银河系和怎样让海螺从壳里出来的壳有联系吗?


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今天我们讨论的,是一个经典的“眼皮子底下的学术难题”问题:螺,包括海螺或者蜗牛,这些腹足纲软的体动物,外壳为什么大都是右旋?这的确是匪夷所思的事情,毕竟我们生活在一个物理法则高度对称的宏观世界,当其它动物都长得如此对称,就没有理由认为右旋的螺就比左旋的螺有什么先天上的优势。所以在找到更加决定性的证据之前,我们只能认为这是一次进化上上的偶然——同时也是一个必然发生的偶然。为什么绝大多数螺壳都向右旋转https://www.zhihu.com/video/1193592153656647680-文字稿-海滨生活的人往往有过沙滩拾贝的乐趣,内陆长大的人也常常捉过雨后的蜗牛,于是有不少人都注意到,几乎所有的螺壳都向右旋转,左旋的极其罕见——这就是一个著名的“眼皮子底下的学术难题”。为了排除观察方向带来的分歧,软体动物研究中将螺壳的旋转方向定义为螺顶朝上、螺壳腹面朝向观察者时,螺壳开口所在的侧面方向:根据目前的统计,软体动物门腹足纲,即各种螺、蜗牛、蛞蝓等,是全体生物中仅次于节肢动物门昆虫纲的第二大纲,有6到8万个物种,约占全体动物界物种总数的5%左右——但在已经记录的3万多个腹足纲动物中,左旋的只略多于1千种,其中左旋的海螺少于2%,左旋的蜗牛略多,约有5%。直接针对这一现象,一种较早的粗糙理论认为这与它们胚胎发育时的地球自转有关,但在螺壳这样的尺度上科里奥利力根本可以忽略,而且无论南半球还是北半球都是右旋螺更多。在目前的解释中,我们更多注意螺壳旋向与繁殖的关系:腹足纲的软体动物总是雌雄同体异体受精,交配时侧面扭合,而且它们旋转的不仅是螺壳,连同生殖系统在内的所有脏器也是螺旋在身体的一侧,所以就像螺丝和螺母那样,只有同样旋向的螺才能交配。所以在一个螺类种群中,旋向占少数的集合的交配机会就将大大减少——这等效于一种非常强烈的性选择,最终实现了种群内部的“派系清洗”,同时也给螺壳旋向的最初来源提供了一种较清晰的假说:腹足纲虽然庞大,但全部源自晚寒武纪的一个元祖种群:石灰质的外骨骼虽然保护了软组织,但是长得太高太大就容易倾斜反而危险,而不均匀地生长,使螺壳螺旋盘成一个大致的球体就是最好的解决方式。那么与此同时,交配问题也浮出了水面:“右旋派”和“左旋派”互相不能交配,却占据完全相同的生态位,必然形成激烈的竞争,最后只有一方胜出——至于为什么右旋派能胜利,目前看就像随机抛起了一枚硬币,我们没有必要分析背面朝上的原因,如果再抛一次,保不齐就是正面朝上。右旋派的胜利在每一次繁殖中都能得到强化,因此千秋万代地保留下来,直到今天都是主流,只有在那些极小的种群中,左旋派才可能因为随机突变局部翻盘,进而建立一个新物种——如果这种假说正确,我们将会在未来的基因研究中发现左旋螺进化自右旋螺,而且基因多样性远远更低。但这也引发了另一种争议:某些物种既有左旋的也有右旋的,它们通常不能交配,也就意味着它们存在着生殖隔离,那么是否意味着它们是两个物种?进一步的,那些右旋物种中的左旋突变个体,是否也要成为另一个物种?但我们甚至不大清楚同一个物种的两个旋向是否生活在同一个种群内,姑且说,如果旋向不同足以隔断两个群体的基因交流,那么它们就理应区分为两个物种;但那些零星的突变个体在组建起自己的基因库之前,就不能称为一个物种,而只能视为健康的畸形。想了解更多你不知道的知识,请在微信公众号搜索「混乱博物馆」,关注我们。第一个问题:是不是所有螺壳的方向都一样?有没有例外或不小心长反了的?答案很简单,当然不是。平时吃的螺一般是软体动物门腹足纲的,“腹足纲的总数为33281种(包括海贝、陆贝和淡水贝)”;其中的左旋的种类据估计1217种,3.7%。而且,某些种类的螺大部分都是左旋的 “淡水贝类中,囊螺科几乎都是左旋的,大概有79种”。文章链接 左旋螺,为什么远比右旋螺更稀有?很可惜,这篇文章没有理性的分析为什么,也就是题主的第二个问题。首先,为什么螺会旋呢?看看图吧链接: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2661027/很明显,螺在卵裂的过程中有的右旋,有的左旋,对应了之后壳旋转的方向。可以为什么会这么转呢?但是想知道为什么就先得明白左旋或右旋的壳到底是虾米意思,关键就是左右不对称,生物是怎么在发育的过程中产生左右不对称的结构的呢?最流行的假说就是Nodal flow model:你可以理解成当你是个你还是一个空心球的时候,你的某些细胞上有些毛,在那儿转啊转,转啊转,把均匀分布的东西给搅的不对称了。左旋和右旋就在于这些毛怎么搅。很庆幸的是,螺和你是一样的。右边没有旋的螺就是控制那些毛转转的分子Nodal做掉之后的结果。不过在我的印象中这个组没有follow up 左旋还是右旋的问题。以上,总结一下:1. 左旋右旋都是有的,右旋明显占优。2. 螺小时候细胞的毛怎么搅决定了壳左旋还是右旋。以上的表述都是非严谨论述,这种talk down的方式希望能把这个过程说的有趣点。分割点之下说一些具体的Nodal Flow的机理(依然会尝试用简单的语言),就是“毛”是怎么搅的。---------------------------------------------------------------------------------------------------------------身体的左右不对称的发展是在gastrulation (原肠胚形成)的时候就开始的。这些“毛”在一个叫ventral node的地方(不过之后这个位置会被包到体内)。这个ventral node里有个 ciliated pit,长下图这个样子。看上去有点像豆芽的东西就是我说的“毛”了,学名node cilia。中文 cilia 可能叫纤毛。人们一开始也没多想,觉得就是些普通的cilia呗,但是,人们用显微镜看着活的胚胎,发现这些cilia居然像疯子一样在转。(不能贴视频。。。)以小鼠的例子,这些cilia略倾斜,顺时针转动。于是在这么小的一个pit里面,很多cilia转转转能干什么呢?其实有点像 Adiaos 当年的一个广告,把某些东西推到身体的一边去,造成左右不对称。cilia就好像手,把信号分子(郑智)推到身体的左侧,头球攻门可以认为是信号分子进入了左侧细胞,调节其中的基因表达。这个模型就像是这样的,而这就是人,鼠,蛙,螺,左右不对称的开始。然而知道这些貌似并没有什么卵用。}

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