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喉返神经:进化走的弯路

(文/杰里·柯尼)要证明进化论,最为形象的例子不是你同桌长得像大猩猩,而是我们脖子里那条迂回曲折的“喉返神经(recurrent laryngeal nerve, RLN)”。喉返神经是大脑控制咽喉运动的神经,我们说话和吞咽都离不开它。这喉返神经行走不易:它从脑干伸出来,放着直达咽喉的近路不走,偏要往下延至心脏,绕过主动脉再折返回来。这一招曲线救国不可不谓“扣人心弦”:

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【图1】 人体左侧喉返神经示意图。大脑发出的吞咽信号经由迷走神经传到喉返神经,绕过心脏后才能到达喉部,控制喉部肌肉完成吞咽动作。

喉返神经:进化出的弯路

如若人真是造物主所造,喉返神经当属其最糟糕的手笔。当然啦,人并不是凭空设计出来,而是从远古的祖先进化而来。不仅如此,我们身上各个部分还自成派系,衍化路线也是别有洞天。各派依循的进化日程不一致,人体也没有办法,只能让一部分构造先进化起来, 再带动后面那些个进化迟缓的赶快进化。这种方式高效是高效,但无可避免的,人体内部也残存了许多不协调,喉返神经就是这样一个历史遗留问题——从脑子连到脖子,该修路的地方不修,偏要绕远铺路,兜了个大弯。

图2显示了鱼类和人类各自颅内迷走神经及动脉弓的联系,从中我们可以看出喉返神经兜弯绕远的历史渊源:

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【图2】 鱼类和人类各自颅内迷走神经及动脉弓对比示意图。胎盘哺乳动物只保留了鱼类的第三、第四,以及一部分的第六迷走神经分支。其中,哺乳动物的颅内第四迷走神经分支,也就是喉返神经,依然像鱼类时期那样,位于第六动脉弓后面。鉴于第六动脉弓已退移至胸部,哺乳动物的喉返神经就绕了一大圈。

最初,鱼类的喉返神经走向与血管一致,都分布在鳃的部位,这时的构造看起来很自然吧~随着生物不断进化,鳃部的血管位置逐渐后移。喉返神经跟血管是一派的,因此也只能老老实实跟着往后移;而原来另一端连着的鳃弓(gill arch)则进化成了咽喉(larynx)。现在你知道了吧,喉返神经也是身不由己:如果它独立出来,开个专线,自己的效率是提高了,但神经断开后生物的整体机能则会受损,机能受损的生物必定不会在进化中留存下来,真是“进化弄人”。

喉返神经:没有最长,只有更长

其实,进化不止是弄“人”,长颈鹿被虐得更惨——这种可爱的长脖脖小鹿的喉返神经(可怜!)足足绕了4.56米,把姚明绕一圈还有剩余!

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【图3】 长颈鹿的喉返神经示意图。

美国西方医药大学(Western University of Health Sciences,另译“卫生科学西部大学”)的解剖学家,马修 • 威德尔(Mathew J. Wedel)在他新发表的论文中做了个猜想:长脖子动物的喉返神经最长能有多长呢?

最容易想到的自然是蜥脚类恐龙( sauropod dinosaurs )。这其中,超龙( gynormous Supersaurus )的喉返神经(这任劳任怨的娃)更是生生绕了28米。也就是说,超龙大脑发出的神经信号,要经过篮球场长边那么长的距离才能到达咽喉,控制咽喉进行吞咽等动作。(真辛苦啊!)

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顺便一提,恐龙是有喉返神经的哦,这基本已是公认的事实了。但凡四足动物(两栖类、爬行类、哺乳动物)都有喉返神经,这一遗传共性证明了四足动物是从鱼类进化而来的。

蜥脚类恐龙中的 易碎双腔龙Amphicoelias fragillimus ,可能是地球上最长的恐龙),从嘴尖到尾端距离最长可达58米。我们无法确认易碎双腔龙的脖子有多长,但假设脖子长度是身体的1/3,按19米算,它的喉返神经能有38米!!(易碎双腔龙:“世界上最远的距离不是天涯海角,而是我的咽喉到大脑。”)

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喉返神经:是弯路,更是进步

这样长的细胞在生理学家看来有两个明显的问题:

  1. 疼痛传导速度滞后。拿易碎双腔龙来说,喉部受了伤,喉部神经细胞还没反应过来呢(哼哧哼哧传导中),喉部皮肤的神经细胞就把痛觉传导过来了——再怎么说,后者距大脑也就1米远。
  2. 神经细胞必须从细胞体把营养物质运输到轴突尖端。细胞以不同速度运输不同分子的过程称为“轴浆流(axoplasmic streaming)”。轴浆流速度最快的神经递质和酶,每天可输送200至400毫米;慢一些的蛋白质,每天运输距离仅有0.1至1.0毫米!威德尔指出,蜥脚类恐龙的神经细胞要把蛋白质输送到神经元轴突,即使按最快的(1毫米/天)算,也需要四十多年。这当然是不可能的。威德尔认为,恐龙体内的轴浆流要么非常非常快,要么就是它们的神经细胞有特殊的蛋白质运输方式。(新课题呀,细胞生物学家大显身手的好机会来了!)

威德尔将长颈恐龙的喉返神经称为生物进化“效率低下的丰碑”。其实,走弯路的喉返神经,又何尝不是进化史上的丰碑呢?

文章来源:Why Evolution Is True
导读者:闻菲
原文:请看这里
图片来源:Whyevolutionistrue.WordPress.com

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发布于2011-05-31, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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