感官的进化

　　超过35亿年前的一群细胞，孕育出世上所有生命。在原始海洋的艰困条件下，那些生物得侦测能量、盐分和食物的高低梯度才能存活。这些“生物先民”为了因应环境所做的尝试承袭至今，成了今日生物的各种感官。如今我们已经更加了解自己的感官是如何演化成形，又是如何发挥作用的。尽管我们距离彻底摸透感官机制还有漫漫长路，不过目前所知已足以协助我们修复受损的感官，未来说不定还能强化它们的表现。

　　在所有动物感官中，都有群细胞能藉由改变内部状态来呈现接收到的外界信息。事实上，所有具细胞核的生物都具有这项基本机制，其中带电的原子和分子(也就是离子)会穿过细胞膜上可以开闭的“通道”，造成胞内与外界环境的电荷出现差距，而就是这种改变让生物得以做出反应。

　　我们就是靠这种机制才能看、听、嗅、触，进而表现出复杂的行为。就连草履虫这种原始得让我们得见十亿年前生命模样的生物，它细胞所发生的这类反应也与你身上的细胞并无二致。

　　构造简单的草履虫舞动体表几千根微细纤毛向前移行。遇上东西时，它就改变纤毛的鞭打方式并倒退离开。草履虫的触觉单纯至极：一旦撞上物体，它的外膜变形促 使钙离子通道开启，让钙离子涌入细胞，触发胞内电场产生变化，改变纤毛的挥舞方向，于是草履虫就能脱身。随后钙离子通道关闭，钾离子通道开启，让钾离子离开细胞。这会恢复原本带有微量负电的状况，于是草履虫又向前移行。

　　生命演化出这种改变细胞生理作用的简单做法来因应外界环境，于是开启了一扇通往准确、特化感官的大门。最早演化出的感官牵涉到生命最早面对关键挑战所做出的种种反应，包括寻找代表食物来源的化学物质，或避开标示危险环境条件的化学物质。这群早期生物的导航做法应该很像现代细菌，是根据化学梯度(粒子的不同浓度)的高低来移动。

　　代代汰选而成的“天工”

　　自此开始，随着生态环境中物种数量不断增长，演化逐步形塑了各种感官。一个生物的“生态”就是它所在的生活环境，还有和它互动的其他物种，包括竞争者、天敌和猎物。这所有的生态层面都会影响一个物种演化出哪种感官，从而影响它所感觉到的世界相貌。

　　想了解生态和演化是如何形塑感官，扁头鲶鱼(Pylodictis olivaris)是绝佳的范例。这种掠食型巨鲶住在美国密西西比河中，那里的河水混浊，几乎毫无能见度可言。扁头鲶鱼仍保有双眼，不过非常小，所以它捕捉猎物时得仰赖其他几种感官。

　　扁头鲶鱼感觉系统的关键是个巨大的化学传感器官，也就是它的体表。牠的体表没有鳞片，而是满布“味觉”受器，因此牠能察觉身边水流所含数千种分子的浓度与质量变化。这种鲶鱼身处泥泞世界，于是它运用味觉和嗅觉来辨认位置，建构出河川的四维化学图像。鲶鱼以牠们复杂的传感器数组来记住哪些化学物质和食物有关。

　　我们就像其他许多陆地脊椎动物一样，主要靠视觉和听觉来定位。对人类而言，这些感官还被用来沟通。

　　听觉其实就是在感测压力的变化。我们的内耳(螺旋状的耳蜗)有丛丛细毛浸泡在流质中，随流质的振动而左摇右摆。这些细毛的摆动会活化神经细胞的离子通道，产生动作电位，也就是细胞表面的某种变化，这会生成一股电脉冲，从听神经向头脑发送。不过振动在传到你的耳蜗前，得先经过三根细小的骨头。

　　外界声音首先触及你的鼓膜，接着鼓膜把振动经由三根骨头(锤骨、砧骨和镫骨)传送出去，最后传进你耳蜗里面的流体。这种传递方式效率极高：空气传来的声音能量，约有六成能传入耳蜗流质，这意味着在所有脊椎动物当中，哺乳类的耳朵效能最高。

　　(摘编自《BBC知识国际中文版》 文／Matthew Cobb)译/蔡承志)