自然與進(jìn)化隨想錄

周忠和

演化與進(jìn)化

“進(jìn)化”一詞，我們或許習(xí)以為常，但相關(guān)專業(yè)的學(xué)者其實更喜歡用“演化”代替之。理由很簡單：前者有時候會誤導(dǎo)公眾（事實上，已經(jīng)誤導(dǎo)得不輕），使大家以為生命的演進(jìn)過程具有方向性、進(jìn)步性，其實不然。地球生命的進(jìn)化之路同然有章可循，但途中也充滿了偶然，從來沒有預(yù)設(shè)的方向和目的。換句話說，進(jìn)化是一個機會主義的過程。

所謂的低級、高級，或者低等、高等之分，都只不過是人類強行將自己的價值觀標(biāo)簽貼到生物身上的東西。通俗來講，人類自以為是地既做運動員，又當(dāng)裁判員。

達(dá)爾文早就表達(dá)過“說一種生物比另一種生物高級是荒謬的”這一觀點，事實上正是他提出的進(jìn)化理論，首次挑戰(zhàn)了“人類在生物界占據(jù)獨特地位”的固有認(rèn)知，而且他自己也很少使用進(jìn)化這個詞。

沒有一種生物的適應(yīng)是完美的，人類自然也不例外。

不過話又說回來，語言是用來交流的，約定俗成是定律，因此在我看來，無論使用“進(jìn)化”還是“演化”都沒有問題，重要的是理解其中的道理。

自然選擇與進(jìn)化

自然選擇是生命進(jìn)化的主要動力，也是達(dá)爾文最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，盡管公平地說，華萊士應(yīng)當(dāng)與達(dá)爾文共享這一榮譽。

自然選擇實際上也是一個淘汰的過程。也有人把自然選擇定義為“非隨機生存”。

自然選擇通常指環(huán)境對生物的選擇，與之相對的還有人工選擇。后者源于人類的出現(xiàn)，只是生物進(jìn)化歷史中的短暫瞬間，有趣的是，達(dá)爾文獲得自然選擇的靈感似乎主要來自人工選擇。

雖然人類創(chuàng)造了人工選擇，但顯然人類還不是造物主，人工選擇的產(chǎn)物在自然環(huán)境下常常難以持續(xù)。人工選擇有方向性和目的，但是自然選擇沒有。著名的進(jìn)化學(xué)者古爾德曾經(jīng)說過，“大自然不是動物馴化者，沒有預(yù)定的目的來調(diào)節(jié)生命的歷史進(jìn)程?！?/p>

通常，性選擇被認(rèn)為是自然選擇的一種特殊類型。達(dá)爾文在1871年專門著書討論性選擇與人類起源，不論出于什么原因，我總感覺性選擇在生命進(jìn)化中的作用或許被低估了，因為畢竟性還可以直接產(chǎn)生變異。

某種意義上說，生物是運動員，環(huán)境便是裁判員，而自然選擇就是比賽的規(guī)則。

生物是被告和原告，環(huán)境便是法官，自然選擇才是最權(quán)威的憲法和法律。

環(huán)境與進(jìn)化

要想真正了解30多億年生物進(jìn)化的真諦，離開了對環(huán)境背景的理解，無論如何都是一項不可能完成的使命。

僅僅從生物的角度認(rèn)識生物的進(jìn)化，就很容易陷入宿命論的圈套。一旦認(rèn)識了生物進(jìn)化和環(huán)境的關(guān)系，“上帝”便自動退去了神秘的光環(huán)。

對某一種類的生物而言，環(huán)境可以是地質(zhì)、大氣、海洋等，也可以是同一生態(tài)系統(tǒng)中有關(guān)聯(lián)的其他生物。

事實上，遠(yuǎn)古生命的葬禮——化石形成的過程，也離不開哀婉凄愴的環(huán)境背景音樂的伴奏。

生命進(jìn)化與環(huán)境是生物多樣性世界的陰陽兩面。

進(jìn)化與環(huán)境的交織才有了生態(tài)。進(jìn)化是生態(tài)演變的動力;生態(tài)演變又時刻在影響著進(jìn)化。生態(tài)系統(tǒng)的演變，實質(zhì)上就是生命與環(huán)境協(xié)同演化的過程。

環(huán)境對進(jìn)化的影響是形形色色的，可以為波濤洶涌，也可為細(xì)流涓涓。

進(jìn)化也一刻不停地改造著環(huán)境，從肉眼看不見的細(xì)菌到自詡最為高等的人類，很難分出誰的作用更大。

微生物與進(jìn)化

人們很容易忽略，地球大氣中氧氣的出現(xiàn)還是微生物（例如，屬于原核生物的藍(lán)細(xì)菌）的功勞。沒有它們，地球生命進(jìn)化的歷史將被重新改寫。換句話說，一些微生物不僅進(jìn)化成了動、植物，而且早在動植物出現(xiàn)之前，它們就已經(jīng)將大氣的成分調(diào)節(jié)到了宜居的狀態(tài)。

最不起眼的微生物從30多億年前頑強地生活到了今天，似乎絲毫不受任何一次大滅絕事件的影響，究其原因，不是因為它們復(fù)雜和“進(jìn)步”，而是得益于其簡單和原始。

人類的身體就是生命進(jìn)化歷史和環(huán)境的結(jié)合體。且不說我們對氧氣的依賴，想想我們腸胃中數(shù)以百計種有用的細(xì)菌，沒有它們我們一天也無法活下去。越來越多的證據(jù)表明，人體內(nèi)本來認(rèn)為沒有細(xì)菌的區(qū)域，其實充滿著細(xì)菌。人體和動物體就好像是一個細(xì)菌混合體。有人估計，人體內(nèi)的腸道微生物加起來約有兩千克的重量。

這些細(xì)菌成為人類生存不可或缺的環(huán)境;反過來，對它們而言，我們的身體也是它們的環(huán)境。

有研究表明，至少近2萬年來，人類與微生物一直在快速的共同進(jìn)化。暫時忘卻微生物給我們帶來的種種不幸，許多時候他們相互從中受益。從啤酒、葡萄酒，到酸奶、醬油等，這些人類的美味佳肴都拜微生物所賜。

我們都知道，細(xì)胞是人體最基本的單元。換個角度來看，從原核生物到真核生物，從單細(xì)胞生物到早期的多細(xì)胞生物，再到更復(fù)雜的生物（如動物，植物）的進(jìn)化，本質(zhì)上不過是單細(xì)胞生命不斷合作、分工、合作的結(jié)果。復(fù)雜的生命就像一個個微生物組成的大社會。

如果從基因的層次來看，人類的許多重要的基因，事實上也有著悠久的歷史，甚至可以向前一直追溯到細(xì)菌。

復(fù)雜的生命就像一個個微生物組成的大社會。

遺傳與進(jìn)化

生物進(jìn)化是一條有著無數(shù)分支、不斷變幻的歷史長河。雙螺旋的DNA如同連綿不斷的江河之水，環(huán)境是蜿蜒曲折的河床。

奔騰的水流一直不停地改造著它賴以存在的河床。遺傳和環(huán)境共同引導(dǎo)著生物進(jìn)化的方向。

我們一般的理解是遺傳產(chǎn)生變異，環(huán)境負(fù)責(zé)選擇。其實，也不盡然。發(fā)育遺傳學(xué)的研究表明，環(huán)境不僅能夠控制基因的開關(guān)，有時候環(huán)境的印記甚至還能夠隔代遺傳下去。換句話說，環(huán)境的作用還對變異產(chǎn)生影響。

基因組學(xué)的發(fā)展揭示了一個現(xiàn)象：生物的復(fù)雜程度與它的基因數(shù)量的多少并沒有呈正比關(guān)系。據(jù)估計，人類的基因數(shù)量只不過是蠕蟲的兩倍大小而已。

古爾德極力反對生物決定論。他曾經(jīng)引用約翰·穆勒的一段話：“在所有逃避考慮社會與道德對人類心靈影響的平庸方式中，最平庸的一種就是將行為和性狀的多樣性歸咎于遺傳天性的差異”。

太陽與進(jìn)化

都說萬物生長靠太陽，其實也不盡然。

20世紀(jì)80年代初，風(fēng)靡一時的科幻連續(xù)劇《大西洋底來的人》曾讓我們這些剛剛接觸到電視的學(xué)生看得如癡如醉，誰曾料想，如今人類竟然真的發(fā)現(xiàn)了深海海底的熱液中生活了許多不為人知的神秘生物。它們堪稱最頑強的生命！

在漆黑的深海海底，這些微生物無須接受陽光的照耀，僅僅利用化學(xué)能，就支撐起它們生命的活動。

不見陽光的深海生物。

二氧化碳與進(jìn)化

如今讓我們談虎色變的二氧化碳濃度的增加，其實在漫長的地質(zhì)歷史時期已不知反復(fù)了多少次。很少有人會告訴你的真相是，恐龍繁盛的時期，二氧化碳濃度至少比現(xiàn)在高出好多倍。

不論始作俑者是源于自然或者是人類作用，當(dāng)今二氧化碳濃度的增加，對生物進(jìn)化和生物多樣性的影響是毋庸置疑的。真正的問題是，影響是什么？影響有多大？

遺憾的是，我們并沒有準(zhǔn)確的答案。

恐龍繁盛的時期，二氫化碳濃度比現(xiàn)在更高。

氧氣與進(jìn)化

在地球45億年的歷史幾乎一半的時間內(nèi)，大氣中是沒有氧氣的，氧氣的出現(xiàn)以及大氣氧含量的增加與生命的進(jìn)化密切相關(guān)。

直到有一天大氣中有了足夠的氧氣，生命才開始邁向復(fù)雜進(jìn)化的征程，變得充滿了活力。地質(zhì)歷史上氧氣的增加可能還誘發(fā)了寒武紀(jì)的生命“大爆發(fā)”，盡管5億年前大氣中氧氣含量還不過為現(xiàn)代的三分之一。

而到了4億年前，大氣氧含量便達(dá)到了今天的水平，于是植物的大規(guī)模登陸開始了，有了最原始的森林，“魚類的時代”粉墨登場，四足動物的登陸也接踵而至。

4億年前，大氣氧含量提高，植物開始大規(guī)模登陸。

水與進(jìn)化

生命來自海洋。

生命來自海洋。生命離不開水。

在生命進(jìn)化的全部歷史中，絕大部分的時間都發(fā)生在海洋。直至4億多年前，生命才開始了向陸地啟程。

在某種意義上說，所有的生物一生都再也離不開水，例如人類的體內(nèi)就含有65%的水。甚至有些離開了水體環(huán)境生活的動物，后來不少又反復(fù)回到了水中，如同漂泊在外的游子回到了故鄉(xiāng)母親的懷抱。

溫度與進(jìn)化

溫度對進(jìn)化的影響比比皆是。

絕大多數(shù)的動物都是變溫動物，恒溫動物的出現(xiàn)是一個重要的事件，有助于動物更好地適應(yīng)多變的環(huán)境。在動物進(jìn)化歷史上，我們最為熟悉的恒溫動物是鳥類和哺乳類。最新研究表明，有些水生動物（如一些魚類），也能變?yōu)楹銣氐膭游铩?/p>

雖然有性生物的性別通常都是由遺傳因素決定的，但也不全然。譬如，許多龜?shù)男詣e就是由孵化的溫度決定的。

對生物產(chǎn)生真正影響的或許不是溫度多高多低，也不是增減了多少，而是看其是否超過了臨界（閥值）。

許多龜?shù)男詣e就是由孵化的溫度決定的。

海陸變遷與進(jìn)化

看似兩個風(fēng)馬牛不相干的事情，其實在生物進(jìn)化歷程劇的舞臺上，合作演繹了一幕幕波瀾壯闊的神奇劇情。

滄海桑田，海陸變遷如同變幻的舞臺，蕓蕓眾生穿梭其間，大陸的聚合離散，大海的風(fēng)云變幻，帶來的是生物的親離子散。置身如此環(huán)境中，生命方才顯得如此弱小。

因為發(fā)現(xiàn)了非洲和南美洲相對海岸線幾乎完滿的鋸齒狀對接，魏格納提出了大陸漂移說，一個氣象學(xué)家提出了后來逐步演變?yōu)?0世紀(jì)地質(zhì)學(xué)上最偉大的理論——板塊構(gòu)造理論。這一理論也為我們理解生命的地理學(xué)提供了最重要的基礎(chǔ)。

不同大陸（或島嶼）上的化石則如同拼圖游戲上的數(shù)字，可以幫助完成最后的拼圖。如今分子生物學(xué)與年代地質(zhì)學(xué)的研究，能夠更為準(zhǔn)確地恢復(fù)這些大陸（或島嶼）分離的歷史。

印度板塊曾經(jīng)是南極洲、澳洲和非洲的鄰居，五千萬年前在北征的途中和歐亞大陸相聚。沒有這次歷史的碰撞，我們將無法領(lǐng)略喜馬拉雅最高峰的宏偉，也更無法理解生活在這一地區(qū)生命的傳奇歷史。

地質(zhì)學(xué)與進(jìn)化

地質(zhì)學(xué)的創(chuàng)始人萊伊爾堪稱達(dá)爾文的啟蒙導(dǎo)師和摯友。達(dá)爾文曾說，沒有萊伊爾的《地質(zhì)學(xué)原理》，就沒有他的《物種起源》。

盡管巨著《地質(zhì)學(xué)原理》多少蘊含了生物進(jìn)化的思想，萊伊爾真正接受達(dá)爾文的思想，卻經(jīng)歷了曲折的過程?？梢娚M(jìn)化與地質(zhì)學(xué)的關(guān)系真的像一對孿生的姐妹。

正因為達(dá)爾文的偉大進(jìn)化理論大廈是建立在堅固的“巖石之上，所以它才會一百多年來歷久彌新，屹立不倒。（責(zé)任編輯 張虹）

2009年，我曾在《生物進(jìn)化》雜志發(fā)表過一篇隨筆，題目是“生物進(jìn)化隨想錄”，受到一些朋友的鼓勵，就一直計劃寫一篇續(xù)篇。隨后的10年，一直思考生物進(jìn)化與環(huán)境的關(guān)系問題，期間雖曾做過不少相關(guān)的學(xué)術(shù)或科普的報告，但苦于找不到靈感，加之筆拙，遲遲未能動筆。在《大自然探索》編輯張虹的催促之下，勉強完成此文，可算作是其婦妹篇。