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2005-4-11

达尔文错了吗?

归档于: 基础科学, 生化科学 @ 12:33 pm

根据达尔文的观点,他第四个方面的证据——形态学,正是自然历史的“真正精华”。甚至直到今天,在任何动物园的布局和组织形式中都能体会到这一点。这里是猴子,那里是大型猫科动物,而在那座建筑中有美洲鳄和鳄鱼。鸟在禽舍中,鱼在水族馆里。可以很容易地将生物按不同层次分类——不仅仅是物种,还有属、科、目,以及整个界——如此划分的依据是生物之间相同与相异的解剖学特征。

所有的脊椎动物都有脊椎骨。在脊椎动物中,鸟类有羽毛,而爬行动物有鳞片。哺乳动物有皮毛和乳头,而没有羽毛或鳞片。在哺乳动物中,有些动物有用来哺育细小幼体的袋。在这些物种(统称为有袋动物)中,有些有着粗大的后腿和有力的尾巴,它们可以用这些在干燥的内地跳上几哩远;我们称它们为袋鼠。引入当代微观和分子证据之后,你可以进一步追究相似性。所有的植物、真菌和动物细胞都有细胞核。所有生物体都含有DNA和RNA(除了某些只含RNA的病毒以外),DNA和RNA是两种相关的信息编码分子。

这样不同层次的聚类方式——一些类似的物种隶属于一个更大的类别,而所有这些物种都源自同一祖先——在其他东西上并不能自然而然地显现出来。如果你试图对岩石、乐器或是珠宝进行分类,你不会找到有什么与此相当的东西。为什么不呢?因为岩石的类别与珠宝的风格并不能反映出它们与某个共同祖先之间不可割裂的家世。但生物多样性可以。任何两个物种之间共同的特征都可以告诉人们,这两个物种是何时从一个共同的家系中分离出来的。

这一认识赋予生物分类学划分以新的意义。现代生物分类学是由瑞典博物学家林奈于1735年创立的。林奈告诉人们,应该如何根据生物之间的共同点对物种进行系统分类,但他的工作是基于神创论的假设的,并没有对他所发现的层层相套的分类等级提供实质性解释。在19世纪早期和中期,法国的居维叶、Étienne Geoffroy Saint-Hilaire和英国的Owen Richard等形态学家通过对内在与外在结构的仔细研究改进了分类学,并尝试着寻找这些有着固定模式的相似性之根本源头。在《物种起源》出版前,甚至是Owen(他是达尔文的同时代人物,也一度是达尔文的朋友,但他们在晚年发生了激烈的争吵)也没有完全认识到进化的图景。不过Owen在提出同源器官概念上作出了重大贡献,这一概念是指不同物种某个表面上不同但在根本上相似的器官或特征。

Bulldog English Pouter

伟大的类比——人工选择:喇叭狗(左)经过许多代养狗人为逗牛游戏和之后的日常吸引力而进行的选育,已与它豺狼般的祖先相去甚远。达尔文意识到,如果人工选育能够带来如此大的变化,那么数百万年的自然选择可以做得更多。他断言,野生物种与人工变异品种一样源于共同祖先。利用他后院的鸟舍和其他饲养者提供的信息,他分析了各种奇特的鸽子,如英国凸胸鸽(右)、斯堪达隆信鸽和修女家鸽之间的差别。他还研究过猫、马、猪、兔子、鸭子和家畜。他详查并测量了各个待试验物,包括活的和死的。在他给一位朋友的信中他写道:“我把喇叭狗和灰狗的幼仔泡进了盐里。”

Salmon Sac Fry Venus Flytrap

生存与适应——自然选择:达尔文从托马斯·马尔萨斯的人口理论中获得了一个关键概念:由于食物和活动空间的限制,出生的个体比能够生存并且繁殖的来得少。马尔萨斯描写的是人类社会,但达尔文将其用于所有物种。过多的后代(如左图的大麻哈鱼鱼苗囊)导致了竞争,胜利者是能够更好地适应环境的个体。失败意味着死去的时候没有留下后代——或者是灭绝而没有后继物种。食虫植物如维纳斯捕蝇草(右)生长在贫瘠的土地上,这里的竞争是较温和的,它们以捕获昆虫来补充它们的食物以图生存。

举例来说,手骨的五指骨骼结构不仅见于人、猿、浣熊和熊身上,猫、蝙蝠、海豚、蜥蜴和龟也有不同形式的类似结构。我们小腿的两根骨头——胫骨和腓骨亦见于其他哺乳动物和爬行动物中,甚至早已灭绝了的爬行鸟类始祖鸟也生有如此结构。在变化多端的结构中,为何反复出现几种基本结构?达尔文赞同Owen“最有意思的工作”,并为此提供了答案:共同的祖先,自然选择的塑造,为适应不同环境而使遗传的基本结构发生了更改。

Orangutan Human hand

解剖学的相似性意味着共同的祖先。猩猩(左)有长长的手臂,不过它们前臂双骨的直径与尺骨与人类类似。猩猩的手与我们的(右)非常相象,可以被套上一垒手的棒球手套。

退化的特征也是形态学方面的证据,它们显示出生命世界充满着小且可以容忍的不完美,因而引发了思考。为什么雄性哺乳动物(包括男人)有乳头?为什么某些蛇(尤其是大蟒蛇)在他们光滑的外表之下隐藏着退化了的骨盆和微小的四肢?为什么某些不能飞行的甲虫有着被翅盖遮住而不能张开的翅膀?达尔文在《物种起源》中提出了所有这些问题,并作了解答。退化的结构作为一个家系进化历史的残留物被保存了下来。

如今,达尔文援引的四个生物学分支——生物地理学、古生物学、胚胎学和形态学都有着与日俱增的大量数据来支持进化论。除了这些分支以外,我们现在还有了新的领域:种群遗传学、生物化学、分子生物学,以及最新的基因组学,最后一个是利用机器进行基因测序的兴旺领域。这些新的知识天衣无缝地交织在了一起,加固了进化大厦,进一步确认了达尔文的正确性。

这是说,他关于进化的观点是正确的。但他并非每件事都正确。达尔文是个无休止的解释者,在他长期的工作生涯中提出了大量理论观点,其中有些观点是错误的,是能够引起误解的。他对物种变异的解释是错误的。他对一个有名的地理难题——苏格兰Glen Roy山谷平行岩层的解释是错误的。最引人注目的是,他的遗传理论是完全错误的,他提出了泛生论,尽管它不怎么被生物学同行接受,他却一直珍视着它。对达尔文来说幸运的是,他最有名的观点之正确性独立于那些极坏的观点。通过自然选择而进化的观点是达尔文最好的理论——也就是说,是最佳的科学观察与仔细的思考。

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