雖然目前科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)所有具有神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)物都有睡眠行為，不具有神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)物則不具有睡眠行為，且睡眠行為很可能對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有非常重要的積極作用。
但大自然中還有大量生物并不具有神經(jīng)系統(tǒng)，也并無(wú)睡眠行為，比如植物和各種真菌，它們也活得很好。動(dòng)物為什么要發(fā)展出這么麻煩的一套系統(tǒng)呢？大量的時(shí)間浪費(fèi)在了睡眠上，難道不會(huì)大大影響動(dòng)物的生存和繁衍效率嗎？

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期而深入的研究，科學(xué)家們回溯了神經(jīng)系統(tǒng)的演化過(guò)程，并得出了一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)論：神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō)是極為必要的，它是在漫長(zhǎng)的演化過(guò)程中，由動(dòng)物們“吃”出來(lái)的！它能極大提高動(dòng)物的生存和捕食效率。

一、不會(huì)“吃”，動(dòng)物就誕生不了了

地球上的生物大約是在37-42億年前演化出來(lái)的，最初出現(xiàn)的生物細(xì)胞里面沒(méi)有細(xì)胞核，叫做原核生物（prokaryote），包括細(xì)菌（bacteria）和古菌（Archaea）。它們既可以自養(yǎng)，也可以異養(yǎng)。自養(yǎng)就是自己合成有機(jī)物，包括化能自養(yǎng)生物（利用氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的能量合成有機(jī)物）和光能自養(yǎng)生物（利用太陽(yáng)光的能量合成有機(jī)物）；而異養(yǎng)就是利用別的生物合成的現(xiàn)成有機(jī)物。異養(yǎng)生物分泌消化液到身體外，將有機(jī)物分解成小分子，再加以吸收。

原核生物，無(wú)論是細(xì)菌還是古菌都沒(méi)有吞食能力，無(wú)法吞食別的細(xì)菌或古菌。這是因?yàn)樗鼈兊募?xì)胞膜無(wú)法快速變形，從而包裹食物顆粒將其吞入細(xì)胞內(nèi)。地球誕生以來(lái)，在地表各處存在大量的還原性物質(zhì)（例如海洋中的亞鐵離子），一旦地球上有氧氣產(chǎn)生，氧氣就會(huì)優(yōu)先與這些物質(zhì)反應(yīng)，因此地球上的氧氣含量一直很低。這種狀況在大約22億年前改變了。生物光合作用的產(chǎn)氧量大增，氧氣不光消耗掉了地表的還原性物質(zhì)，還在大氣中積累起來(lái)。一些細(xì)菌也適應(yīng)了這種情況，利用空氣中的氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，使細(xì)菌能夠從食物的氧化中獲得更多的能量。這時(shí)，一個(gè)古菌，據(jù)推測(cè)是洛基古菌（Lokiarchaeota），偶然地（例如通過(guò)機(jī)械損傷）包進(jìn)了一個(gè)叫做α-變形菌（α-proteobacteria）的細(xì)菌。這個(gè)細(xì)菌不僅在古菌細(xì)胞里面存活，而且還繼續(xù)利用氧氣氧化食物，為自己，也給包裹它的古菌提供能量。這個(gè)α-變形菌也就逐漸變?yōu)楣啪囊环N細(xì)胞器（細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行特殊功能的結(jié)構(gòu)），即線粒體（mitochondria）。不僅如此，線粒體還能保持有原來(lái)變形菌的繁殖能力，在古菌細(xì)胞內(nèi)分裂，產(chǎn)生數(shù)量眾多的線粒體，給古菌以大量的能量。

二、進(jìn)化！從利用和發(fā)展“吃”功能開(kāi)始

真核生物是不會(huì)放過(guò)這個(gè)機(jī)會(huì)的，也發(fā)展出了在細(xì)胞內(nèi)消化食物顆粒的機(jī)制，即向包裹有食物顆粒的小囊內(nèi)分泌消化酶。原核生物本來(lái)就有向細(xì)胞外分泌消化液的機(jī)制，向小囊內(nèi)分泌消化酶的過(guò)程與向細(xì)胞外分泌消化液機(jī)制相同，因?yàn)樾∧覂?nèi)部本來(lái)就是細(xì)胞外部原來(lái)的一部分空間。食物被消化后形成的小分子營(yíng)養(yǎng)從小囊進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，類似于從細(xì)胞外吸收消化產(chǎn)物，但是在這種情況下，消化產(chǎn)物已經(jīng)完全歸自己所有了。為了防止小囊萬(wàn)一破裂釋放出消化酶對(duì)自己的有機(jī)物進(jìn)行消化，真核細(xì)胞還使小囊內(nèi)部變?yōu)樗嵝裕敢仓辉谒嵝原h(huán)境中才能工作，這樣即使小囊破裂，釋放出來(lái)的消化酶也因?yàn)樗釅A度改變，不再具有消化功能，也不能危害真核生物自己了。這樣的小囊就逐漸變成真核細(xì)胞在細(xì)胞內(nèi)消化外來(lái)食物的細(xì)胞器，叫做溶酶體（lysosome）。溶酶體就相當(dāng)于是細(xì)胞的“胃”。我們?nèi)祟惓允硶r(shí)，也是先將食物吞入胃中，再向胃內(nèi)分泌酸和消化液，再吸收消化產(chǎn)物。

**利用和發(fā)展“吃”功能的真核生物就發(fā)展成為動(dòng)物，動(dòng)物就是吃現(xiàn)成有機(jī)物的生物。**不利用這個(gè)功能，仍然通過(guò)體外消化獲得營(yíng)養(yǎng)的真核生物，就是真菌（fungus，例如酵母、霉菌、蘑菇）。而通過(guò)光合作用自己制造有機(jī)物的真核生物就是植物（在廣義上也包括藻類）。

最初的動(dòng)物是單細(xì)胞的。現(xiàn)在也還有許多單細(xì)胞動(dòng)物，例如變形蟲(chóng)、草履蟲(chóng)和領(lǐng)鞭毛蟲(chóng)。

變形蟲(chóng)是典型的通過(guò)改變細(xì)胞膜形狀包裹食物顆粒加以吞食的例子。草履蟲(chóng)身體形狀比較固定，但是有口溝可以吞進(jìn)食物。領(lǐng)鞭毛蟲(chóng)（choanoflagellate）長(zhǎng)有一根長(zhǎng)長(zhǎng)的鞭毛，它的擺動(dòng)可以將細(xì)菌趕至鞭毛的基部，那里圍繞鞭毛的還有一圈比較短的纖毛，叫做領(lǐng)毛，它們組成網(wǎng)，攔住細(xì)菌，再通過(guò)領(lǐng)毛基部的細(xì)胞膜將細(xì)菌吞食。從領(lǐng)鞭毛蟲(chóng)的基因分析，它就是現(xiàn)今所有多細(xì)胞動(dòng)物的祖先。

大約在6-7億年前，多細(xì)胞動(dòng)物產(chǎn)生了。至今存活的，最原始的多細(xì)胞動(dòng)物就是海綿（sponge）。海綿身體類似花瓶，瓶壁上有孔，內(nèi)壁就是一層和領(lǐng)鞭毛蟲(chóng)非常相似的細(xì)胞，叫領(lǐng)細(xì)胞。它們的鞭毛協(xié)同擺動(dòng)，帶著海水從瓶壁上的孔進(jìn)入，再?gòu)纳戏降目诹鞒觥：Ｋ械募?xì)菌被領(lǐng)毛阻攔，再被領(lǐng)細(xì)胞吞食。海綿其實(shí)是多個(gè)領(lǐng)鞭毛蟲(chóng)集體捕食，每個(gè)領(lǐng)細(xì)胞各自消化食物。海綿是不移動(dòng)身體的，屬于“守株待兔”型。最早的疑似海綿的化石在非洲的納米比亞發(fā)現(xiàn)，有7.6億年的歷史。更為確定的海綿化石在阿曼南部被發(fā)現(xiàn)，有6.35億年的歷史。在中國(guó)貴州發(fā)現(xiàn)的甕安生物群中，也有海綿化石，時(shí)間大約在6億年前。

在5.6億到5.5億年前，即在寒武紀(jì)生物大爆發(fā)前，動(dòng)物的種類增加了，例如在埃迪卡拉生物群（Ediacara biota，大約6.35-5.39億年前）中兩側(cè)對(duì)稱的動(dòng)物狄更遜蠕蟲(chóng)（Dickinsonia）、約吉亞蟲(chóng)（Yorgia）、 金伯拉蟲(chóng)（Kimberella），三側(cè)對(duì)稱的三臂蟲(chóng)（Tribrachidium）, 四側(cè)對(duì)稱的四瓣蟲(chóng)（Conomedusites）, 五側(cè)對(duì)稱的五輪蟲(chóng)（Arkarua），和八側(cè)對(duì)稱的八臂仙母蟲(chóng)（Eoandromeda）等。這些動(dòng)物的身體都是軟體的，以海底的藻類或細(xì)菌為食。

這些動(dòng)物在5.5億年前留下了大量化石樣品，但是沒(méi)有一個(gè)樣品顯現(xiàn)出有身體傷害的痕跡，例如愈合的傷口，或者被撕碎的身體碎片等。這說(shuō)明在5.5億年前或更早，這些動(dòng)物還沒(méi)有被別的動(dòng)物攻擊過(guò)，有可能當(dāng)時(shí)的動(dòng)物還沒(méi)有發(fā)展出攻擊并且吃掉別的動(dòng)物的手段。

三、動(dòng)物開(kāi)始“吃”動(dòng)物，神經(jīng)系統(tǒng)誕生了

然而比起植物來(lái)，動(dòng)物是更好的食物，因?yàn)閯?dòng)物之間身體的組成更為相似，沒(méi)有植物中那些難以消化利用的成分。同樣重量的食物，動(dòng)物來(lái)源的利用率就比植物高，所以動(dòng)物以別的動(dòng)物為食是早晚的事。大約從5.5億年前開(kāi)始，動(dòng)物攻擊動(dòng)物的情形真的出現(xiàn)了：克勞德管蟲(chóng)（Cloudina）化石身上就有了明顯的傷口痕跡。在這個(gè)時(shí)期，上面提到的那些軟體的，無(wú)防衛(wèi)的動(dòng)物大多消失了，取代它們的是與現(xiàn)代動(dòng)物更類似的物種。尖刺和牙齒等攻擊性結(jié)構(gòu)，用于防御的鈣化的外骨骼和身體表面各種形狀的“盔甲”都開(kāi)始出現(xiàn)，說(shuō)明動(dòng)物之間捕食與反捕食的斗爭(zhēng)開(kāi)始了。

然而動(dòng)物捕食動(dòng)物是困難的。動(dòng)物一般在動(dòng)，要捕獲動(dòng)物，需要了解動(dòng)物的位置以及運(yùn)動(dòng)的方向和速度，再根據(jù)這些情況做出相應(yīng)的捕食動(dòng)作。這就需要有信息感知系統(tǒng)，信息分析系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)。整個(gè)過(guò)程必須足夠快，否則就不能成功地捕獲獵物，而這個(gè)任務(wù)是過(guò)去的信息傳遞機(jī)制所不能完成的**，必須發(fā)展出新的，快速傳遞信息的機(jī)制，這就是神經(jīng)系統(tǒng)。**

前面所說(shuō)的那些多細(xì)胞動(dòng)物，包括海綿，絲盤(pán)蟲(chóng)和埃迪卡拉生物群中的動(dòng)物，都不以動(dòng)物為食，它們也不需要神經(jīng)系統(tǒng)。而以動(dòng)物為食的動(dòng)物就都發(fā)展出了神經(jīng)系統(tǒng)。

一個(gè)好的例子是上面談到過(guò)的水螅。水螅的食物之一是水蚤，一種甲殼亞門(mén)的動(dòng)物，能夠游泳。要捕獲水蚤，需要感知水蚤的存在和位置，以及身體的協(xié)調(diào)活動(dòng)，沒(méi)有神經(jīng)系統(tǒng)是做不到的，水螅也就成為現(xiàn)存的具有神經(jīng)系統(tǒng)的最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞動(dòng)物。

因此，神經(jīng)系統(tǒng)也大約是在動(dòng)物開(kāi)始吃動(dòng)物的時(shí)期出現(xiàn)的。最早的神經(jīng)系統(tǒng)存在的證據(jù)來(lái)自5.2億年前的三葉蟲(chóng)（Tribolite）的復(fù)眼，它收集的視覺(jué)信號(hào)是需要神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)解讀的。水螅為刺胞動(dòng)物，而刺胞動(dòng)物在大約5億年前出現(xiàn)。因此神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)的時(shí)間大約是在5億年前。動(dòng)物之間捕食與反捕食的斗爭(zhēng)一旦開(kāi)始，神經(jīng)系統(tǒng)也就不斷演化。捕食者需要更敏銳的感覺(jué)，更快的動(dòng)作，以及更為強(qiáng)大的捕食工具（刺，爪，牙等），被捕食者需要更快地發(fā)現(xiàn)捕獵者以及更快地逃跑。這種演化壓力使得神經(jīng)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜和高效。

來(lái)源: 中科院物理所