为什麽没有物种 可以演化出超级能力？

Take Home Message
► 由於受制於生殖成就，生物的演化作用体现在生物个体的整个身体，而不是在个体的某个单一部件上，为了不破坏身体的平衡，个体不会特别改良身体某个部件，以突显某方面的能力。
► 生物演化是一个累积的过程，因此生物的解剖结构和生理特质不能无中生有，只会去修改既有的结构。
► 演化的过程中，任何变异都须通过胚胎发育才能显现在个体上，进而在生存和生殖竞争後传递给下一代。且物种通常要遇到某些特殊状况，才有可能迫使物种的演化朝向某个方向发展。
读者有没有想过要跟那位红内裤外穿的超人一样，拥有飞天遁地、刀枪不入、水火不侵的神功呢？好吧，不贪心，如果能拥有任何一位Ｘ战警的特异功能也很好。但演化却没有这个能耐，让任何一个物种发展出这类超级异能特质，这是为什麽呢？简单来说就是万物不能违背物理定律对任何实体的制约，但背後却与经济学的成本效益原则有关。

代价与成本效益

首先，我们要认清楚一件事：演化的绩效反应在生殖成就（reproductive success）上，也等於说演化作用是体现在生物个体的整个身体上，而不是在个体的某个单一部件（肢体或器官）。从物理学的角度去看，若身体的整体质量固定，个体若要改良某个部件去突显某方面的能力的话，就得要挪用别处的资源，这等於要牺牲其他部位的发展，那就很有可能出现整体无法搭配的恶果，例如身体一些部位不再相互协调。若最後呈现出来的整体效果会使个体失去优势，甚至危害到个体生存，就必然无法通过演化机制──自然选择（natural selection）──的筛选，那麽演化就不会出现这样的发展趋势。换句话说，自然选择会以净效益（net benefits）为前提，对每一个性状（trait）仔细端详和衡量，不会只专注於单一特质而不顾及整个身体。例如狩猎性恐龙短小的前肢（图一），正是这只巨兽投资在强壮的脖子肌肉、粗壮的後肢、尖牙利齿所造成的後果。

图一：狩猎性恐龙短小的前肢。（123RF）

自然界和人类社会一样，做任何事情都需要成本──只不过这个成本不是金钱，而是能量、营养物质、时间。所以，当演化要着手调校适应性时，不会只想着得到好处而不考量「代价」，这个代价就是经济学家常常挂在嘴边的成本效益原则（cost-effective principle，代表预期的效益是否大於所需要的成本）。这个成本不只是单纯的建构成本，而是为了达到某个目的所必须投注和放弃的总值，当中包括边际分析（marginal analysis，经定量计算来实现全局最优化的一种方法），以及机会成本（opportunity cost，在被舍弃的选择中代价最高的选择）。
自然选择会避免过度设计（over engineering），而即使某个性状存在着一些瑕疵或缺憾，只要生物体还能运转顺遂，没有严重到使其遭到淘汰，自然选择就不会去修改这个性状。这完全合乎自然的节约原则，加拿大裔美国心理学家平克（Steven A. Pinker）就曾这样说：「大自然是个节俭的家庭主妇。」我们也可以说成：「自然选择是个锱铢必较的掌柜。」
在生物上每一项安排都有利有弊，这种结果是在某种选择压力下所造成的平衡状态，也是自然选择经权衡取舍（trade-offs）後的妥协（compromise）。若我们从演化代价的角度去审视一些生理现象，就更能明白个中奥秘，例如人类因自体免疫失衡所产生的疾病，是我们要击溃入侵者所要付出的代价；人体细胞异常增生所导致的癌症，是我们拥有身体组织修复这种能力所要付出的代价；物种会变老，是要使基因传播率发挥到极致所要付出的代价；人类雌性停经这个在动物界罕见的现象，是维护既有子女利益所要付出的代价。总之，每一项好处的背後都有代价，天底下没有白吃的午餐，生物必须要为每一项适应能力付出代价，但更重要的是，很多代价是值得付出的。

先天的限制

其次，演化是一个累积的过程，所以生物的解剖结构和生理特质不可以无中生有，绝不能从头搞起，因此演化只会去修改既有的结构，不会（也不能）更动基本设计，这就是演化包袱（evolutionary commitment）。还记得我们在《科学月刊》第601期〈没什麽用途，藏起来也好？不见得所有生命现象都是适应性的结果〉一文里提到男性的乳头吗？男性的乳头就是演化包袱的其中一个例子。……【更多内容请阅读科学月刊第628期】