是头,那"五个角"又是从哪冒出来的?五这个数字,是什么神秘的宇宙密码吗?其实不是。

古生物学研究发现,早在寒武纪、大约四五亿年前,海星和海胆的祖先原本是一类两侧对称的动物——和我们一样,有左右、有前后。此后它们先演化出三辐对称,一路走到今天,才定型成我们熟悉的五辐对称。

真正让人跌破眼镜的,是这个转变在发育中怎么发生。如果你去看海星、尤其是研究得更透彻的海胆的胚胎发育,会看到一个极度偏心的过程:胚胎会最先出现一次强烈的"左侧偏侧化",靠左边那一侧突然发生明显的隆起,然后这块隆起裂成五段,而与此同时,右边那一侧则极度萎缩、几乎消失。

把这两件事拼在一起,结论堪称魔幻:我们眼中这只五角对称、看似最讲究平衡的动物,本质上是一个超级左撇子。 它那五个角,全都是从身体的左半边长出来的;右半边则被发育过程无情地牺牲掉了。

一只表面上无比对称的海星,骨子里却是彻底的偏科生。看完这些,你很难不去想象:在派大星的世界里,一个"整只都是左脑袋、还裂成五瓣"的生物,它眼中的三维空间到底长什么样?这大概是《海绵宝宝》原作者也没设想过的哲学题。

没有大脑,但也谈不上"低等"

聊到头,就绕不开头里最金贵的器官——脑。《海绵宝宝》里有个经典桥段:派大星要把脑子取出来,方法是摘下眼镜、打个喷嚏,一粒像黄豆、像米粒那么大的小东西"啪"地从眼眶里蹦了出来——那就是它全部的脑子。

而这个夸张的设定,恰恰意外地贴合真实:海星根本没有大脑。 它拥有的只是一张神经网络,没有一个坐镇中央、统一发号施令的中枢神经系统。整只海星,是一个高度分布式的存在。

有意思的是,很多人会顺理成章地觉得:这么"简单"、连脑子都没有的家伙,一定是低等动物吧?可现实偏偏拧着来。


如果以人作为参照系,从海绵、到水母、再到海星这条线看过去,棘皮动物其实是这几位里离脊椎动物、也就是离我们最近的一支;反倒是不少看起来更"高级"、神经系统发达得多的动物(比如章鱼),在这套亲缘关系里离我们更远。看起来最蠢的,结果是血缘上离你最亲的。

这里其实藏着一个古老的思维陷阱——亚里士多德式的"自然阶梯"谬误:把万物排成一条从低到高、从原始到高等的梯子,人类稳稳站在顶端。可你凭什么说海星"低等"?严谨地讲,我们至多只能说它离人类更近一点。

但"离人近"不等于"高等","离人远"也不等于"落后"。从演化的时间尺度上看,海星和人类是从同一个共同祖先、从最初那颗单细胞一路走到今天的,走的是一样长的路、花的是一样多的时间

在演化这件事上,大家是平等的。你没法说谁更原始、谁更高级,只能说每一种生物都恰好更适应它当下所生存的那个环境——这才是更符合生物学的说法。海星不是没进化好的人类,它是把"当好一只海星"这件事,做到了极致。

用海水当血,把胃吐出来吃饭

"全身是头"已经够炸裂了,但海星的怪,才刚开了个头。第一件反常识的事:它没有血液循环系统。 在你我体内奔流不息、输送氧气和养分的血液,在海星身上完全缺席;撑起它全身运转的液体,是海水。

它的做法是这样的:体表有一个开口,海水从这里灌进体内的一套管道系统,再被输送到五条腕足的各个角落。海星腕足底面那一排排像小吸盘一样的结构(管足),靠的正是海水提供的压力来实现吸附。

于是海星捕食就成了一场慢动作的力量表演:它慢慢爬到一只贝壳身上,用海水撑起的吸力死死扒住两片壳,然后凭着惊人的力气,一点一点把贝壳硬生生掰开——纯粹的大力出奇迹。整个过程不靠血液、不靠肌腱的巧劲,全靠海水这套"水压系统"驱动。


麻烦在于,壳撬开了,怎么吃?别忘了它的嘴长在身体正中央的底面。腕足撑在贝壳外围、猎物缩在壳最里头,这张嘴根本够不着食物。

于是海星祭出了它最抽象的一招:把整个胃从嘴里吐出来。 它让胃翻出体外,直接罩住猎物,就地分泌消化酶,把食物在体外消化成糊,再连着这坨胃一起重新吞回肚里。

第一次看到这个画面的人,多半会以为海星是吐了——一层白色的薄膜从身体中央缓缓翻涌出来,换个角度看甚至有点克苏鲁的味道。但这不是失态,这是它精心演化出的一套体外消化流程:先把厨房搬到食物身上,做好了再打包带走。

眼睛,长在五个脚尖上

最后一个问题,可能是最反直觉的:既然它全身都是头,那眼睛又在哪儿?

直觉会告诉你,海星大概根本没有眼睛,也不需要眼睛。但如果它真有,你猜会长在哪?答案是——五个角的末端,每一个角尖上,都藏着一个被称为"眼点"的结构。

2014 年有一项针对一种蓝色海星运动方式的研究,正好验证了它的作用。当五个角尖的眼点都完好无损时,这只海星能够朝着两米以内一个固定方向的目标(比如食物)定向移动,走得笔直、有的放矢。

可一旦研究者相当残忍地把它五个角尖的眼点全部剪掉,海星立刻就迷失了——开始漫无目的地随机乱走,因为它彻底找不着方向了。

需要说明的是,这套视觉相当简陋。眼点只是由一小团比较简单的细胞聚在一起构成的"眼睛",视力很差、分辨率很低,而且是色盲。它没法看清世界的模样,只能勉强分辨近距离的一些物体,再据此做出一点点简单的方向选择。但对一只趴在海底、慢吞吞讨生活的海星来说,这已经够用了。

一个自然的追问是:五个角尖各自采集到的信号,最后是怎么整合到一起、拧成一个方向的?毕竟它连个大脑都没有。答案还是那张神经网络。

海星虽然没有中枢,却拥有数量可观的神经细胞,织成一张相当复杂的网。作为对比,海绵动物单个个体的神经元可能屈指可数——几个、十几个、几十个,勉强连成一张薄薄的网;而海星的神经网络要比这发达得多,只是始终没能长出一个像大脑那样统一指挥的中枢罢了。五个眼点各说各话,最终却能在这张分布式的网里,达成一个"往哪走"的共识。

谁又比谁更高级呢?

一块海绵拉着一只海星去抓水母,动画片里这只是句欢乐的口号。可当你真的蹲下来端详那只粉色的派大星,会发现它的每一处设计都在温柔地拆解我们的直觉。

它没有脸,因为它浑身都是头;它对称,却是个把右半边牺牲掉的超级左撇子;它没有大脑、用海水当血、把胃吐出来吃饭、把眼睛长在脚尖上——每一条单拎出来都够写一篇奇谈。

但海星真正想提醒我们的,也许不是这些猎奇的冷知识,而是那句被亚里士多德的"自然阶梯"耽误了两千多年的话:地球上没有高等生物和低等生物,只有各自走了同样长的路、各自活成了自己模样的生物。

下次再有人说海星"最蠢最原始",你大可以反问一句——它可是和你一样,也走了整整五亿年才走到今天。

那么问题来了:你此刻脑海里冒出的第一个"离谱设计",是全身都是头,还是把胃吐出来吃饭?评论区聊聊,你觉得哪一条最颠覆认知?


(本期内容原创,由AI辅助排版与润色)

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