漫话动物对称性

为什么没有三条腿的动物？为什么我们的身体左右对称？为什么你的左脸更好看？

发表于2020年3月的一篇研究论文描述了生活在距今5.5亿年前震旦纪时期的一种蠕虫状动物。这种动物是目前人类发现的年代最早的两侧对称动物。

两侧对称动物是动物界中庞大的家族，其中也包括人类。两侧对称是指将动物身体从正中间沿竖直方向一分为二，两侧基本互为镜像。这就好像剪窗花时，要先将纸对折再剪，这样剪出来的图形两侧就是对称的。人、猪、蜘蛛和蝴蝶等都是两侧对称动物。水母不属于两侧对称动物，而属于辐射对称动物。

神秘的虫痕石近几十年来，古生物学家十分关注一些距今5.5亿年的化石。这些含有很多弯弯曲曲小凹槽的化石被称为虫痕石。古生物学家猜测，这些化石可能是某种生活在震旦纪时期的小型动物的巢穴印模化石。但究竟是什么动物留下了这些痕迹始终是个谜。

2020年，一个美国古生物研究团队在研究来自世界各地的虫痕石时，发现其中一块来自澳大利亚南部的虫痕石上有一些小小的椭圆形凹陷。研究团队立即扫描了这个虫痕石样本，然后在计算机中创建了这些凹陷的高分辨率3D数字模型。分析结果显示，凹陷是一种圆柱形蠕虫形成的印模。

从3D数字模型上可以看出，蠕虫不但有头有尾，身上还分布着细小的肌肉沟槽。从沟槽宽度判断，这种生物的横向直径应该只有1～2毫米，总长2～7毫米，差不多和米粒一样小。蠕虫的尺寸和虫痕石上蜿蜒的凹陷痕迹完美匹配。由此，上述困扰了古生物学家几十年的谜团终于被解开。新发现的这种动物被命名为“伊卡利亚瓦里乌塔”（简称伊卡利亚蠕虫），名称来自化石发现地的原住民语言。

两侧对称动物的始祖震旦纪时期的动物身体构造很简单。伊卡利亚蠕虫的一端比另一端更宽，这可能表明它的身体有前后之分。研究团队认为伊卡利亚蠕虫在当时海底的微生物垫上爬行进食，因此它们很可能有口、消化道和肛门等器官。要知道，在震旦纪，有头有尾的身体结构对动物来说已经具有重大意义。

伊卡利亚蠕虫极有可能是地球生命历史上出现的第一种两侧对称动物，它们具备两侧对称动物的所有基本特征。伊卡利亚蠕虫的发现，将两侧对称动物的起源时间向前推了数千万年。

和伊卡利亚蠕虫同时期存在的两侧对称动物还有外号“大睡莲”的狄更逊水母。这种动物的体形比伊卡利亚蠕虫大，也具有两侧对称的特性，因此曾被认为是始祖动物之一。但由于狄更逊水母不具备口、肠道等现代动物的特征，因此它们被认为走进了演化的死胡同。震旦纪后，地球迎来了寒武纪，两侧对称动物的物种数量和身体构造的多样性开始爆发式增长。

动物的对称性为什么大多数动物的身体构造是两侧对称的呢？原因有很多，其中最重要的原因是两侧对称的身体结构更便于动物快速移动。生命起源于海洋。以鱼类为例，在游动过程中鱼身体两侧的肌肉交替收缩，从而使自己向前运动，而沿直线前进是效率最高的移动路线。同时，两侧对称也有利于动物保持平衡。因此，两侧对称这种身体结构在进化的过程中被保留。

除了两侧对称动物，一些原始动物的身体结构以中心点为对称中心呈辐射对称，比如水母、珊瑚虫和海葵。这些动物的身体只能分出上下，无法分出前后。

那么有没有完全不对称的动物呢？当然有。大多数海绵就属于这一类。海绵是最简单的多细胞动物，没有大脑、神经细胞或内脏。比海绵更复杂的动物要么是辐射对称，要么是两侧对称。海星则比较特殊。海星属于五辐对称，也就是说它们有五条对称轴。但海星会经历和昆虫类似的变态发育过程：纤毛幼虫阶段的海星身体结构为两侧对称，成年海星才变成五辐对称。

人的身体不是完美对称人类虽然是两侧对称动物，但我们的身体并非左右完美对称的。许多人的一只脚比另一只脚大，或者有长短腿。在皮肤之下，我们的一些内脏也不对称分布。心脏位于身体中轴线偏左的位置，肝脏则偏右。我们的结肠分为三个部分：升结肠向右上方延伸，横结肠穿过人体中轴线，降结肠往左下方延伸。凡是有过阑尾炎经历的人，都知道发病时的剧痛感来自腹部右下方。

有些人的内脏位置和普通人的不同。有些人的心脏位置偏向身体右侧，这种心脏布局被称作“镜像右位心”。还有些人的内脏布局和普通人几乎完全颠倒：心、胃、胰、脾都偏右（普通人偏左），而肝和胆囊则偏左（普通人偏右）。这些人有“镜像人”之称。据统计，平均每1万人中会出现1个镜像人。不过镜像的内脏布局对镜像人的健康基本没有影响。

人类左右脑分工全世界90%的人惯用右手。极少数人天生能够同时熟练使用左右手。钢琴演奏者可以通过大量训练让左右手达到相同的熟练程度。中国探月工程嫦娥工程总设计师、北斗卫星导航工程总设计师、两弹一星功勋奖章获得者——孙家栋小学入学时因重度左撇子曾一度被校方要求退学，但经过训练，一年后他已经能熟练使用右手，并可以自由切换左右手打乒乓球。

我们的左脑和右脑发挥的作用各不相同。一般认为，人的左脑更擅长处理语言、逻辑和运算，右脑在空间关系、表达情绪和创造能力方面更占优势。不过，左右脑的分工也不是绝对的，人脑具有很强的可塑性。42岁的美国女性米歇尔自幼缺失左脑的皮质和大部分深层脑组织。虽然她平时生活中难以理解概念，还经常迷路，但她没有语言沟通障碍，还顺利完成了高中学业。直到她27岁那年，她才知道自己缺了半边大脑。

不过，有一项工作似乎只有右脑能完成，那就是认脸。当人在识别人脸时，右脑颞叶的某个区域的活动会异常活跃。如果颞叶不能兴奋，那么人即便看到熟悉的脸，也想不起来对方是谁。我们身边总有个别“脸盲”的朋友，其“脸盲”原因很可能是颞叶不能正常发挥作用。

分子对称性关于食品安全的新闻报道中经常出现“反式脂肪”这个词。反式脂肪和顺式脂肪的区别在于与碳原子直接相连的氢原子其对称方式不同。这种结构上的差异导致了人体代谢反式脂肪的速度比代谢顺式脂肪慢得多。

英语中的“chiral”一词来源于希腊语，意为“手性的”。将你的左手手心向下放于桌上，然后再将右手自然放在左手手背上，此时两只手无法完全重叠。科学家将这种无法完全重叠、结构不对称的分子称为“手性分子”。

组成我们身体的绝大部分分子都属于手性分子。以构筑我们身体的“砖块”——氨基酸为例，每个氨基酸有一个碳原子，碳原子有四个化学键，每个化学键上一般都连接着不同的分子，其结果就是氨基酸也属于手性分子。一般来说，氨基酸被分为左手性和右手性。虽然两种手性的氨基酸结构非常相似，也能发挥同样的作用，但组成我们身体蛋白质的绝大部分氨基酸都是左手性的。不仅是人类体内的氨基酸，地球上几乎所有生命天然合成的氨基酸都是左手性的。这也是所有生命都起源于某个共同祖先的有力证据之一。

链接：你的左脸更好看专业摄影师能将一张长相再普通不过的人脸拍得很俊美，其中一种技法就是只拍人物的左脸。这个拍摄原则被摄影界人士称为“左脸原则”。研究人员发现，无论是喜怒哀乐，人的左边脸的情绪表达都更到位。西方古典油画大师的人像画中，人物大多以左半侧脸朝向观者。

2012年，科学家通过实验发现，人们在观看人物的左半侧脸时大脑愉悦感更强烈。这可能是因为负责控制左半侧脸肌肉的是右脑——恰恰是负责控制情绪表达的半脑。科学家是怎么测量大脑愉悦度这个抽象感念的呢？答案是测量瞳孔直径。当人看到能引起兴趣的刺激时，瞳孔会舒张；反之，当看到令人不愉快的图像时，瞳孔会收缩。瞳孔的这个调节过程是无意识的，人无法自主控制。