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想象中的进化(转载)
日期: 2009-05-27       点击量: 2376




作者:生命科学学院00级学生刘旸

在进化领域,如果你只能记住一个人,那他必定是达尔文;先来一道小测验:下面哪个才是达尔文真身呢?

希望你没有将赌注压在那个大胡子上,这位看上去最睿智的,恰是四位之中唯一非科学的“达”姓艺术家。

如果选的是A,那恭喜你已经离正确答案相当接近,他是达尔文如今的邻居——同住在西敏寺的牛顿。二位在地下可以平躺平坐地对话;但不同于科班出身的牛顿,达尔文从不曾入“学院派”之流:他从小鄙视课堂,长大以后没有正经职业——因为不管在心理还是在生活上都没这个需求,而最终还是照样享受了国葬待遇。

如果你看D相貌清秀便选择了他,我就没法帮你找到任何联系了,这位是喜欢玩弹簧、算微积分和看星星的惠更斯。

1.

年轻的达尔文似乎是一位户外运动爱好者,他乘风破浪五载春秋,足迹遍及四大洲,行程之长可绕地球近一周;他晕过船,发过烧,见过光屁股的土著,吃过企鹅和灭绝前最后一批象龟,写过激荡人心的航海日志,收集过包括动物尸体和碎瓦片在内的各种破烂儿……然而“小鹰号”探险竟成为告别之行,他24岁归来,此后一生没有跨过英吉利海峡半步。

这五年就像命运赐下的一顿饕餮盛宴,达尔文花费了一生时间来消化和品味,而他的后人,更是用了至少一百五十年来添油加醋、煎炒烹炸。

旅途归来,敏感而细腻的达尔文曾用富含语法错误的文字,给当年带他出航的船长写道:“我眼前常生动地重现旅途中见到的情景……这些记忆和我所获得的对自然的了解,即使给我2万块钱我也不换。”

2.

文化讲“传承”;科学亦是如此。“什么书对您影响最大呢?”,这是名人访谈中一道永远有答案的保底题。

漫长而平静的旅途如果有至爱的书籍为伴,就极为美妙。那位令达尔文怀着深深谢意的船长给予达尔文的不仅有上文提到的“记忆”,还有一本刚刚上架的《地质学原理》,作者是地质学之父莱伊尔。本书奠定了“均变论”(Uniformitarianism)在地质学中的地位。“均”并非指空间,而是针对时间而言,顾名思义——古时发生的地质变化今天仍在继续,因此可以“借今通古”(The present is the key to the past)。

《原理》的另一精髓是,微小的地质变化积少成多,逐渐成就大山大河;对于接触过进化论的我们来讲,不难明白当初达尔文如何将山河同物种作比:你可以想象远古鱼中微小的一撮爬上陆地、又一小撮钻进丛林、攀上树梢再下来,想象那些变化如何一点点出现、积累、并轻轻地试探自然界耐心的底线——好像地壳挤压万年,才形成众人瞩目的喜马拉雅。

另一本书却比达尔文本人还老十年,是经济学家马尔萨斯的《人口原理文集》。在资源无限的情况下,人口指数增长……打住,这显然是荒谬的。马尔萨斯给出的解释是:饥荒、疾病和战乱充当了人口之闸。

让我们钻进达尔文的脑子,把这一理论套用在生物上:一条鱼产下上万颗鱼卵,孵出的达到百的量级,如果这些小苗全能“长大成鱼”,今天的地球可能已经变成一颗泛着腥味的鱼丸子;幸好,能将性命保全到生育年纪的一般只有2个,这才维持了种群数量的稳定,从200002,自然筛选之严酷可想而知。小鱼之间,每两两不相像,有的幸运一点、机智一点,而且不易染病,就极有可能拔得头筹脱颖而出;如果它们再能将自己的运气、机智和健康传递给后代,长此以往就能本家繁盛,以致整个部落都充斥着当年为它们打下江山的特质。在此之后,环境每变化一轮,胜出的特质也随之而变,于是,生命不息,演化不止。

到此,过度生殖、自然选择、适应、演化几个因素集结完毕。你可能也已被我冗长的说教所催眠……快醒来!听一个最重要的倒霉蛋的八卦!

3.

提到拉马克,你恐怕会联想到一个可爱的故事:主人公长着大眼睛和短脖子;由于性格太过温顺,低处的叶子抢不过别人,只好用力抻着脖子够高儿;命运眷顾这位有恒心的谦谦女子,不断的使用使她获得了略微修长的脖子;又遗传给了下一代;世代反复,短颈鹿终于出落成“长”颈鹿!“获得”强调了一个个体在自己有生之年得到一个新性状,比如稍长的脖子;而手段,可能是“用进废退”,比如使劲伸长;组合起来,获得性遗传的意思是,个体获得的性状(也许通过反复使用)会传给下一代——这是我们通常学到的所谓“拉马克理论”。一个美丽的故事,使讲故事的人被扣上反面典型的帽子,作为达尔文的对立者被世代嘲笑——“用进废退?哈哈!获得性遗传?哈哈哈!”

事实上,达尔文不仅从未反驳过“获得性遗传”和“用进废退”,反而还在《物种起源》中用整整一章来猜测获得性遗传的机制(他俩为什么都没想到小长颈鹿是怎么活下来的)。因为那个时候,遗传学还没有诞生,它的父亲孟德尔还正在教堂的房檐底下种豆子。

总而言之,获得性遗传解释的是“遗传”;而非我们所关心的“进化”。“拉马克的用进废退理论被达尔文的进化论收拾得一败涂地”——你恐怕能看出这句陈述的刻薄之处了。那么二人的分歧究竟在哪里呢?

拉马克认为,生物“感知”外界,并且为了适应环境而主动做出改进。听起来很滑稽吧,但在“演化”之路上,拉马克至少已经让上帝出局。而达尔文则把演化归结为自然选择,也就是说,生物自己能做的只是瞎打误撞地产生变化而已,不同个体撞到不同的变化,少数个体被自然界放行,于是变化保留下去。二人向世人宣布的并不是“演化”这一事实,而是各自为“演化”提出了一种解释。只不过,达尔文的解释——“自然选择”,被事实证明更动人一些。

既然提到拉马克,就干脆不嫌贫嘴地说一句,“拉马克主义”今日已咸鱼略作翻身。后天“获得”的性状在某些特殊情况下可以遗传给后代。这个内容足可单开一章,就此打住。

4.

废话说尽,终于可以进入正题。题,名字,就让我们从“进化”这个名称说起。

今日许多中国进化学者谈及Evolution的翻译,总耿耿于心。Evolve,“生命翻展开来”;原本并没有“进”“退”之内涵。

这似乎违背了“常识”。单细胞集合为多细胞,分工出现,中央神经系统形成……不管是眼睛所见,还是书本上的讲授,都告诉你地球上出现的生物越来越“高等”。由此推断,进化途中的万物应该都在等待人类的到来,我们也理所当然可以用“同人类进化距离的远近”来衡量物种“高等”与否。这究竟是一个事实,还是我们的愿望?

要做出回答,首先需要一个明确的衡量“进”的标准。拉马克说:“生命由简单到复杂。”好,就拿“复杂性”(complexity)开刀。肠胃里的寄生虫是一个明显的反例:它们选择生境,自然选择它们——终日栖居在暗无天日的肠道夹缝,于是一些没有视力和运动能力的个体昌盛下来,因为它们节省了制造眼睛和四肢的体力。同近亲相比,这些寄生虫似乎“退化”得又丑又迟钝。

然而就在你刚要点头承认生物也会退化的时候,却猛然发现,这些寄生虫竟有着异常发达的生殖系统、特化的口器,以及精密计谋的世代周期。寄生虫和近亲相比究竟是“进”了还是“退”了,变得难以说清,这无疑让故事更为复杂。

5.

进化论之高明,正是因为它不辨“进”“退”;自然选择的结果,非“强者生存”,而是“适者生存”。不同的物种有不同的环境,不同物种有不同的适应。根据达尔文的定义,如今在世上存在的都是“适者”。于是,挣扎于纷扰社会中的你,并不比下水道中的大肠杆菌更适应。

“适者生存”的论断固然贬低了你在你心中的地位,不过其美好结果也不言而喻:经过亿年的进化,水中仍然游着没上岸的鱼,树林里盘着没长翅膀的蛇,猫和狗还说着人类不懂的甜言蜜语,猴子也还在树上荡秋千不肯下地。

科学界有一个由来已久的问题:生物学是描述性的科学;许多人希望它能“完善”成为逻辑科学,像物理和数学一样。不知道这是不是真的可能。

举个例子,血液为什么会循环?生理学说:心脏有搏动和瓣膜;生化学说,因为体内有ATP(能量);神经生物学甚至告诉你:身体的反馈机制使得剧烈运动之后血液循环加快——怎样,还算逻辑吧。但如果用“适应”来解释,就会口味大变:为了更有效地向身体各部输送氧气和营养——这听起来简直像是一种超脱于物质性本身的思辨游戏。然而在生物学领域,这却是难以回避和极有意义的一个切入点。

你很难想象将这个切入点引入物理学。比如,大海为什么有波浪?因为万有引力。如果你说潮汐的存在是为了潮汐发电,就显然变成了只有DrYou才会出现的答案。

“适应”的观点,为解释现象提供了其它逻辑学科所不会有的另一个角度。不过,请注意,这个角度本身并没有将进化论同神创论区别开来(因为你同样可以说上帝为了……而设计了……)。好在科学还提供了“自然选择”。

6.

写达尔文的人流行用一句话:“自达尔文以来”。是的,达尔文的出现是划时代的,但它不是一个结局,却恰恰是开始。

如今的百科全书添加了补充说明:进化的动力有二(甚至多于二),一为“自然选择”,二是“遗传漂变”。且看第二点漂变,字里行间体现着一种不定性——如果你体会到这点就容易理解了。比如你的种族很小,你有一个别人都没有的优良性状,可惜天下姑娘太少,你找不到伴侣,于是优良性状委屈地遭受淘汰——甚至都没来得及被自然选择一下,亏死了;同时,你眼睁睁地看着几个比你龌龊的同族人建立了幸福家庭并传宗接代。用生物的语言讲,一个群体越小,发生这种“不公”的可能越大,结果是,优良性状未必能称霸,凑合的那些反而可能。“漂变”所造成的演化,是自然选择鞭长莫及的结果。

(但是你不用担心,Human population is considered very big…

上世纪三十年代诞生了分子生物学,进化的视角也随之进入分子水平。传统自然选择“非黑即白”,一个个体,要么活要么死;但绝大多数情况下,分子水平的基因发生突变,也许不反应在个体的身上,也许反应出来却被自然视而不见。自然会说:“鱼丸米线、鱼丸粗面长得一样,通吃!”这样,被传递下去的分子(基因)水平的变化,实际上比性状的变化多得多,而且谁遭到传递只能看谁在“漂变”中更走运。这就是日本人木村资生的“中性学说”(Neutral theory),它的诞生经过了几十年的铺垫和渊源,后继还被木村学生改成了“有点中性学说”(正规说法:近中性学说,Nearly neutral theory),用来涵盖那些米线比粗面略好一丁点的情形。

“啊,快躲开,小行星飞来了!”嗖——砰!呼啦啦……上文说的一切都白搭了。这便是我要说的最后一条进化因素——大灾难。

当年的达尔文为了说明物种的演化,随手画出一些稀拉的枝杈,如今成为一个兼具艺术性和科学性的图腾,被印在衣服和杯子上;而新版的进化树,早已枝繁叶茂,虽然它的生长并不是自然选择独立滋养的结果,但不是也同样美丽么?

7.

有一只松鼠名叫“恐龙”,他总是津津乐道一个自传体故事:几亿年前的一天,天上突然飞下一块大石头把他砸扁了;然后地壳断裂,他的身体恰好一半分到东、一半分到西;几亿年后,勘探队甲发现了东边一半,鉴定为“恐甲”,勘探队乙发现了西边一半,鉴定为“恐乙”;恐龙说:其实我明明叫“恐龙”。

恐龙同学的故事绝不是讽刺,学习考古和进化的人可能都能领会其中的那乐观的自我调侃,以及背后的美妙本质——进化学的讨论对象不只是某一条理论,更是证据的解读;你可能不常见到数学家对数据的诠释方法进行争论,但这却是进化学毫无例外的讨论焦点。

就拿达尔文最喜欢的“达尔文雀”(Darwin’s finch)举例吧。不同于承载远古信息的化石,这是加拉帕戈斯群岛14种活生生的地雀。传说达尔文通过对这些近缘种的观察,总结出“适应”和“演化”的概念。想当初达尔文收集这些小雀的目的不是动物保护,更不是生物研习,而是因为那一阵子突然爱好打猎。当他回到英国老巢,将这些雀的尸体上交给鸟类专家时,达尔文还满以为小雀们彼此毫无牵连。想象一下,如果故事就此打住,如果鸟类专家的尸检报告没有确定这些小雀的近缘关系,也许,当年的人们还要再等一些时候才能挨到进化论的诞生。

进化的历程就像一幕黑夜,不管是化石,还是今天的活物,都如同一点细小光亮。进化学在做的,就是盯着这些间断的小光点,却想象出黑暗中那不可能见到的全局景象。今天,我们离想象出全局还相差很远,不仅如此,即使想象出的那些部分,解像度也极差——一个像素也许足有一亿年那么大。

8.

这个年代最著名的进化论科普作家当推古尔德和道金斯。尽管二位都坚决地举起进化论大旗,却有相当明确的分歧。

当年道金斯一定是用风趣的口吻和自信得一塌糊涂的语气说出:“自私的基因!”在他的书中,进化存在一个终极解释。高尚的利他行为、互助行为,猥琐的性骚扰和种族歧视……这些品性之存在,归根结底是因为基因自私地希望自己永垂不朽,这是它的本性。在道金斯看来,个体、种群甚至物种都会死去,只有基因是进化中唯一永恒存在的实体。正因为此,只有基因才是自然选择的众矢之的(而非个体、种群甚至物种)。

记得那个故事么:你的女友问你,如果她和你母亲同时面临坠崖的危险,而你只能救一个人,你如何选择?标准答案是:救母亲,然后和女友一起跳下去。这种好男人答案,你可千万不要和道金斯的粉丝说:因为当你跳下山崖的时候,已经让两个人的基因传递机会同时葬身谷底,你撼动了基因至高无上的地位。

道金斯的理论是非常智慧的,因为它能用一条“普适原理”将世界归纳,这一点让这个现实主义的世界非常欢喜。但在人群中流行,还并不等于被奉为真理:我们如今的性情禀赋来自远古环境对远古人类的选择,但是我们根本无法确知“自私”或“利他”真的是那时环境选择的结果;我们固然可以用“自私的基因”来解释那可耻的自恋和敌意,然而直到今天,我们毕竟还没有找到这些品性的基因基础。

穆勒说过:“在所有逃避考虑社会和道德对人类心灵影响的平庸方式中,最平庸的方式就是将行为和性状的多样性归咎于遗传天性的差异。”另一方面,当你想到:那些令我们引以为傲的人类美德原来都只源于基因的自私天性,一定也会感到不舒服。这些正是古尔德的顾虑。

这个人自称“悲观的右翼分子”;这个人相信,世界上总有一些事情,是科学所无力解释的;这个人强调我们除了动物性,还“具有丰富的行为潜力”;他推崇,我们“存在的本质就在于没有本质”。

宽容和理解使争论能够延续,这正是最令人高兴的地方。还是让我闭嘴,让古尔德说话:“我不能证实我的观点,正如我的同事不能证实他的观点一样。但在缺乏证据的情况下,两种观点至少同样合理。”

9.

松鼠“孔雀”曾感慨说:“音乐论坛都在说门德尔松,科学论坛全是达尔文。”

达尔文的进化论无疑是现代生物学的根基,然而有趣的是,这个根基却正是生物学中争论最为激烈的问题之一:它研究的是不确定的证据、它希望重现的是不可重现的历史、它的单位是“亿年”、它靠的是想象但我们却太容易想象力泛滥。

达尔文说:“希望我的物种演化理论,即使十岁的孩子也能看懂。”

我想,屏幕对面的诸位恐怕都能至少说出和我一样多的看法。甚至参与争论。不管未来我们掌握了多少证据与手段,这些讨论都将继续下去。因为我们希望从进化论得到的,不仅是一个“世界如何走到今天”的解释;我们还要通过它的口,说出一个我们所构思的世界的样子。

在天堂的达尔文一定整日不停打喷嚏,并为此深深欣慰。

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