结构与功能的统一

马善奔因有坚蹄,鹰善翔因有强翅,狮虎以利爪利牙而善撕搏,龟鳖以坚甲坚壳而善自卫……,生命是大自然以漫漫岁月优胜劣汰、自然选择的结果,每一种生物都以其自身特有的组织结构承担自己独特的生命功能。为此可以认为,生命便是结构,生命便是功能,生命终究不过是以其特殊结构承担特殊功能的统一体。

(一)生命结构概说

生命是结构,而且是为承担特定功能而形成的特有结构。若其不然,所有的生命都应该是高度同一化的形态和模样了,如果真的那样,生命世界将会是多么乏味和单调。幸好造物主没有选择同一化的生命模式,而是根据不同的生命功能而赋予了生命体们千奇百异、形形色色的生命结构。比如恐龙因其食量大而有大容量的肠胃,或者说因其有大容量的肠胃故而食量大,可见其结构与功能相因相成;进一步说,因为要容纳大容量的肠胃,就必须有超大的腹腔,因为要支撑大容量肠胃的功能,就得有与之相匹配的肝、肾、肺等其他脏器,为此就必须有庞大的身躯;更进一步说,因为要支撑庞大的身躯,就必须有庞大的骨骼和坚强的韧带,反之为了支持庞大的身躯和骨骼,就必须得有大容量的肠胃……。这些结构影响功能、功能影响结构多方面因素综合作用的结果,便形成了地球上特有的生命——恐龙。当然,并非所有的恐龙都是那么体态臃肿的庞然大物,科学家考古发现,最小的食肉恐龙体重约为2公斤,这与那身高可达18米、体重可达130吨的最大恐龙相比根本不值一提。不过,在我们讨论的意域内,体态庞大者执行的是与大结构身体相应的生命功能,体态纤小者执行的是与小结构身体相应的生命功能,就它们自身而言,结构与功能总是相应的,如果将大恐龙与小恐龙的结构或者功能进行对换,结果——将会是很惨的。

(二)生命是结构与功能的对立统一

循着恐龙的进化轨迹向源头处走去,将更能发现生命的结构与功能相统一的雄辩例证。现代科学倾向于认为,鸟类是恐龙的后代,更准确地说鸟类是恐龙之一种——虚骨龙长期进化的产物。如果生硬地将鸟类与恐龙建立一个简单的联系,谁会相信体态轻盈而优美的飞鸟竟是体态臃肿而呆笨的恐龙后裔?不过,相信与不相信无关紧要,因为科学事实已基本证明确实如此,就像偶尔说起人是由鱼进化来的一样,的确差距天渊,令人难以置信,但科学事实原本如此。鸟类是恐龙的后裔,对此人们已有充分的科学证据,不过这不是此处讨论的范围,我们要讨论的问题,是通过鸟类与恐龙的比较,说明生命是结构与功能的统一体,至于恐龙如何演化成鸟类,将不在本文论述。我们说鸟类是恐龙之一种——虚骨龙长期进化的产物,对此如果追溯到源头上,可见虚骨龙乃比较小形的肉食性恐龙,它的身体结构并不支持飞翔。然而当其经过漫长的岁月进化成鸟类时,它为了适应肉食而善抓撕扯的前肢变成了适应飞行的双翼,在进化过程中体表慢慢地被覆起适应飞行的羽毛,躯体进一步呈流线型演化,骨头更加中空,胸肌为支持羽翼而高度发达,并且还演化出大量气囊以适应飞行中的双重呼吸……。可见,在鸟类进化的起点处,它原本就是虚骨龙,其生命的结构与功能是以虚骨龙的特征为特征实现统一的;在鸟类进化成功的现实处,虚骨龙变成了鸟,且这种变化并非仅仅是名目称谓的变化,而是其生命的结构与功能发生了根本性的变化,这时生命的结构与功能已经不再以虚骨龙的特征为特征,而是以鸟类的特征为特征而实现的统一。恐龙变飞鸟的演化历程说明,所谓生命的进化,不过是生命的结构与功能相互适应、相互支持而不断在新的水平上实现新的统一的过程。所谓牛之角也善触,马之蹄也善驰,猱之爪也善攫,鱼之鳍也善游……及至人之脑也善思,般般样样,种种类类,还有什么样的生命可以不是结构与功能的统一体呢?

(三)对生命功能的一般理解

生命是功能,而且是以特殊结构为支撑所表现出的特殊功能。同样为动物的心脏,为支撑不同的生命功能便会依赖于不同的生理结构。如鱼类为适应水体生活,其心脏仅有一个心房和一个心室,它支撑的功能为单循环模式;两栖类动物为适应水陆生活,其心脏为两个心房和一个心室,它支撑的功能为不完全双循环模式;同样采用不完全双循环模式的还有爬行类动物,它们的心脏为两个心房、两个心室,但两个心室之间为非完全隔膜,这样的心脏适宜陆地比较简单的生活;鸟类或哺乳动物为适宜更复杂的环境,其心脏为完全意义上的双心房、双心室,它支撑的功能为完全双循环模式。心脏结构遵循这样的道理,其他结构同样遵循这样的道理,比如司消化功能的胃,素食动物因为食用难消化且能量低的粗纤维,对胃的容量和表面积都有较高的要求,故而牛有庞大的复胃,有四个胃室,并且还有皱褶;肉食动物的食物含蛋白质和油脂的成分较高,故而分泌消化酶的腺体较丰富,而胃的容量相对较小;杂食动物的食物成分兼有素食和肉食,故而其胃的结构介于素食动物和肉食动物两者之间,这些都是结构与功能互相适应、对立统一的绝佳例证。

然而,生命的结构与功能互相适应,对立统一并不局限于一两种简单模式。生命结构的多样性、功能的多元性,以及结构与功能相统一的多策略性,正是决定生命无限丰富多彩的生物学前提。一方面,一定的生命结构服从于一定的生命功能,而特殊的生命功能则一定要求须有特殊的生命结构,比如单纯的水生动物就不可能适应两栖生活,因为它没有支持两栖生活的生理结构;另一方面,相似或相同的生命功能可以通过不同的结构策略予以实现,或者相似、相近的生命结构可以支持不同的生命功能,类似的这些现象在自然界中也并非少见。比如,鸟因有翅膀而善飞,但没有翅膀的生物就一定不能飞吗?有一种叫做飞鼠的动物确实没有翅膀,但它在生命活动需要时可以滑翔400米,加里曼丹岛的热带雨林中无翼而会滑翔的动物就有三四十种;再比如,兽因有四蹄而善奔,但没有蹄或足就一定不能奔跑吗?蛇肯定是没有足,但非洲的黑曼巴蛇在追逐猎物时,其运行速度接近每小时20千米;鹰有超强的视力,故而善于寻找猎物,但蝙蝠视力极差而捕捉食物时却十分精准……。类似的现象可以举出很多,这些现象并非证明生命的结构与功能不相适应或者不相统一,相反倒更证明了结构与功能之间的密切关系。比如,飞鼠滑翔靠的是身体上的皮膜,蛇类疾行靠的是腹下的鳞片以及灵活的身体所做的S形运动,蝙蝠捕捉猎物或躲避障碍靠的是自身灵敏的超声波系统……。总而言之,生命的结构服从功能,生命的功能依赖结构,生命其实就是不折不扣的结构-功能统一体。