龙漫远:生命的演化与进化

他关注的大问题是新基因如何起源和演化,尤其从分子生物学和基因组学的发展借力。他早年当过农民和乡邮,做过笔杆子,可能是这些奇特经历磨练了他的耐心,赋予他乐观和宽容的性格,让他除了是一位杰出而严谨的科学家,也同时是一个非常有意思的人。他热爱生活,喜欢下厨做点回锅肉麻婆豆腐之类,在圣诞节邀请中国留学生参加他的家庭聚餐;他喜爱文学,尤其喜爱林语堂和雨果;他尊敬文化的传承,曾经造访爱因斯坦出生的小村子和沈从文长大的边城以及哥白尼长眠的教堂,并绘声绘色地讲述在那儿的探寻与感悟。除了做科研,他还乐于将科学知识传播给公众,对中国的教育和科学传播事业怀有一颗赤子之心,他写过上万字的文字介绍达尔文时代的演化论和演化论最新进展,还曾回国和公众促膝而谈。

2009前,达尔文诞辰200 周年,他的《物种起源》出版150 周年。当时,我们做了一个调查,在美国这个以科学著称的国家,只有25% 的人相信生命的改变是由自然规律决定的。而在中国人,至少有70%~80% 的人都相信,人是从某种动物变化而来的。

当我们为此而感到高兴的同时,我想到另外一件很有趣的事情,关于目前在中国960 万平方千米土地上的人们,对于演化的基本了解到底如何。按照国内最权威的教科书的说法,自然界中的生命是在进化的。按照定义,所谓生命的进化是指,生命从简单到复杂、由低级到高级、从少数到多数的发展过程。所谓进化论则是关于生物界历史发展一般规律的学说,该理论认为现在的生物有着共同的祖先,它们在进化过程中,通过遗传、变异和自然选择,从简单到复杂、从低级到高级,从种类少到种类多逐渐变化发展。此处强调了这是“一般规律”。

我通过总结过去150 年里我们所知道真实发生过的事实——关于生命诞生35 亿年以来自然界中生命的变化的证据——并不支持中国最权威教科书对于生命变化结果的论断。这是一次巨大的推翻,就是说,我们普遍相信的概念居然是错误的。为什么是错的呢?在讲述基本事实之前,我要指出这些定义犯了三个错误,一是它以价值判断代替对客观世界的描述;二是它以非典型事例——人——所有生命当中极少一部分的过程,代替了自然界发生的一般状况;最后,终于导致这个概念犯了基本事实错误。

一个错了近百年的概念

下面是我要讲的事实。

第一件事实,在自然界,很多生物的演化都有停滞的现象,一个著名现象是“ 活化石”,按照定义,化石是数百万年前的东西。活化石,是指今天我们身边的一些生物,在相当长的历史时期里几乎没发生改变。比如,大熊猫、水杉以及我们经常看到北京城里的植物活化石银杏,将它们与过去的化石比较,会发现几乎没有变化,就此,我们才能断定那是活化石。

第二件事实,什么叫进化? “从低级向高级” 这种说法,已经是价值判断而不是描述了。事实上,演化中也有退化,比如,人作为生命的特殊分支,还有返祖的现象,由所谓的“ 高级” 变成所谓的“ 低级” 的现象是存在的。比如,大家知道,猿猴、猩猩都有尾巴,大部分人是没有尾巴的,而且,从几百万年以前开始,人类的基本状况就是没有尾巴。但是,我们却见过一个1 岁的婴儿也有尾巴,这个事实证明了有些生命不仅没有进化,而且还可以返祖。

第三个事实,物种还会灭绝,这完全被我们的经典教科书忽略了。什么叫灭绝呢?一个生命个体的消亡,称为死亡。如果一个物种的所有生命都消失了,我们称它为灭绝。35 亿年的时间里,在这个星球上,至少95% 的物种都在一定时间内灭绝了,现存的是少部分幸存者。我在芝加哥大学曾有一位同事,叫范伟伦(Van Valen),主要研究灭绝。他发现,物种的灭绝速度基本上是个常数。也就是说,并不是你的演化越成功,就越不会灭绝。这个认识是被西方世界广泛接受的,也是根据对化石的研究而得来的客观事实进行描述的。换句话说,一个物种无论在演化过程中多么成功,它的灭绝都可能是个不可改变的定数。灭绝是个常态,起源反倒不是常态。这个观点在西方的哲学、人文、自然科学界引发了巨大的轰动。因为我们人也是所有生命当中的一个物种,既然这么多物种都可能灭绝,我们有什么理由认为自己会是例外呢?也因为这个原因,范伟伦在芝加哥大学不仅是生态演化系的教授,同时,也是人文科学系和社会学系的教授。

第四个事实,我们所讲的高等生物,在生物当中占极少部分。就我们一个人而言,我们的细胞总数大约是1014 个,共生总数是1015 个。共生细菌可不是我们人的一部分,却是我们身体细胞数量的10 倍以上,共同生存,定义了我们每天的生活。我们还知道,这个星球上全部细菌总数加起来,远远高于我们所谓的高等生物的生命总量。如果存在从简单到复杂的一般规律,那么,今天绝大部分生命何以还停留在简单的状态?实际上,在达尔文的《物种起源》中,你找不到“ 由低级到高级,由简单到复杂的过程”,达尔文从来不提倡这个。

如果我们真的热爱哥白尼,你就不要简单相信别人告诉你的“哥白尼曾说……” 同时,相信《物种起源》,你也不能简单相信我所说的达尔文,最好到书店去找一本《物种起源》。这样就不会盲从,就不会在将近一个世纪的时间里,相信一个错误的概念。在最早的中文版《物种起源》——《天演论》中,并没有所谓必然进化的规律,这本书是由时任北京大学第一任校长的严复翻译的,他并不相信生命存在必然进化的规律。但是,在后来的年月里,某种社会原因,先辈们在翻译书的时候,出现了进化这一错误观念。以至于它在我们脑袋里徘徊了近一个世纪之久。

最后,分子演化的证据证明,我们体内有大量的基因是没有功能的。比如说,有一个专门用于帮助我们解酒的基因叫乙醇脱氢酶,因为有这个基因,喝了酒以后,酒精在你的体内才可以解毒。这个基因通过某种方式,或者称为倍增的过程,生成了完全没有功能的、被称为ADH5 的基因,照样存在于人体里。所以我们的基因组可不是上帝制造的完美产物,有大量的垃圾,人类有大约2.5 万个含合成蛋白标准的基因,其中,大约有两万个左右是没有功能的假基因。

我无法把所有的证据告诉大家,但仅这很少一部分现代生物科学和古生物学证据,都不支持权威教科书所给出的生命进化的结论。那么,回过头去看,达尔文是怎么说的呢? 1859 年,达尔文在他的《物种起源》中,明确把evolution 这个词,也就是生命改变的过程定义为“Descent withmodi­cation”,这个词事实上包含两部分,一方面讲(Descent),生命是对现在的延续和对过去的传承;另一方面是讲(Modi­cation),对过去已经存在的东西的修饰和改变。因此,没有无中生有的创造,也就是说没有神创论。我们读了《物种起源》就知道,达尔文非常清楚,没有所谓“ 一般规律”,只有“Descent with modi­cation”,一切以适应为基础。后来,又有些科学家不断丰富他的理论,包括由一定的几率,生命也可以繁衍,也可以存在,就是著名的中性演化的理论。

人类从哪里来?

是什么让人成为了人?人同非人有什么不一样?凭借现代生物学对人的认识,我们知道,人和其他生物有许许多多的差异,这些基本特质的演化(新基因的起源),是人类的堂兄——猩猩所不具备的,但是,当中有两个最显著的生物学特质的差异,第一,是性的演化; 第二,是大脑与智慧的演化。是这两个区别于其他生物的特质在演化的过程中,共同把人推进到现在状态,让我们变成了人,而不是像猩猩这样的动物。

最近几年,我们通过研究了解了一些下面这样基本过程。先来讲性别是怎样改变的。人体有23 对染色体,当中第23 对是性染色体。其中,男性由一大一小两条形态不一样的染色体决定,我们称之为男性决定系统(XYsystem),女性由两条一样大的染色体决定。在小的染色体当中,包含了一个基因,叫雄性决定基因,生物学中称其为SRY 基因,有了这个基因,胎儿在受精以后,发育过程中就成为雄性,如果这个基因出了问题,胎儿就会被决定成一个女性。

自然界中人类诞生以后或者之前,那些没有基因的染色体上,突然有了新的基因,有了某种机制,比如说倍增机制产生了。我们研究发现一个有趣的事情,就是在过去大约两亿年过程当中,性染色体不断地制造新基因,并且把这些新基因通过倍增机制送到了原本被认为不决定性别的常染色体上面。而这些被送出的基因的基本功能是产生雄性功能,比如长胡子,肌肉很强,决定第二性征的基因不断地产生。另一面,X 染色体也同时接收了那些从常染色体上产生的新基因,而它的功能通常跟雄性的功能没有关系。也就是说,很多控制雄性生殖的基因在逐渐逃离性染色体。

所以,自然就这么奇妙,两亿年过程当中,不断把本来该决定雄性功能的基因,推到了不决定性别的一面去。而且,本来跟性别没有关系的基因大量在性染色体上累积起来,再过五百万年,我们这些男人们会怎么样?当我们把X 染色体上面所有雄性基因经过拷贝,产生新基因送到常染色体以后,有一天,X 染色体上将会完全缺少决定我们第二性征的基因,这是一个有趣的事情。

此外,为什么人类有认知能力?是因为我们有大脑,是因为有在大脑中表达的新基因不断产生。我们把人类演化过程中出现的新基因标记出来之后,发现54 个新基因都在我们的前额叶表达。前额叶也正是决定我们的喜怒哀乐、决定我们的智慧产生的地方。人从黑猩猩分离以后,大脑就在不断地膨胀,其他的生物大脑比我们小多了,这是基因不断累积的过程。而累积的结果,决定了人可以是人;决定了今天我们有可能坐在一起,交流对自然界的看法; 决定了哥白尼可以发现我们这个星球在宇宙中的位置; 决定了达尔文悟出了我们是怎么来的; 决定了我们有江河般的音乐;决定了我们能够通过对理性的追求,在一定程度上掌握我们自己的命运……

——摘自《未来光锥:每个人都在创造》

龙漫远:芝加哥大学生态与演化科学系教授

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