螃蟹已经进化了五次——为什么相同的形式不断出现在自然界中？

查尔斯达尔文相信进化创造了“ 无尽的最美丽的形式”。这是一个很好的观点，但它并不能解释为什么进化会不断产生螃蟹。

长期以来，科学家们一直想知道进化的能力是否有限，或者达尔文的想法是否正确。真相可能介于两者之间。

虽然可能进化的物种数量似乎没有上限，但这些物种可以进化成多少种基本形式可能存在限制。类蟹生物的进化可能就是最好的例子之一，因为它们进化的不止一次，至少有五次。

螃蟹属于甲壳类动物，称为十足目——字面意思是“十足”，因为它们有五对步行腿。一些十足类动物，如龙虾和虾，有一个厚实、肌肉发达的腹部，这是我们食用的动物的大部分。龙虾的腹部快速一弹，就可以向后射击并躲避捕食者。

相比之下，螃蟹有一个压缩的腹部，隐藏在扁平但加宽的胸部和外壳下。这使他们能够钻进岩石裂缝中寻求保护。进化不断地找到这个解决方案，因为它在类似的环境下运作良好。

五组“螃蟹”

帝王蟹是从 Anomura 内类似龙虾的祖先进化而来的。图片来源：CSIRO，CC BY

最大的蟹类是Brachyura （真蟹），包括食用蟹和大西洋蓝蟹。他们有一个同样是螃蟹形状的祖先。一些物种已经“向后”进化并再次拉直它们的腹部。另一大类是 Anomura（假蟹），其祖先看起来更像龙虾。

然而，至少有四组 Anomura——海绵蟹、瓷蟹、帝王蟹和澳大利亚大闸蟹——以与真正的螃蟹大致相同的方式独立进化成类蟹形态。和真正的螃蟹一样，它们紧凑的身体更具防御性，并且可以更快地侧身移动。

这意味着“螃蟹”不是一个真正的生物群。它们是十足类动物树中分支的集合，进化成看起来相同。

毛石蟹 (Lomis hirta)。图片来源： Tim Binns / Wikimedia Commons ， CC BY-SA

但螃蟹也不例外。

类似的事情发生在鸟类从有羽毛的恐龙进化而来的过程中。羽毛最初的进化可能是为了绝缘、吸引配偶、保护卵子，也可能是作为捕捉猎物的“网”。数百万年后，羽毛拉长并呈流线型以便飞行。

古生物学家对细节意见不一，但所有现代鸟类（新鸟）都是在大灭绝导致其他恐龙灭绝之后从地栖祖先进化而来的。然而，其他恐龙类群（包括伤齿龙科和驰龙科）也更早地进化出长有羽毛的翅膀和飞行能力。其中一些，如小盗龙，有四个翅膀。

小盗龙有两对翅膀。图片来源： Fred Wierum / Wikimedia Commons

不幸的是，我们无法进行进化实验来观察相同的事情是否不断发生，因为这需要数亿年的时间。但是生命的历史已经为我们做了类似的事情，当密切相关的血统在不同的大陆上进化和多样化时。在许多情况下，这些祖系反复提出相同或几乎相同的问题解决方案。

最好的例子之一是我们自己的群体，即哺乳动物。

有两大类现存哺乳动物。胎盘动物（包括我们）和有袋动物（有袋的哺乳动物，能生出小孩子）。这两个群体在1 亿多年前从同一个共同祖先进化而来，有袋动物主要分布在澳大拉西亚和美洲，而胎盘动物则分布在其他地方。

这种隔离导致了两次几乎独立的“实验”运行，以了解可以用哺乳动物的身体计划做什么。有袋类和胎盘类的鼹鼠、老鼠、食蚁兽、滑翔机和猫。甚至还有袋狼（袋狼，于 1936 年灭绝），其头骨和牙齿与胎盘狼的相匹配，细节惊人。

有袋类袋狼（左）和胎盘狼（右）的头骨表现出惊人的趋同性，尽管它们在不同的大陆上演化不同。

独立进化的不仅是身体形态，还有器官和其他结构。人类拥有复杂的相机眼睛，带有晶状体、虹膜和视网膜。鱿鱼和章鱼是软体动物，与蜗牛和蛤蜊的亲缘关系更近，它们也进化出了具有相同组件的照相机眼睛。

更普遍地说，眼睛在不同的动物群体中可能已经独立进化了多达40 次。即使是没有大脑的箱形水母，其四只触手的底部也有带晶状体的眼睛。

我们看得越多，发现的就越多。颌骨、牙齿、耳朵、鳍、腿和翅膀等结构在整个动物生命树中都在独立进化。

最近，科学家们发现趋同也发生在分子水平上。眼睛中的视蛋白分子将光子转化为化学能，使人类能够看到，与箱形水母中的视蛋白分子非常相似，并且以这种方式平行进化。更奇怪的是，像鲸鱼和蝙蝠这样不同的动物在使它们能够回声定位的基因上具有惊人的趋同性。

许多我们喜欢认为使人类与众不同的东西已经被其他地方的进化所重塑。像乌鸦和乌鸦这样的鸦科动物具有解决问题的智慧，并且与猫头鹰一样可以使用简单的工具。

鲸鱼和海豚具有复杂的社会结构，它们的大脑袋使它们能够发展出语言。海豚在多石海底觅食时，会使用海绵等工具遮住鼻子。章鱼也使用工具并通过观察其他章鱼的情况来学习。

章鱼 marginatus 隐藏在东帝汶的两个贝壳之间。图片来源：尼克霍布古德， CC BY

如果地球上的事物继续以类似的方式进化，那么如果生命在宇宙的其他地方进化，它们也有可能遵循相关的过程。这可能意味着外星人看起来比我们想象的更不陌生，更熟悉。

本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。阅读原文。