第1章 生物的分類

樹和奶牛的區(qū)別無人不曉。一棵樹站在原地，一動不動，它不具有感知一個人是否在附近的能力，我們用手撫摸樹干，它也沒法感受。而奶牛四處走動，如果有人靠近它，它會馬上注意到人的存在。動物和植物明顯的行為區(qū)別與它們攝取營養(yǎng)物的方式相關。

植物通過攝取空氣、土壤或者水中的簡單成分來生產自身所需的食物。通過一種綠色色素——葉綠素，樹葉獲得陽光中的能量，將二氧化碳和水合成糖分，這就是光合作用（借助光的作用合成營養(yǎng)物質）。樹利用從糖中釋放的能量，將簡單的物質合成構成所有生命基礎的復雜有機物。

動物站在陽光下，無法進行光合作用，無法吸收太陽光的能量，也無法將其轉化為諸如糖之類的化合物。奶牛要獲得能量，就必須吃草。為了不斷獲得可提供能量的食物，奶牛必須四處走動，對周圍的其他動物做出反應，同時適應環(huán)境的變化。奶牛在牧場上吃草，受到的來自其他動物的威脅不多，除非是人類可能帶來的威脅。而像兔子或者老鼠一類的小型動物，則必須時刻保持警惕，免得一不小心就成了狗或者土狼等體格較大動物的盤中餐。

并不是所有動物都能自由移動。比如，珊瑚牢牢附著在海底，依靠洋流將一些小生物帶到自己觸角夠得著的地方，屬于典型的“守株待兔”式攝食。早期的自然主義者沒有發(fā)現(xiàn)珊瑚和其他很多固著動物的這種攝食活動，所以將它們歸為植物。而固著動物的確與植物很像。這些動物無法逃離捕食者，而是在組織中長出堅硬甚至多刺的骨骼或釋放惡臭乃至有毒的物質來驅逐捕食者。而植物則靠堅硬的樹皮、多刺的莖或者自帶毒素的組織防御外敵。

還有很多其他辦法可以獲得能量。一些固著生物既不能進行光合作用，也不會直接以其他生物的軀體為食，而是直接吸收富含能量的有機物。比如，蘑菇生長在腐爛的有機物上或者附近，腐爛的有機物就是其營養(yǎng)源。蘑菇和其他真菌攝取營養(yǎng)的模式與動植物有著巨大的差別。

植物和其他自身可提供簡單的無機化學成分來獲得營養(yǎng)的生物，被稱為自養(yǎng)生物（因為它們能自行完成營養(yǎng)供給）或生產者（因為它們能自己生產食物）。而動物和真菌則被稱為異養(yǎng)生物（因為它們依靠其他生物來獲得營養(yǎng)）或者消費者（因為它們必須攝取食物才能獲得能量）。動物和真菌因獲取食物的模式不同而有所區(qū)分：動物是典型的攝食者，而真菌是吸收者。

隨著我們研究的生物種類的不斷增多，生物行為和獲得營養(yǎng)方式的區(qū)別變得越來越微妙。最終，我們發(fā)現(xiàn)了具備植物、真菌和動物特征的微生物。這些微生物大多數(shù)是單細胞結構，沒有細胞膜或者細胞壁。有些單細胞生物能像植物一樣進行光合作用，但它們又能像典型的動物一樣四處移動，具備相應的反應靈敏度和快捷性。有些微生物的攝食習慣與動物類似，能積極攝食其他更小的單細胞生物，還能進行光合作用。為了在艱難的條件下存活，絕大多數(shù)單細胞生物都能像真菌一樣吸收高能量的有機物。

因此，用于區(qū)分常見的多細胞生物體、多細胞植物和動物的營養(yǎng)和行為特征，對區(qū)分單細胞生物而言用處不大。相反，我們要從內部的細胞組織結構來區(qū)分單細胞生物。許多單細胞生物的構造與由多個細胞構成的多細胞生物類似。每個單細胞生物都含有細胞器這種獨特的小型結構，有一種細胞器包含了細胞的絕大多數(shù)遺傳物質（基因），它們就是細胞核。無論是多細胞生物還是單細胞生物，只要它們包含一個或者多個細胞核和其他細胞器，就被統(tǒng)稱為真核生物（意為具有真正的細胞核）。而包括細菌和藍藻（藍細菌）在內的許多單細胞生物包含很少的細胞器，有些甚至沒有，遺傳物質分散在細胞中，它們被統(tǒng)稱為原核生物（出現(xiàn)在真核生物之前）。

生物可以分為5個界，具體如下表所示。該分類標準主要以細胞結構為基礎，對于多細胞生物的分類，則按照營養(yǎng)攝取模式的差異來區(qū)分。第一界是原核生物界，包括所有的原核生物。原核生物主要是細菌，既有自養(yǎng)細菌和異養(yǎng)細菌，還有能夠進行光合作用的藍藻。藍藻是重要的生產者，尤其是在靜水中。第二界是原生生物界，包括真核生物，比如原生動物。原生動物可以是單細胞生物，也可以是簡單的細胞集落。剩下的三界生物都是多細胞真核生物，主要按照獲得營養(yǎng)方式的差異來區(qū)分，分別是植物界、真菌界和動物界。植物界生物主要通過光合作用實現(xiàn)自養(yǎng)，真菌界生物靠吸收營養(yǎng)來實現(xiàn)異養(yǎng)，動物界生物主要通過攝食其他生物獲得營養(yǎng)來實現(xiàn)異養(yǎng)。

表1-1?生物五界分類

界 細胞結構 營養(yǎng)模式 實例

原核生物界（單細胞） 原核生物：單細胞體或者簡單集落 自養(yǎng)和異養(yǎng)（吸收者） 細菌，藍藻

原生生物界（最早） 真核生物：單細胞體或者簡單集落 自養(yǎng)和異養(yǎng)（吸收者和攝食者） 鞭毛蟲、變形蟲、纖毛蟲

植物界（植物） 真核生物：多細胞生物 自養(yǎng) 樹、草、薔薇樹叢

真菌界（海綿狀） 真核生物：多細胞生物 異養(yǎng)（吸收者） 蘑菇、霉菌、酵母菌

動物界（動物） 真核生物：多細胞生物 異養(yǎng)（攝食者） 蚯蚓、龍蝦和人類

在地球歷史的早期，有關生命起源的最可信理論認為，大約在40億年前，有機化合物形成，并在淺水區(qū)域聚集。在太陽光照的能量和火山活動的作用下，這些有機物發(fā)生了化合反應并形成更加復雜的化合物。一些有機物利用周圍聚集的有機物作為能源和生命的構造單元，最終演化成具備自我繁殖能力的生物。

與此類似，我們所知道的病毒也是一種復雜的有機化合物（核酸），它們在生物體的細胞內產生，并利用細胞內部的有機化合物作為能量來源和基本物質進行繁殖。有時候，病毒的行為會在宿主身上引發(fā)疾病，人類會患上天花、皰疹、鰓腺炎、脊髓灰質炎和艾滋病等疾病，這都是病毒在作怪。病毒離開細胞前，病毒核酸外包裹著一層蛋白質外殼，使其能分辨并接觸更多的宿主細胞。但病毒無法在細胞外繁殖，因此，病毒普遍被視作核殘余物或者更復雜的細胞碎片。然而，病毒也有可能是原始海洋首批自我繁殖粒子的“遺孤”，是一種介于生物和非生物之間的物質形式。所以，人們有時也會將病毒歸為獨立的古始生物界。

我們可以想象一下，如果最早的自我繁殖的物質與依靠有機物復制的病毒類似，那么細胞膜等結構的進一步發(fā)展和復雜的新陳代謝方式就會催生出體型更大、結構更加復雜的原核生物，其中一些可能會部分或者全部從無機物中獲取能量�，F(xiàn)在的一些細菌，比如厭氧菌，就像生活在地球表面的原始生物，通過合成氫和二氧化碳獲得能量來形成甲烷，或者利用類似于葉綠素的色素，在無氧條件下獲得陽光的能量。藍藻化石表明它們至少有30億年的歷史。藍藻利用陽光將二氧化碳和水合成糖，并釋放氧氣這個“副產品”。氧氣的存在為細菌的產生鋪平了道路，細菌通過氧化氮、硫和鐵等無機化合物獲得能量。這也為依靠氧和有機物生存的更加復雜的生命形式的進化創(chuàng)造了條件。

從原核生物進化到體型更大的真核生物，是歷時相對短暫的飛躍，雖然我們無從知曉這是如何發(fā)生的，也不知道這樣的飛躍發(fā)生了多少次，但我們已經發(fā)現(xiàn)了20億年前類真核生物細胞的化石。通過形成復雜的細胞集落，多種原核生物可能進化成多種多細胞生物，包括植物、真菌和動物。最古老的多細胞生物化石有7億年的歷史。

我們在仔細研究和比較了動物后發(fā)現(xiàn)，很多動物的后背中間都有脊椎，軀干和頭部里也有骨骼。含有內骨骼（包括脊柱）的動物被稱為脊椎動物，包括所有的魚類、青蛙、蟾蜍、蠑螈、海龜、蜥蜴、蛇、鱷魚、鳥類，以及哺乳動物，比如大象、獅子、狗、鯨、蝙蝠和老鼠等。對于這些我們還算熟悉的動物，人類在心目中常會過分夸大它們的重要性，因為這些動物中的絕大多數(shù)個頭都不小，在身體構造和生活習性方面與我們有諸多相似之處，而且它們像人類一樣愿意主動曝光自己的存在。這些動物與人類同屬一界，有著類似的形體結構，多種脊椎動物的器官和身體結構，包括人類本身，在形式和功能上比較類似。實際上，脊椎動物的身體結構只是整個動物界30多種形體結構中的一種。在整個動物界中，脊椎動物的群體數(shù)量僅占總數(shù)的3%。

剩下的97%都是無脊椎動物。吃過魚和龍蝦的人應該都知道脊椎動物和無脊椎動物的區(qū)別。魚的身體表面柔軟，但是內部卻有魚骨和魚刺。而龍蝦則恰恰相反，其體外包裹著一層堅硬的外殼，內里柔軟的部分卻十分美味。牡蠣也是這樣，內“柔”外“剛”。龍蝦和牡蠣不過是萬千不具備內骨骼動物中的兩種，像這樣體內沒有脊椎的動物都被稱為無脊椎動物。

最早對脊椎動物和無脊椎動物加以區(qū)分的人是亞里士多德，不過他當時使用的詞是無血動物（無脊椎動物）和有血動物（有脊椎動物）。可惜的是，亞里士多德的分類與動物的實際分類關聯(lián)不大，因為很多無脊椎動物是具有紅色血液的，還有很多無脊椎動物的血液是其他顏色，而他沒有意識到這一點。亞里士多德所處的時代，科學知識匱乏，而他竟能在有限的時間里通過個人觀察得出上述結論，也著實讓人佩服。由于人們對他的著述的崇拜和他在學術界的權威地位，很多人對他的觀點深信不疑并停下了探索的腳步，以至于亞里士多德的錯誤分類持續(xù)了2 000多年。直到18世紀，歐洲科學探索活動的再次興起，人們才開始質疑權威，并著手研究各種自然現(xiàn)象。19世紀初，兩名法國生物學家讓-巴蒂斯特·拉馬克和喬治·居維葉，根據基本的形體結構對脊椎動物和無脊椎動物進行了更加精準的界定，拉馬克還出版了《無脊椎動物自然史》。隨著科學探究的不斷深入，人們逐漸了解了更加多樣的動物形體結構。直到今日，眾所周知，脊椎動物只是動物中的一種，它們的形體結構也只是萬千動物形體結構中的一個。

“無脊椎動物”這個表述本身表明，人們對脊椎動物和無脊椎動物的區(qū)別普遍比較模糊，像水母這類無脊椎動物很少被人看到，而像蛤、蚯蚓、龍蝦和跳蚤等無脊椎動物則更為人熟知。然而，還有很多其他種類的無脊椎動物，因為它們太小，不借助顯微鏡人們根本無法觀察到它們。有些無脊椎動物棲息在遙不可及的地方，或者是水生，或者是陸生，無法為肉眼所見，我們在本書中也會對它們進行介紹。

生物的分類

雖然絕大多數(shù)脊椎動物都因為有脊椎而可以方便地被歸類為脊椎動物，但這只是它們的共性之一。一旦確定了某種動物是脊椎動物，動物學家無須深入查證就可以預測出，這類動物具備橫紋肌、平滑肌，擁有心臟和包含閉合血管的循環(huán)系統(tǒng)，前面有口部、后面有肛門，有包含肝臟的消化道；這類動物有眼睛和遵循特定模式的神經系統(tǒng)，腎臟是排泄器官，從卵開始的發(fā)育模式等。

從另一個角度講，單憑沒有脊椎這個特征就判定某種動物為無脊椎動物，只能說明這種動物缺少脊椎動物的一些關鍵特征，但我們卻無從對它的其他特征進行推測。無脊椎動物種類繁多，形體結構各不相同。

生物學家通過不斷努力，獲得了有關脊椎動物和無脊椎動物的更多科學發(fā)現(xiàn)，從而使我們具備了更多的預測能力。這種精準概括和預測動物的能力（包括對那些尚未展開全面研究的動物），取決于對大量科學知識組織和梳理的能力；而其他有關動物結構、生理學、生物化學和行為的事實幾乎完全派不上用場，這些知識只有在分類系統(tǒng)中彼此關聯(lián)起來，才能幫助我們有效地概括不同類別動物的特征。基于表面相似性的生物分類體系是毫無價值的，甚至還會誤導我們。比如，如果將所有的藍色動物歸為一類，我們就會發(fā)現(xiàn)除了顏色一樣外，它們幾乎沒有其他共同點。因此，生物學家使用的分類系統(tǒng)的最基本規(guī)則是，分類體系要盡可能地反映生物之間的關系。我們要借助各種動物的相似點來評判它們之間的關系。這種分類體系是一個層級系統(tǒng)。在最高層級有若干大類，各類之間有著根本的相似點。這幾大類各自又能進行細分，在層級式分類體系中，越向下，每一個分類成員的親緣關系就越緊密，擁有的共同點也越多。

但生物最高層級的分類——界，卻不是根據各類生物彼此之間的關系來劃分的。如上所述，界主要是根據細胞組織的方式和生物獲得能量的方式進行分類的。很多有機物都是獨立產生的，各界中的生物也沒有唯一的祖先。

表1-2?生物分類體系，以岡比亞按蚊和智人為例。前者是一種分布廣泛的會傳播瘧疾的蚊子，

后者是一種在地球上分布廣泛的哺乳動物，蚊子可吸食智人的血

界 動物界 動物界

門 節(jié)足動物門 脊索動物門

綱 六足綱 哺乳綱

目 雙翅目 靈長目

科 蚊科 人科

屬 按蚊屬 人屬

種 岡比亞蚊 智人

動物界中最高層級的分類為門。具備區(qū)別于其他動物的同一形體結構的一類動物被歸為一門。雖然同屬一門的動物的棲息地不同，大小、身形、運動和攝食方式也不相同，但獨特的形體結構表明它們同屬一門，由共同的祖先進化而來。雖然一些動物分類仍存在爭議，但現(xiàn)存的34個動物門分類是動物學家廣泛認同的。以形體結構存在根本區(qū)別這個標準進行分類的系統(tǒng)不夠明確，有些人傾向于將形體結構類似的動物歸為一門，而另一些人則傾向于對形體結構相同的動物進行分類。這個問題在綱、目、科、屬、種等級別的分類中也存在。當然，我們不能據此斷定，動物分類可隨性而為。分類系統(tǒng)本身不是發(fā)明創(chuàng)造，只能說這些問題的存在反映了動物進化的復雜性。

同屬一門的動物為了適應特定的生活方式，其基本形體結構會發(fā)生顯著變化，我們可以依據這些變化進一步將它們分成不同的綱。以我們的日常生活經驗做一個簡單的類比：如果我們將所有由汽油發(fā)動機驅動的交通工具歸為一個門，那么按照各種交通模式可以將這些工具分為汽車、飛機和汽船等。同理，我們熟悉的軟體動物包含了生活習性各異的多個綱：鍋牛和鼻涕蟲屬于腹足綱，它們在堅固的表面上爬行；蛤屬于雙殼綱，它們主要在柔軟的沉積物內打洞；魷魚屬于頭足綱，它們主要在水里游泳。

各個綱又包含了不同的目，按照上述類比，汽車可被進一步分為客車、卡車和跑車。不同目的動物之間差別很大，肉眼可輕松識別。比如，在昆蟲綱中，我們熟悉的白蟻、甲蟲、蒼蠅、蝴蝶、飛蛾、跳蚤等就分屬不同的目。

各個目又包含多個科，各科動物之間的解剖學差異雖然不如各目之間那么大，但也充分體現(xiàn)了生物構造的多樣性，反映了各種動物為適應不同的棲息地而進化出的不同特征或攝食方式。昆蟲綱下的鞘翅目可以分成80個科，包括潛水甲蟲、土鱉蟲、葉甲蟲、蛀木蟲、蜣螂和瓢蟲等。

各個科又包含多個屬。用來區(qū)分各個屬的解剖學標準通常比較微妙，大多數(shù)人都不會特別注意，但也需要加以區(qū)分。比如，蚊子屬于蚊科（雙翅目），30個屬的蚊子看起來都很相像，行為方式也類似，大多都吸食人血。但是，人被不同蚊子吸血后的結果可能大不相同。瘧疾是由按蚊屬傳播的，因此我們有必要把按蚊屬和其他屬的蚊子區(qū)分開來。

科的下一級為種，這一級可用精準的定義來界定，也是科學家通常所稱的物種。從概念上看，物種是指互相能夠交配并繁殖后代的某個動物種群。實際上，我們不可能對一個種群內的所有動物進行一一測試，驗證它們是否真能交配，但只要它們足夠相似，就能認定它們屬于同一種動物。如果某些動物個體與其他動物在某些特征上存在顯著不同，生物學家就會認定它們屬于不同的物種。雖然不同物種的解剖學差異有時候很小，但就算是蚊子身上的剛毛數(shù)量差異，也能幫助人們辨別其所屬物種。如果我們研究的是博物館的標本藏品，就很難確定它們的行為、生理和生物化學方面的根本差異。不過，這些差異卻是在預防異種交配時我們需要格外關注的因素。

在某些情況下，同胞的近親物種很難通過清晰可辨的解剖結構差異來區(qū)分，而必須依據生理或者生化特征來區(qū)分。常用的方法是用電泳技術來比較不同的蛋白質：將不同個體的組織碾碎成顆粒，置于電場中，組織的蛋白質顆粒因為構成的不同在電場中的移動速度也不同。于是，利用電泳技術就可以分辨不同的蛋白質，進而確定不同的物種。在大多數(shù)情況下，一旦通過電泳技術識別出不同的物種，再通過進一步檢驗發(fā)現(xiàn)解剖學上的結構差異，就可以識別電場。隨著電泳研究的深入開展，人們確定了更多的物種，但這些物種都沒有體現(xiàn)出解剖學意義上的結構差異。

很多物種都包含生活在不同地方的多個群體，比如生活在不同池塘的蝸�；蛘卟煌�山區(qū)的蜘蛛。這些不同群體的成員很少會跨群體交配，所以這些群體之間的差異一直存在且易于辨別，包括顏色、圖案或者大小。這些不同的群體常常被稱為亞種，隨著時間的流逝，地域分隔較遠的亞種會逐漸進化成不同的物種。

按照慣例，生物的拉丁學名都用斜體表示，一般包含兩個部分：第一個部分是屬名，首字母大寫；第二部分是種名，不需要大寫。智人的拉丁學名是“Homo sapiens”（在人屬動物中，現(xiàn)存物種只有一個，就是智人。根據化石記錄，其他若干個人屬物種均已滅絕）。數(shù)百萬種動物都是以這種方式命名的，毫無疑問未來會有更多的物種等待人們去發(fā)現(xiàn)和描述。識別、描述和命名新的物種需要專業(yè)的訓練和技能，以及耐心和判斷力。雖然一群訓練有素、盡職盡責的生物學家，即生物分類學家，將不斷給新的物種命名，但很多物種也會滅絕，甚至在人們還來不及去留意、收集并描述這些動物時，它們就已毫無征兆地消亡了�？紤]到如今人類的行為已經對環(huán)境產生了巨大的影響，這種情況發(fā)生的可能性就更大了。

動物的學名有時還包含首個充分描述和命名該物種的科學家的姓名，以及首次發(fā)布該動物學名的年份。比如，常見的食用貽貝（Mytilus edulis Linnaeus，1758）就是用瑞典自然科學家林奈的英文姓氏（Linnaeus）命名的。林奈首創(chuàng)了用兩個名稱描述生物的體系：在林奈生活的年代（1707—1778），科學寫作的語言是拉丁文，所以林奈用拉丁文給動物和植物命名。后來人們普遍接受了這種命名方法，現(xiàn)在科學家在給新發(fā)現(xiàn)的物種命名時都會起一個拉丁名，對它的描述則會使用現(xiàn)代語言。當以人名或者地名來命名某個物種時，該名稱就會被翻譯成拉丁文。比如加州貽貝的學名是“Mytilus californianus Conrad，1837”，即“加州貽貝，康拉德，1837”。

動物學名的命名受到《國際動物命名法規(guī)》的一系列規(guī)定的約束。按照這些規(guī)定，物種應由首個發(fā)布其拉丁名稱的人命名，包括對該物種的充分描述，這樣就一目了然了。并且，不能因為最先賦予的名稱看似不合適而隨意更改學名，哪怕是拉丁文翻譯有誤或者拼寫不正確，只要名稱發(fā)布出來，就要沿用。當然，只有少數(shù)物種名稱例外。比如，如果存在描述不完整、有歧義的情況，以至于人們覺得這類描述完全不適合該動物，或者通過針對不同物種的深入研究發(fā)現(xiàn)，這些物種都有各自鮮明的特征，就應該將其歸類為另一個屬。

當出現(xiàn)上述情況造成命名困難時，不管這種動物的名字是否長期沿用，哪怕已為人熟知，也應該考慮變更屬名或者種名，甚至兩者都要更換，并按照《國際動物命名法規(guī)》的規(guī)定對動物名稱進行變更。如果對于名稱變更存有爭議，或者出現(xiàn)《國際動物名稱法規(guī)》規(guī)定需要延期使用的動議，則應由國際動物命名法委員會酌情決定最終的名稱，該委員會的成員都是國際知名的生物分類學家。

當動物學家在科學論文中提到動物時，通常不會使用其俗名，因為俗名會因時間和地點而不同，也沒有一套規(guī)則來規(guī)范它。在某地被稱為小龍蝦的動物，到了另一個地方可能是另外一個屬或科的動物。而學名是國際通用、全球認可的，每個學名只代表一個特定的物種。有時候，有些動物非常奇特，人眼一下子就能識別出來。但更常見的情況是，親緣物種數(shù)量之眾和彼此的差異之小，只有知道這些物種的特定特征的專家才能辨識。如果動物的名稱本身就不對，就算知道其全名也沒有多大的意義。因此，為了不犯這樣的“科學”謬誤，我們常用動物的屬名、科名甚至是目名來指代那些尚未確定的動物。

有些動物不太常見，也沒有俗名，所以能描述它們的就只有學名了。碰到這種情況時，動物的屬名無須大寫，無須用斜體表示，也沒有對應的拉丁文翻譯，只用普通名詞表示就可以了。比如，草履蟲（paramecium）是原生動物草履蟲屬（Paramecium）這一物種的俗名。有時候，當既定的某個屬進一步細分為多個新屬時，原屬內的所有動物將保留最早的屬名作為它們的俗名。比如，水螅原本屬于水螅屬，雖然這個屬現(xiàn)在被細分成多個屬，但依然保留了水螅這個稱謂作為這類動物的俗名。

本書主要介紹了動物界中的各種動物。動物界的拉丁名稱意為呼吸或者靈魂，希臘文為“Metazoa”，意為后生動物。在詳細介紹動物之前，我們會先簡單介紹原生生物界的幾個成員，包括幾種變形蟲、纖毛蟲和鞭毛蟲。雖然這類生物并不屬于動物界，但它們在攝食和行為方式上與動物相似。本書將用兩章的篇幅介紹這類原生生物的現(xiàn)代后裔，多細胞動物就是從原生生物進化而來的。