撰文：卡尔·齐默 CARL ZIMMER

　　摄影：罗伯特·克拉特 ROBERT CLARK

　　插画：邢立达

　　翻译：王晓波

　　我们中的绝大多数人只怕永远没机会亲眼一见那些最伟大的生命奇观。比如，我们无缘观赏巨型鱿鱼像篮球一样大的眼睛；独角鲸犹如长枪般的大牙呢？至多也就能在照片里仰慕一下吧。但有一样自然奇观，是我们只要举步出门，就几乎人人有份得见的，那就是利用羽毛来飞翔的恐龙。

　　鸟类太常见了——就算在最没生机的写字楼区也一样——以至于我们很容易把它们恐龙血裔的身份和用来飞行的精巧羽毛视为理所当然。为了抵住扑面而来的风力，飞羽有着不对称的形状，前缘窄而坚挺，后缘长而柔韧。要创造出升力，鸟儿只需倾斜翅膀，调节翼面上下的空气流速即可。

　　飞机的机翼用到了一些同样的空气动力学窍门，但世上任何用钢板和铆钉拼装起来的东西与鸟类的羽翼相比，都完全望尘莫及。羽毛的构造是：从一根中央羽干伸出一系列纤细的羽枝，每一根羽枝又伸出若干更细的羽小枝(就像大树枝分叉)，而后者上面排布着微小的钩子。相邻的羽小枝相互钩连，就形成一种名副其实轻如鸿毛、却具有相当强度的网状结构。当鸟儿梳理羽毛的时候，羽枝之间会毫不费力地分离开来，又复位咬合。

　这种美妙机制的起源是生物进化中最经久难解的谜题之一。1861年，达尔文发表《物种起源》后不过两年，德国的采石场工人挖出了一种有乌鸦般大的精美鸟类化石。它被冠以“始祖鸟”之名，生存年代约在1.5亿年前。它拥有现代鸟类的羽毛和其他特征，但也保留着爬行动物祖先的痕迹，比如口中的牙齿，翼端的爪趾，还有一条长长的尾骨。始祖鸟就像有脚的古鲸化石一样，似乎捕捉到进化变形过程中的关键一刻。“这对我来说是件喜事。”达尔文跟一个朋友坦承道。

　　假如当时古生物学家们发现的是一种更古老、长有更原始的羽毛的生物，那就是大喜事了——可惜他们在其后150年里基本徒劳无功。与此同时，其他科学家试图通过研究与鸟类亲缘最近的现代爬行动物的鳞甲，来揭示羽毛的起源。鳞片和羽毛都是扁平的，也许是鸟类祖先的鳞片在世代传承中逐渐伸展，后来其边缘磨损劈裂，变成了最早期的羽毛。

　　　如果认为这种转变是为了适应飞行，也能说得通。假设鸟类的祖先是体型纤小、身披鳞甲的四足爬行动物，生活在森林的树冠中，在树木间跳跃穿行。如果鳞片生得更长，就能获得更大的升力，从而滑翔得越来越远。后来，当它们能够向上、向下飞的时候，前肢也就演变成了翅膀。简而言之，羽毛的进化是伴随着飞翔的进化发生的。

上世纪70年代，美国耶鲁大学的古生物学家约翰· 奥斯特罗姆指出了鸟类与陆生的兽脚类恐龙(大名鼎鼎的霸王龙、迅猛龙即属此类)在骨骼结构上的显著相似性后，这种“羽毛进化导致飞翔”的观念开始瓦解。奥斯特罗姆认为，鸟类显然是兽脚类恐龙的现存血裔。然而，许多已知的兽脚类恐龙都有着粗大的后腿、短小的前肢，还有强健的长尾，实在很难相信是在树木间跳跃的动物所拥有的体格。

　　1996年，中国的古生物学家为奥斯特罗姆的假说拿出了惊人的证据。那是一副矮小、前肢短、来自1.25亿年前的兽脚类化石，被命名为“中华龙鸟”。它有一个非同寻常的特征：背部和尾巴上覆盖着一层稀疏的空心毛丝。真正的原始羽毛证据终于面世了，却是来自一头在地上跑的兽脚类恐龙。简而言之，羽毛的起源可能跟飞翔的出现全无关系。

　　古生物学家们很快找到了数以百计长着羽毛的兽脚类恐龙。有了这么多化石可以用于比较研究，他们便开始拼合更为详细的羽毛进化史。最初出现的是简单的毛丝。过了些年，不同世系的兽脚类成员演化出多种多样的羽毛，有的类似今日鸟类的内层绒毛，还有的长出了对称排布的羽枝；另一些恐龙身披又长又硬的条形羽毛或者加宽的毛丝，与任何现存鸟类的羽毛都不同。

　　兽脚类恐龙身上长而中空的毛丝带着一个谜团。如果它们就是早期的羽毛，那又是怎么从扁平的鳞片进化出来的呢？幸运的是，如今仍有身披丝状羽毛的兽脚类存活：幼鸟。一只发育中的小鸟身上所有的羽毛，最初都只是从皮肤长出来的一根根刚毛，后来才分叉变成更复杂的形状。在鸟类的胚胎中，这些刚毛发自于皮肤细胞组成的若干小片，名为“基板”。基板顶部的一圈快速生长的细胞逐步垒成圆筒状结构，便成为刚毛。

　　　　爬行动物也有基板，但在它们的胚胎里，每一个基板都激活特定的基因，只让基板后缘的细胞增殖，最终形成鳞片。上世纪90年代末，耶鲁大学的理查德· 普拉姆等人提出一种理论，认为从鳞片到羽毛的转变所依赖的可能只是基板内一个简单的基因指令开关。指挥基板细胞纵向而非横向生长，便可生成羽毛。换句话说，羽毛是以与鳞片相同的基因构建成的全新产物。一旦最早的毛丝进化出来，也许只需再加以些微改动就能产生越来越精致的羽毛。

　　直到近年，科学家们还普遍认为羽毛首先出现于兽脚类世系的某个早期成员身上，后来这种恐龙演变成了鸟类。然而在2009年，中国科学家宣布发现了一种背上长有刚毛的古生物——“天宇龙”，它在恐龙家族中属鸟臀目，与兽脚类的亲缘关系极远。于是出现了一种令人惊异的可能性：也许恐龙的祖先早已有了状如毛发的原始羽毛，只是有些恐龙物种在后来的演化中把它丢掉了。如果能确证有些翼龙化石——翼龙并非恐龙家族的成员——身上的“绒毛”也是原始羽毛的话，就能把羽毛的起源回溯到更远，因为这些会飞的爬行动物与恐龙共有一位更加古老的先祖。

　　还有一种更加令人诧异的可能。与鸟类、恐龙和翼龙家族亲缘最近的现存动物是短吻鳄。尽管这些身披重甲的怪物如今显然一根毛都没有，但它们体内有与鸟类一样的羽毛构建基因，这说明其2.5亿年前(鸟、鳄世系分化以前)的祖先也许曾长有羽毛。所以有些科学家说，该问的问题不是鸟类如何获得羽毛，而是短吻鳄如何失去羽毛。

　　如果羽毛最初演化出来不是为了飞翔，那么它们又能为动物提供什么其他的好处呢？有些古生物学家称，羽毛最初可能是被当做保暖层的。有些出土的兽脚类恐龙化石前肢伸开，掩住下面的巢，它们也许曾用臂上的羽毛来呵护子女。

　　还有一种假说在近几年影响渐趋强大：羽毛最初进化出来是为了炫耀。今日鸟类的羽毛有着极为繁多的色彩和图案，可谓争奇斗艳。在有些情况下，它们的美丽起着吸引异性的作用。雄孔雀绚丽的尾羽就是如此。2009年，科学家们开始对兽脚类恐龙羽毛的结构进行更细致的研究，令这种假说得到了有力支持。他们在羽毛化石中发现了名为“黑素体”的微小囊状构造，其形状与现存鸟类羽毛中生成各种特定颜色的构造能够完美地对应起来。这些黑素体保存得极为完好，竟可以帮助科学家重构出恐龙羽毛的色彩。比如中华龙鸟的尾羽看似有着红色和白色的条纹。也许这个物种的雄性会在向雌性示爱时显摆自己漂亮的尾巴，又或许雌雄两性都以与斑马相同的方式利用条纹：识别同类、迷惑天敌。

　　无论羽毛的原初功能是什么，在某一支恐龙世系开始用它们来飞翔之前，可能已经历过数以亿计的年头。古生物学家目前正在研究兽脚类中与鸟类亲缘最近的物种，以寻找这种转变发生的线索。其中最能说明问题的线索是近期发现的“赫氏近鸟龙”，来自1.5亿年前，体型和鸡差不多大，前肢上生有黑、白两色羽毛，头上顶着艳丽的红冠。从结构上来看，赫氏近鸟龙的羽毛与鸟类的飞羽近乎完全相同，只有一点：前者的形状是对称的。由于没有窄而硬的前缘，这种羽毛也许达不到飞翔所需的强度。

　　在强度上的缺陷，它们便用数量来补足。赫氏近鸟龙有着过于茂盛的羽毛，从前肢、后肢甚至脚趾上生长出来。很可能是性选择压力驱使它们进化出富丽的衣装，正如今日的孔雀尾羽，而有碍行动的代价亦与后者一样。

　　科尔文· 沙利文与在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的同事一起，已找到了赫氏近鸟龙对行动不便问题的可能的解决之道。在与现存鸟类亲缘很近的兽脚类恐龙体内，有一块独特的楔形腕骨，使它们的前掌可以弯曲。赫氏近鸟龙的腕骨即属此类，因而它能将前肢折叠于体侧，这样在走路的时候两臂的羽毛便不致拖地。现代鸟类有一块类似的骨头，用来完成在向上飞时翅膀并向身体的动作。

　　如果沙利文和他的同事猜想正确，那么这个对于飞翔不可或缺的特征早在鸟类学会飞之前就进化出来了。这是一个进化生物学中所谓“联适应”的例子：借用一个旧的身体部件来行使一种新的功能。现在看来，鸟类的飞翔能力是在上亿年里利用了一连串的联适应，才逐渐成为可能的。

　　至于最后一步转变是如何发生的，至今仍是个火热的议题。有的科学家认为长着羽毛的恐龙进化出飞翔能力时，是一边跑一边拍打前肢，从地面上起飞的。另一些人反驳这种观点，指出赫氏近鸟龙及其他鸟类近亲的“后肢羽翼”会在奔跑时显得极为笨拙。这一派研究者重新采用了早期的假说，即鸟类始祖用羽毛来帮助自己从树上跳跃、滑翔，最终实现飞行。

　　飞翔的肇始必须只是从地面起飞，或从树上跳落吗——为什么不能是两者皆有呢？美国研究者肯· 代尔指出，飞翔并不是在二维世界中进化出来的，很多物种的幼鸟在逃避捕食者时会跑上陡峭的坡面(比如树干或山壁)，它们会拍打未长成的翅膀来获得立足所需的摩擦力。但它们终究还得回到低处，这种拍打动作也有助于在下降时稳定身体。随着幼鸟成熟，控制平衡的下降行动便让位于以翅膀驱动的飞翔。代尔说，幼鸟振翼的成长过程，也许正反映了它们的祖先在进化中所取的路线——用翅膀辅助行动，直到展翅高飞。

　　如今种类占据绝对优势的节肢动物是如何由软体的蠕虫演化而来呢？中国科学家的最新研究表明，他们发现的一种5亿多年前的叶足动物——“仙掌滇虫”可在海底行走，属于首次发现的具有“节肢”的虫子，从而有望揭开节肢动物的起源之谜。

　　这一成果公布在2月24日出版的英国《自然》杂志上。以封面论文形式发表的《中国发现具有“节肢”的早寒武世叶足动物》，是由西北大学早期生命研究所青年教师刘建妮博士等人在早期动物起源演化研究上的又一突破性成果。

　　著名古生物学家、西北大学教授舒德干说，具有“节肢”的虫子——“仙掌滇虫”尚未演化出头部，躯干也是柔软的，分节不明显，但其众多的“脚”已出现分节。它展示了软体虫子向硬体动物过渡的明显过程，可谓找到了节肢动物的直系始祖，从而首次揭示了“原口动物亚界”中最令学术界困惑的起源谜团，即节肢动物门的起源与早期演化难题。

　　节肢动物门是现生动物中分异最大、属种数量最多的一个动物门：她所拥有的物种数比地球上其余30多个动物门的物种总和的4倍还要多。于是，这个在地球生态系统中扮演着极其重要角色的门类的起源，一直是众多进化生物学家最为关注的科学命题。

　　节肢动物门主要包括昆虫类、蛛形类、甲壳类和已经绝灭了的三叶虫类。尽管其形态极其多样，但身体主要由头部、分节的躯干和分节的附肢三个基本单元构成。现在，生物学家和古生物学家已经取得共识，节肢动物门最初应该是由某一类无头、躯干不明显分节、附肢也不分节的称作“叶足动物”的古老蠕虫进化而来的。然而，学者们仍不清楚的是，到底是哪一类叶足动物首先迈出了通向节肢动物演化坦途的第一步？这“第一步”到底是先形成了头部，还是先着手躯干分节，或者先从附肢分节起步？人们都在期待远古化石能给出明确答案。

　　6年前，刘建妮、舒德干等人发现了一种最先出现成对眼睛、因而开始头化，但其躯干和叶状附肢皆未分节的“神奇罗哩山虫”。尽管这一重要发现可能代表了节肢动物与叶足动物之间的某种中间类型，但它只不过是一个旁支，走进了演化的死胡同。于是，现代生物学家依据生命演化中常见的“先主体，后附件”的现象推测，叶足动物门向节肢动物门进化的顺序很可能是“先躯干节化，后附肢节化”。

　　如今，本文报道的从云南澄江化石库中发现的叫做“仙掌滇虫”(因其外形酷似云南具刺的仙人掌而得名)的叶足动物化石颠覆了这一猜测，因为该奇特叶足动物虽然没有明确的头，其躯干也没有明显分节，然而其附肢的骨化分节却与节肢动物几无差异。无疑，这种能在远古海底行走的动物“仙人掌”，应该代表着由古老叶足动物向节肢动物过渡的一种关键的珍稀缺失环节。直白地说，它就是一种学界期待已久的曾经淹没在远古历史尘埃中节肢动物始祖。

　　西北大学早期生命研究所所长舒德干教授告诉记者，这一发现提供了节肢动物始祖最初创新“节肢”的真实证据。节肢动物自从拥有了分节附肢，便恰如虎添翼，它们有的跑得更快了，有的跳得更高了，行动更灵巧了，有的甚至还学会将分节附肢改造成极为有效的捕食工具或性选择的得力帮手。从此，这类个头本不十分起眼的族群便在形形色色的生存斗争中获得了极大的优势，一直受到自然选择的偏爱，海陆空三军全面蓬勃发展，终于成为地球上无处不在的真正王者。(许祖华 冯国)

　　台湾“中研院”22日发表研究成果，找出细胞自噬体形成分子机转，将有助日后治疗细胞自噬失调相关疾病药物开发。

     台“中研院”生物化学研究团队最近找出细胞自噬体形成分子机转，发现一种名为“肌凝蛋白-II”的分子蛋白扮演关键角色。“中研院”表示，此新发现将有助日后治疗细胞自噬失调相关疾病的药物开发。

     此研究由生物化学研究所助理研究员陈光超及博士生唐弘文所做，成果已在16日发表于国际重要学术期刊《欧洲分子生物学研究期刊》(EMBO Journal)；这项研究结果也被2月份的“自然分子细胞生物学评论”(Nature Reviews Molecular Cell Biology)选为重点报道。

     “细胞自噬”作用是个体细胞遇到生存压力时，会自行发展出包膜吞食或分解入侵的物质，以保全其他正常 细胞的自我保护机制。近年来科学家发现，细胞自噬作用与生物发育以及许多人类疾病，例如肿瘤、感染与免疫、心血管疾病、肌肉病变及神经退化性疾病密切相 关，但是仍不清楚自噬作用的分子机制。

     据了解，陈光超以果蝇和人类细胞为研究对象，探讨细胞中“Atg1蛋白质激脢”和“细胞骨架肌 动蛋白”调控细胞自噬的机转。研究团队发现“类肌凝蛋白轻链激酶”为“Atg1蛋白质激脢”的受质，当在果蝇或人类细胞中降低此“类肌凝蛋白轻链激酶”或 “肌凝蛋白-II”的表现量时，都会抑制细胞自噬体的形成。

Jorge Galán（图片来源：耶鲁大学）

Robert Koch （图片来源：wikipedia）

6亿年前的“高等生命”化石

迄今最古老的多样的“高等生物”化石

　　地球上最古老的“高等生命”到底是什么样子？人类已知的“高等生命”从什么时期开始演化？中国的科学家的最新发现给出了答案。17日，英国出版的《自然》杂志公布了这一重大发现。
 

　　地球上的生命从无到有、从简单到复杂，经历了一个漫长的进化过程。古生物学家认为，在现今生物圈中，包括我们人类在内的所有肉眼可见的生命，几乎都是多细胞宏体生物，也就是常说的“高等生命”。多细胞宏体生物的出现是地球生命进化史上极为重要的革新事件。
 

　　但是学术界一直认为地球没有早于5.8亿年前的“高等生命”。而袁训来带领的课题组成员在安徽休宁县蓝田镇找到了6亿年以后在海洋50-200水下存在过的“高等生命”证据。这一发现，把“高等生命”起源向前推进了近4000万年。
 

　　蓝田镇位于北纬30°附近，紧邻世界自然风景名胜地黄山。中国科学家在此发现了距今6亿年前的休宁“蓝田植物群”。“蓝田植物群”展现了6亿年前震旦纪时代地球上温暖浅海中早期动物大规模出现前夕的生命景观，是地球早期生命从简单向复杂进化过程中的重要环节。
 

　　17日出刊的《自然》杂志，刊出了袁训来等5位研究员撰写的题为“埃迪卡拉纪早期具形态分异的宏体真核生物组合”的科研论文。这项研究为高等生命的早期演化提供了最古老的化石证据。
 

　　对于中国科学家的此次重大发现，国际早期生命研究专家、加拿大女王大学格·纳波尼教授(Prof. Guy Narbonne)专门撰写了题为“生物此刻已然变大”(When Life Got Big)的评论文章。他指出“蓝田生物群为早期复杂宏体生命的研究打开了一个新窗口”，“它们是地球上迄今最早的宏体生物”。
 

　　袁训来此间接受记者访问时表示，此发现仅仅是个开始。只是将这些不为人知的生物群展示出来。“为什么这些迄今最古老的‘高等生命’要生存在安静的水体中？他们的演变过程是怎样的？许多未解之迷还有待在以后的研究中一一解开”。 (记者 唐娟)