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職老同學說:‘記得達爾文同學是個嚴肅的反微進化的學者,他的意思大約是:如果是微進化,其實就是沒有進化。因為他深刻的明白,所謂的進化,不是簡單的變化,而是質的改變,也就是物種的形成並且相互完整的沒有一根鏈子能斷的整體地球生物系。’ 職老同學給微進化下的定義是‘簡單的變化,沒有質的改變’,這是曲解了microevolution。我在這裡舉一個例子來說明‘微進化’講的是什麼。
這個例子(譯自國家地理雜誌2009年2月刊)講的是加拉帕戈斯群島上的一種小鳥,叫地雀(finches)。達爾文發現地雀有許多不同的品種。它們的嘴,或者喙(beak), 的特徵很不一樣,有的寬,有的長,有的短而細。這些特徵和島上的地理環境有着密切的關係。達爾文推斷(1)這些不同品種的鳥由共同的祖先演化而來,(2)品種的多樣化是為了適應各個隔離的島上不同的地理環境。目前,達爾文的第一個推斷通過基因研究得到了有力的證據(有非常相似的DNA)。也許職老同學會說,上帝可以用同樣的code來創造不同品種的鳥,所以他們未必有血緣關係(上帝真夠辛苦的)。暫且放下這個話題,我來講講兩個有趣的發現。第一個發現是某些蛋白對鳥的喙的形狀起着關鍵性的作用。BMP4使喙呈寬形,而calmodulin使喙呈長而窄的形狀。 也就是說,不同品種的鳥有不同的喙形,是因為他們表達着不同的基因(蛋白質)。 第二個發現是加拉帕戈斯群島地雀的微進化仍在不斷地發生着。科學家從1973年起每年到加拉帕戈斯群島觀察地雀的種群變化。他們不久就發現隨着島上的濕度變化地雀每年都有變化。比如大達非島有一種吃小草籽的中型地雀。1977年大旱,小草籽成了希罕物,中型地雀只好改吃又大又硬的草籽。那些喙比較大的地雀因為能吃大而硬的草籽而存活下來並把這個性狀傳給了後代。島上還有一種大型地雀,也吃大而硬的草籽。多年來,中型和大型地雀在一起生活,相安無事。可是2004年又來了一次大旱,到2005年只有13隻大型地雀和83隻中型地雀存活下來了。有趣的是,存活下來的中型地雀用了和28年前不同的策略,它們的喙變小了。這樣它們能夠吃到很小的草籽,就不用和大型地雀去搶食了。 這個發現證明了達爾文的第二個‘適者生存’的推斷。而這個喙形變化的例子是‘微進化’,因為喙形的變化還沒有大到形成新的物種。這個例子說明微進化並不是職老同學所說的一種‘簡單的變化’,而是基因表達變化所引起的某種‘質’的變化。微變化並不是‘細微的變化’。拿長頸鹿做個例子。脖子的長短很可能由‘長脖子’基因表達(on)或者不表達 (off)來決定,不需要有中間環節(中脖子)。
基因表達的調控變化造成巨大的體型變化的例子很多。而基因調控的變化往往是基因突變的結果。職老同學說突變是有害的,這基本上沒有錯。大多數對生物體的基本體型起關鍵作用的基因一旦發生突變就會造成胚胎死亡。但這並不排除好的(或者中性的)突變的存在。好的突變發生的概率非常低,但大於零。雖然是小概率事件,可是具有新的體型和其他性狀的生物在漫長的地質年代中還是會出現的。如果這些性狀有利於生存,就有可能形成新的物種。學生物的都知道果蠅的homeobox基因。有一個homeobox基因的突變使果蠅頭上的觸鬚變成兩條腿。這個突變果蠅不僅活得好好的,而且能傳宗接代。
職老同學說沒有進化只有退化。實際上進和退是相對的。一般人理解的‘進化’是以人為標準,前提是人最高級,最先進。其實人體的許多器官很不理想。比如女人的骨盆結構就不如其他動物的骨盆結構適合生育(如果人是上帝創造的,上帝也太不像話了)。女人的骨盆結構的問題是直立造成的。因為要兩條腿走路,骨盆變得狹窄。但是對人類的生存來說,直立的優越性大於骨盆變窄造成的危害。其他的例子包括視力、聽力,等等。英文裡‘evolution’沒有方向性,所以職老同學用‘退化論’來否定evolution,是說不通的。‘進化論’也許翻譯成‘演化論’可以消去很多人對evolution的誤解。其實,職老同學並不否認生物體有一個演化的過程。 回到前面提到的不同品種的地雀有相似的DNA的問題。如果這個證據不足以證明它們源於同一個祖先的話,更強有力的證據來自對病毒的研究(請看一個短片: http://www.youtube.com/watch?v=TUxLR9hdorI)。有一種類型的病毒一旦侵入它的host(人或者動物),它的DNA就會嵌入host的染色體(由DNA組成)並穩定地留在那裡。 有趣的是,科學家在黑猩猩和人的染色體裡發現了許多完全相同的病毒DNA片斷,而且這些片斷在人和黑猩猩的染色體上的位置完全相同。 如果這是隨即的,機率是天文數字。唯一的解釋是這些病毒片斷是嵌入在人和黑猩猩的老祖宗的染色體上,後來傳給了人和黑猩猩這兄弟倆。
其實職老同學完全可以換一種心態,用科學的態度來審視進化論。信上帝也沒有關係嘛。地球是圓的,這個論斷曾經使教廷大為緊張,還燒死了人。可是地球還是圓的。難道相信上帝就一定要否定這個事實?進化論也一樣,大量的證據已經使這個學說成為無懈可擊的事實(fact):現有的生物體是不斷演化而來,物種的形成是自然選擇、適者生存的結果。至於生命起源的機理,是達爾文進化論的必然延伸,雖然有很多假說(hypothesis),但有待證明。這是目前科學家的熱門課題。很多人懷疑進化論,實際上是沒有搞清楚進化論里哪些是facts,哪些是hypotheses。
進化論里有很多尚未解決的問題,比如進化是漸進的還是突進的。物種形成除了基因突變,epigenetic 的因素是否也起作用,等等。現在的問題不是進化論對還是不對,而是進化論里的細節,機理是什麼。歡迎職老同學參加這個科研的行列,憑你的聰明才智說不定能拿個諾獎什麼的呢。
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