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为什么相信达尔文-电子书下载

简介

《为什么相信达尔文》将遗传学、古生物学、地质学、分子生物学及解剖学现代研究结果的许多线索编织在一起,严谨而优雅地证明了为什么说进化论不止是一项正确的理论,更是一个事实。

作者介绍

杰里•A.科因
曾于哈佛大学随理查德•莱旺庭和斯蒂芬•杰伊•古尔德学习,过去二十年中一直任芝加哥大学生态与进化学系教授,从事进化遗传学的研究。科因教授是世界顶尖的进化生物学家之一,也是进化界最重要的公共知识分子之一,为《新共和》《泰晤士报文学增刊》和美国国家公共电台的固定撰稿人。

部分摘录:
第一章 什么是进化 进化论有个奇怪的特点——每个人都觉得自己了解进化论。
——雅克·莫诺(Jacques Monod)
自然界中至少有一件事情是确定无疑的:为了生存,每一种动植物似乎都经过了精致的,甚至近乎完美的设计。乌贼和比目鱼能够改变身体表面的颜色和花纹,让自己与环境融为一体,从而消失在猎食者和猎物的眼中。黑夜中的蝙蝠备有雷达似的装置,可以对昆虫进行定位追踪。蜂鸟能在空中悬停,还可以在转瞬间变换位置,远比人类的直升机敏捷得多;它还有长长的舌头,能够吮吸花朵深处的蜜汁。而那些为它们提供食物的花朵也像是设计出来的:在蜂鸟的帮助之下完成了“性生活”。因为在蜂鸟忙于享受花蜜时,花粉就已经附着在了它的嘴上;当它换到另一朵花上继续大吃大喝时,实际上就为那朵花完成了授粉。大自然简直像是一部上足了润滑油的机器,而每一个物种就是这部机器上彼此精密咬合的齿轮。
所有这一切意味着什么?当然是其背后有一位高明的技工——对于这个结论最为著名的表述来自18世纪的英国哲学家威廉·佩利(William Paley)。他认为,如果偶然在地上发现一块表,人们当然会把它看作一位表匠的作品;与之类似,既然存在着充分适应了大自然的生物体,及其精巧的特性,那么必然暗示着天上有一位全知全能的设计师——上帝。让我们看看佩利的分析,这是哲学史上最著名的论述之一:
当我们开始检查那块表的时候,我们发觉……它的一些部件是被设计出来的,并且组合在一起以达成某些目的。譬如说,它们被规矩地排列在一起,并经过精确的调校以运转;这种运转相当规整,可以指示一天里的时间。我们还会发觉,如果表的不同部件改变了形状或尺寸,或是以不同的方式或顺序被组合在一起,那么这个装置要么就完全不能再运转,要么就无法实现本该由它提供的服务。……其中暗藏着发明创造的蛛丝马迹,显现着设计构思的马迹蛛丝,这些都存在于一块表之中,也同样存在于大自然的一切之中。两者的不同之处在于,大自然所包含的发明与设计更为繁多,更为伟大,其程度超越了任何计算的可能。
佩利的论述是符合常识的,同时也是陈旧的。当他和他们那帮“自然神学家”一起对动植物进行描述时,他们坚信自己正在做的工作是为上帝的伟大性与精巧性进行分类整理——这些特性已经被上帝置于自己的造物之中。
1859年,达尔文在给出回答之前,首先自己提出了设计这一问题:
那些细腻的适应性或存于有机体各个部分之间,或存于有机体与环境之间,或存于有机体与其他有机体之间。所有这些适应性何以变得如此完美?我们可以看到许多优美的共适应:最明显的莫过于啄木鸟与槲寄生之间的共适应;稍逊一筹的是最为卑贱的寄生虫,它们紧紧附在四足动物的毛发或鸟类的羽毛上;还有某些甲虫的身体结构,令之可以深潜到水下;还有长着羽毛的种子,乘着最轻微的呼吸也能起航远行;简而言之,美丽的适应无所不在,存在于有机世界的每一个部分之中。
达尔文对于设计之谜有他自己的答案。作为一位聪敏的博物学家,达尔文最初在剑桥大学学习的目的却是成为一位牧师。颇具讽刺意味的是,他在学校里的房间曾经就是佩利的。达尔文深知像佩利那样的论述具有诱人的威力。一个人对关于植物与动物的知识了解得越多,就越是惊讶于这样一个事实:生物被设计得能够完美匹配其生活方式。于是乎,认定这一切源于有意识的设计,只是一个再自然不过的结论罢了。然而,达尔文的目光却越过了表象。他以大量的证据为基础,提出了两个概念,永远地驱散了“有意识设计”的论调。这两个伟大的概念即是进化与自然选择。达尔文不是第一个想到进化的人。在他之前提出这一概念的颇有几人,其中还包括他自己的祖父,伊拉斯谟·达尔文(Erasmus Darwin)。此人为进化观念的传播做了不少工作。不过,通过自然界的数据来说服人们相信进化观念的人,达尔文是第一个。至于自然选择的观点,则完全是达尔文的独创。有一件事情可以充分体现达尔文的天才之处:自然神学在1859年之前为大多数受过教育的西方人所接受;然而它却在几年之内就被一本五百来页的书击败了。这本书就是达尔文的《物种起源》,它把对生物多样性之谜的解答从神学领域带入了真正的科学轨道。
那么什么是“达尔文学说”?1答案很简单:基于自然选择的进化理论。这个简洁而深刻的学说却如此频繁地为人所误解,甚至有时还会被人故意歪曲。故此,在深入探讨之前,我们着实有必要先列出其基本要点和主张。当我们讨论相关的证据时,还会不断重新提及这些要点和主张。
现代进化论的核心不难掌握。它可以被总结成为一个单句(虽然有点长):一个生活在35亿多年前的原始物种——可能是一个能够自我复制的分子——逐步进化出了地球上的所有物种,其规模随着时间而不断扩大,发散出许许多多新的不同物种,其中所发生的大多数(不是全部)进化改变的机制是自然选择。
如果把这个表述拆分开来,我们会发现它其实包括了六个方面:进化、渐进性、物种形成、共同祖先、自然选择,以及进化改变的非选择性机制。接下来,让我们一一分析每一个方面的含义。
第一个方面是进化本身。这只是简单说明了一件事:物种随时间发生了遗传改变。换句话说,一个物种在很多代之后可能进化成为极其不同的某种生物;这种不同之处的基础是DNA的改变,而后者则源于突变。今天生活在地球上的动植物在远古时是不存在的,但却源自某种生活在过去的生物。比如人类,就是从一种像猿一样的生物进化而来的,但这种生物又不同于今天的猿。
虽然所有物种都在进化,但进化的速度却又不尽相同。有些物种,比如马蹄蟹(1)和银杏树,在数亿年中基本都没有变化。进化论并没有预测过物种将会不停地进化,或是当它们进化时速度有多快。那取决于它们所面临的进化压力。鲸类和人类等物种进化得非常快,而其他某些物种(比如腔棘鱼这类“活化石”)则看起来几乎与其生活在数亿年前的祖先一模一样。
进化论的第二个方面就是渐进性的概念。要产生一个进化上的改变,例如从爬行类到鸟类的进化,需要历经很多代。新特征的进化,例如让哺乳动物区别于爬行动物的牙与颚,不会只发生在一代或几代之间,而是通常需要成百上千代,甚至是上百万代。诚然,有些改变可以发生得极为迅速。微生物种群的每一代都很短,有些只有20分钟,这意味着这些物种可以在短时间内经历很多代的进化。这一情况导致了一个愈演愈烈的问题——致病细菌及病毒日益增强的抗药性。还有很多已知的进化可以发生在很短的时间之内,人短暂的一生中就可以观察到。但如果我们谈论的是真正的巨大改变,那通常指的是需要上万年才能发生的那种。不过,渐进性并不意味着每个物种都在以均匀的步伐进化。正如不同的物种有着不同的进化速度,同一个物种的进化速度也是时快时慢的,这是因为进化的压力有涨有落。当自然选择的作用强烈时,比如一种动物或植物移居到一个新环境中的时候,进化的改变可以很快。一旦一个物种良好地适应了一个稳定的栖息地,进化的速度通常就大大减慢了。
接下来这两个方面是一个硬币的两面。自然界有一个显著的事实:虽然生活在地球上的物种数不胜数,但所有的生物——你、我、大象和盆栽仙人掌——却享有某些共同的基础特征。其中包括我们用于产生能量的生化途径、我们标准的四字母DNA编码,以及这一编码被解读并翻译成为蛋白质的方式。这就告诉我们,所有物种都可以回溯到一个共同的祖先,它拥有上述这些共同特征,并将其传递给了自己的后代。但如果进化仅仅意味着单一一个物种之内的基因逐步改变,那么我们今天就将只有一个物种——最初那个物种高度进化的子代。然而实际情况是,我们有很多物种:今天的地球上栖息着超过1 000万个物种,我们至少还知道25万个已经成为化石的物种。生命是多种多样的。这种多样性如何能从一种祖先形式发展而来?这就涉及了进化的第三个方面:分化,或者更精确地说,物种形成。
图1是一棵进化树的示意图,它反映了鸟类与爬行类之间的关系。大家肯定都见过这种图,但还是让我们仔细分析一下,以理解其真正含义。让我们首先观察节点X,这里分成了两个后代分支,一支成为了蜥蜴和蛇等现代爬行动物,而另一支则成为了鸟类和它们的恐龙亲戚。那么在节点X到底发生了什么?节点X代表了单一的一个祖先物种,一种远古的爬行动物,它分化成为了两类后代物种。其中之一迈着欢快的步子前进,最终经历多次分化,成为了恐龙和现代的鸟类。另一个也不甘落后,但最终产生的是大多数的现代爬行动物。共同祖先X通常被称为两组后代之间的“缺失环节”。它是鸟类与现代爬行动物在进化谱系上的关联所在。如果你回溯这两者的种系,最终必将到达的交叉点就是节点X。图1中还有一个更接近现在的“缺失环节”:节点Y。它是现代鸟类与早已灭绝的双足肉食性恐龙的共同祖先物种。后者的代表物种之一就是众所周知的暴龙(Tyrannosaurus rex)(2)。通常来说,共同祖先早已湮灭在了历史的长河中,它们的化石也几乎不太可能被发现——毕竟,它们也只不过是成千上万成为化石的物种之一。但是,我们还是有机会发现与之极为接近的化石,它们带有共同祖先的特征。例如在下一章里,我们将会了解到“有羽毛的恐龙”,它可以证实节点Y的存在。
当节点X分裂为两个物种时,到底发生了什么事情?其实,真的没什么大不了的。后面我们将会看到,物种形成只不过意味着:进化出了不能彼此交配的两个物种。换言之,就是这两个物种的个体之间不再能够彼此交换基因。如果我们能回到这个共同祖先分化的历史时期,那我们所看到的很可能只是同一种爬行动物的两个种群而已。这两个种群的栖息地可能有所不同,导致二者已经开始进化出了一些差异性。经过很长的时间,这些差异逐渐被放大。最终,两个种群的差异性达到了成员无法进行种间交配的程度。(这一现象的发生可能有许多不同的方式:不同动物物种的成员可能发现对方的异性不再具有吸引力了,或者即便它们真的交配成功,其子代也将丧失生育能力;不同的植物物种则可以采用不同的授粉媒介或不同的花期,以防止交叉授粉的发生。)
时间又过了几百万年,发生了更多的分化事件,有一个恐龙后代物种(节点Y)本身又分化成为两个物种:一个最终形成了所有双足肉食性恐龙,而另一个最终形成了所有现存的鸟类。这个进化史上的关键时刻——鸟类先祖的诞生,在当时看起来不会有什么特别之处。我们不会突然之间在爬行动物中看到会飞的生物,只会看到同一种恐龙稍有差异的两个种群,其差异性可能还不如当今两个人类族群之间的差异大。所有重要的改变都发生在分化之后的数千代当中。自然选择作用于一个种系时,提高了其飞行能力;而作用于另一个种系时,则加强了其双足恐龙的特征。只有一步步回顾过去,我们才能发现,原来物种Y就是暴龙与鸟类的共同祖先。这种进化事件极其缓慢,而且只有当我们在进化树上研究众多物种的发展过程时,某些重要时刻的意义才得以突显。
然而物种的分化并不是必然的。下文中我们将会看到,分化与否取决于环境是否能让种群进化到无法实现种间交配的差异程度。绝大多数的物种(超过99%)走向了灭绝,没有留下任何后代。而另一些物种(例如银杏树)生存了数亿年却没有发生什么改变。物种形成不太经常发生,但每发生一次,都令未来产生物种的可能性得以加倍,从而使物种的数量能够以指数级上升。虽然物种形成速度缓慢,但发生的频度已经足够高了。在历经了如此久远的历史之后,足以产生地球上现存动植物令人吃惊的多样性。
达尔文十分重视物种形成的问题,甚至把“物种形成”当成了他那本著作的书名。而那本书也的确对于物种分化的问题给出了一些证据。《物种起源》全书只有一幅插图,就是像图1那样的一幅假设性的进化树图。然而,达尔文最终也没有真正去解释新物种是如何产生的。由于缺乏遗传学的知识,他没有真正意识到,对物种的阐释其实就是对基因交换壁垒的阐释。直到20世纪30年代,人们才真正开始理解物种形成是如何发生的。这恰恰是我本人的研究领域,所以在第七章里,我将与大家分享更多有关于此的内容。
既然生命史可以表现为一棵树,所有物种都源于这棵树上的同一个主干,那么我们有理由相信:对于任何两个末梢(现存的物种),只要沿其分支上溯,都存在着一个交叉点。这个节点反映了两个物种的共同之处,是两者的共同来源。既然生命始于一个物种,通过开枝散叶的过程,分化出了上千万种后代,那么任意一对物种必定都有一个生存于过去某个时间点的共同祖先。亲缘关系较近的物种就像是亲缘关系较近的人,其共同祖先的生活年代比较接近现在;而亲缘关系较远的物种,其共同祖先的生活年代也就处于相对比较久远的过去。因此,共同祖先的概念——达尔文学说的第四个方面——是物种分化的另一面。其含义仅仅在于:我们总能通过DNA测序或研究化石的手段来回溯过去,发现任何两个后代物种都能汇合于某个祖先物种。

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