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《科技生活》

2019-11 生命因何对称

记者/李鹏
编辑/刘昭

校对/肖园

如果不是“对称”，可能你连头都进化不出来

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。

两侧对称动物是怎么来的？

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”

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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。

▲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）

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。

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。

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，
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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。

对称动物在生长过程中如何传递信息？

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，它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，

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。

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。

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▲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）

自然界中还有辐射对称动物这一大类

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。

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。

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

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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，使其能够更好地适应环境的

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。

▲呈辐射对称的水母头上总是顶着一把“大伞”（供图视觉中国）

对称动物并不意味着绝对对称

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