《自然》刊文古生物学家发现夷陵虫，证明两侧对称动物寒武纪前已出现。我们的身体为什么是对称的？对称对演化有什么重要意义？
文/记者 李鹏 编辑/刘昭
新媒体编辑/房永珍
9月4日，《自然》杂志刊发了一项中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的研究成果，他们在三峡地区埃迪卡拉纪（地层又称艾迪卡拉纪、震旦纪，是元古宙最后的一段时期，一般指6.35-5.41亿年前）中发现了一块奇特的虫子化石，它两侧对称的分节形态和最后行迹同时保留，身体呈穗状，科学家将其命名为夷陵虫。
夷陵虫是目前在寒武纪之前发现的唯一的身体分节、具有运动能力，并可以形成连续的遗迹的两侧对称动物。夷陵虫的发现为两侧对称动物身体分节在埃迪卡拉纪的出现提供了直接的化石证据，也为探索该时期众多遗迹化石的造迹者提供了重要证据。
穗状夷陵虫实体（左）、遗迹（右）和化石复原（中）（图片来源 中国科学院南京地质古生物研究所）
对称、分节、运动……这些特征对大多数现代动物来说，几乎已经是"标配"。身体两侧对称和分节现象的产生是动物演化史上极为重要的事件。两侧对称使动物的身体有了明显的背腹、前后和左右之分，动物的运动从不定向趋向定向，神经系统和感觉器官也逐渐集中于身体前端，这些变化促进了动物头部的进化。
这些都无一例外地属于两侧对称动物（图片来自网络）
常见的两侧对称动物有哺乳动物、爬行动物等。既然哺乳动物属于两侧对称动物，人类自然也不例外。例如，我们的眼、手、脚、耳都是成双成对的，鼻子虽然只一个，却又有两个鼻孔并列。
长期以来，很多人迷惑不解的是，包括人类在内，这种两侧对称的身体结构特征是怎么形成的呢？
身体两侧对称和分节现象的产生是动物演化史上极为重要的事件。此前科学家们已经发现，在距今约5.3亿年前"寒武纪生命大爆发"中，出现了大量以三叶虫为代表的具有分节的两侧对称动物。
三叶虫化石标本（图片来自网络）
大家推测在寒武纪之前的埃迪卡拉纪，这些三叶虫应该有更加古老的祖先，但是一直没有找到可靠的化石证据。现在的最新发现则提供了很好的证据支撑。
寒武纪清江生物群面貌概览（图片来源 中国科学院地质与地球物理研究所）
现今地球上，动物界大约有99%的物种都隶属于两侧对称动物，一些进化学家推测，这些两侧对称动物可能起源于一个古老的共同祖先，但由于早期动物化石记录匮乏，长期以来人们对两侧对称动物的起源和进化机制存有较多争议。因此通过对现存古老动物类群基因组比较分析，以重构并推断两侧对称动物祖先的基因组特征，被认为是解决这些争议的关键途径。
大家是否想过一个问题：我们的两条腿，两条胳膊为何总是长得一样长？在正常发育的情况下，他们并不会长得一条长一条短，也从来不会一条腿、一条胳膊长得较快，而另一条则比较缓慢。它们像是约好了一样，总是快慢同步？这内在的机制是什么？
就职于澳大利亚莫纳什大学再生医学研究所的发育生物学家阿尔贝托·罗塞洛-迪兹，其领导的一项关于小鼠胎儿在发育过程中如何保持对称性的研究可以提供一个十分具有价值的参考。通过使胎儿的一侧肢体生长得比另一侧慢，研究人员观察到了细胞之间是如何交流并最终修正这种不对称的。这也是目前为止科学家首次成功地观察到这种现象。
在该项研究中，在经过一年的失败尝试以后，罗塞洛-迪兹及其团队研究人员借用以前开发的、用于修改实验室培养皿中细胞的技术，向小鼠胚胎的左后腿注射了一种可以抑制腿部生长的细胞。他们发现，被抑制组织周围的细胞会向胎盘发送信号，然后胎盘又会向小鼠胚胎的其余部分（包括另一条后腿）发送信号，让它们减缓生长，直到生长受到抑制的肢体赶上进度，这样肢体就恢复了对称性生长。相关研究已经发表在2018年6月的《公共科学图书馆·生物学》上。
发育中的小鼠胚胎
但是直到现在，肢体这种对称性生长的内在机制依旧还有一些问题没有搞清楚。譬如，一旦后增长的肢体达到相同的生长水平，另一个肢体又是怎么知道何时开始再次生长的呢？因此，生物体的这种对称机制还需要持续的探索。
除了两侧对称动物，自然界中还有辐射对称动物这一大类。从生物的进化史我们可以了解到，从真核生物开始生物体的身体对称分两种，一种是两侧对称，另一种是辐射对称，辐射对称的动物外形一般为圆饼状或者水桶状，如珊瑚虫、水母、海星、海葵等。
珊瑚虫是一种海生圆筒状腔肠动物
可能有人会说，我看到的珊瑚明明是下面树枝状的样子呀！
其实，这些不是珊瑚虫，而是珊瑚虫分泌的石灰质骨骼构成的珊瑚。只是珊瑚虫在活着的时候，它们总是与已经形成的珊瑚依存在一起，让很多人对珊瑚虫的样子发生了误会。
呈辐射对称的水母头上总是顶着一把"大伞"，总是让人充满了浪漫的遐想：
同样是辐射对称的海星一般就是下面的样子：
一般而言，辐射对称生物外形扁平，没有左侧右侧的区分，只有上下或者前后，相应地运动能力缺乏或者有较低运动能力，主要是向前后运动，常见的有诸如海葵之类的固着动物，水母等浮动动物，海星等缓慢生物。
就生物的演化而言，两侧对称比辐射对称的动物要高级一些。因为辐射对称动物由外胚层和内胚层发育而来，只有两个胚层。而由两胚层动物演化而来的两侧对称动物则有三个胚层，多了一个中胚层。中胚层是指胚胎发育过程中，处在外胚层和内胚层之间的细胞层，拥有这样身体结构的动物也被称之为三胚层动物。中胚层可以发育为躯体的真皮、肌肉、骨骼及其他结缔组织和循环系统。
两侧对称使动物有了前后、左右、背腹的区别，使其能够更好的适应环境的变化。因此5亿多年以前它们在海洋中出现以后，很快就处于优势地位，并最终导致了寒武纪生命的大爆发。
不管是两侧对称动物，还是辐射对称动物，其对称也都是相对的。德国哲学家莱布尼茨说过:"世上没有两片完全相同的树叶。"这句哲理在自然界也同样适用。
尽管人类的体型看起来是比较对称的，但内脏分布以及大脑分工等并不对称，而是有着具体的功能区分。另外，人体的一些器官左右对称也都是相对的，其往往在大小或者具体形态上会存在一些差异，比如左右脸型、眼睛、鼻孔等，甚至女生左右乳房等都不对称，一般的情况就是一大一小，甚至在位置上左右都有高低之别。在人体内部，就更不对称了。一般我们的心脏在身体左侧，而肝脏位于身体右侧，我们的大脑的左右脑也不是对称分布的，它们都有着不同的功能结构。
人体的内脏呈现出非对称性分布（图片来自网络）
人的大脑看似对称分布，实际左右脑功能不同（图片来自网络）
在其他两侧对称动物中，一些种类可能会因为生活习性导致体型发生一些变化，譬如比目鱼。一般人们所见的鱼，身体也是呈对称状态，在游动的时候，这些鱼受到的阻力也会更小。但是比目鱼的眼睛长在同一边，看起来感觉很别扭。其实比目鱼刚刚孵化出来的时候，和普通的鱼一样，一边一只眼睛，身体也是两侧对称。但是差不多20天后，它们的一只眼睛开始移动，当两只眼睛在同一侧靠近的时候，就不会再移动了。
比目鱼的眼睛为何会出现这样的变化？研究发现，比目鱼的生活习性非常有趣，在水中游动时不像其它鱼类那样脊背向上，而是有眼睛的一侧向上，侧着身子游泳。它常常平卧在海底，在身体上覆盖上一层砂子，只露出两只眼睛以等待猎物和躲避被捕食。这样一来，两只眼睛在一侧的优势就显示出来了，当然这也是动物进化与自然选择的结果，是它们在繁衍的过程中根据环境和生存的需求而随之进行了身体的变化。
比目鱼的眼睛长到了一边
寄居蟹是一种以螺壳为寄体的螃蟹，它自己不打洞，却专门寄居在螺类的壳体里面。寄居蟹除了少数的种类之外，一般是左右躯体不对称的，尾节也常常不对称，它们的两个钳子明显大小不等，这主要是便于寄居在海螺的壳中。
寄居在海螺壳中的寄居蟹
还有一种阴阳蝶很有意思。这种蝴蝶和普通的蝴蝶不一样，翅膀上的花纹并不对称，两侧翅膀形态通常也不相同。这种蝴蝶珍贵又独特，能够产生这种蝴蝶的几率很小，而且它也同时具备雌雄两种特征，所以被称为阴阳蝶。
阴阳蝶
当然，自然界中也依然存在着大量完全不对称的动物，比如海螺就是典型。科学家们考察发现，一般带软体的动物，身体往往都是不对称的，它们的外壳也是呈现螺旋状。
不对称的海螺
除此之外，还有其它一些动物也是不对称的，比如原生动物门的众多动物。它们的主要特征是身体由单个细胞构成，因此也被称为单细胞动物。这类动物多数结构和功能简单，运动能力也弱，主要附着在一定的区域随水流摆动，缺乏自主运动能力。
这些纤毛纲的原生动物都不是对称的
生物进化史的发展表明，地球上自生命出现以后，在漫长的进化历程中从不对称向对称开始演化，也就是完全不对称动物要比对称动物低级，原生动物们的动物群体就是地球上最原始、最简单、最低等的动物。
既然不对称动物要比对称动物低级，那是什么原因推动不对称动物向对称动物进化呢？不少科学家人为，是适者生存的自然法则在起着内在的作用。
比如两侧对称的动物，一些理论认为，因为生命起源于海洋，从动物演化上看,这种体型主要是由于动物从水中漂浮生活进入到水底爬行生活的结果。因为这种体型对动物的进化具有重要意义，其身体背面发展了保护的功能,腹面发展了运动的功能,向前的一端总是首先接触新的外界条件,促进了神经系统和感觉器官越来越向体前端集中,逐渐出现了头部,使得动物由不定向运动变为定向运动,感应更为准确、迅速而有效,所适应的活动范围更广泛，同时两侧对称不仅适于游泳,还适于爬行。
而两侧对称动物只有掌握了水中爬行的技巧，才有可能进化到陆地上爬行。因此很多古生物学家认为，两侧对称是动物从水生发展到陆生的重要条件。
也有研究人员认为，在地表上生存的生物，它的对称性还来自于空间的均匀性，如果一个生物体生的不对称的话，那么它很有可能在重力的作用下不能维持平衡。其实我们见到的植物，绝大多数的茎干都是圆形的或者其他对称形状，也是这样的道理。
在某种程度上，动物的对称性也是自然界中生物演化发展的结果。对称性使得生物的适应性和活动性更好，更利于主动地寻找更有利的生活环境，以便在自然界生存繁衍。
参考文献：
1玛雅·米勒（Maya Miller）.为什么我们的身体是对称的？环球科学（企鹅号）https://new.qq.com/omn/20181024/20181024A1PNEI.html
2、刘凌云、郑光美主编《普通动物学》(第三版),主编. 高等教育出版社，2003年 10
3、粱祖霞.有趣的动物对称性[J]. 大科技.1998年05期
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报 | 科学加客户端
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