达尔文之后,我们该怎样重新理解进化?| 周忠和院士导读《恩斯特·迈尔讲进化》
编者按:
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在科学大院公众号上线十周年之际,大院er将院士专家导读经典科普作品的访谈整理成文,以飨读者。
周忠和院士在中国科学院大学讲《进化生物学》这门课,讲了十年。每次开讲前,他都会想起遗传学家杜布赞斯基说过的一句话:"Nothing makes sense in biology except in the light of evolution." 离开进化论,很多生命现象都无从理解。
过去三十年,周忠和和他的团队在中国陆续发现了大量早期鸟类化石和带羽毛恐龙——孔子鸟、热河鸟、会鸟、尾羽龙、小盗龙……这些名字共同将"鸟类从恐龙演化而来"这件事,从一个长期争论的假说,论证为详实的演化事件。
但今天周忠和想聊的,不是他自己的研究,而是一本书——《恩斯特·迈尔讲进化》。
他说读完这本书,就会知道 "物竞天择,适者生存"的口号之下其实是我们对“进化论”的诸多误解。
-以下内容根据周忠和院士访谈整理-
01
“读科学书,不是为了成为科学家”
曾有人问我,这个时代,如果不做科学研究,为什么还要读科学相关的书籍?
我一直认为,今天的世界变化得太快了。面对未知与不确定性,人常常生出一种焦虑,而抚慰这种焦虑最好的办法之一,就是读书——尤其是真正可靠的科学书籍。
从哥白尼、牛顿、爱因斯坦,到互联网、人工智能、基因编辑和生命科学,自然科学不断改变人类对世界的理解。今天我们读科学书不再是为了成为科学家,而是学习用一种科学的思维去看待世界。
我今天要推荐的是《恩斯特·迈尔讲进化》。这本书不只是在讲达尔文的进化论,更是在讲达尔文之后,现代科学如何重新理解进化。
进化论不仅仅是解释了生命从何而来,如今它的影响早已超出了生物学的范畴。它关系到我们怎样理解变化,怎样理解时间。语言会演化,文化会演化,音乐会演化,在地质学里,我们也会说矿物、地貌、行星系统的演化。进化论实际是给我们提供了一种理解世界的方式。
02
“二十世纪达尔文”
这本书的作者恩斯特·迈尔(Ernst Walter Mayr),是鸟类学家出身,与我的研究领域有一些交叠,我很早就知道他的名字。他曾被称为"二十世纪达尔文",这个称号,我认为他当之无愧。不仅因为,他和达尔文一样,也是从博物学传统中成长起来的科学家,从小浸泡在对自然世界的观察和热爱里。
恩斯特·迈尔(Ernst Walter Mayr)
(图片来源:Researchgate)
更因为,他是上世纪三四十年代"新达尔文综合进化学说"的奠基人之一,把达尔文的自然选择理论,与遗传学、系统分类学、古生物学等现代科学成果结合起来,使进化论成为现代生物学的核心框架。在生物学上有极高的学术地位。
今天我们所说的"物种"这个概念,正是他提出来的——这个概念常常因为我们太过熟悉,而被人忽略了它本身是一个天才的创造。
但在科学上,什么是一个物种,其实并不好回答,在过去,人们常常依赖一个“模式标本”来判断后来发现的个体是否属于同一物种。但进化论告诉我们,生命是连续变化的,同一物种内部也有大量个体差异。
那我们凭什么说,这些个体属于同一个物种,而另一些个体属于另一个物种?比如,为什么肤色相貌各异的八十亿人类同属一种,而外形看起来相近的马与驴却属于不同物种?迈尔的重要贡献,是用“生殖隔离”来定义有性繁殖生物中的物种边界:能否自然交配并产生可育后代,成为判断物种的重要标准。
无法生育后代的骡子
(图片来源:wikipedia)
迈尔系统阐释并推广了“生物学物种概念”:物种,是一个能够在遗传上延续的群体。这个定义,至今仍是区分物种最重要的准则。
迈尔九十七岁时,才提笔写下这本书。他用最通俗的语言,将毕生对进化的追问与理解,把达尔文的经典理论与此后近百年遗传学、古生物学、分子生物学的新发现熔于一炉,为公众做"进化论"这座理论大厦的导游。
老年迈尔
(图片来源:wikipedia)
在这本书里,迈尔生命演化的化石证据讲起,告诉我们进化是如何发生的,物种和生物多样性如何形成?为什么地球上会有如此丰富的生命?最后,迈尔回归到生命最根本的问题——人类从哪里来?人类是否仍在进化?未来又会走向哪里?
他说,这本书适合三类人:想了解进化论的人,相信达尔文但担心进化论已经过时的人,以及不太相信进化论但愿意听一听理由的人。我想,这三类人,已经涵盖了几乎所有打开这本书的读者。
03
“进化的两个关键词:变异和自然选择”
简单来讲,进化就是生命在漫长时间中,通过遗传变异、自然选择和环境压力不断改变,从而形成今天如此多样的物种。
这里面有两个关键词,一个是变异,一个是自然选择。
变异是进化的基础, 生物个体之间天然存在差异。这种差异来自两个来源:基因突变,以及父母双方基因在繁殖过程中的重新组合。正是这种无处不在的变异,为自然选择提供了原材料。
自然选择是进化的动力,环境在变,能够更好适应当下环境的个体,留下更多后代,其特征得以延续;反之则逐渐消失。
但自然选择不是进化唯一的动力。20世纪中叶,生物学家木村资生提出了"中性进化学说":在分子层面,许多基因变异对生存既无益也无害,它们的保留或消失,更多取决于运气。
这个观点引发学界数十年的激烈争论,最终达成的共识是——自然选择是进化的主要驱动力,但随机性在生命史中同样扮演着重要的角色。
木村资生(图片来源:Wikipedia)
恐龙的灭绝就是最好的注脚——白垩纪末期那场小行星撞击,终结了统治地球一亿多年的霸主,它们灭绝,并不是因为“不努力”,也不是因为不够“高等”,而是一次巨大的偶然事件改变了生命演化的方向,或者说运气不太好。
恐龙灭绝示意图
(图片来源:veer.com)
迈尔在书中还强调一种看待进化的视角:进化的单位,是种群,而非个体。
我们做科学的,习惯用“还原论”的眼光看世界——把整体不断拆解,往下细分,找到最小的单元。但进化发生的尺度不在个体身上,而在整个种群里。一代一代微小的变异,在群体中积累,经由漫长的时间,才演变成我们肉眼可见的变化。这是一种全然不同的看世界的方式——把它放进整体时间与空间的系统里去理解。
04
“物竞天择,适者生存“是一种误读
有些人会认为《恩斯特·迈尔讲进化》这本书里很多的观点是对“达尔文进化论”的挑战,但事实上,这本书是对“进化论”这个理论大厦的修补和完善。
而我们长期以来对“进化论”的一种简单理解——“物竞天择,适者生存。”,反而才是对它的一种误读。
首先,“适者生存(survival of the fittest)”并不是达尔文最初提出的表述。这个说法来自英国哲学家赫伯特·斯宾塞,后来达尔文在他人的建议下,才将其纳入《物种起源》第五版,用来解释自然选择。
《物种起源》
(图片来源:wikipedia)
其实,严复先生最开始将《进化论》引入国内,所做的这句最深入人心的中文翻译 “物竞天择,适者生存“,严格来说也并不准确,已经掺杂了某种社会达尔文主义的意味。"适应"这一次就暗含着“主动”,我们日常生活里说"要适应环境",是指我们主动去调整、去改变自己来迎合环境。但在进化生物学的框架里,这个“适应”恰恰主要是被动的,是自然选择的结果,而非生物的主动意志。自然界没有预先设计好的目标,生命在进化的路上并不知道自己将走向何处,更不存在为了某个目的主动改变自己的意志。
“适者”只是在当时当地适合,今天适应,不代表未来适应。猛犸象适应寒冷气候,但如果气候变暖,它的优势可能立刻变成劣势。
更多的时候,“适者生存”这四个字直接被搬进人类社会中,衍生出一套“弱肉强食”的社会达尔文主义的逻辑,成为人类社会竞争和厮杀的背书。但这并非达尔文的原意,达尔文讲的"竞争"是广义的,既包括生物之间的竞争,也包括生物与环境之间的关系。
迈尔也在书中强调,自然选择关注的是繁殖成功,不只是暴力竞争,个体之间的搏杀。合作、共生、照料等行为在蚂蚁、蜜蜂、等社会性的动物身上均有体现,这些社会性动物都在漫长的演化中发展出了极强的利他行为和协作能力,今天我们人类互相帮助、互相同情,这种能力就是从社会性动物祖先那里继承来的。
蚁群的合作
(图片来源:veer.com)
再往前倒推一步,我们把"evolution"译作“进化”也是一种误读,"进"这个字,暗示着一个方向——生命应该从低级走向高级,从简单到复杂,生命史是一条向上的曲线。这种"目的论"的直觉,深植在人类的认知习惯里,也影响力在很多人对进化论的理解中。
其实,生命的演化既无目的也无方向,还充满着随机性,所以在专业语境里,我们更倾向于把"evolution"译作"演化"。
所谓的"低等"与"高等",“进化”与“退化”,其实人类强加给自然的价值判断,并非客观的科学描述。这种“优势论”可以追溯到达尔文之前的拉马克。拉马克提出“用进废退”和“获得性遗传”,认为生物体内存在某种积极向上的力量,会朝着更复杂、更完美的方向发展。这个观念虽然在现代生物学中已经被修正,但它留下的影子仍然影响着大众对进化论的理解。
以鸟类为例,从恐龙的一支,在漫长的演化中长出羽毛飞向蓝天,熬过了白垩纪末的大灭绝,演化出上万种鸟。今天我们觉得飞翔是浪漫的,是某种进步的象征。
但其实飞翔极其耗能。所以,只要环境允许,食物丰盛、没有天敌,鸟也不想飞。鸵鸟、鸸鹋、几维鸟,这些不会飞的鸟,就是在这样的环境中演化的结果,但我们把它们称为"退化",这同样是一种人类的价值判断,会飞就一定比不会飞高级吗?复杂就一定比简单好吗?事实上,不过是演化在不同压力下走出的另一条路而已。
几维鸟
(图片来源:veer.com)
05
“是局限,也是科学的生命力”
《恩斯特·迈尔讲进化》出版于2001年前后,距今已经二十多年。任何经典都有时代的局限,这本书也不例外。
最明显的一处,是关于鸟类的起源。迈尔写作时,相关发现并不充分,过去二十多年间,我们团队在中国不断发现新的带羽毛恐龙和早期鸟类化石,正好填补了这个空白。
迈尔写《进化是什么》时,还没有机会看到中国发现的许多带羽毛的恐龙化石,不过这并不削弱这本书的价值。他在书中也写道:所有化石给出的结论,在某种意义上都是临时性的,新出现的证据,随时可能修正我们过去的认识。这不是科学的弱点,恰恰是科学的生命力。
06
“进化不是梯子,而是一颗大树”
我们常常本能地相信,事物应该朝着更好的方向发展,生命应该从低级走向高级,人类应该站在最终的位置。
但自然不是这样运行的,地球已经存在了四十六亿年,生命的历史将近四十亿年,人类出现的时间,只占这部史书中薄薄的几页。人类的历史约有7百万年。一百多万年以来,人类曾经多次走出非洲,也曾有多个不同的人类物种存在,有些相互之间还存在基因的交流,如今只剩下我们一支。如果地球生命史重新演化一次,未必还会出现人类。你我今天能在这里一起思考这些问题,其实是一种幸运。
图片来源:evolutionissues.com
迈尔在书中用了一个比喻:进化是一棵枝繁叶茂的大树,而不是一架从低到高的梯子——生命史不是“低级到高级”的不断攀登,而是不断分叉、停止,再分叉的树状历史。有些枝条繁盛一时,后来消失了;有些枝条曾经不起眼,却在某个偶然事件之后获得新的空间。
我办公室里有很多化石,这些化石里,有的动物今天它存在的那一支已经完全灭绝了,有人会觉得可惜。但从演化的角度看,它在这个世界上活过,然后又消失了,谈不上可惜,这就是进化的本质。
人类也是如此,我们也在这颗大树上,与万物共享着同一个古老的祖先。但人类又确实是这颗大树上一片很特殊的叶子,我们拥有高度发达的技术和文明,作用在人类身上的选择压力,已经不再只是自然选择,文化和科技都可能改变人类未来的走向。
但无论如何,我们可能有独特的形状,可能长在比较新的枝头,归根到底,也只是这棵生命大树上的一片叶子。
作者:周忠和,中国科学院院士
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