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生物的演化有方向性吗?

日期:2018-02-28 14:34:19编辑作者:www.33gvb.com
生物的演化有方向性吗?如果向你提出这个问题,你会如何回答?
 
然而事实上,答案可能会让你失望:既不是“有”,也不是“没有”。
 
当然,我们很容易说演化没有某些具体的方向,比如没有“进步”和“倒退”——因为进和退根本就没有良好定义,总不能说通向人类就是进步、远离人类就是倒退;也没有明显的“变大”和“变小”——大象远小于恐龙,可蓝鲸就是地球历史上最大的生物。
 
 
 
蓝鲸是地球历史上最大的生物图片来源:Mike Johnson
 
但不限定具体方向的话,谈论这个问题就很难了。因为演化作为一个历史事件实在太漫长,在不同的时间尺度上,会表现出不同的行为。
 
譬如说,你每天的移动有方向吗?假设只看工作日早晨八点钟,那么你可能正在高速前往公司,方向正西;但晚上六点钟,则可能反过来高速前往家里。一天平均下来,虽然发生了移动,但并没有方向。
 
现在说的不是你一个人,而是这个星球38亿年来每一个曾经生活过的生命;讨论的也不是一目了然的物理移动,而是从发育构架到内脏到外貌的全方位指标。可以想象这个问题有多难。
 
 
 
图片来源:Shutterstock
 
虽然难,但若要回答“演化是否有方向性”的问题,也可以拆分成几个小问题来说。这里,我会按照时间为标准来划分。
 
A
 
1微秒
 
没有方向性,因为没动
 
在1微秒的时间尺度上,演化当然没方向,因为这么短的时间里它基本上就是静止的。
 
再长一些呢?
 
B
 
1分钟
 
没有方向性,因为突变随机
 
这时候演化就不是静止了,但依然没有方向,因为突变是“随机”的,意外也是随机的。
 
 
 
突变,包括“基因突变”是随机的图片来源:smanewstoday.com
 
这里的随机不是平时说的数学随机概念,而是说,“遗传物质发生了什么变化,和这个变化身处什么环境里、能产生什么效果,二者没有联系。”
 
在19世纪初,几乎所有人都认为遗传作用的方式就是“用进废退”:哪个器官用的多,它在后代里也就长得好。虽然今天我们会把它称之为拉马克主义,但拉马克没有发明用进废退的想法,只是他先用这个想法来解释演化而已。而今天的科学已经否认了这个观点:无论是外界环境还是生物体的使用,都不能指定遗传物质要怎么变。在这个时间尺度上,自然选择没有发挥作用, 所以演化还是没有方向的。(对,哪怕是表观遗传学也没有推翻这个观点,但这件事情又很复杂,此处暂时没法讨论……)
 
 
 
拉马克主义主张“用进废退”,他们认为长颈鹿的脖子之所以那么长,是由于从祖先起,常吃高树上的树叶,所以脖子变长,经过一代一代遗传,脖子越来越长。图片来源:Amanda Durflinger
 
除了突变之外,还有各种各样意外的环境事故可以死人,从而改变一个物种的遗传构成。但在短时间尺度上,这些事故也是随机的。
 
要是再长一些呢?
 
C
 
1000年
 
有方向性,取决于环境
 
等到自然选择能发挥作用的时候,情况就发生了变化。和随机的突变不同,自然选择是有方向的。
 
但是这个方向并不是更高更快更强,而是朝着“更适应环境”的方向走。它和我们平常理解的方向概念就有微妙的差异。
 
自然界和人类社会一样,做任何事情都需要成本——只不过这个成本不是钱,而是能量、营养物质和时间之类。如果变高的收益抵不过成本,那生物就会变矮。如果变聪明消耗的能量太多,那生物就会变笨。哪怕同一个环境下,不同生物也会有不同的收支状况,并产生不同的改变。但至少,理论上我们只要知道一个环境的面貌,知道一个生物此刻的状态,就能大致预测它短期内会往哪个方向变化;而现实中,这种预测也有很多成功的案例。演化生物学能够做出预测并接受事实检验,所以它确实是科学。
 
需要说的是1000年这个时间是很约略的说法,因为不同生物的一代时间相差很大,细菌理想情况只要20分钟,而人类需要20年。曾经有一个广为流传的旧观点说演化速度很慢,万年才能看到;这个观点并不对。演化的速度取决于一代有多长、环境压力有多大。假如你给细菌99.9%的选择压,那一天就能看到明显演化;给麻雀5%的选择压,四五年能看到可测量的演化;而如果给人类0.0001%的选择压,那当然就几百年也看不出大差别了。毕竟,我们和最初的农业定居人类距离不过五百代,这对细菌而言只是一个星期的事儿。

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