[蜘蛛篇]蜘蛛为什么有八条腿?

by 林溪|D-Horse

在自然界中,我们能观察到的大部分“虫子”,无论是天上飘的、地上蹦的还是水里窜的,都是六条腿,它们基本上都能归属于六足亚门。从机械结构稳定性,或者说一个机器人专家的角度来看,六条腿也确实是完美之选(比如不久前刚刚开始火星探索之旅的“好奇号”)。但是不属于昆虫纲也不属于六足亚门的蜘蛛为什么是八条腿呢?

虚拟模型:好奇号(curiosity)火星探测器登陆(图像来源:space.com

这个问题看起来似乎有些蛋疼,但还是有科学家对它进行了认真的研究。2011年6月2号,美国国家地理网站发表了一篇名为《蜘蛛演化出了多余的腿》(Spiders Evolved Spare Legs 的文章(在我的iFrei.cn这个域名还在使用的时候,曾经对这篇文章进行过全文翻译)。我并不喜欢这篇文章的标题,因为它暗示了早已被摒弃的拉马克学说的正确性。事实上,生物不可能自主选择自己的演化方向,换句话说,生物不可能为了某种“多余性”而演化。也许我们确实能看到某些生物身上存在一些多余的器官,比如我们人类的智齿、阑尾等,但它们都是自然选择的结果,并非我们人类自身愿望的结果。从逻辑上来说,这种多余性体现的是一种从有到无的演化过程,而并非从无到有。或者可以这样定义生物学意义上的“多余性”:如果一种组织或器官出现在生物个体上,并使该个体的适应度降低,那么就可以说这个组织或器官相对于该种生物是多余的。蜘蛛的演化史约为4亿年,目前已知的最古老的蜘蛛化石被保存在一块距今已有1.4亿年的琥珀之中。与现存的蜘蛛一样,它也有八条腿。如此看来,“蜘蛛演化出了多余的腿”这个结论是不成立的。

需要注意的是,这个结论是这篇文章给出的,并非由原论文作者给出。另外这篇文章中除了标题,其实并没有谈到任何关于演化论的观点。前一阵我又想到这个问题,特意又去查了原论文。原论文标题为《腿的丧失:这对于圆蛛而言是否是一种障碍?》(Loss of legs: is it or not a handicap for an orb-weaving spider?),发表在2011年11月7日的《自然科学》(Naturwissenschaften)杂志上,作者为斯特拉斯堡大学的Alain Pasquet, Mylène Anotaux和南锡大学的Raymond Leborgne.因为下载不到这篇论文,我只能从摘要中对这篇论文有个大概的了解。研究者的研究对象是一种叫做丽楚蛛(Zygiella x-notata)的圆蛛。在野生环境下,根据种类的不同,成年蜘蛛的失腿率大致在5%到40%之间,而成年雌性丽楚蛛的失腿率在9.5%到13%之间,其中48%都是只缺失一条腿。在实验室条件下,研究者对比了缺腿蜘蛛和完整蜘蛛的捕食效率、产卵量和寿命,结果显示无任何差别。

雌性丽楚蛛(Zygiella x-notata)(图像来源:eurospiders.com

因为看不到更多结论性的文字,我也不好对这篇论文作出自己的评判。但唯一能肯定的是,蜘蛛并没有哪条腿是多余的。但是“蜘蛛为什么有八条腿”这个问题似乎还是没有得到解答。其实在这个问题上我更赞同华盛顿州立大学副教授Pat Carter的回答:Not everything has a reason.这个回答看起来好像有点儿耍流氓的意味,但其实这是在用一种新的演化论思想(其实已经有40多年了)来看问题,这就是演化论中的中性学说。

,又被称为“马蹄蟹”,它的演化史超过5亿年,至今仍保持原始的容貌,被称为“活化石”(但也有最新证据表明鲎并非活化石——2012.09.14补充)。但其实它跟螃蟹一点儿关系都没有,却是蜘蛛的远房亲戚。如果我们仔细观察鲎的话,就会发现它有四对步足,一对鳌肢和一对须肢,这也是肢口纲动物的主要特征之一。而蛛形纲动物也具有此特征,只是鳌肢和须肢变得更加细小。

鲎(图像来源:bumblebee.org

所以这就是“蜘蛛为什么有八条腿”的答案——系统发育惯性(Phylogenetic inertia),如果祖先的性状不需要改变,那么后代就保留它。也许很多人还会试图去用演化论中的“适应性”思想来思考问题,比如蜘蛛有八条腿是不是就比有六条腿的蜘蛛适应性更强?事实上很可能不是。很多生物性状都能从适应性上寻求答案,但有一些就不能,蜘蛛的八条腿就是其中之一。八条腿既不能增强蜘蛛的适应性,也不能降低它们的适应性,但它就这样发生了——这就是演化论中的中性学说思想。如果让地球30亿年的演化史重新来一遍,现在的蜘蛛会不会只有6条腿或者变成10条腿呢——这也正是Jerry Coyne教授(《为什么要相信达尔文》Why evolution is true一书的作者)提到的演化论三大未解之谜之一:Was the course of evolution inevitable?也许以后有时间会再写写相关的内容。

综合上一篇,已经写了两篇关于蜘蛛腿研究的文章。在暂时结束这个系列之前,最后附送@fall_ark 汉化的另一篇关于蜘蛛腿的无节操小文~