达尔文的进化路


  “如果不按照进化论思想思考问题,生物学的一切都将毫无意义。”美国遗传学家多布赞斯基的这句名言并非危言耸听。1859 年,当50岁的达尔文在担心、谨慎和焦急的状态下,正式出版《物种起源》,提出进化论时,他根本无法想象,这个在当时被打上“叛逆”标签的理论,会对未来世界产生怎样的影响。

      在达尔文提出进化论150 年后,他留给我们的伟大遗产仍然显著影响着当今世界:世界上的众多学术著作都由《物种起源》衍生而来。这些“遗产”也反映了过去一个多世纪里,进化论经历了怎样的巨变:早期理论已与基因科学融为一体。对于达尔文和他之前的科学家而言,基因科学或许是个超乎想象的研究领域。

  现在,进化论不再只是探索远古生命起源与演化的一种理论,而是转化为一系列实用技术,造福于我们的生活:利用进化分子时钟,可以更准确锁定犯罪分子;使用系统进化分析技术,可以更有效阻止传染病暴发;采用定向进化技术,可以培养出效果更好的疫苗;借鉴生物进化的原理,可以开发出强大的程序,解决复杂的设计优化问题。

  达尔文的人生开局并不顺利:大学时学医,因为不愿解剖尸体而无法毕业,愤怒的父亲强行把他送到剑桥大学攻读神学,却又因为常常冒出“亵渎宗教”的想法而惹怒神职人员,险些再次不能毕业。1835 年,达尔文不顾父亲竭力劝阻,跟随“小猎犬号”开始为期5 年的环球之旅,开始了他的进化论之路。

      1835 年,26 岁的查尔斯· 达尔文(Charles Darwin)搭乘英国皇家海军的“小猎犬号”(HMS Beagle)双桅横帆船来到南美洲的加拉帕戈斯群岛(Galápagos)时,他并未过多留意那些如今与他名字密切相关的鸟类,他甚至错误地把一些小鸟当作蜡嘴雀(grosbeak),其中就包括如今的“达尔文雀”(Darwin’s finche)。回到英国后,鸟类学家兼画家约翰·古尔德(John Gould)为“小猎犬号”带回的鸟类标本制作详细图解时才发现,达尔文眼中的“蜡嘴雀”,其实属于不同的雀科种类。  

      从古尔德的工作中,达尔文这位自学成才的博物学家逐渐明白,雀科鸟喙的大小是经过几代改变,才得以适应不同岛屿上植物种子和昆虫的体积差异。1839 年,达尔文回到英国后,发表了《小猎犬号航海记》(The Voyage of The Beagle)。他在书中写道:“看见在这样一小群有着亲密关系的小鸟中,居然存在这种渐变特征和结构上的多样性,任何人都可能会想到,它们是由这座岛屿上最初的几只小鸟发展而来的——同一种群的小鸟经过不断‘改良’形成了不同的发展‘终端’。”

      大约20 年后,达尔文将他的所见所闻,以及对雀科鸟类适应不同岛屿环境方式的理解,整理成为一套完整的进化理论,着重强调了自然选择的力量——正是它确保优势性状能在种群内代代相传。多年来,虽然科学界和宗教界的批评家们总在批判达尔文进化论的核心观点,但这套理论却像一把钥匙,开启了一个似乎永无止境的研究领域。直到今天,生物学家仍在寻找能合理解释自然选择如何在分子水平上发挥作用,以及如何影响新物种形成的实验依据。

      在此过程中,著名的达尔文雀一直扮演着重要角色。达尔文曾认为,进化过程极为缓慢,生命短暂的人类根本察觉不到生物在进化。由于达尔文雀的繁殖相对迅速,生活在与世隔绝的岛屿上,而且鲜有迁徙,这类小鸟就成为科学家实时观测生物进化的理想对象。

      从20 世纪70 年代起,美国普林斯顿大学的进化生物学家彼得·R·格兰特(PeterR. Grant) 和B· 罗斯玛丽· 格兰特(B.Rosemary Grant)夫妇便将加拉帕戈斯群岛当作一个“巨型实验室”,观察两万多只雀科类小鸟的习性和身体变化。他们的研究明确显示了新生代雀类的平均个头和鸟喙的大小如何随着厄尔尼诺现象的反复,以及岛上气候从湿润到干燥的变化而变化。他们甚至还能根据观察数据,编写出新型雀类出现的大致时间表。

      实际上,很多科学家都在通过各种方式观察生物进化,格兰特夫妇不过是其中两位。除了达尔文雀,科学家还研究过非洲大湖地区的丽鱼(cichlid fish)、阿拉斯加的棘鱼(stickleback)、中南美洲及加勒比群岛的卵齿蟾属蛙类(Eleutherodactylus frog)等。从他们观察到的典型实例中,我们可以得出一个与达尔文传统观念截然相反的结论:生物进化并非始终缓慢而稳定,有时会突然加速,在数年(而不是数千万年)内完成一次飞跃。

      人们对进化(往往是为什么只有“适者”才能生存)的思考已有悠久历史,甚至可追溯到苏格拉底(Socrates) 时代。18 世纪和19 世纪,很多科学家都提出过关于生命如何进化出来的猜想,其中就包括达尔文的祖父伊拉斯谟·达尔文(Erasmus Darwin,1731—1802)。

          19 世纪以来,达尔文进化论是首个能经受科学界严格检验的理论。当代科学家配备有精密摄像设备、高性能计算机和DNA 取样工具,与当年“小猎犬号”上的设施相比,可谓天壤之别,而他们的研究也证明了达尔文理论的正确性。今天,不论是生命科学这样的基础学科,还是法证科学类的应用领域,都与达尔文相关理论有着千丝万缕的关系,这也是全世界都在庆祝达尔文诞生200 周年、《物种起源》出版150 周年的原因。

      达尔文进化论与相对论、量子力学等其他重要理论体系一起,构成了现代科学的支柱。正如哥白尼推翻“地球中心说”一样,达尔文理论否定了人类主宰自然世界的说法。美国加利福尼亚大学欧文分校的进化生物学家弗朗西斯科·J·阿亚拉(Francisco J.Ayala)用“没有设计者的设计”生动地解释了自然选择学说,同时一语双关地嘲讽了某些神创论者对进化论的刻意抹煞。阿亚拉在2007 年写道:“达尔文彻底完成了哥白尼式革命:他为生物学带来全新概念,将自然世界看作一个运动中的有序物质体系——人类不需要借助任何超自然力量,就可以解释这个概念。”

      在达尔文提出进化论150 年后,他留给我们的伟大遗产仍然显著影响着当今世界:世界上的众多学术著作都由《物种起源》衍生而来。这些“遗产”也反映了过去一个多世纪里,进化论经历了怎样的巨变:早期理论已与基因科学融为一体。对于达尔文和他之前的科学家而言,基因科学或许是个超乎想象的研究领域。