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科学家经过研究发现,至少对动物来说是这样的
卡尔·齐默 (Carl Zimmer)文
“为什么人类那么聪明?”,这是个令科学家们着迷的问题。瑞士弗里堡大学(University of Fribourg)的进化生物学家塔德鲁兹·卡维茨(Tadeusz Kawecki)也对这个问题产生了兴趣。
卡维茨博士问:“既然聪明有那么好,为什么很多动物依然很蠢笨呢?”
卡维茨博士和一些志趣相投的科学家们想办法弄明白为什么动物们学习,为什么一些动物比另一些动物更擅长学习。他们经过研究发现,差异产生的一个原因是,聪明对动物的健康不利。
在动物的世界里,学习这一现象非常普遍。用显微镜才能看到的醋线虫、秀丽线虫(Caenorhadits elegans),虽然只有302个神经细胞,但它们也能学习。线虫食细菌为生。但是如果它吃到致病的细菌,它可能会生病。
虫子们不是生来就排斥危险的细菌。他们需要时间来学习如何辨别致病病菌并且避免因此生病。
很多昆虫也擅长学习。加拿大麦克马斯特大学(McMaster University)生物学家杜卡斯(Reuven Dukas)说:“人们以前认为昆虫是凭本能做事的小机器人。”
杜卡斯博士和其他科学家做的研究表明,昆虫应该获得更多尊重。杜卡斯博士发现,一直以来受人喜爱的实验室动物的幼虫,果蝇,黑腹果蝇,能够学习将气味和食物联系在一起,还会把气味和天敌联系起来。
在另一组实验中,杜卡斯博士发现,年幼的雄果蝇为了向接受能力不强的雌果蝇求爱,浪费了很多时间。要学习识别一只会接受求偶的雌果蝇的信号需要时间。
杜卡斯博士提出假设,任何有神经系统的动物都会学习。即使是科学家们没有能够找到证据证明一个物种具备学习能力,杜卡斯博士还是认为,他们不应该草率地将这一假设排除在外。他说:“这是因为我不是一个好老师还是因为动物不会学习?”
尽管学习可能在动物中很普遍,杜卡斯博士还是不知道为什么动物们不一开始就进化学习的能力。他说:“你不能说学习只是对变化着的环境的一种适应。”
如果不利用神经系统去学习,也有可能去适应变化着的环境。细菌可以改变其行为便于它们的生存。如果一个细菌感觉到某种毒素,它就会游走。如果它感觉到有一种新的食品,它就会转变基因以改变其新陈代谢。
杜卡斯博士说:“像大肠杆菌(E.coli)中的那种基因网络,在适应环境变化中的能力相当强。”
学习也被证明有危险的副作用,这使得动物的进化更加让人觉得疑惑。卡维茨博士和他的同事们通过研究实验室里已经一些学习能力更强的果蝇,发现了有关副作用的惊人的证据,
研究人员为了培养更聪明的果蝇,他们提供橘子冻或者菠萝冻,果蝇们任意选择。两种食物果蝇们闻起来都很美味。但是停在橘子冻上的果蝇发现里面有一种苦味的奎宁。这些果蝇花了三个小时学习,明白这种橘子口味的果冻里有苦的味道。
为了测试果蝇,科学家们给它们两盘果冻,分别是橘子冻和菠萝冻。这一次,两种果冻里都没有奎宁。果蝇们飞落在果冻盘上,吸食美味,雌蝇还在上面产卵。
卡维茨博士说,“那些还记得橘子冻有怪味的果蝇不会去碰橘子冻,它们会转向菠萝冻。”
卡维茨博士和同事们把没有奎宁的菠萝冻上果蝇的卵收集起来,并且将他们孵化成下一代小果蝇。科学家们在小果蝇身上重复了这一过程,这次奎宁是放在菠萝冻里,而不是橘子冻。
同样反复,繁衍15代果蝇后,从遗传的角度上科学家们发现它们学会识别。在实验之初,果蝇们要花上好几个小时去学习有奎宁和没有奎宁的果冻之间的区别。学得最快的果蝇只需要不到一小时的时间。
但是,果蝇们为加快学习能力付出了代价。卡维茨博士和他的同事们把聪明的果蝇幼虫挑出来,和另一种果蝇混和在一起,把它们放在一种混和的酵母里,看看谁能生存下来。然后科学家用一般的果蝇来做同样的实验。约有一半的聪明果蝇存活,而存活的普通果蝇则为80%。
反复这样的实验表明,聪明并不能保证生存。博士说:“我们选了一些果蝇,培养并研究了它们30多代,喂食食品少的可怜,以便它们学会适应,这样能进化得更好。那么我们就要看看,学习能力到底有何变化。学习能力传下去了。”
尽管这样,学习的能力不只是对年幼的果蝇有害。在一篇即将要在《进化》学术期刊发表的论文中,卡维茨博士和他的同事们提出报告,他们研究的学习能力强的果蝇的平均寿命,比没有经历奎宁果冻实验的果蝇短15%。而寿命较长的果蝇们的学习能力比一般的果蝇差40%。
卡维茨博士说:“我们不知道这里面是怎么回事。”
他和同事们在另一个实验发现一条线索:动物学习的行为使它们付出了代价。科学家们训练一些学的快的果蝇,把气味和有力的振动联系起来。他说:“这些果蝇的死亡速度,比有同样基因但没有被迫学习的其它果蝇快大约20%。”
神经元产生连接可能会引起不良的副作用。允许学习从而发展更快,存活时间更长的基因也有可能产生其它变化。
鸟儿离开巢穴,它们需要时间学习觅食,躲避天敌。结果,它们就更可能饿死或被捕杀。
杜卡斯博士反对说,只有动物们不依赖自身的本能反应,而是更好地应对环境的变化的时候,学习才进化到更高层次。
杜卡斯博士说:“当你想依据针对某一个时间某一个地点的特有信息是可行的。”他举例说,一些种类的蜜蜂依靠某种花卉为食。利用其自身的本能反应,它们可以找到大量花蜜。其它蜜蜂会适应很多不同的花,不同的形状,不同的花期。这种情况下,学习可能是更好的策略。
科学家们还没有什么研究来检测这一说法。伦敦大学的科学家们今年发表了一项研究,该研究表明,学习能力快的大黄蜂,比学习能力慢的黄蜂采集的花蜜多40%。
卡维茨博士怀疑,每个物种都会进化到它们学习的付出和收益,即利与弊之间达到某种平衡。他的一系列实验说明,果蝇有遗传能力使其有潜力可以在野外更聪明。但是,只有在他的实验室条件下,才朝着进化的方向发展。本质上说,学习过程的任何进展都可能付出更多。
卡维茨博士和杜卡斯博士一致认为,科学家们需要权衡这样的平衡,他们应该明确学习在很多物种生活中的作用。随着科学家们自己的了解不断深入,他们将会对人类的学习天赋有更多的理解。
杜卡斯博士在谈到我们人类的学习能力和为这个能力付出的代价时说:“人类已经走到了极端。”
在休息的时候,人类较大的头脑燃烧了身体所有热量的20%。一个新生儿的头脑大到可以在分娩过程产生对母婴都会有的风险。但新生儿基本上什么都不知道,他们的头脑不起作用。人类需要很多年才学会独立生存。
卡维茨博士认为,我们值得去研究人类是否为达到终极的学习能力也付出了未知的代价。他说:“我们可以猜想,一些疾病就是人类发展智力过程中的副产品。”
卡维茨博士表示,学习一定对进化有好处并且能克服那些付出的代价。对许多动物来说,学习主要是在觅食或求偶上提供一些帮助。但是,人类也生活在复杂的社会环境下,学习对人类同样大有裨益。
他说:“如果你利用智慧比别人更聪明,那么就会存在一场军备竞赛。因此不存在一个绝对理想的水平。你只是要比其他人更聪明。”