『原创工程』关于进化论,常备问题回答(1)

【问题1:进化是什么?】

首先,Wiki上根据Douglas J. Futuyma的《evolution》给出的定义:

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Evolution is the change in the inherited traits of a population of organisms through successive generations.
进化是在一个生物种群内可遗传的特征随着世代延续而发生变化。

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如果要详细解释,进化的关键词是“遗传”和“世代”,进化必须涉及基因的变化,蝌蚪变青蛙不算是进化,但也不是所有的基因变化都叫做进化,辐射或细胞分裂时差错产生的基因突变都不算是进化,生物必须把变化了的基因传给下一代。
关于进化,道金斯在《自私的基因》里给过一个通俗的定义:“所谓进化就是指基因库中的某些基因变得多了,而另一些则变得少了的过程。”
简单地说,进化必须涉及基因数量的改变,而基因数量改变的方式是通过世代相传,也就是繁殖。举个简单的例子,有大喙的达尔文中地雀(学名Geospiza fortis)可以咬开蒺藜的果实,吃掉里面的种子。在饥荒时大喙地雀能生存下来,繁殖较多的后代,如果大喙是由基因控制的,大喙基因就会通过地雀的繁殖而变多,这就是进化。

进化不是进步,也没有什么必然的方向。比如一般人都看好的“复杂性”吧,威廉斯(George Williams)大神说过,人和鱼哪个比较复杂?人的脑比较复杂是真的,可是鱼的头骨比人复杂多了(100多块骨头,人的才23块)。另外什么叫做复杂?狼和羊哪个比较复杂?我以前看过一个很吐槽的定义,描述该种生物需要用的文字越多,这种动物越复杂,不过这样我们就得得出孔雀比天鹅复杂的结果,因为描述孔雀的颜色比较费笔墨= =
那么功能多的算是比较进化吗?首先,什么叫功能多,本身就很难衡量,比如人有语言本能,蝙蝠没有,可是人不会飞也不会回声定位。顺便比较两种动物,就会发现这种说法从根本上就不科学。
三趾鸥(学名Rissa tridactyla)会建造精致的泥巢,却不会抵抗捕食者,黑头鸥(学名Larus ridibundus)不擅长造巢,却会凶猛无畏地保护幼雏,哪一个比较进化?
两者的不同,不是因为先进与否,而是因为三趾鸥筑巢在悬崖上,黑头鸥则筑巢在平地上。悬崖上幼鸟有跌下来的危险,而没有捕食者,平地上安全却有狐狸和乌鸦的骚扰。只能说在悬崖上三趾鸥的策略比较有利,在平地上黑头鸥的策略比较有利。

再比如说智力,我们这样看重智力,其实是出于身为高智力动物的偏心,智力比较高的动物实在是寥寥无几,更不用说根本没脑的植物、真菌、原生生物和原核生物了……别的不说,尼安德特人和克罗马农人(Cro-Magnon man),的脑容量都比现代人大,可是他们都绝灭了。



【问题2:进化不等于进步】

首先,进化不等于进步,达尔文有一句名言“千万不要说什么最高等最低等”。进化上衡量成功的标准是一个生物它自己连同它的亲属繁殖后代的多少,叫做内含适应性(Inclusive fitness),越是多子多孙的动物越成功。
这个成功的标准就带来两个问题。
首先,这个标准不是谁速度快或谁强壮,而是后代的数量,适者生存其实就是适者繁殖。而什么样的身体和什么样的头脑能帮助生物繁殖,是由环境决定的,比如在沙漠里,北极熊的皮毛就是劣势,但在北极它是很大的优势。所以你很难说厚皮毛是优势还是劣势,只能说它是适应环境的“适应”。
其次,所谓的成功,是谁和谁比较?是同种动物之间的个体和个体比较,不是群体,也不是物种,你可以比较一只北极熊和另一只北极熊谁成功,但你不能比较一只北极熊和一个人谁成功…至于那些说一类生物,比如昆虫或细菌成功的…请参看ent:

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……尽出难题啊……
我觉得,一个单系群体本来是不应该说什么成功与否的,但是一种策略或者适应倒是可以,虽然定量比较困难……
因此,当我们说昆虫成功时,其实应该是在说昆虫的小体型、分节附肢etc.是一套好的适应……
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结果就是你很难说喜羊羊和灰太狼哪个比较成功,到底是吃草成功?还是吃荤成功?这是由环境决定的,高山上有欧洲盘羊(绵羊的祖先)没有狼,北极有狼没有羊,更何况两个是不同的种,从根本上无可比性。

然后是演化史上先后的问题,首先进化树这个东西是树状的(= =),如果它是一条链子我们只要看哪环出现得早哪环出现得晚就可以了,但从一棵树上很难看出谁先谁后。不同的分支要做比较是非常困难的,还是引ent的话:

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生物不是一架梯子,大家都往上爬,谁爬得高谁“先进";生物界是一个大花园,之间不具有可比性。你能说一个知名学者和一个著名企业家和一个歌坛巨星之间谁更伟大吗?
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出现晚并不代表高级,一个动物出现的早晚并不能确保它成功与否,经常有人说熊猫不成功是因为它太原始了,其实它只是采用了一种比较经不起折腾的生存策略……但是请注意,澳大利亚白蚁(学名Mastotermes darwiniensis )也是非常古老,而且是孤种(一科只有这一种),但它现在是世界性害虫,它能吃从蔬菜到台球的一切东西。
你说都是古老的生物,差距咋就这么大捏?熊猫只能适应竹林,而白蚁能适应多种环境,问题是适应度的问题,不是谁出现得早的问题…顺便说句,灵长目出现不比食肉目晚,我记得在恐龙灭绝之前就有了…
再说,进化没有固定的方向,进化并不是变复杂,也不是变得像人,虽然人的脑比鱼复杂,可人的头骨23块,鱼的头骨100多块,这方面似乎是鱼比较复杂……进化生物学界的大神威廉斯(George C.Williams)大神有云,其实喷气式飞机的构造比螺旋桨飞机简单来着……
所谓“退化”是生物器官的缩小、简化和功能减退,不是指人变回鱼,退化不是进化的反义词,进化本身是没固定方向的。

推荐郑也夫《反对进步观的达尔文》:http://www.dushu.com/news/2007/07-17/12725.html
有条件可以去看看大神的《适应与自然选择》,翻译奇烂,不过论适应不是进步的一章很经典,不难懂。



【问题3:适应器】

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小骆驼问妈妈:“妈妈妈妈,为什么我们的睫毛那么长?”
骆驼妈妈:“长长的睫毛可以在沙暴中保护眼睛。”
小骆驼:“妈妈妈妈,为什么我们的背那么驼?”
骆驼妈妈:“这个叫驼峰,它可以储存大量的脂肪,这样在沙漠里就不怕挨饿了。”
小骆驼:“妈妈妈妈,为什么我们的脚掌那么宽?”
骆驼妈妈:“那可以让我们重重的身子不至于陷在软软的沙子里。”
小骆驼:“可是妈妈,为什么现在我们还宅在动物园里呢……”
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自然界充满了奇迹,我们触目所及皆是精密、完美的器官和行为,鹰眼、蜘蛛网和飞鱼的鳍,而如果问起这些器官是为何存在,我们得到的答案是“为了XXX”。眼是为了看,蜘蛛网是为了捕食,飞鱼的鳍是为了遇见鲯鳅(学名Coryphaena hippurus)时落跑等等。
那么,为什么蜘蛛需要捕食就有了网呢?这样精妙而美好的器官,在生物学上称之为适应器(adaptations),适应器的作用,是提高生物的内含适应性(Inclusive fitness),也就是帮助它,以及它亲属的繁殖。许多适应器是服务于生存,从而间接服务繁殖的,因为你不活下来就无法生育后代。
进化生物学家威廉斯(George C. Williams)曾经说过,不是所有生物的特征都是适应器,例如跃起的飞鱼落回水里,就不能说它有一种“掉进水里”的适应器。如果你要知道一个东西是否适应器,它应具备三个特点:
可靠性(reliability),这个东西是否在生物群体中普遍存在?
有效性(efficiency),这个东西好用吗?能顺利完成任务吗?
经济性(economy),这个东西用起来是不是效率很高?是不是很节约?
如果一个东西普遍存在、高效、而且节省的话,那么就可以肯定它是适应器了。
至于适应器从何而来,英国神学家佩利(William Paley)认为,这些器官是如此精密复杂,一定是出自上帝之手,不可能是巧合的结果。路边有一个石头,你可以说它只是偶然被丢在这儿的,比如从大石头里迸出来的,但路边有一块表,就一定存在一个钟表匠。因为表是如此精密、复杂,不可能是石头缝里迸出来的。
但是,在科学上,解释适应器存在的原因,唯一证据充分,还没有被驳斥的理论是进化论,确切地说,是进化论理论中的自然选择。
精密的器官,最初是简陋的组织,比如眼睛,最初可能是感受光的细胞,如果有的生物发生了基因突变,使眼睛的结构改进,那么它们就会凭着更有利的适应器,繁殖更多后代,把这个特征传递下去。
在下一代的基础上,再突变,然后使眼睛再进一步改进,每一步的突变都是微小的,滴水成海,许多世代之后,这个器官会变得鬼斧神工。
这个过程要淘汰掉许多没有得天独厚的突变,甚至有遗传疾病的个体。但最终会有少数生物取得进化的最终奖章,生物的繁殖很快,所以数目不是问题。
有一个老故事,说的是有个骗子,在星际足球联赛开始前,给10000个人群发电子邮件,其中5000份说地球人队会获胜,另外5000份说天顶星人队会获胜。如果天顶星队赢了,就给看到他“猜对”的5000人再发5000份邮件,其中2500份说天顶星人胜,2500份说塞亚人胜……这样,大多数人会对他的邮件嗤之以鼻,但到最后,总会有少数人震惊了以为他是神仙,然后跟他交钱求下一次预测结果。
即使如此,这个过程的效率还是很高,1994年,瑞典生物学家尼尔森(D.-E. Nilsson)和佩尔格(S. Pelger)曾经计算过,眼睛从简陋的眼点进化出来所需的时间,结果是只需要35万年。生命的历史有30多亿年,这只是短短一瞬而已。
自然选择就是这么变成“神仙”的。其中没有一个钟表匠,也没有一个万能的神,上帝、春哥、粉圆神都没有。



【问题4:半个眼睛有什么用】

“难以想象一种适应器在处于进化早期阶段时会对有机体带来什么好处。比如翅膀还未进化完全,根本不足以让鸟儿飞”。这是神创论和反进化论者经常用来指责进化论的论题。
自然界充斥着精密、复杂的器官,比如信天翁的翅,鹰或濑尿虾的眼睛(自吹自擂),根据进化论,都应该是一点点从无进化到今天,那么在此之前,必然存在着这些器官不复杂,不完善的样子。
还有,进化论说,翅膀或眼睛这样的器官,之所以会存在,是因为它们有利于生物的生存与繁殖。如果这些器官不精密,不能执行好任务,这些东西就对动物的无利。半个翅膀或四分之一个眼睛没有用,所以就不能进化而来,这是反进化论者的论调。
然后我们要批驳这个论调。第一个问题就是,你为什么认定四分之一个眼睛没有用?以下引言都是道金斯(Richard Dawkins)在《盲目钟表匠》里的观点:

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和我很熟识的一个人,两只眼睛都做过白内障手术。她眼睛里根本就没有晶状体。没有眼镜,她都不能打网球或瞄准枪。但她让我确信,有一只没有晶状体的眼睛,远比没有眼睛好得多。你能分辨你是否要撞到墙或另一个人。
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眼睛差总比瞎掉了要好,飞得差总比不会飞要好,没理由说演化不完全的器官是没有用的。而且很多动物就是顶着不完全的器官生活着:

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飞蛙的脚趾间布满很大的蛙蹼;树蛇的身体很平滑,便于接触空气;飞蜥的体侧有翼;而各种各样不同的哺乳动物,它们的四肢间都有翼膜,这让我们看到了蝙蝠翼的开端。与生物学家的著述言论相反,动物们不仅可能只有半只翅膀,甚至可能只有l/4只翅膀,或者是3/4只翅膀,等等。
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对于信天翁来说,早期鸟类或恐龙的翅膀是不完美的,信天翁要在海上长期飞行捕食,有时一周都着不了地,原始的翅膀只能在树丛间扑腾。这似乎可以说明“不完美的器官没有用”论调,但请注意,进化的目标,不是让器官更发达或更优化,而是更适应。

在就好比买鞋不是挑最大或最小的,而是挑最合脚的。在信天翁祖先还是恐龙阶段时,它不是在海上飞,而是在树丛间扑腾,那时短翅膀对它来说很够用了,如果你给它接一对信天翁的长翅膀,反而会不利于它的生存(消耗能量,挂树什么的)。
只有当生活环境改变,自然选择的压力迫使更能飞的鸟才能生存时,更发达的翅膀才会成为有利的特征被选择。
凫胫虽短,续之则忧;鹤胫虽长,断之则悲。

本文由红色皇后授权(果壳网)发表,文章著作权为原作者所有。
7条评论

  • 1楼
    2011-10-12 06:28 D-Horse

    转一篇文章《你以为你真的懂进化论?》
    http://blog.sina.com.cn/s/blog_6a7487130100y8qd.html
    英文原文:Evolution: 24 myths and misconceptions
    http://www.newscientist.com/article/dn13620

    评论
  • 2楼
    2011-10-12 07:13 Ent
    引用D-Horse的回应:转一篇文章《你以为你真的懂进化论?》
    http://blog.sina.com.cn/s/blog_6a7487130100y8qd.html
    英文原文:Evolution: 24 myths and misconceptions
    http://www.newscientist.com/article/dn13620

    第七条我还是存疑。
    倒带重播结果完全不同的想法是古尔德的看法。但生态位的偶然性也许并没有那么大。

    另外第三条的机关枪比喻不妥……因为说实话没人能保证一个性状在任何情况下都是没用的……

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  • 3楼
    2011-10-12 07:57 solier

    想起昨天晚上无聊在电视上看的鳄鱼解剖,人家也是恐龙时代(还前期)的生物啊。总比熊猫早多了。

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  • 4楼
    2011-10-12 07:59 solier
    引用Ent的回应:
    第七条我还是存疑。
    倒带重播结果完全不同的想法是古尔德的看法。但生态位的偶然性也许并没有那么大。

    另外第三条的机关枪比喻不妥……因为说实话没人能保证一个性状在任何情况下都是没用的……

    倒带重播。。。。让我想起决定论和混沌理论。

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  • 5楼
    2011-10-12 09:51 工业聚

    写那篇《你以为你真的懂进化论?》的作者,他真的也不太懂进化论;他在描述生物的进化时,强调的是“适应”,描述进化论的解释时,强调的却是“正确”。

    作为一种科学理论,文中既言为了表明有可证伪性,应开放给对手反驳的可能性;如此,“正确”一词跟高级、复杂等偏主观的词汇一样应加以避免。

    他大可将“适应性”做小小的合理推广——生物对环境的适应性、理论对现实的适应性

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  • 6楼
    2011-11-14 18:52 碧蓝怒火

    你以为你真的懂进化论?我觉得写得不错啊

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  • 7楼
    2012-05-22 21:14 角落尘埃

    描述该种生物需要用的文字越多,这种动物越复杂
    在沙漠里,北极熊的皮毛就是劣势,但在北极它是很大的优势。
    看似偶然,实则必然有一个是神仙

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红色皇后 科普爱好者,科学松鼠会成员 红色皇后的新浪微博 发表于 2011-10-12 03:03

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