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給猴子打字機和足夠的時間,牠能打出曠世巨作……嗎?──《是湊巧還是機率?》

臉譜出版_96
・2018/02/20 ・2560字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

無限猴子理論:如果你給一隻猴子無限的時間敲鍵盤,牠終究會有機會敲出莎士比亞全集……嗎?圖/By New York Zoological Society, via Wikimedia Commons

猴子問題成為機率論裡統計機制的題目,最早是出現在法國數學家埃米爾.博雷爾(Émile Borel)於一九一三年所寫的文章中,題為〈統計機制與不可逆性〉(Mècanique Statistique et Irrèversibilitè)。文中說,如果給定足夠的時間,一隻猴子可以在鍵盤上隨機敲出莎士比亞全集。當然,「足夠的時間」指的可能是無限長。

英國物理學家亞瑟.艾丁頓公爵(Sir Arthur Eddington)對於隨機性的態度則更為開放,他在一九二七年受邀到愛丁堡大學的紀福講座(Gifford Lecture)演講時說:

「如果我把手指放在打字機的按鍵上隨意亂敲,這個行為『可能可以』造出詞意通順的句子。如果一批猴子大軍亂敲著打字機,牠們可能可以寫完大英博物館中所有的藏書。」

讓猴子敲出指定字句的機率有多高?

現在,讓我們把目標簡化一下。先別指望到大英博物館,也不要談論莎士比亞全集,連十四行詩都先擱在一邊,只討論這一句:

Shall I compare thee to a summer’s day?(我怎能將夏日與你比擬)

如果一隻猴子要能依照這樣的字母順序敲出來,我們肯定會認為這是極罕見的巧合。這可能性有多大呢?絕對非常微小!

打字嗎?好,我試看看。sourse

假設鍵盤上只有二十六個鍵,只能敲出小寫的字母,那麼猴子要敲對「shall」第一個字母的勝率為 25 比 1。而每一次的敲擊與任何一次的敲擊之間都互為獨立,因此,正確打出頭五個字母的機率,只有26×26×26×26×26=11,881,376 分之一,勝率為 11,881,375 比 1。不過這只是第一次打字就成功的機率,麻煩在於應該不只有一次機會,而有很多很多次。

讓我們算一下第一次嘗試時無法成功打出單字的機率,即是 1–(1 ⁄ 26)5,大約為 0.99999991583,幾近必然會發生。試驗 N 次之後,猴子沒敲對的機率為 (1–(1 ⁄ 26)5)N

嘗試越多次,沒有打出指定字母的機率越低。圖/臉譜出版提供。

N=8235542 時,牠會有超過一半的機率打對莎士比亞著名的十四行詩的第一個單字。上圖可以說明,在經過約莫五千萬次試驗之後,沒有打出「shall」的機率趨近於零 。[10]

內容越複雜,打對的機率越低

把這方法應用到密碼保護裝置上,可以得知,藉由隨機敲打字母,電腦程式就能夠輕易地破解由五個字母組成單字的密碼。如今,就連相對慢的電腦,中央處理器(CPU)都可以在少於十秒的時間內試驗五千萬次。但如果你把密碼多加上一個字母,試 214124096 次之後,才會有一半的機率能破解密碼。困難度會隨著字母(包括混合使用字母、數字及符號或大小寫)的增加而呈指數增加。請見下圖。

圖/臉譜出版提供。

隨機在鍵盤上亂打,敲對 π 前六個位數的機率為 0.000001,也就是百萬分之一的機率。如果一千隻猴子中,每一隻猴子都敲鍵盤一千次,出現敲對 π 的前六個位數的機會便會超過一半。或許,這會使你覺得 π 畢竟不是那麼特殊的數,不過,這當然是因為我們只取前六個位數而已。接著,取 π 的前一百個位數。就算隨機挑選宇宙間每一顆沙粒與星辰直到時間的盡頭,寫出 π 的前一百個位數的機率還是幾近零,難以動搖。

一九一三年,埃米爾.博雷爾要我們想像一百萬隻猴子,每天花十小時隨機敲擊打字機:

Les contremaîtres illettrés rassembleraient les feuilles noircies et les relieraient en volumes. Et au bout d’un an, ces volumes se trouveraient renfermer la copie exacte des livres de toute nature et de toutes langues conservés dans les plus riches bibliothèques du monde.

(不識字的領班會把髒掉的紙收集起來疊成冊。某一個歲末之際,這些書冊會恰好與世界上藏書最豐富的圖書館中,所有語言與種類書籍的冊數相同。)

英國物理學家及數學家詹姆士.金斯爵士。圖/By Kokorik via Wikimedia Commons

而英國物理學家及數學家詹姆士.金斯爵士(Sir James Jeans)則在其著作《神祕的宇宙》(The Mysterious Universe)中這麼寫:

有人說,我想是赫胥黎吧,把六隻猴子放在打字機前胡亂敲打,數十兆年後的某個時點,會恰好打出所有大英博物館中的藏書。

如果我們檢查某隻特定猴子所打的最後一頁內容,發現在亂打的情況下剛好打出莎士比亞的十四行詩,我們想必馬上就會認定這是一起驚人的意外事件,但如果我們看遍了數百萬頁猴子在難以計量的時間內所打的內容,我們滿篤定會從中找到胡亂敲打的產物──莎士比亞的十四行詩。

同樣地,數十兆顆恆星在太空中隨意地遊蕩數十兆年,必將碰上各種意外,也必將在一定時間內製造出有限數量的行星系統。然而,若與天空中的星星數相比,行星系統的數目肯定非常小。

用電腦模擬的猴子,打出了前十九個字母

用電腦虛擬的猴子來模擬執行猴子問題。二○○四年八月四日,電腦虛擬的猴子在經過 42162500000 乘以十的十八次方個猴年之後,打出了以下內容「VALENTINE. Cease toIdor:eFLP0FRjWK78aXzVOw- m)-’ ; 8t …… 」驚奇的是,這胡亂敲打出的前十九個字母,正是莎士比亞的劇作《維洛那二紳士》(The Two Gentlemen of Verona)的第一行──VALENTINE: Cease to persuade, my loving Proteus

根據莎士比亞劇本《維洛那二紳士》所繪製的畫作。圖/William Holman Hunt via Wikimedia Commons

在想到大寫鎖定鍵可能「碰巧」暫時遭到鎖定之前,我在思索的是那九個大寫字母。當然啦,四十二百京(編按:quintillion,即十的十八次方)是個相當龐大的數目,但平均得花上這麼久的時間才能等到這十九個字母以此特定的次序排列,並不代表這狀況不會在相較之下短得多的時間內發生。

也得承認,要想第一次亂敲就試出這樣的結果,機率實在小到難以想像,但並非不可能。意料之外的情事可能發生,也確實發生。以 DNA 配對為例,世界上是否會有兩個毫無瓜葛的人身上的 DNA 完全吻合?可能性微乎其微,但並非不可能。事實上,這機率僅僅只有十億分之一。

 

 

本文摘自是湊巧還是機率?臉譜出版。

 

 

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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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另外一個你可能存在嗎?從宇宙誕生到現在,你的存在需要經過一千兆個「偶然」——《宇宙大哉問》
天下文化_96
・2022/09/23 ・3064字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 作者/豪爾赫.陳、丹尼爾.懷森
  • 譯者/徐士傑、葉尚倫

還有另一個你嗎?

如果世界上某個地方有另一個版本的你,會不會很奇怪?

這是什麼科幻劇情?圖/天下文化提供

你們兩個之間有很多共通點,喜歡吃的水果(香蕉)、不喜歡吃的水果(桃子)、擁有同樣的技能(製作香蕉冰沙)和相同的缺點(香蕉冰沙吃了停不下來)、同樣的記憶、幽默感以及個性。當你知道有其他版本的你存在時,你會覺得很怪異嗎?你會想與他們會面嗎?

想像一下更詭異的情況:有個人幾乎和你完全一模一樣,僅稍稍有些不同。如果這個人比你更好呢?也許他做的水果冰沙更加美味,或者生活的方式更有意義。或者,這個人比較沒有才華,但是比較卑鄙,就像是邪惡的分身呢?

假如有幸能見到另一個你,或許你可以發現自己的更多可能。圖/天下文化提供

這有可能嗎?

雖然讓人難以想像,但物理學家不能排除另一個你存在的可能性。事實上,物理學家不只認為另一個你是可能存在的,甚至認為另一個你存在的可能性更高。也就是說,就在此刻,當你讀到這篇文章時,可能有另一個你正在某個地方,穿著和你一樣的衣服,以相同的方式坐著,甚至讀著同樣的一本書(好吧,也許是稍微有趣的版本)。

搞不好另一個你也正在看這篇文章喔!圖/天下文化提供

要瞭解另一個你存在的意義及可能性,我們得先考慮你的存在有多麼獨特。

你存在的機率

乍看之下,世界上有另一個與你毫無二致的人,機率好像是微乎其微。畢竟,想像一下,為了讓宇宙創造你,有多少事情必須發生,而且要環環相扣,缺一不可。

超新星必須在氣體和塵埃雲附近爆炸,藉著震動造成引力崩坍,形成我們的太陽和太陽系。這些塵埃中的一小塊(不到萬分之一)必須聚集在一起形成行星,並與太陽保持合適的距離,這樣水就不會結冰或變成蒸汽。生命一定要開始,恐龍必須滅絕,人類不得不演化,羅馬帝國必須崩潰,而你的祖先必須逃過黑死病。然後,你的父母必須相遇並且喜歡上了彼此。你的母親務必在正確時間排卵。在與數十億顆精子的馬拉松游泳賽中,帶有你一半基因的精子必須衝刺獲勝。單單是讓你誕生,就需要這一連串事件。

宇宙必須經歷一連串事件,才會有現在的你。圖/天下文化提供

想一想你在生活中做出的所有決定,使你成為今日的你。你有沒有吃很多香蕉。你有沒有遇到那個重要的朋友。你那時候決定待在家裡,否則會被水果推車碾過。不知何故你發現了這本關於宇宙的蠢書,並決定閱讀它。所有的一切,都從四十五億年前開始,導致了你此時此刻在這裡存在。

假如所有事情以完全相同方式再次發生,從而造就另一個你的機會有多大?這似乎不太可能,對吧?

也許不是喔!讓我們回溯所有導致你出現的隨機事件、決定和時刻,並試著計算機率是多少。

讓我們從今天開始算起:你醒來後做了多少決定呢?你可能決定怎樣起床,穿什麼衣服,吃什麼早餐。即使是看起來很小的決定,也可能改變你的人生歷程。例如,你選擇穿有香蕉圖案的襯衫或者是領帶,可能影響你未來的配偶有沒有注意到你。

讓我們假設,你每分鐘大約會做出一兩個可能改變人生的決定;這聽起來好像很有壓力,但如果你贊同量子物理學和混沌理論,數字應該會更高。假設每分鐘只有幾個決定,那麼你每天就要做出數千個重要決定,每年就高達約一百萬個。如果你超過二十歲,人生到目前為止,就已經做出超過兩千萬個決定,才會有今日的你。

接下來,假設你做的每個決定只有兩種可能,例如 A 或 B,或者香蕉和桃子。好啦,我知道通常要選擇的項目很多(譬如,早餐店的菜單選項多不勝數),但讓我們簡化問題。要計算那兩千萬次決定而成為你的可能性,你必須取 2 的兩千萬次方,即 220,000,000

如果你超過二十歲,人生到目前為止,就已經做出超過兩千萬個決定,才會有今日的你。圖/天下文化提供

為什麼?因為每做一次決定就會讓可能的數目加倍。舉例來說,你必須選擇從哪邊(左邊或右邊)下床、早餐吃什麼水果(香蕉或桃子),以及上班搭什麼交通工具(火車或公車),總共就有 2×2×2(或 23)種開啟一日行程的方式。你從左邊下床、吃香蕉並坐公車的機率是 23 分之一,或說 8 分之一。

因此,如果你在生活中做出兩千萬個 A 或 B 的決定,那就意味你的生活可能有 220,000,000 種不同的結果。這真是一個驚人的數字,是吧!但我們才剛開始暖身而已!

我們還必須考慮你的出生機率,包含你父母做決定的可能結果。如果將你父母的決定算進來,就必須再加上四千萬個決定(你父母各兩千萬個)。再加上你四個祖父母,還有八千萬個。曾祖父母呢?還有一億六千萬個。你瞭解了嗎?每回推一個世代,祖先數量就增加一倍,影響你出生的決定數量也跟著加倍。人類已經在地球上生活了至少三萬年,或許可換算為大約一千五百個世代。若將你所有祖先全部考慮進來,可能的數量會更龐大。

如果再將你父母的決定算進來,就必須再加上四千萬個決定。圖/天下文化提供

其實,真要計算起來實際情況更加複雜,如果回溯得夠遠,你會發現親戚之間盤根錯節的關係,同一個人可能在你的家譜中重複出現,除了引發令人尷尬的話題之外,也讓數學計算變得更加複雜。為簡單起見,我們假設你每代只受到兩個人的影響。這仍然有 1,500 代× 2 人× 2,000 萬個決定= 600 億個決定。及至目前為止,你發生的機率是 260,000,000,000 分之一。

只算到這裡就夠了嗎?讓我們考慮人類史前歷史並回溯到數十億年前最小微生物演化之時。在大約三十五億年前,地球上的生命開始孕育。如果你不得不製作年代如此久遠的家譜,就會發現祖先主要是微生物和簡單植物。他們大概無法做出有意識的決定,但仍會遭受到隨機事件影響,諸如風如何吹動,陽光是否照耀,天降甘霖與否等等。

假設你的微生物祖先每天至少受到一個隨機事件影響,每個隨機事件也有兩種可能結果(例如,一塊石頭是否砸落在你的微生物祖先身上)。這意味我們必須將另外一兆(1,000,000,000,000)個決定事件添加到我們的機率中。

現在,讓我們回到四十五億年前太陽系剛形成的時候,找到你的構成原子之前所在的恆星或行星,然後再一路回到一百四十億年前的大霹靂。讓我們做個超級的低估,假設在那些日子裡,每天都發生了一件可能影響你來到人世的重要大事。直到今日,大約有一千兆個關鍵事件,你存在的機率陡然劇降到約21,000,000,000,000,000 分之一。

總而言之,你存在的機率大概是 2 的 1000 兆次方分之一。圖/天下文化提供

——本文摘自《宇宙大哉問:20個困惑人類的問題與解答》,2022 年 8 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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一波未平,一波又起!我們該擔心猴痘疫情嗎?——《科學月刊》
科學月刊_96
・2022/08/05 ・2479字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 文/林翰佐 銘傳大學生物科技學系副教授,本刊總編輯。

「一波未平,一波又起。」正當這個世界仍為嚴重特殊傳染性肺炎(COVID-19)疫情疲於奔命之際,猴痘(monkeypox)疫情似乎也有逐步升溫的趨勢。我們該以何種心態面對新的未知疫情?或許這篇文章能提供讀者一些方向和理性。

猴痘病毒的近親——造成數十億人喪命的天花

猴痘是由猴痘病毒(monkeypox virus, MPV)感染所引起,猴痘病毒在分類上有個赫赫有名的同屬——造成天花(smallpox)的天花病毒(variola virus)。

天花病毒的穿透式電子顯微鏡圖,內部呈現啞鈴形的部分包含了病毒的 DNA。圖/Wikipedia

天花是一種能透過空氣傳播、致死率約 30% 的病毒,且疾病痊癒後仍會在病人身上留下難以磨滅的坑疤,令人聞之色變,更是人類疾病歷史上最黑暗的篇章。據歷史記載,在 735 至 737 年間,一場爆發於日本的天花流行,一共奪走了 100~150 萬人的生命,約相等於當時日本總人口數的 1/3,足見其威力。

諷刺的是,天花也是人類第一個戰勝的疫病。由英國醫師詹納(Edward Jenner)推行的牛痘(cowpox)接種技術,意外開啟生命科學中的免疫學篇章,使疫苗成為對抗病毒性傳染病最有效的武器。1980 年代,在世界衛生組織(World Health Organization, WHO)防堵策略的運用下,曾經造成人類歷史上約數十億人喪命的天花,在地球上徹底地被根除。

猴痘的病毒結構與傳播能力

繼承表親天花病毒的威名,猴痘疫情似乎顯得山雨欲來。

其實,痘病毒科(Poxviridae)的親戚一直存在於脊椎動物的族群當中。這類病毒的基因組由雙股 DNA 所組成,長達 186 千鹼基對(kb),記錄著 180 多個基因訊息,是感染哺乳動物的病毒當中體型最大,最為複雜的病毒。

相較於目前大家最為熟知的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)基因體長度大約只有 2 萬 6000 至 3 萬 2000 個核苷酸(nucleotides)所組成,透過分子機轉可以生產約 20 種左右的結構性蛋白(structural protein)及非結構性蛋白(nonstructural protein),在巨大的天花病毒前面顯得單純許多。

而更多種蛋白質的生產力也意味著病毒的「能力」愈強,所以天花病毒一直以來都被譽為是最狡猾的病毒,它具備多套欺騙免疫系統的機轉,使人防不勝防。

痘科病毒相當狡猾,但還是希望猴痘可以安分一點。,圖 / pixabay

猴痘,顧名思義是一種流行於靈長類的流行病。1958 年,在研究用的猴子中首度被發現,而人類被感染的首起案例發生於 1970 年,之後在中非及西非偏遠地區也陸續發現零星案例。

根據流行病學的調查研究,猴痘主要透過嚙齒類、靈長類野生動物傳染給人類,是一種人畜共通傳染疾病。不過猴痘的傳播一直以來都是不慍不火,即便目前有升溫的趨勢,流行病學專家也相信它的「基本再生數」(basic reproduction number,俗稱 R0 值)介於 2 和 3 之間,遠低於目前肆虐的新型冠狀病毒 Omicron 變異株(R0≈10~15),意味著只要有適當的防疫作為,疫情不會像 COVID-19 一樣來得又快又猛。

猴痘的傳播途徑有哪些?

目前已知猴痘人傳人的途徑主要以皮膚、口對口或體液等與患者有密切接觸的方式傳染,其中也包括接觸被患者汙染過的物品以及衣物等。不過具體相關細節仍有賴後續的研究,包括患者實際具備感染能力的時程,以及是否造成胎兒垂直感染的可能性等。不過由於人類對抗天花具有相當完善的經驗,對於應付猴痘來襲,一些估算總不至於差得離譜。

若是不慎感染猴痘,需要多久才能痊癒?

猴痘的症狀類似天花,具有明確的病癥,包括發燒、頭痛、肌肉酸痛、背痛、疲倦及淋巴結腫大,此外隨著病程的演進也會在皮膚上出現丘疹。

猴痘的症狀類似天花,特別明顯的症狀是皮膚病灶。圖/Wikipedia

猴痘的病程通常持續兩到三週,多數健康的人可以自行痊癒。不過部分患者包括嬰兒、兒童,以及免疫缺陷病友,可能會面臨更嚴重的症狀,甚至死亡。有關猴痘的死亡率依照不同地區呈現相當大的差異,預估值從 1~10%,甚至於更高的數值都曾經被提出,不過死亡率也與當地的公衛條件和醫療支援程度息息相關,不排除被高估的可能。

根據世界衛生組織公開的資料顯示,近期受到猴痘疫情影響的國家及地區,迄今並未出現死亡案例。

目前有針對猴痘開發的疫苗或是藥物嗎? 

由於新藥開發的速度較慢,多數新興傳染病很難有可以立即使用的「特效藥」。但目前包括美、英、加拿大等國的藥物管理局,已陸續核准將天花的藥物特考韋端(tecovirimat)用於猴痘治療。特考韋端能干擾天花病毒細胞膜蛋白的合成,阻斷病毒在人體內複製散播的機率、降低病情的發展,在實驗室中的研究證明它對猴痘病毒的複製也能有效地進行干預,不過臨床上的效果仍有待後續研究證實。

基於猴痘與天花的同源性,接種牛痘疫苗也可以提供有效保護,多項研究表明曾接種過牛痘疫苗者,發病率可降至約 4~21%。根據臺灣衛生福利部疾病管制署的說明,臺灣目前仍保有一定數量的第一代牛痘疫苗戰備存量,可以因應緊急時所需。另外,由於牛痘疫苗的製程屬於活毒疫苗,具有相當長效的保護效力,在 1979 年前出生的民眾皆有施打牛痘疫苗,因此他們也對猴痘有較佳的抵抗能力。

疫病的可怕性來自於高傳染率、致死率,以及人類對該疾病的理解程度。由上述已知條件看來,猴痘並不是那麼可怕,可避免過度恐慌。不過衛生習慣的培養與防疫知識確實仍是趨吉避凶的基礎,願大家出入平安。

  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 8 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

延伸閱讀

  1. 台灣科技媒體中心,猴痘最新研究解析記者會新聞稿,2022年7月。https://smctw.tw/13545/
  2. 天平疫病大流行,2021年11月5日,維基百科,https://reurl.cc/j1XR4m
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如果人類的祖先是猴子,為什麼我們沒有尾巴?
暐恩咖啡_96
・2022/02/18 ・3120字 ・閱讀時間約 6 分鐘

尾巴幾乎是脊椎動物的標配,它能幫助魚類游泳、爬蟲類爬行、鳥類飛翔。在哺乳類動物身上,尾巴的功能更是包羅萬象,狗狗用尾巴表達情緒、草食動物用尾巴驅趕蚊蟲,我們的猴子表親甚至能用尾巴抓握東西。

功能多變又實用的尾巴,就好像動物身上的瑞士刀一樣,根本是「居家旅行必備良品」。這麼棒的東西,為什麼人類偏偏沒有呢?這一切還得從人類的起源說起。

人類是從猴子演化而來的嗎?

在大約 6600 萬年前,也就是恐龍經歷隕石浩劫後的 1000 萬年內,具有靈長類生理機能的小型哺乳動物就出現了。牠有一條又長又結實的尾巴,這也許能幫牠在枝條間捕捉昆蟲時,更容易保持平衡。 

阿喀琉斯基猴屬想像圖,這類生物大約生活在五千五百萬年前,可能是靈長類動物最後的共同祖先。 圖 / Wikipedia

隨著時間推移,原始的靈長類動物逐漸演化成雜食性的猴子。這類生物的尾巴特別的靈活又有力,幾乎就像是手腳以外的「第五肢」,使得這群動物在樹梢上的生活更加活動自如。

然而,生物的演化從不停止。大約在2000 萬年前,猴子當中出現了「沒有尾巴」的一支——人猿。牠們的後代包括長臂猿、紅毛猩猩、大猩猩、黑猩猩,當然了,也包含我們人類。配合下圖,你可以看出,人猿在演化成真正的人類以前,尾巴這個構造已經消失了數百萬年,所以人類理所當然長不出尾巴。

約 2500 萬年前,人猿起源於舊大陸猴(Old world monkeys),經過長久的演化與分化形成多個類群,最終,人類與黑猩猩在六百萬年前分家。由上而下依序是:屬於人猿的人類、黑猩猩、大猩猩、紅毛猩猩、長臂猿,以及不屬於人猿的舊大陸猴、新大陸猴、眼鏡猴與狐猴。圖 / 參考資料 1

人類真的沒有尾巴嗎?

生物學上,總有些令人印象深刻的例外會發生。有些人類嬰兒(通常是男性)出生時還帶著小小的胚胎尾巴,這通常不會造成健康上的問題,甚至在有些案例中,這個小尾巴具有肌肉,而且可以動作!

在巴西就有一名 35 週早產的男嬰,出生時長著一條長達 12 公分的細長尾巴,尾巴末端還有一個 4 公分寬的肉球。醫生進行檢查後發現,這個構造僅由組織和脂肪組成、完全沒有骨頭,排除了先天性脊椎畸形的可能,認為這是罕見的「人類尾巴」,在醫學史上大約只有 40 個相同病例的記錄。[2]

巴西一名男嬰出生時長著 12 公分長的尾巴。圖 / 參考資料 2

事實上,每個人都曾擁有過尾巴,只不過,那時你還在媽媽肚子裡。在妊娠期的第 31 至 35 天左右,尾巴長度就會達到人生巔峰,尺寸大概佔胚胎長度的六分之一左右。不久後,尾巴就會停止生長,其中一部分尾巴會被身體吸收掉,另一些部分則退化、癒合成尾椎骨。

雖然人類的尾椎骨退化、失去了大部分原有的功能,但可別以為它是無用的器官!尾椎的前後兩面都有肌肉與韌帶附著,這些構造將骨盆底部的開口大部分封住,避免腹腔內的器官往下掉、造成疝氣,也具有避免失禁的功能。出力時,這些肌肉與韌帶能提高腹腔內的壓力,輔助排尿、提重物、嘔吐、前傾身體等動作。

人類胚胎在發育時是具有尾巴的。圖/ WIKIPEDIA

我們的祖先是怎麼失去尾巴的?

人體內有些基因被認為是「自私的基因」,它們平時唯一的功能便是自我複製,比如 Alu 序列(Alu element)就是個典型的例子,它本身沒什麼用,卻在人類基因裡複製了超過一百萬份,佔據了人類基因組中約 10.7% 的空間,有時還會插進有功能的基因片段裡,造成人體病變或異常。然而某些時候,它們卻能以獨特的方式發揮作用。紐約大學最近的一篇研究就表明,我們的祖先會失去尾巴,就是因為有一段 Alu 序列插入。

這回,被插入的對象是 TBXT 基因,這個基因對於胚胎發育非常重要,它與脊索(脊椎的前身)發育有關。紐約大學的研究團隊發現,無尾的猿類與有尾的猴類有個關鍵的基因差異,那就是 TBXT 基因的其中一段(exon 6)被 AluY 與 AluSx1 前後夾住,形成一個環狀結構,使得 exon 6 基因片段無法正常表現——這很可能就是猿類沒有尾巴的原因!

為了證實這個假設,科學家剔除小鼠基因裡的 exon 6 片段,果真發現小鼠會出現無尾或短尾的特徵!值得注意的是,exon 6 片段被剔除的小鼠表現出了胚胎脊髓畸形的現象,這個現象在人類新生兒身上,也有約千分之一的機率出現,情形嚴重的話會造成下肢癱瘓或大小便失禁,可見沒有尾巴風險極高,但也能合理推測此特徵也伴隨巨大的優勢,否則就無法在殘酷的天擇中延續下來,只不過,科學家對於尾巴消失究竟帶來什麼樣的演化優勢還沒達成共識。

人猿 TBXT 基因的 exon 6 片段被 AluY 與 AluSx1 前後夾住,形成一個環狀結構。圖 / 參考資料 1
exon 6 基因片段被剔除的小鼠出現了無尾或短尾的特徵。圖 / 參考資料 1

所以,如果人類保留了健全的尾巴會怎樣?

如果現代人的尾椎延長、超出身體一大截,搭配上(與其他動物相比)幾乎「衣不蔽體」的體毛,那看起來就像「在屁股上掛串白腸」,畫面太美我不敢看

想要一條功能健全的尾巴,那肯定需要周遭肌肉、韌帶與骨骼的固定與驅動,但是,你還記得尾椎附近的肌肉與韌帶拿去做什麼了嗎?它們在骨盆底部承托著腹腔!我想,如果將它們調離原本的崗位,失禁與疝氣的機會也許會上升,或許人類將不再能夠直立著軀幹追趕跑跳,只能像大多數動物一樣,平時將軀幹水平匍匐於地面,避免肚子裡的東西靠向脆弱的骨盆底部。

現實中難道就沒有尾巴發達、又能常常直立活動的靈長類動物嗎?有的,那就是狐猴

雖然大多數狐猴是屬於樹棲性的物種,但有些狐猴能在兩樹之間連續側跳一百公尺 [3]。另外,還有喜歡生活在地面上的環尾狐猴,牠們每天早晨都會或站或坐,朝向太陽張開雙臂,花些時間將體溫升高,然後成群穿梭在草原上,取食花、果實、葉子或種子,偶爾也吃吃葷,取食昆蟲、小鳥、變色龍,甚至是蜘蛛絲 [4],雜食的習性就和我們的猿猴祖先一樣。

看來,直立活動跟發達的尾巴也是能夠兼得的!如果人類真的有尾巴,或許尾巴高度會成為地位的象徵,於是人們開始用髮蠟把尾巴尖端的毛抓翹,往尾巴噴香水求偶或宣示主權;長輩會要求晚輩放低尾巴,情侶們逛街時也改用勾尾巴取代牽手,這樣就不用擔心流手汗造成尷尬了。

參考資料

  1. The genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes | bioRxiv
  2. A true human tail in neonate – ScienceDirect
  3. Ring-tailed lemur – Parc Animalier d’Auvergne (parcanimalierdauvergne.fr)
  4. ADW: Lemur catta: INFORMATION (animaldiversity.org)
  5. What if Humans Had Kept Their Tails? (sciencealert.com)
  6. Archicebus – Wikipedia
  7. Alu element – Wikipedia
  8. TBXT gene: MedlinePlus Genetics
  9. 猿 – 維基百科,自由的百科全書 (wikipedia.org)
  10. 尾骨痛的成因與治療 (chiropractors.com.hk)
  11. Lemurs (Lemuridae) | Encyclopedia.com
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暐恩咖啡_96
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一入生科 一生科科 我是說熱愛科普啦~ 努力將科學知識 譜寫成大家都能會心一笑的文章