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为何章鱼没有先于人类进化成智慧生物? 第1页

  

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头足类很难演化成高智慧生物。它们特殊的生理和生物化学特征让他们在与脊椎动物的竞争中处于劣势进而演化出不利于高智慧产生的特征,例如短寿命,缺乏代际交流和个体偏小等。

头足类使用喷水推进来游泳。喷水虽然很,但效率比起鱼类来说过低。鱼类通过让水向后加速来获得前进的动力,在水中波动的鱼可以以较低的速度时将大量水向后推,而喷水推进只能让外套腔中被吸入的水加速。为了获得相等的动量,头足类必须把水加速到更高的速度。在这种加速过程中,投入的大部分能量并没有以动量的形式恢复。



喷水运动是不连续的。尽管鱿鱼喷出水流的速度是鱼类推水速度的10倍以上,同时具有良好的流线型和大量增加弹性的胶原蛋白,它们的持续游泳速度也只有鱼类的一半,效率也只有鱼类的的三分之一(Alexander 1977)。因此,有些半底栖的乌贼经常用鳍游泳,而所有的乌贼都在一定程度上利用鳍来悬停和机动;然而,鱿鱼在任何速度下都依赖于喷水系统,没有它甚至不能悬停(O’dor和Balch 1985)。


然而,在个体较小的情况下,喷气推进比波动游泳更有效。即使是最小的鱿鱼幼仔(150 pg,总长度2毫米)在逃生过程中也可以达到15厘米每秒的速度(O' dor等人,1985年),这是鱼类不可想象的;

喷水推进对“小个体”的选择压力可能是推动头足类速生速死演化的一个主要因素。这局限了头足类的大型化,只有30%的开眼亚目鱿鱼外套膜长度大于15厘米,而且几乎所有的大型鱿鱼都属于开眼亚目。

同时,小个体更具有竞争力意味着成年头足类应该在后代身上投入大量资源,因为后代有较高的生长率,而且比成年乌贼在与鱼类的竞争中更具有优势。因此,鱿鱼进行长途的生殖洄游,将卵产在最适合幼仔生长的地方,然后投入大量资源产卵后死去,导致了短寿命和缺乏代际交流;这对于底栖生活的章鱼同样适用,因为章鱼的幼体也营浮游生活,使用喷水推进。


另一个大问题就是头足类缺乏血红素,而血蓝色素效率比血红素低很多,大概是因为两个血蓝蛋白单体才能绑定一个氧分子。头足类动物血液的携氧能力不到脊椎动物的一半,这导致它们需要8倍的血流量才能达到鱼速度的一半。

因此,头足类拥有三颗具有复杂的弹性动脉结构和高度有氧的心脏肌纤维设计的心脏,依靠泵出大量血液为高速运动提供氧气。在章鱼中,血氧饱和度高达76%,而在应激中,动脉血饱和度通常超过98%,即使在氧气分压低于2.5 kPa的水域,饱和度也从不低于70% (Houlihan et al. 1982)。同时,随着游泳速度的增加,喷射系统会自动增加流过鳃的水流。即使没有血红蛋白,头足类在所有水生变温动物中也能以迄今为止观察到的最高速率消耗氧气和能量。


这意味着头足类在运动中几乎没有增加供氧量的余地;在高速运动时,头足类的耗能只比静止时增加三分之一,而鱼类至少三倍;同时,在喷射推进中,外套腔内高达50千帕的压力将会对血液提供强大的推力,使其流向身体未受压的区域。因此,鱿鱼频繁使用低效率的无氧呼吸。

由于血液携氧能力的天生不足,甚至不能满足与鱼类竞争的运动功能需要,头足类更难以供养起高智慧需要的高耗氧的巨型大脑,即使它们现在的大脑比大多数生物都好。


另外,头足类缺乏脂肪代谢能力,这导致其耐饥性差,容易遭受灭绝,而脊椎动物积累大量脂肪能量作为储备,保持其长时间生存与演化,更易于智慧的逐渐积累。

头足类动物倾向于大量消耗高蛋白食物,消化迅速,转换效率高,并且生长而不是储存能量。它们的新陈代谢适应于直接使用碳水化合物,而利用蛋白质储备能量而不是脂肪,这是软体动物代谢系统的传统特征。甲壳类和软体动物在乌贼的食物中所占的比例要大于它们在鱼类食谱中的比例,当食用鱼的油脂含量高时,因为它们难以消化油脂,会产生浮在水面的粪便。这是由于软体动物体内没有乳化剂和合适的酶决定的。



头足类约有80%的肌肉,而只含有5%的脂肪。浅海头足类在不进食的情况下只能生存3周,在2000公里的生殖洄游时必须不断捕食以维持生存;而鱼类在静息的情况下能存活600天以上,即使以临界速度游动,它的脂肪储备也能维持近80天。

当鱼类以最适宜的速度游动时,代谢率会增加到静止时的近六倍,但同样2000公里的行程只消耗40%的脂肪储备。剩余的脂肪仍可供其完成整个洄游来回和生殖需要,而不需进食任何食物。如果头足类和鱼类一样能够有效使用脂肪,它们也不一定非要在生殖后因储备耗尽而死。



至于经常说的髓鞘问题,其实影响并不大。毕竟,你不会期待一只有髓鞘,但天天被鸟吃的速生速死,个体微小的一只虫子演化成高智慧吧?

然而,头足类仍是无脊椎动物中最先进的存在,它们比其他无脊椎动物对脂类的利用能力都要高,喷水游泳也比任何节肢动物的附肢划水更有效率,神经系统和循环系统更是鹤立鸡群。然而,这样的种族也在与鱼类的竞争中处于劣势——只能说,脊椎动物可能天生就注定是世界的主宰。

比起期待头足类搞出髓鞘和伪脊椎之类想想就很难办的事,不如期待章鱼能快点弄出脂肪酶,乳化剂(已经有苗头了,章鱼脂肪利用率和含量都是无脊椎前列)、群居(有苗头)、底栖大幼体,多次产卵不死(有不少),加上不用喷水的底栖生活,最好搞出血红素(八字没一撇),高智慧的可能还是有的……


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本文包括扯淡和相对严肃的探讨,扯淡部分请各位莫要较真:


此处扯淡:

柏拉图在《理想国》里提出:

国家就是一个放大了的人,而个人就是一个缩小了的国家,所以一个人具有什么样的性质,一个国家就有着怎样的特性。
柏拉图把人分为三个部分,即头部、胸部和腹部。人的灵魂也对应着三种能力,理性属于头部,意志属于胸部,而欲望属于腹部。这三部分由腹部到头部是由低级到高级的递进关系。而且这三部分能力又各有理想,这个理想指的是一种趋向的特性,称之为美德。腹部的欲望的美德是节制,胸部的意志的美德是勇敢,而头部的理性的美德是智慧。

无独有偶,在《黄帝内经》里,表面上谈的是医术,其实处处都用人的身体来类比国家。

那么我们来看章鱼和人体构造的不同:

根据章鱼的种类和你询问的对象不同,其脑细胞据估计在1亿至5亿个。但所有人都认同一个观点:其中过半脑细胞都分布在章鱼的8个触手上。相比而言,人类拥有850亿个神经元,多数都位于颅骨内。

按照神经细胞的分布和结构,美国像不像一只有50个触手的章鱼?每条触手都能独立“思考”,“触手”上有超过一半的行政管理机构。而中国的国家想不想是一个人,“大脑”拥有绝大多数的神经元细胞?而美国是一个标准的海权国家,中国则是一个标准的路权国家。

看起来,进化的号角似乎又要再次吹响,我仿佛看到了盘中的八爪烧……


好了老老实实谈问题吧

为何章鱼没有先于人类进化成智慧生物?

我认为最重要的原因是海洋里低浓度的氧气限制了章鱼神经元的数量。所以海洋里最聪明的动物,海豚,鲸鱼,都不是从海洋里获取氧气的,它们都是从空气中获取氧气。人类的大脑耗氧量占到所有耗氧量的25%,空气中含有21%的氧气,成年人每人每天需吸入的空气量12立方米,也就是说成年人每天约需要500升氧气,大致估算需要896克氧气。

具体推导过程见


表层海洋氧含量为4.59~8.72毫克/升。就算是8.72毫克/升,那么需要100吨海水才能差不多供给872克氧气。

差不多每个小时需要4吨海水流过章鱼的鳃,也就是每分钟流过67升海水。一个成年人泵血的效率大概是5升每分钟。而心脏算是生物中泵液体最有效率的器官。也就是说,必须要给章鱼安装13~14个人类心脏,才能供给给它足够的氧气来支持类似人类的神经元。以上还只是用于呼吸的泵水器官。


此外章鱼的血液是用血蓝素(所以章鱼的血是蓝色的)来载氧的,其载氧的化学式如下:

而人类则是用血红素来栽氧的,其载氧后的化学式如下:

同样承载两个氧原子(一个氧分子),血红素所需分子重量为569,而血蓝素则需要588,也就是说即便在同等条件下,章鱼自身的心脏还需要比人类心脏强出3.3%才行。当然这个设定相比起13颗心脏的泵水器来倒是显得合理许多。

大家看看章鱼的小心脏,想象一下外挂14个这种东西的奇特状态,我看它的大脑袋是根本装不下的!

总之,海洋低浓度的氧气含量限制了章鱼神经元的数目,也就限制了海洋生物的智能!章鱼的这种看似奇特的神经结构,应该是在低氧含量下最极限的一种操作。因为氧含量的限制,无法供应发达的大脑,所以才不得不让触须有一定的“自主权”使之更加灵活。然而即便是看似更加灵活的章鱼的触须,相比于人类的手指,也是不值一提。人类的手上没有任何"自主意识",它只是听命于大脑。


回到扯淡部分,假如我们把氧气浓度类比于生产力,那么章鱼的神经结构类似于西周,在落后生产力条件下的分封制。而人类的神经结构则类似于秦汉,以郡县制制为基础,大脑可以调度郡县。

脑手不分的大脑是难以进化的,也没有办法“为之计深远”。因为脑没有办法高度发达,最终突破脑力瓶颈。而联系到章鱼一旦抑郁就会吃掉自己的触手的事实,再看看最近美国一系列的乱象。我觉得,这盘八爪烧搞不好真的会被端到餐桌上。

以上胡扯的部分请各位本着娱乐的精神,莫要较真,权且一笑。


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这一切,早在5亿年前就已经埋下了伏笔。


动物界现存的所有门,几乎都是在寒武纪形成的。

人类也好,还是章鱼也罢,都是在5亿年前神经系统的基础上,犹如搭积木一般,演化到了今天。

在寒武纪早期,无论脊索动物的初祖也好,还是头足纲的初祖也吧,神经系统都是简单的神经索(神经系统的发育对比,在后文给出),身体结构也十分简单,基本上都是类似环节动物般的虫状。

这个时候的脊索动物和头足纲动物,基本上处在相似的起跑线上,比起早期的扁形动物,神经系统都已经高度集中了。

但其实,对于原始海洋来说,脊索动物和头足纲动物神经系统都还只有地基,和拥有“铠甲”的节肢动物来说,竞争力实在是太过于弱小。

脊索动物应该是采取的类似于当今文昌鱼一样,作为细小的海底动物,并以繁殖数量取胜,熬过了奇虾、海蝎子称霸的原始海洋时代。

而头足纲,则依靠演化出来的硬壳,反而在奥陶纪有了和海蝎子争雄的实力,出现了史前巨无霸——房角石。

头足纲在这一时期,也朝着更加复杂的方向演化。

只可惜奥陶纪末期发生了第一次生物大灭绝,房角石灭绝之后,头足纲一蹶不振。

这个时期的头足纲小型化,又身披硬壳,处于海洋食物链的边缘,生存竞争压不大。

从演化来说,竞争压不大,就代表着没有足够的选择压。

因此,在很长的一段时间,头足纲各个方面的演化,是相当的缓慢。

而脊椎动物自从挺过奥陶纪大灭绝之后, 就很快处在残酷的食物链中心,并再也没有离席。

这是从脊索动物演化到脊椎动物后,形成了内骨骼,有了初级大脑,初级脊髓,硬件已经有了足够高的配置。

当经历大灭绝之后,生态位空缺,早期鱼类很快占据新的生态位,并发展出了庞大的种群。

鱼类先先后演化出了髓鞘、偶鳍、下颌,然后是以盾皮鱼的姿态称霸海洋,再肉鳍鱼登陆,四足动物演化,再到蜥形纲、合弓纲,一直到了哺乳动物诞生的前夜。

这里提一下节肢动物,对于有了真正下颌和牙齿的鱼类来说,海洋节肢动物自然是不堪一击的。节肢动物登陆之后,也只能占据各类小型生物的生态位。

当然,石炭纪的巨虫时代,具有一定的特殊性,不再细说。

或许菊石挺过了数次大灭绝,再加上实在是没有天敌,终于繁荣一时。

一繁荣就会占据更多的生态位,某一些分支就会出现更大的生存竞争,选择压有了,自然就会加速诞生新的物种。

于是,从石炭纪开始,把壳进化在了体内的箭石出现了。

虽然箭石在白垩纪达到了鼎盛,只是没有想到的是,第五次大灭绝出现了。(经 @古明地恋 提醒,箭石在侏罗纪兴盛,白垩纪衰退)

除了恐龙灭绝之外,菊石、箭石都灭绝了,其它头足纲也备受打击。

然而,这一次大洗牌,也令那些完全脱掉外壳的头足纲动物,逐渐占据了那些灭绝头足纲的生态位,它们就是蛸亚纲,包括箭石下纲和新蛸下纲(章鱼、鱿鱼、乌贼等)。

从箭石开始,头足纲便再次踏足食物链的中心,走上了速度与激情的演化之路。

到6500万年前的时候(晚白垩纪,0.65~1.45亿年),蛸亚纲则开始完全放飞自我,进入了演化上的小爆发时期。

6500万年前的脊椎动物再不济,也已经演化出了灵长类。

而在过去的三亿多年的时间里,脊椎动物的大脑先后演化出爬行动物脑、边缘系统,新皮层。

此时的大脑新皮层已经足够的发达。

如此发达的大脑,不说对其它头足纲来说,哪怕对蛸亚纲来说,都已经是完全两个世界。

而人类在灵长类大脑的基础上,演化出了现在的大脑,继续吊打蛸亚纲的神经系统,根本没有什么荣誉可言。

要知道,章鱼发达的大脑,也就是这6500万年演化出来的。

如果再给章鱼两倍的演化时间,达到哺乳动物的演化时间跨度,它们可能会如何?

首先,新蛸下纲需要演化出更加庞大、以及更富有生存竞争力的种群。

当占据了足够多的生态位,出现激烈的生存竞争,在各个种群内部形成丰富多样的生存压,那么总有一些分支会在演化过程中出现髓鞘、真正的内骨骼、脂肪代谢能力、偶鳍(或足的鳍化)等等,都是有可能的。

当然,这个前提是新蛸下纲能至少发展到鱼类这样繁荣的地步(然而,脊椎动物早就占据了主要的生态位,而且立体无死角,摊手)。

哪怕章鱼能占据主要的生态位,距离章鱼文明依旧还差很远。

在知乎上,以前有问题探讨过,海洋下几乎很难创建文明。

那么,章鱼要出现智慧文明,就需要再走一次鱼类登陆的过程。

在没有生态位的情况下,唯一给他们机会的可能会是真正的第六次生物大灭绝,如果其他动物都灭绝了,它们没有灭绝,只有能占据脊椎动物的生态位,就有可能演化出真正的内骨骼。

只要它们能登录,并占领陆地的生态位,那么最终诞生出文明,几乎就是必然了。

为什么这么说,因为当初肉鳍鱼登陆的刹那,几乎就决定了未来某一支后裔,诞生智慧文明的必然性,只是时间早晚的问题。

理论上来说,哪怕是一只群猫,只要有一定的机缘巧合,形成选择压,也能进化成猫人。

  • 例如,这样的演化过程:独居猫→群居猫→攀援猫→直立猫→猫人

人类恰好在300万年前开始演化出来,的确有气候、环境等各方面的巧合,但它必须建立在神经系统已经发育到出现发达新皮层的基础上。

从演化史的角度来说,人类和猫的差距,比起其它的动物纲,小到不知道哪里去了。

所谓偶然中的必然,不过如此。


那么,人类会给章鱼这样的机会吗?



关于脊索动物和软体动物神经系统发育的补充:

前寒武纪时代(6亿年前),原始海洋内其实就出现了一次物种繁荣,被称为埃迪卡拉动物群。

虽然相比起寒武纪大爆发,这一次物种爆发的规模小很多,但却是寒武纪物种大爆发的铺垫。

在前寒武纪时代,浮浪幼虫样(某种原始腔肠动物)的两胚层动物,演化出了中胚层,成为了三胚层动物。

从两胚层到三胚层是一个巨大的飞跃,因为两胚层的腔肠动物是没有真正的体腔的,我们看到的腔,叫做腔肠,腔肠仅仅相当于人类的消化道。

有了中胚层之后,才能形成体腔,并促进各个胚层的演化。

三胚层出现之后,代谢能力提升,像腔肠动物那样,吃喝拉撒都一个口的生存方式,明显就已经过于落后了。

所以,从三胚层动物开始,在后端重新开了一个口。新开口作为肛门的是原口动物,新开口作为嘴的是后口动物(老生常谈)。

中胚层的形成方式,有裂体腔法和肠体腔法。

绝大部分的原口动物都是裂体腔,绝大部分的后口动物都是肠体腔。

这足以说明,三胚层的出现方式,在某些层度上决定了原口和口后的选择。(但有例外,例如原口动物,腕足动物门的有绞纲就是肠体腔法)

就拿原口动物这一支来说,腔肠动物本是网状神经系统,到扁形动物时,神经系统进行了新的排列布局,成了梯状神经系统。

随着神经系统的进一步集中,从线虫动物开始,合并出了神经节。

到软体动物和环节动物时,进一步合并出了神经索。

节肢动物,则是集中形成愈合节点,形成“脑”和腹神经索,便成了链状神经系统,这里不再细谈。

重点是软体动物这一支,集中的神经索分成了脑、足、侧、脏等四个神经节,虽然在人类眼里,贝壳这样的软体动物相当的LOW,但在早寒武纪时代,实际已经相当的先进。

这也是为什么,从寒武纪到奥陶纪,软体动物会出现5~10米房角石那般的海洋原始霸主。

对于后口动物的神经系统来说,一开始应该也经历了类似于梯状神经系统的过程,然后大约和原口动物在同一时期合并出了神经索。

大约在5.3亿年前,神经索内卷,出现了最早的脊索动物。

再之后,整个神经中枢便足以在一条中轴线上,有条不紊地不断迭代。

把节肢动物的神经系统考虑进来。

神经系统的初始优越性:

节肢动物>软体动物>原始脊索动物

神经系统的再发育潜力:

节肢动物<<<软体动物<<原始脊索动物


所以,脊索动物的后裔(人类)比章鱼先出现了智慧文明,早在5亿年前就已经埋下了伏笔。


user avatar   a-feng-34-23 网友的相关建议: 
      

提名1919席卷美国的猩红之夏。

图示是一名被处以私刑的黑人,他的尸体正在歧视的火焰中毕剥作响。

迫害黑人似乎并不那么残暴,但是这是发生在黑人解放后将近六十年之后的全国性迫害热潮。其残暴不仅仅在于对黑人的残暴迫害,更是对民主,对法治,对平等,甚至对人理的残忍暴凌。所谓的政治精英与民主卫士,正是迫害的最大推手。

不知道美国有什么脸面去说民主与平等。

(给文章点赞时麻烦给这个回答也点个赞同吧,如果能点个关注就更好了。祝各位新春快乐。)

哦,还有美国人在瘟疫时期的鬼才操作

外加一个加拿大的

那些评论烦死了!之前因为评论还被知乎制裁了,现在评论区封闭!


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中俄法三国可以构成一个完整的鄙视环(或者说反过来也是一个仰慕环),俄罗斯本身对法国的仰慕,是我国人难以理解的(说实话,我国就是晚清民国时候,也没怎么瞧得起法国),可以类比于鲁迅的老师藤野严九郎把我国视为“先生国家”和“道德先进国”(当然原因还是不同的)

远的不说,苏俄/苏联国歌在1945年前,直接用法国货,2018年世界杯,你看看谁是冠军?

当然还有大环境的原因:当时欧洲的反法联盟都用法语开会……

现在欧洲的法语地位被英语取代,但除了英国自己,欧洲很多国家你说中国英语可以基本和当地人交流(只要他们听得懂),说英国英语特别是伦敦口音保守点的(比如法国)会立刻变脸不搭理你,再就是像德国和奥地利有时说英语夹德




  

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