道格拉斯·福克斯+晨飛

列昂尼德·莫羅茲花了20年時(shí)間來闡釋一個(gè)令人驚奇的觀點(diǎn)：雖然科學(xué)家開始在其他星球上尋找外星生命，但地球上或許已經(jīng)存在生物特性和大腦與我們差異極大的外星生命了。在過去的數(shù)千年當(dāng)中，它們潛形匿跡，沒有被我們覺察。它們能夠向我們揭示許多有關(guān)進(jìn)化本質(zhì)的知識(shí)，以及應(yīng)該對(duì)其他星球上的生命擁有怎樣的期待。

莫羅茲是一名神經(jīng)科學(xué)家，他在1995年夏天第一次做出了相關(guān)的發(fā)現(xiàn)。那時(shí)他剛從俄羅斯來到美國，在華盛頓的弗萊迪港海洋實(shí)驗(yàn)室度過了整個(gè)夏天。實(shí)驗(yàn)室位于普吉特海灣草木叢生的群島當(dāng)中，這里是海潮和洋流的交匯處，不同方向海水的匯聚給岸邊帶來了數(shù)百種動(dòng)物：成群的海蜇、片腳類甲殼動(dòng)物、波浪狀的海百合、裸腮亞目蛞、扁蟲，以及魚卵和海星，數(shù)不勝數(shù)。這些動(dòng)物不僅僅代表了普吉特灣的延伸范圍，同時(shí)也展示了動(dòng)物進(jìn)化樹中最遙遠(yuǎn)的分枝。莫羅茲在實(shí)驗(yàn)室后面的碼頭上花了很多時(shí)間收集動(dòng)物，來研究它們的神經(jīng)。在此之前，他已經(jīng)投身動(dòng)物界神經(jīng)系統(tǒng)研究很多年了，希望能夠解開大腦和智力的進(jìn)化起源之謎。然而，這些都不及他在弗萊迪港發(fā)現(xiàn)的一種動(dòng)物所帶來的驚奇。

他訓(xùn)練眼力，去尋找水中那些球狀的、在陽光照射下閃閃發(fā)光的透明生物體。它們閃著彩色的光，就像稍縱即逝的彩虹碎片分散開來，通過纖毛的規(guī)律性擺動(dòng)在水中游動(dòng)。這種被稱為櫛水母的動(dòng)物，長期以來一直被認(rèn)為是水母的一種。但在這個(gè)弗萊迪港的夏天，莫羅茲做出了驚人的發(fā)現(xiàn)：這種動(dòng)物平凡無奇的外表下，隱藏著有關(guān)身份的巨大誤解。在最早期的實(shí)驗(yàn)里，莫羅茲就發(fā)現(xiàn)，這種動(dòng)物跟水母毫不相關(guān)。事實(shí)上，它們和地球上其他任何動(dòng)物都十分不同。

莫羅茲做出的這一結(jié)論，來自對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)檢測。神經(jīng)遞質(zhì)包括血清素、多巴胺和一氧化氮，這些化學(xué)信使是動(dòng)物界神經(jīng)系統(tǒng)的通用語言。但是無論通過哪種檢測，他都無法在櫛水母中找到這些化學(xué)物質(zhì)。這一結(jié)果具有重大意義。

人們已知櫛水母具有較為發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，但是莫羅茲最初的實(shí)驗(yàn)卻顯示，櫛水母的神經(jīng)是由一套完全不同的分子元件構(gòu)成的，和其他任何動(dòng)物都不相同。“就像是在使用一套不同的化學(xué)語言，”莫羅茲說，“這種動(dòng)物是海中的‘外星生物。”

如果莫羅茲是正確的，櫛水母就代表了一場規(guī)模驚人的進(jìn)化實(shí)驗(yàn)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在自然界進(jìn)行了超過5億年。它代表不同的進(jìn)化道路，可以被稱為進(jìn)化2.0，利用完全不同的初始材料，發(fā)明了跟動(dòng)物界其他成員完全不同的神經(jīng)元、肌肉和其他分化組織。

如果地球上沒有出現(xiàn)脊椎動(dòng)物、哺乳動(dòng)物和人類，這些類群沒能夠主宰地球生態(tài)系統(tǒng)，今天的地球會(huì)是一番什么樣的圖景？從櫛水母中，我們可以找到一些線索。同樣，它給一場持續(xù)數(shù)十載的辯論提供了新見解：地球生命今天的樣貌，有多少是靠運(yùn)氣，有多少是從開始就注定的？

如果地球上的進(jìn)化從頭開始，智慧生命還會(huì)再次產(chǎn)生嗎？如果能夠產(chǎn)生，這種智慧生命會(huì)不會(huì)處于動(dòng)物進(jìn)化樹上另外一個(gè)遙遠(yuǎn)的分枝？在這些問題上，櫛水母與眾不同的神經(jīng)系統(tǒng)，展示出誘人的可能性。趨同進(jìn)化指的是不相關(guān)的物種在同一個(gè)世界中生存演化出相似特征的過程，而大腦則是趨同進(jìn)化的最佳案例。人類進(jìn)化出了前所未有的智能，但櫛水母告訴我們，或許我們不是唯一的可能。演化出復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)的傾向可能是廣泛存在的——不只在地球上，還在其他世界里。

作為一種主要的動(dòng)物類群，櫛水母并不為人熟知。它的體態(tài)類似于水母——膠狀、橢球形或者球形，末端有圓形的口器。櫛水母在海洋中數(shù)量繁多，但是一直被科學(xué)家忽視。直到20世紀(jì)，教科書里的插圖還經(jīng)常把這種動(dòng)物畫顛倒，口器朝下面向海底，像水母那樣。然而在實(shí)際生活當(dāng)中，它的口器是朝上的。

水母通過肌肉收縮帶動(dòng)身體來游動(dòng)，櫛水母則不同，它的游動(dòng)依靠成千上萬條纖毛。水母通過帶刺的觸手來捕食，而櫛水母使用兩條黏性的觸手分泌膠體來黏住獵物，這種特化的捕食方式與其他動(dòng)物都不相同。櫛水母是貪婪的捕獵者，擁有知名的埋伏戰(zhàn)術(shù)。它捕食時(shí)會(huì)將分支的黏性觸手伸展開，形成一張網(wǎng)，就像蜘蛛一樣，一個(gè)接一個(gè)精確地捕獲獵物。

19世紀(jì)末期的科學(xué)家在研究櫛水母的神經(jīng)系統(tǒng)時(shí)，在顯微鏡下看到的結(jié)構(gòu)十分尋常?？谄髦車植贾旅艿纳窠?jīng)，全身各處的神經(jīng)則呈網(wǎng)狀散布，屈指可數(shù)的致密神經(jīng)束延伸到各個(gè)觸手，以及每個(gè)觸手的八條纖毛帶當(dāng)中。20世紀(jì)60年代的電子顯微鏡研究則顯示，櫛水母的神經(jīng)元之間具有類似突觸的結(jié)構(gòu)，泡狀小室置于其中，釋放能夠刺激相鄰細(xì)胞的神經(jīng)遞質(zhì)。

科學(xué)家向活櫛水母的神經(jīng)元注射了鈣（鈣在其他動(dòng)物體內(nèi)是負(fù)責(zé)傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)的物質(zhì)，例如老鼠、蠕蟲、蒼蠅、蝸牛等等），通過刺激特定神經(jīng)，研究人員甚至可以使纖毛按照不同的方式旋轉(zhuǎn)，從而改變櫛水母的游動(dòng)方向。

總的來說，櫛水母的神經(jīng)似乎和其他動(dòng)物是相同的。因此，生物學(xué)家自然而然地認(rèn)為它們并沒有什么差別。這種對(duì)櫛水母的看法符合有關(guān)動(dòng)物進(jìn)化的基本描述，但后來被證明是錯(cuò)誤的。

有關(guān)海綿的研究支持了一個(gè)似乎顯然易見的觀點(diǎn)，即動(dòng)物界的神經(jīng)系統(tǒng)是朝著高復(fù)雜度逐漸進(jìn)化的。

到了20世紀(jì)90年代，科學(xué)家把櫛水母放在動(dòng)物進(jìn)化樹上靠近底端的位置，位于包括水母、?？蜕汉髟趦?nèi)的刺胞動(dòng)物旁邊，它們都具有散漫神經(jīng)系統(tǒng)，沒有完全匯集形成腦。當(dāng)然，除此以外它們還都具有那著名的柔軟、搖晃、常常是透明的身體。

進(jìn)化樹上位于櫛水母和水母下方的是更原始的兩支動(dòng)物類群：扁盤動(dòng)物和海綿，它們都缺乏神經(jīng)細(xì)胞。尤其是海綿，它勉強(qiáng)可以被稱作動(dòng)物：直到1866年，英國生物學(xué)家亨利·詹姆斯·克拉克才闡明了海綿確實(shí)是一種動(dòng)物。

這奠定了海綿作為與遠(yuǎn)古單細(xì)胞原生生物世界親緣關(guān)系最近的生物的地位，那些原生生物類似于今天的阿米巴蟲和草履蟲。研究者認(rèn)為，遠(yuǎn)古原生生物聚集在一起形成高聳的群落，每個(gè)細(xì)胞都使用自己的鞭毛來捕食——鞭毛是類似纖毛的線狀結(jié)構(gòu)。

這種解讀支持了一個(gè)似乎顯而易見的觀點(diǎn)，即動(dòng)物界的神經(jīng)系統(tǒng)是朝著高復(fù)雜度逐漸進(jìn)化的，進(jìn)化樹上的每個(gè)分枝都比前面分枝的復(fù)雜度更高。每種動(dòng)物都是進(jìn)化歷程中一次單一事件的后代，那就是神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生。在之后的進(jìn)化中，只有一次神經(jīng)元共同跨越了第二道重要關(guān)口——匯集成了中央化的腦。這種觀點(diǎn)得到了另一條證據(jù)的支撐，那就是：從昆蟲到人類，形成神經(jīng)回路的單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的排列方式都驚人相似。這些神經(jīng)回路是情節(jié)和整體行為的基礎(chǔ)。事實(shí)上，科學(xué)家認(rèn)為第一個(gè)腦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的時(shí)間很早，出現(xiàn)在昆蟲的祖先和脊椎動(dòng)物進(jìn)化分離之前。這就意味著它的產(chǎn)生大約是在距今6.5億至5.5億年之間，而此后的進(jìn)化就只有一條故事線，進(jìn)化樹上下游的各個(gè)動(dòng)物分枝都采用同一種基本的腦結(jié)構(gòu)藍(lán)圖。

這種腦部進(jìn)化的圖景有一定道理，但1995年在弗萊迪港觀察到的現(xiàn)象，讓莫羅茲開始懷疑它是不是徹底錯(cuò)了。為了驗(yàn)證自己的預(yù)感，他收集了若干種櫛水母，把它們的神經(jīng)系統(tǒng)做成切片，進(jìn)行化學(xué)染色，以觀察其中的多巴胺、血清素和一氧化氮——三種廣泛存在于動(dòng)物界的神經(jīng)遞質(zhì)。然而實(shí)驗(yàn)做了一次又一次，卻沒有在顯微鏡下找到一點(diǎn)黃色、紅色或者綠色的染色痕跡。

在進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)之后，莫羅茲說：“你就會(huì)開始意識(shí)到它確實(shí)是一種與眾不同的動(dòng)物?！彼茢鄼彼覆粌H僅和被認(rèn)為與它親緣關(guān)系很近的其他水母不同，跟地球上其他任何生物的神經(jīng)系統(tǒng)都十分不同。

櫛水母似乎是沿著另一條完全不同的道路進(jìn)化而來的，但是莫羅茲無法確定這一點(diǎn)。如果他現(xiàn)在就發(fā)表自己的研究成果，僅憑幾種重要分子的缺失，人們是不會(huì)接受相關(guān)的進(jìn)化觀點(diǎn)的?！疤貏e的假設(shè)需要有特別的證據(jù)。”莫羅茲說。因此，他走上了一條漫長的道路，這條道路后來被證明比他想象的還要漫長。

為了運(yùn)用其他技術(shù)研究櫛水母，例如進(jìn)行基因研究，他申報(bào)了研究基金。然而在數(shù)次失敗的嘗試之后，他不得不放棄。當(dāng)時(shí)他還很年輕，離開俄羅斯沒幾年，剛開始在英文期刊上發(fā)表研究成果，影響力還不夠。因此，莫羅茲只好將櫛水母拋在腦后，回到他本來的工作上去，研究蝸牛、蛤類、章魚和其他軟體動(dòng)物的神經(jīng)信號(hào)。12年后，一次偶然的機(jī)會(huì)，他才重拾了自己當(dāng)年對(duì)櫛水母的興趣。

2007年，因?yàn)閰⒓右淮慰蒲袝?huì)議，他回到了弗萊迪港。一天晚上，他在自己1995年經(jīng)常去的碼頭上散步，在燈光下，他偶然瞥見了水中有彩虹般的閃光隨波流動(dòng)，那就是櫛水母。此時(shí)科研技術(shù)已經(jīng)比當(dāng)年先進(jìn)了許多，基因組測序只需要幾天時(shí)間，而不是幾年，莫羅茲也在佛羅里達(dá)大學(xué)有了自己的實(shí)驗(yàn)室。他終于有能力涉足自己的好奇心了。

于是他找來一張網(wǎng)，從水中捕撈了十多個(gè)櫛水母，它們屬于太平洋側(cè)腕水母。莫羅茲把它們冷凍起來帶回了佛羅里達(dá)大學(xué)自己的實(shí)驗(yàn)室。在此后的三周里，他拿到了這種櫛水母的部分轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果。測序結(jié)果顯示，在櫛水母的神經(jīng)細(xì)胞里，有5000個(gè)至6000個(gè)基因是處在激活狀態(tài)的。這一結(jié)果令人吃驚。

首先，測序結(jié)果顯示太平洋側(cè)腕水母缺乏合成動(dòng)物界通用神經(jīng)遞質(zhì)所需的基因和酶。缺失的神經(jīng)遞質(zhì)不僅僅是15年莫羅茲在實(shí)驗(yàn)中檢測過的血清素、多巴胺和一氧化氮，還包括乙酰膽堿、奧克巴胺、去甲腎上腺素和其他種類。這種櫛水母同時(shí)還缺乏神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)受體基因。

莫羅茲曾經(jīng)的想法得到了證實(shí)：1995年他沒能在這些櫛水母中找到常見的神經(jīng)遞質(zhì)，確實(shí)不是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)沒有成功，而是因?yàn)檫@種動(dòng)物根本就沒有使用這些化學(xué)物質(zhì)。莫羅茲說，這一發(fā)現(xiàn)是個(gè)“很大的驚喜”。

“動(dòng)物都使用神經(jīng)遞質(zhì)，”他說，“無論是水母、蠕蟲、軟體動(dòng)物、海膽還是人類，所使用的信號(hào)分子都是同一套?！比欢捎谀撤N原因，櫛水母進(jìn)化出了一套與眾不同的神經(jīng)系統(tǒng)，采用了不同的信號(hào)分子，而這些信號(hào)分子是什么，目前還是未知的。

櫛水母進(jìn)化出了一套獨(dú)特的分子和基因，與地球上其他任何動(dòng)物都徹頭徹尾地不同。

莫羅茲的轉(zhuǎn)錄組和基因組測序結(jié)果顯示，櫛水母同時(shí)缺乏許多其他動(dòng)物的基因，這些基因?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)的構(gòu)建和運(yùn)轉(zhuǎn)本該是至關(guān)重要的。太平洋側(cè)腕水母缺失許多常見的離子通道，它們是確保神經(jīng)元產(chǎn)生電信號(hào)傳遞的蛋白。這種水母還缺乏從胚胎細(xì)胞分化成成熟神經(jīng)元所需的基因，以及將這些神經(jīng)元逐步連接成具有功能的神經(jīng)回路的重要基因?！安粌H僅是缺失了幾個(gè)基因的問題，”莫羅茲說，“它更像是一種徹底不同的設(shè)計(jì)?！?/p>

這意味著櫛水母的神經(jīng)系統(tǒng)代表著一條完全不同的進(jìn)化路線，使用了和地球上其他動(dòng)物都不相同的一套分子和基因。這是趨同進(jìn)化的特例，櫛水母進(jìn)化出的神經(jīng)系統(tǒng)利用了它能夠從環(huán)境中獲取的任何原材料。從某種意義上來講，櫛水母擁有一套外星神經(jīng)系統(tǒng)——它的進(jìn)化獨(dú)立于整個(gè)動(dòng)物界。

驚喜還遠(yuǎn)不止這些。櫛水母和其他動(dòng)物的不同不僅僅局限于神經(jīng)系統(tǒng)，肌肉發(fā)育和功能所需的基因也是完全不同的。除此以外，櫛水母缺乏動(dòng)物界通用的體節(jié)分化所需的幾類基因，其中包括幫助形成器官中特定細(xì)胞類型的微小核糖核酸基因，以及可使身體分化為不同部分的HOX基因（無論是蠕蟲或者龍蝦的身體分節(jié)，還是人類脊椎和手指骨的分節(jié)，都離不開HOX基因的作用）。這些基因在低等的海綿與扁盤動(dòng)物中都存在，但在櫛水母中卻缺失了。

所有這些發(fā)現(xiàn)都指向同一個(gè)驚人的結(jié)論：雖然復(fù)雜度高于海綿和扁盤動(dòng)物（這兩種低等動(dòng)物不但缺乏神經(jīng)和肌肉細(xì)胞，基本上也缺乏其他一切分化的細(xì)胞），但櫛水母是處在進(jìn)化樹最底端、年代最久遠(yuǎn)的動(dòng)物。它在地球上出現(xiàn)之后的7.5億年（或者可能是5.5億年）中，用一套完全不同的基因，進(jìn)化出了神經(jīng)和肌肉系統(tǒng)，復(fù)雜度可以與水母、?？?、海星以及其他許多種蠕蟲和貝類相媲美。

2009年，莫羅茲試著發(fā)表這份研究結(jié)果，但是文章被拒稿了。于是他繼續(xù)著手進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。

此后的兩年中，在莫羅茲充實(shí)自己研究的同時(shí)，其他研究團(tuán)隊(duì)也開始做出類似的發(fā)現(xiàn)。前景令莫羅茲憂心：在這么多年的研究之后，很難講他的研究成果會(huì)不會(huì)被別人搶先發(fā)表。

首先，《自然》在2008年發(fā)表了一篇研究，對(duì)動(dòng)物界進(jìn)化樹的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了質(zhì)疑，削弱了長期以來海綿是進(jìn)化樹上最原始分枝的假設(shè)。該研究對(duì)比了150個(gè)基因的DNA序列，重新構(gòu)造了77個(gè)動(dòng)物物種的進(jìn)化關(guān)系，其中包括兩種櫛水母。這篇文章首次指出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的櫛水母實(shí)際上才是進(jìn)化樹上最早的分枝，而并非海綿。據(jù)文章的合作者、蒙特利灣水族研究所的生物學(xué)家史蒂文·哈多克說，單是這個(gè)提法，就在科學(xué)界掀起了一陣風(fēng)暴。

2013年，另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》上發(fā)表了第一份櫛水母基因組，與莫羅茲研究的太平洋側(cè)腕水母不同，這篇文章測序的是淡海櫛水母。文章再一次指出，櫛水母才是進(jìn)化分枝中離動(dòng)物起源最近的一種生物，而并非海綿。

雖然比海綿更加復(fù)雜，但櫛水母或許是離動(dòng)物起源最近的一種生物。

在接下來的幾個(gè)月當(dāng)中，海綿是最原始動(dòng)物這一根深蒂固的說法開始從多個(gè)方面解體。2014年1月，在埃德蒙頓市阿爾伯塔大學(xué)工作的世界頂尖海綿生物學(xué)家薩利·雷斯，對(duì)海綿這種基本上可以算是單細(xì)胞生物集群的生物“是所有動(dòng)物的祖先”這一已有150年歷史的看法提出了質(zhì)疑。有研究詳細(xì)闡述了海綿和一種叫作領(lǐng)鞭蟲的單細(xì)胞原生生物怎樣利用兩套不同的基因和蛋白質(zhì)來構(gòu)建相似的結(jié)構(gòu)。因此，海綿不可能是由任何類似于領(lǐng)鞭蟲的原生生物進(jìn)化而來的。它們在顯微鏡下的相似性是趨同進(jìn)化的另一個(gè)具有欺騙性的實(shí)例：兩種沒有關(guān)聯(lián)的生物為了完成相似的功能進(jìn)化出了相似的結(jié)構(gòu)，但使用不同的基因作為原始材料。

這些研究推翻了海綿作為動(dòng)物進(jìn)化樹上最早分枝的間接證據(jù)。曾經(jīng)看似無可辯駁的理論原來只是一場身份的誤會(huì)?，F(xiàn)在看起來，雖然比海綿要復(fù)雜許多，具有神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉和其他器官的櫛水母卻是進(jìn)化樹上最早的分枝，最接近動(dòng)物的起源。

但是以上這些研究都沒有仔細(xì)研究神經(jīng)元細(xì)胞。所以科學(xué)界對(duì)莫羅茲的核心發(fā)現(xiàn)還一無所知：獨(dú)立進(jìn)化出的神經(jīng)系統(tǒng)。

在上述研究逐一發(fā)表期間，莫羅茲一直在填補(bǔ)自己證據(jù)的空白。雖然進(jìn)展有些慢，但他的團(tuán)隊(duì)還是拿到了太平洋側(cè)腕水母最后一部分的基因組測序結(jié)果，獲得了那些連最先進(jìn)的技術(shù)也會(huì)搞混的DNA序列片段。莫羅茲聘用了30多名學(xué)生對(duì)櫛水母神經(jīng)元細(xì)胞中的基因表達(dá)及胚胎發(fā)育過程中神經(jīng)回路如何形成進(jìn)行分析。

2014年6月，莫羅茲終于在《自然》上發(fā)表了太平洋側(cè)腕水母的基因組測序結(jié)果。這項(xiàng)研究工作持續(xù)了7年， 有力論述了櫛水母的神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)是獨(dú)立于其他動(dòng)物進(jìn)化的。對(duì)他來說，櫛水母是地球上最接近外星生命的生物。

櫛水母為一種可能廣泛成立的進(jìn)化模式提供了一個(gè)極端的、震撼性的實(shí)例：就像眼睛、翅膀和魚鰭是動(dòng)物界多次進(jìn)化事件的結(jié)果一樣，神經(jīng)元細(xì)胞也有多個(gè)進(jìn)化起源。莫羅茲目前能夠羅列出9種至12種獨(dú)立的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)化起源，其中包括至少一種刺細(xì)胞動(dòng)物（水母和?？停?、三種棘皮動(dòng)物（海星、海百合和海錢）、一種節(jié)肢動(dòng)物（昆蟲、蜘蛛和甲殼動(dòng)物）、一種軟體動(dòng)物（蛤、蝸牛、魷魚和章魚）、一種脊椎動(dòng)物——現(xiàn)在，櫛水母也要算進(jìn)去了。

“構(gòu)造神經(jīng)元的方式不止一種，構(gòu)造腦的方式也不止一種?！蹦_茲說。在上述每個(gè)進(jìn)化分枝里，都有一套不同的基因、蛋白和其他分子被隨機(jī)選中，通過隨機(jī)復(fù)制和突變，最終構(gòu)造出整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)。

令人驚奇的是：動(dòng)物進(jìn)化樹上不同的進(jìn)化道路如何能夠產(chǎn)生看上去如此相似的神經(jīng)系統(tǒng)。以亞利桑那大學(xué)圖森分校的神經(jīng)解剖學(xué)家尼古拉斯·斯特勞斯菲爾德的研究工作為例。他和合作者發(fā)現(xiàn)，決定昆蟲嗅覺、情節(jié)記憶、空間導(dǎo)向、行為選擇和視覺的神經(jīng)回路，幾乎與在哺乳動(dòng)物體內(nèi)執(zhí)行對(duì)應(yīng)功能的神經(jīng)回路完全相同。但對(duì)不同生物來說，構(gòu)造這些神經(jīng)回路采用的是雖然有重疊，但總的來說不相同的一套基因。

這些相似之處反映了進(jìn)化的兩大原則，它們在任何可能產(chǎn)生生命的星球上都同樣適用。第一條原則是趨同：進(jìn)化樹上廣泛的分枝為了解決同樣的基本問題，找到了神經(jīng)系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)。第二條原則是同源：所有不同的神經(jīng)系統(tǒng)在某個(gè)歷史時(shí)刻都至少具有共同的祖先元素。例如在地球上，它們都從早期地球物理化學(xué)環(huán)境中產(chǎn)生的分子構(gòu)造元件進(jìn)化而來。

事實(shí)上，神經(jīng)系統(tǒng)的基本信號(hào)機(jī)制很大程度上進(jìn)化產(chǎn)生于40億年前地球上最早的細(xì)胞在生死關(guān)頭產(chǎn)生的適應(yīng)性。早期的細(xì)胞可能生存在水環(huán)境中，例如溫泉或者鹽水池，這些環(huán)境含有諸如鈣的溶解礦物質(zhì)，會(huì)威脅到細(xì)胞的生存。（重要的生物分子，例如DNA、RNA和ATP暴露在鈣溶液里的時(shí)候會(huì)凝聚成難降解的黏性團(tuán)塊，類似于浴室里的污垢。）因此，生物學(xué)家推測早期生命一

定進(jìn)化出了將細(xì)胞內(nèi)部鈣離子濃度保持在最低水平的機(jī)制。這種保護(hù)性機(jī)制或許包括能夠?qū)⑩}離子泵出細(xì)胞的蛋白，以及一套監(jiān)測鈣離子濃度的報(bào)警系統(tǒng)。后來的進(jìn)化利用這套精妙的鈣離子反應(yīng)系統(tǒng)在細(xì)胞內(nèi)外傳遞信號(hào)，控制纖毛和鞭毛的擺動(dòng)讓微生物獲得運(yùn)動(dòng)的能力，或者控制肌肉的收縮，或者觸發(fā)神經(jīng)元釋放電信號(hào)。距今大約5億年前，神經(jīng)系統(tǒng)開始形成時(shí)，許多關(guān)鍵的構(gòu)造元件就已經(jīng)準(zhǔn)備就緒了。

如果地球歷史重演，或許進(jìn)化到2017年，世界上的動(dòng)物類群并不是今天我們見到的樣子。

這些原則對(duì)理解進(jìn)化、理解地球以及其他星球上生命可能具有的形式具有重要意義，它們闡明了隨機(jī)性和必然性在數(shù)十億年的進(jìn)化軌跡中的相對(duì)重要性。

已故哈佛古生物學(xué)家斯蒂芬·古爾德在自己的著作《美妙的生命》（1989）中寫到，意外是重要的，滅絕和創(chuàng)生在動(dòng)物進(jìn)化史中扮演著同樣重要的角色。他指出，5.7億年以前的寒武紀(jì)比今天生存著更多種動(dòng)物門類，大規(guī)模滅絕事件對(duì)這些進(jìn)化分枝做出不可逆轉(zhuǎn)的刪減，通過創(chuàng)造出空余的生態(tài)位為進(jìn)化提供動(dòng)力；存活下來的動(dòng)物種群可以通過進(jìn)化填補(bǔ)這些空白——滅絕事件給創(chuàng)造新的物種提供了機(jī)會(huì)。

與此同時(shí)，劍橋大學(xué)的古生物學(xué)家西蒙·康威·莫里斯強(qiáng)調(diào)了進(jìn)化中趨同的重要性：進(jìn)化傾向于反復(fù)使用相同的解決方案，即使是進(jìn)化樹上親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的物種，彼此使用的基因和蛋白也并不相同，它們還是會(huì)構(gòu)造出相似的結(jié)構(gòu)。

沿著這兩條原則的邏輯鏈，我們可以得出一個(gè)驚人的結(jié)論。如果地球歷史重演，進(jìn)化到今天，地球上的動(dòng)物種群可能和現(xiàn)在我們看到的完全不同。哺乳動(dòng)物或者鳥類，甚至所有的脊椎動(dòng)物，可能都會(huì)缺失。但是進(jìn)化仍然可以產(chǎn)生基本上相同，甚至完全相同的復(fù)雜腦部結(jié)構(gòu)，只不過這種進(jìn)化可能走向了動(dòng)物進(jìn)化樹中的其他分枝。

科學(xué)家推測其他星球上可能會(huì)產(chǎn)生什么樣的生命時(shí)，一個(gè)極具挑逗性的觀點(diǎn)開始流行起來：與我們熟知的任何形式的生命都不同的外星生命，可能已經(jīng)在地球上存在了。這一觀點(diǎn)認(rèn)為，地球上的生命進(jìn)化可能進(jìn)行了兩次或者多次，而不是長期以來人們認(rèn)為的僅有一次。我們熟知的生命形式統(tǒng)治了地球，其他形式的生命則退縮到了角落里。這些“影子生物圈”可能很難被檢測到，因?yàn)樗鼈兓蛟S不含DNA、蛋白質(zhì)或者其他我們用來檢測生命特征的分子。

櫛水母這個(gè)門類還不算特別離奇。它依然基于我們共享的化學(xué)基礎(chǔ)之上，但仍然算是動(dòng)物生物學(xué)中的“影子生物”。櫛水母是其他動(dòng)物的遠(yuǎn)親，只是我們一直沒有發(fā)現(xiàn)罷了。

正因?yàn)闄彼傅纳窠?jīng)和肌肉使用了一套與其他被研究過的動(dòng)物完全不同的基因和蛋白，它給我們提供了探索某些重大問題的獨(dú)特機(jī)遇：神經(jīng)系統(tǒng)到底能有多不同？我們真的理解生命感知環(huán)境和行動(dòng)反饋的機(jī)理嗎？

櫛水母甚至可以幫助我們理解和預(yù)測在其他星球上，不基于DNA和蛋白質(zhì)的外星生命會(huì)如何演化出神經(jīng)系統(tǒng)。進(jìn)化生物學(xué)家認(rèn)為，即使是基于外星生物化學(xué)的，生命也傾向于采用相似的組織方式。英國倫敦大學(xué)學(xué)院的生物化學(xué)家尼克·萊恩曾經(jīng)寫到，外星生命可能和地球上的生命一樣，用某種細(xì)胞膜進(jìn)行胞內(nèi)功能區(qū)域劃分，利用跨細(xì)胞膜的pH值或者離子濃度梯度等電化學(xué)差異來給自己提供能量。從遠(yuǎn)古隕石中提取的化學(xué)物質(zhì)可以輕松形成膜結(jié)構(gòu)——雖然這種膜結(jié)構(gòu)可能和生物膜的組分不相同。一旦其他星球上的生命形成了細(xì)胞膜，產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)的過程就會(huì)隨著進(jìn)化自然而然到來，就像在地球上一樣。

莫羅茲還在進(jìn)一步研究櫛水母。這種生物長期以來一直被科學(xué)家忽視，部分原因在于它們太脆弱了，很難在實(shí)驗(yàn)室中存活。莫羅茲正在改裝一艘研究船，在船上裝備基因組測序儀、胚胎培養(yǎng)裝置和在原位對(duì)活體進(jìn)行神經(jīng)刺激的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以解決目前面臨的問題。他希望通過梳理櫛水母的神經(jīng)回路，更多地了解腦部構(gòu)造的總體設(shè)計(jì)原理，并驗(yàn)證這些原理是否真的具有普適性。

研究走到今天是一個(gè)漫長的過程。為了意識(shí)到櫛水母到底有多么特別，莫羅茲不得不推翻前人做出的很多研究成果。而此前，正因?yàn)椤皬囊婚_始就接受了教科書中的假設(shè)”，接受新的觀點(diǎn)耗費(fèi)了他20年時(shí)間。