身后士卒、以邻为壑
无论如何,虽然神经细胞和神经系统最初的进化历史真相仍不明朗,但我们可以确定的是,这些原型神经系统在不断地分工和自然选择之后,已然成了杖节把钺的显赫权贵。它们一边把持感官细胞以获得信息,一边操弄着肌肉细胞以控制身体运动。
分工的过程让神经细胞变成鱼肉乡民的地方霸主,但是神经细胞似乎并没有因此而感到满足。在进化的压力逼迫之下,神经细胞就像是野心勃勃的狼一般,想要“入主中原”——进入身体的中央。毕竟,入主中原才能脱离边疆,也才能拥有更多的资源以及更安全的周边屏障。于是我们可以看见,神经细胞开始逐渐躲到各种体细胞的身后,成了以邻为壑、身“后”士卒的最佳表率。
这个现象在进化过程中屡见不鲜。在进化时,有些神经细胞不断地从前线往后方撤退,这些神经细胞除了把许多体细胞推往前线,更把一些同类也留在前线。那些被遗留在前线的神经细胞,无奈地变成了主要感觉神经细胞(例如视网膜上的感光细胞和耳蜗里的毛细胞),至于撤退到后方的神经细胞,最终则进化成为得以号令群雄的总司令——中枢神经系统中的神经细胞。
为什么这些神经细胞要往后方撤退呢?因为这样做可以为物种带来进化上的优势。或者反过来说,神经细胞没有撤退到后方的物种,都在进化的过程中被淘汰了。因为如果把中枢神经细胞暴露在外,那么一旦受损,就会出现严重的功能障碍;相对的,如果把容易修补和重生的体细胞摆在外侧,它们就可以为中枢神经细胞提供周全的防护,该物种就更有机会可以不受干扰地发展出强大的神经网络来为物种生存提供助益。
此外,当我们比较各种物种的进化历史时,我们也会看到神经细胞在进化过程中不断地往身体中央靠拢。例如在环节动物蚯蚓身上,感觉神经细胞是坐落在表皮之中。到了软体动物蜗牛身上,感觉神经细胞就已经移动到表皮底下,以避免来自体外刺激的直接损害。到了脊椎动物原始鱼类身上,感觉神经细胞已经非常靠近脊椎。至于两栖类、爬虫类、鸟类和哺乳类,感觉神经细胞则是已经聚集在脊椎旁的背神经节之中(图三)。
神经细胞不断地往身体中央靠拢的原因无他,就是因为这样做可以为物种带来生存优势。毕竟,体细胞小兵(例如皮肤细胞)可以推出去当炮灰、担伤害,如果它们真的扛不住伤害而不幸阵亡,还可以再生出更多的体细胞重新补上,相较之下,神经细胞司令一旦死亡了就很难再生,整个身体立刻就会群龙无首。
就这样,神经细胞一边操控着体细胞,一边安稳地躲入后方身体之中。
分工导致多功能神经网络的出现
分工除了让细胞们各司其职以提升生存效率,也让神经细胞获得了首领的位置。其中有一些神经细胞甚至还躲到了后方堡垒之中,成了防卫周全的大头目。不过,虽然守卫固若金汤,这些中枢神经细胞毕竟还是面临着进化的压力,它们仍然必须对生物体做出贡献,因为如果只是尸位素餐,它们终将会成为累赘而被进化淘汰。
在这样的压力下,这些退居后方的中枢神经细胞聚集联结在一起,继续不断地分化、联结,并开始彼此操控,最后终于形成了神经网络。在面对原始自然环境中最棘手的三大生存问题时,神经网络奇妙地进化出生物世界中前所未见的特殊应对能力。
以下我们就来看看原始多细胞生物所面临的三大生存困境:细胞之间缺乏整合、面对重复出现的刺激、面临多重选择。同时我们也来看看神经网络针对这些困境所进化出的应对方式:系统性运动、记忆和决策。