“误”种起源：关于进化论的18个 常见误区

“误”种起源：关于进化论的18个常见误区你真的懂“进化论”？不妨套用费米在描述“量子物理”学时的名言：如果你认为自己已经懂了，那么显然你还没懂。请试回答：进化会让生命体变得更复杂吗？人类比细菌具有更大的进化优势吗？基因变异具有特定的方向性吗？生物学家都是达尔文主义者吗？进化论无法被驳倒吗？“同性恋”能够被遗传吗？事实上，你一开始就可能因为“进化”这个词的隐含意义而误解了它本身。达尔文最初创造它的时候，或许有意体现一种循序渐进、向前发展的隐含意义。而这个词的传播，也让很多人认为，进化纯粹是一种前进的表现，这个过程必然是由低级到高级，由简单到复杂的。然而现代生物学正逐渐改变这一认识。事实上，生物的“进化过程”并不拥有明确的方向性，自然也不可能按照由低到高的序列逐次完成。因此，“前进”的趋势在生物演化的过程中可能并不存在。出于这一原因，这个专题将主要使用“演化”一词。我们希望，这个措辞上的变化，有助于理解达尔文理论的意义。近日，《新科学家》杂志组织专家撰写了一组辨析演化论的文章。我们在《新科学家》系列文章的基础上，增损了一些相关案例，同时补充了许多中国学者的意见和观点。在本期《新知周刊》的文章中，你将获得上述问题的答案。这些答案或许会让你大吃一惊，或许会引发你的进一步思考，或许会让你对进化论有一个更新的认识。记者李健亚专题鸣谢：袁越（科普作家）于军（中科院北京基因组所研究员）傅德志（中科院植物研究所研究员）周忠和（中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员）李淳（中科院古脊椎动物与古人类研究所博士）张劲硕（中国科学院动物研究所博士生）姬十三（科普作家）误区1任何器官都源于适应这是一条900多万年前的蛇的化石的X光照片。科学家发现，它依然留有四肢的痕迹。通过观察转基因鱼，缪尔与他的同事提出了“特洛伊基因假说”。真实情况：并非每个器官都是适应的结果，都有存在的必要，比如鸵鸟的翅膀、人的阑尾。有人推断：既然演化论是惟一正确的理论，那么生物体的任何一部分都应该是自然选择的结果。事实上，生物体的很多部分不是自然选择的结果。在鸵鸟和其他一些不能飞行的鸟类身上，仍然残存着毫无用处的器官———翅膀；又如在一些蛇类体内发现的腿骨。为什么这些无用的器官没有被演化掉呢？鸵鸟的祖先是会飞的。但在演化过程中，鸵鸟放弃了飞行。自然选择的压力还不够大，它们保留一对没用的翅膀，仍然活得不错。再看看人类，我们身上也有很多无用器官，比如阑尾。去年有人提出了一个假说，认为阑尾是有益细菌的基地。好在这只是一个假说。主流的意见认为，对植食性动物而言，阑尾较大且直接参与消化过程。而人类的阑尾则较小，对食物的消化过程也没有直接影响。因此，人类的阑尾是从植食性的祖先那儿继承来的已退化器官。阑尾对人体来说几乎没有实际功能。人还留着它，是因为还没来得及让它彻底退场。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士李淳指出，它们也就是“孑遗器官”。而人类演化到现在，已经不需要如其他恒温动物一样依靠毛发维持体温。人体仅存的毛发，除了睫毛可以抵挡灰尘进入眼睛，胡须可以使男性看起来更性感以外，几乎毫无用处。中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员周忠和指出，无用不一定要退化，适应过程就像是个排污过程，是一点一点进行的。“鸵鸟的翅膀，或许它确实不是适应得最好的。”鸵鸟的翅膀已经成了典型的孑遗器官。误区2自然选择是演化的惟一方式真实情况：其实，运气也非常重要。许多人想当然地便推论出自然选择是演化的惟一方式。其实，不同个体之间的很多细微变化都不是自然选择的杰作，而是源自“遗传漂变”，或许称为“幸运者生存”也不错。每一个人类胚胎都至少带有100个，或更多的新基因突变。这些新基因突变，有些是有害的，不过也会由于自然选择而被消除。但其中大部分基因突变发生在所谓的“垃圾DNA”上，对人体没有影响。李淳指出，这些既谈不上有用，也谈不上无用的基因突变称为“中性突变”。绝大多数中性突变会逐渐消失，少量中性突变会被遗传下去并扩散开来。“中性突变是在分子层面上的，达尔文的进化论是在个体、种群层面上。”周忠和指出。大部分分子突变在自然选择的意义上都是中性或近中性的，因而自然选择对这些突变并不起到筛选的作用。生物种群内的遗传多样性，都是通过这类中性或近中性突变的随机漂移产生的。当然，很大一部分突变是有害的。有害突变产生后，会影响携带这些突变的蛋白质以及基因的正常功能，进而影响生物的生存与繁殖，因此很快就会被淘汰掉，所以在演化上是没有意义的。另一方面，对生物有利的“正突变”也很少，不能说明分子演化中的多态性现象。自然选择只对那些对种群的遗传结构并不重要的有害突变和正突变起作用，中性或近中性突变的命运是由随机因素决定的。中性理论也是一种“幸运者生存”的学说。要让“中性突变”在种群中扩散下去，几率确实非常低。对基因突变来说，“遗传漂变”要想固定下来也有先决条件，“种群越大，越不容易保留，反之，就越容易固定。”李淳指出。而一旦有灾难性事件发生，究竟什么能“固定”下来，这完全是运气使然。假设一个小岛上有100只老鼠，其中98只都是灰色的，一对是棕色的。一次火山爆发杀死了所有灰色老鼠，两只棕色老鼠则躲过一劫。接下来这个岛上的老鼠就都变成棕色的了。这看起来很荒诞，但却完全有可能发生。事实上，上述例子正好说明，规模越小的种群，发生“遗传漂变”的可能性也就越大。一些研究者指出，基因研究显示大约在200万年以前，人类经历过一次浩劫，种群规模急遽缩小，即所谓“瓶颈期”。在这个时期侥幸活下来的人决定了人类现在的长相。作为一个无性生殖物种，亚马孙帆鳉更容易受到有害突变的影响。误区3演化提高生存能力真实情况：单一个体生存能力的提高，可能削弱群体竞争力。“适者生存”在很大程度上被误读了。你别以为演化总是增加了那些生存者的几率。演化有时也可以令个体越来越不适应，甚至灭绝。首先，自然选择可以在任何水平进行。基因生存率提高并不意味着对个体有益，对群体当然更是这样。在牺牲群体中利他主义者的利益基础上，自私的个体可以获得蓬勃发展，但他们却使群体的整体竞争力减弱。转基因鱼因为其基因改变，能产生更多生长激素，使其长得更快、更大，更早成熟并产下更多的卵。然而相比野生种群来说，它们却更难适应野生环境。1999年，美国普度大学的缪尔（WilliamMuir）和霍华德（RichardHoward）提出了“特洛伊基因假说”：雄性个体较大，所以转基因鱼能找到更多配偶，但若转基因个体的生殖能力降低，那么这个物种的野生种群将完全灭绝。其次，突变越多，有害突变也越多。这会降低物种的生存几率。突变几率低，那么种群也许就无法适应环境的变化。另一方面，如果种群突变率过高，随着有害突变不断积累，这一种群灭绝的速度可能比前者还快。种群数量小就容易积累有害的突变，这在无性生殖的物种，比如对亚马孙帆鳉来说，显得更麻烦。在有性生殖物种中，有害突变积累的危害不太大。通过有性生殖，可以减少有害突变的遗传。一些不幸的后代继承了大量的有害突变后死掉，但其他个体可以幸存。误区4演化让生命更适应环境如果斑马演化出了枪支，就能更好地对付狮子了，可它们为什么做不到呢？丁华勇真实情况：你并不是最完美的适应者，其实你和你的竞争对手几乎一样。我们不停地被灌输：动物是如何适应它们的环境。不过，这与真相相差甚远。以英国的红松鼠为例。它们显然是这一地区的强者。然而，灰松鼠打破了这一切。灰松鼠原产于北美，它应该更适应美洲的环境，而不是英国的环境才对。可由于灰松鼠对果实的消化能力更强，繁殖力更强，因此，在抢占食物、栖息地的竞争中，红松鼠总是处于劣势。灰松鼠成了“入侵物种”。演化不会将任何事物设计得很完美。最经典的例子是“熊猫的拇指”。大熊猫的爪子除了五趾外还有一个“拇指”。这个“拇指”由腕骨特化形成，叫“桡侧腕骨”，熊猫就是靠这段骨头握住竹枝进食的。1978年，美国生物学家古尔德（StephenGould）在关于这点上还专门写过一篇散文：熊猫真正的拇指和手掌长在一起了，于是它们只好把一段腕骨演化成拇指的样子，腕骨显然不如拇指好用。大熊猫面临的问题还不止这么简单。从它的武器装备来看，熊猫长有食肉动物的典型特征“裂齿”，明摆着是一个“肉食者”。大约800万年前，熊猫的祖先禄丰始熊猫是一种杂食性动物。到200万年前，由于受到竞争者的挑战，它们就放弃了肉食。小种大熊猫的化石显示，它们已经开始大量食草。大约生活在100万年前的巴氏大熊猫已经几乎完全素食。即使这样，大熊猫的牙齿依然是为食肉准备的，而且它们肠子太短，不适合吃草。一句话，这种动物简直是越“进化”越不适应周遭的环境了。事实证明，演化只起到改造的作用，而不会完全创造新的。看看我们每个人的手都是五个指头吧。千万别以为，5这个数字就意味着“最适合”。这只是因为我们的祖先就是5个足趾罢了。如果说大自然以完美作为标准，原本可以有更多的完美物种。鲨鱼没有鱼鳔，不能像硬骨鱼类那样很方便地调整浮力，只能靠游泳，或者憋气来控制自己在水中的位置。所以，演化是无法做到先见之明的，由此演化中也相伴着有瑕疵的设计。比如脊椎动物的眼睛，它是多么精妙。但，眼睛有个盲点，那是神经束的入口。这就是个有瑕疵的演化结果吧。再比如，哺乳动物的呼吸系统也不完美，它们吸气呼气共用一个出口，远不如鸟类的呼吸系统好———鸟类的呼吸系统是单方向的，效率比哺乳动物高多了。缺乏远见的演化势必会在物种演化中产生瑕疵。自然选择倾向于在原有的器官上做改进手术，而不是发明一个全新的器官。比如鸟类的翅膀、哺乳动物的蹄子，以及人类的手，都是从早期鱼类的鳍演化来的。换句话说，它们都是“同源”的。正是因为这个原因，很多高等动物的相应器官都只能在鳍的基础上加以改进，而不是发明出全新的设计。按照演化理论，如假以时日，很多生物都能演化出“接近”完美的器官来，即所谓“趋同演化”——关键是它们没有那么多时间。演化的要素有两个：代数和种群密度。密度越高，代数越多，发生基因变异的总数也就越多，进而自然选择作用下“消除”缺点，演化出完美的器官的几率也就越大。一些研究认为，人类在近10000年里进化的速度加快了。不过，人类对环境的改变速度更快，所以人类有很多性状在现代社会里都显得错误百出。比如，人类缺乏合成维生素C的能力，这种能力在平时没什么用处，可在航海的时候是多么重要啊！误区5演化创新无所不能从大熊猫的手骨标本上可以清晰地看到，它在五趾之外，还有一个“拇指”。真实情况：演化不是无所不能的创新。所以斑马演化不出机关枪，而人类也演化不出翅膀。演化并不是一味的创新。如果有足够的创新意识斑马理应演化枪支，以便更好地抵御狮子的进攻。当然，如你所知，斑马并没有“进化出”机关枪。这涉及到复杂器官的演化过程。再复杂的器官也是通过一步步突变而来的。每一步突变都是有用的，都比上一代多一些优势。对斑马来说，情况就不那么乐观了。很明显，无论是单一的枪管，还是子弹都没有任何用处，只有当这些零件有机组织在一起时，才具有杀伤力。因此，机关枪只能被“设计创造”出来，而不能“进化”出来。同样的道理也能解释人为什么没有长出翅膀来？周忠和指出，飞行其实很耗费体能，鸟类祖先当初演化出翅膀也是对生存环境的一种适应。生存最关键的两个问题，一是安全，二是食物。为了让自己生存得更安全、吃得更多，那么鸟类祖先需要向天空拓展自己的生存空间。鸟类祖先也是迫不得已才学会飞行的。而演化出翅膀来也是需要很多先决条件的，飞也不是那么容易的事，会飞行的翅膀是慢慢演变过来的。而对人类来说，前肢变成翅膀没有什么实用意义———还是留着那双勤劳能干的手比较好。演化不是无所不能的创新，这一点完全可以根据演化论的原理推断出来。特创论者提出的指责恰恰可以被用来解释演化论的正确性。误区6复杂生命演化不来真实情况：概率虽然很低。只要时间足够长，就没问题的。从出现第一个有机分子到现在，生命经过了无数次的选择。其间，失败随处可见。从你开始上溯，可以找到无数个父本和母本，这些父本和母本中的任何一个稍有闪失，你根本不会出现。若没有超自然力“保驾护航”这样的演化结果是不可能的吧？要了解演化，必须明白3件事。首先，这种万亿分之一的几率时刻存在。第二，突变