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五堂极简生物课 [:1700270911]
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五堂极简生物课 三 自然选择的进化Evolution by Natural Selection
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五堂极简生物课 [:1700270912]
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偶然与必然Chance and Necessity
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世界上的生命形态极其多样。本书开头提到的黄色蝴蝶是一只钩粉蝶，一种早早报春的蝴蝶。它有一对精巧的黄色翅膀，宛如昆虫界的最佳代言人，而这个被称为“昆虫”的生物群体有着惊人的多样性。
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我喜欢昆虫，尤其是甲虫，我少年时期特别迷恋它们。甲虫的种类多到吓人——有些科学家认为全世界的甲虫种类超过一百万种。我在英国长大，无论是在石头下往来穿梭、身披甲胄的步甲，还是夜里会发光的甲虫、在花园里吃蚜虫的红黑色瓢虫、在池塘里游来游去的强壮的水生甲虫和面粉袋里的象甲，都让我惊奇不已。甲虫为我们献上了一曲多样性的喧哗之音，堪称一切生命多样性的缩影。
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生命形态之多，有时甚至会让人感到难以招架：我们与数不清的动物、植物以及更多数不胜数的微生物共享一个世界，每一种生物似乎都能很好地适应其特定的生活方式和环境。难怪千百年来的大多数人都相信，这么多不同的生物必定出自神圣的造物主之手。
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大多数的文明都不乏创世神话。如果仅从字面来看，犹太教和基督教都信奉的《创世记》声称，生命是在短短几天内被创造出来的。世人普遍相信，每一个物种都是由某位造物主塑造的，难怪20世纪的遗传学家J.B.S.霍尔丹（J. B. S. Haldane）[1] 会用甲虫的多样性开上帝的玩笑：无论造物主是谁，“他实在太偏爱甲虫了”。
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18到19世纪期间，思想家们开始将生物的复杂机制与工业革命期间复杂机器的设计、建造原理进行类比。这种比较常常会强化宗教信仰：要是没有一个超级有智慧的设计者殚精竭虑，又怎会出现如此错综复杂的生物？
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1802年，威廉·佩利牧师用一个生动的例子阐释了这种思路。他让你想象一下：你在外面散步时，在路边发现了一块怀表。只要你打开表盘，看到里面显然是为了追踪时间而设计出的复杂机制，他说，这必定会让你相信这块手表出自一个充满智慧的创造者之手。佩利认为，同样的逻辑肯定也适用于精妙的生命机制。
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现在，我们已然明白，自带目的性的复杂生命形式完全可以在没有任何设计者的情况下产生，这应该归功于自然选择。
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自然选择是极具创造性的过程，它造就了我们，以及我们身边种类浩繁的生命形式：从数百万种微生物到长着可怕下颚的锹甲、长着30米长触手的狮鬃水母、用充满液体的陷阱诱捕虫子的猪笼草、长着对生拇指的大猩猩和我们。从未背离科学规律，也不用借助超自然现象，自然选择的进化就能产生越来越复杂多样的生物。在数十亿年里，不同的物种崭露头角，探索了各种新鲜的可能性，并与不同的环境和其他生物充分互动，因而，其形态上的千奇百怪超乎想象。所有物种——包括我们人类——都处于不断变化的状态之中，最终走向灭绝，或演化成新物种。
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对我来说，生命的故事和任何创世神话一样充满奇迹。不过，大多数宗教故事向我们展示的创造性行为通常是我们熟悉的，甚至有点单调，所涉及的时间跨度也在我们的理解范围内，而自然选择的进化却敦促我们去想象更宏大的事情，几乎要超出我们想象力的极限。那是一个完全不存在既定方向的渐进过程，但当它被嵌入一个漫长到不可思议的时间跨度中——也就是科学家们说的“深时[2] （deep time）”中——它就成了最极致的创造性力量。
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位居进化论顶端的大人物是查尔斯·达尔文，19世纪的自然学家，曾乘坐小型皇家海军舰艇“贝格尔号”环球考察，收集植物、动物和化石标本。达尔文如饥似渴地收集了支持进化论的观察结果，最终提出了一个美妙的构想——自然选择——来解释万物是如何进化的。他把所有思考都写进了1859年出版的《物种起源》一书中。在生物学的所有伟大思想中，进化论应该是最著名的，哪怕未必总能得到最充分的理解。
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达尔文不是第一个提出生命随着时间进化的人。正如他在《物种起源》中指出的，亚里士多德曾认为，动物的某些身体部位可能在很长一段时间内出现或消失。18世纪末，法国科学家让-巴蒂斯特·拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）[3] 则更进一步，认为不同的物种在亲缘关系上会有所关联。他提出，物种在适应的过程中逐渐变化，其形态会随环境、习性的变化而变化。拉马克有一个著名的观点，他认为长颈鹿之所以有长颈，是因为每一代长颈鹿都会抬高头去吃树上更高枝的叶子，并且不知何故，它们还会把这种费劲的习惯传给后代，后代的脖子就会更长一点。现在，拉马克的想法有时会被低估，因为他没有把进化过程的细节搞清楚，但他是第一个综合阐述进化现象的科学家，哪怕未提及进化的缘由，他也是功不可没的。
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当然，思索进化论的不止拉马克一人。甚至在达尔文的家族里，他的祖父伊拉斯谟斯·达尔文（Erasmus Darwin）就是早期另一个热情的进化论支持者。他在马车上刻了自己的拉丁文座右铭：E conchis omnia ，意为“一切源自贝壳”，用以广泛传播他的理念：一切生命都是由较为简单的祖先——例如，贝壳内那团看似形状不明的软体动物——进化发展而来的。然而，利奇菲尔德大教堂的座堂牧师指责他“背弃造物主”后，他不得不清除掉马车上的铭文。伊拉斯谟斯别无选择，因为他是个功成名就的医生，他明白，如果他不这样做，就可能失去那些权高位重、受人尊敬且更富有的病人。当时，他也是公认的杰出诗人，在诗作《自然殿堂》（The Temple of Nature ）中，他阐述了自己对进化的看法：
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最初形态微小，隐于球面玻璃之下，
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行于泥沼，又或跃于水面；
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如此累世繁衍。
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在数不胜数的植被盛放之时，
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在鳍、足和翼吐息之间
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新生的力量降临，壮大的肢身显形。
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他可能没有作为诗人流芳百世，这或许可以理解，但作为科学家，他确已名垂青史。不管怎样，从他的诗句中，我们已能预见他那位更著名的孙子深入阐释的观念。
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查尔斯·达尔文阐释进化论时更具科学性和系统性，表达方式也更传统，只限于散文而非诗歌。他从国内外搜集了大量化石和动植物标本，积攒了海量的数据和观察研究记录。他处理的这些数据，为拉马克、他的祖父和其他一些人都认同的观点——生物体确实会进化——提供了强有力的证据。不过，在提出自然选择这一进化机制时，他所做的还不止于此。他把所有的点都连成了线，向全世界展示了生物是如何进化的。
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自然选择的论点基于这样一个事实：生物种群表现出变异情况，假如这些变异是由基因变异引起的，就会代代相传。其中一些变异会影响某些特征，使那些生物个体能够更成功地繁衍后代。繁衍更有效，意味着拥有这些变异的后代在下一代种群中占有更高的比例。以长颈鹿的长颈为例，我们可以做出如下推断：随着变体随机出现、数目增多，长颈鹿颈部的骨骼和肌肉也微妙地发生了改变，长颈鹿的部分祖先因而能够触及更高的树枝，吃到更多的树叶，获得更多的营养。最终，那些能够做到这一点的长颈鹿被证明更有适应力，也更有能力繁育后代，所以，在非洲大草原上游荡的长颈鹿群里，脖子更长的长颈鹿渐渐占据了优势地位。这个过程就叫自然选择，由于各种自然因素带来的限制，比如食物或配偶上的竞争，或疾病和寄生虫的出现，这种约束和筛选可以确保表现更优的个体能因此比其他个体繁殖出更多的后代。