正文 2 生命的進化(2 / 3)

以上就是生命有史以來所走過的曆程。在讀完本節之後,你是否對生命的進化有了直觀的認識呢?

2.2進化途中的“蛛絲馬跡”

自地球原始海洋誕生第一批原始生命以來,生物曆經極其複雜的進化曆程,產生了數以千萬計的物種。許多生物雖然在形態、構造、遺傳、生理等方麵存在明顯的差異,但是作為生物在本質上還是有很多共同點的。這就為生物進化的觀點補充了很多佐證。這個過程我們不能親曆,但可以通過一些證據去推測、觀看。那生物的進化到底有哪些證據呢?

2.2.1胚胎學證據

我們高中生物學過:所有的高等生物,無論是動物還是植物,個體發育都是由一個細胞——受精卵開始的。這說明什麼呢?現在科學界公認的解釋是,所有的生物有著共同的單核細胞的原始祖先。之後在內、外因共同的作用下,生物不斷出現各種突變,積累多種類型的變異,經曆長久的變更形成現今種類繁多、形態各異的生物。但是,同類群的生物間還是存在著大量的共同點。

就胚胎方麵來說,1866年著名學者繆勒和海克爾研究比較了大量脊椎動物的胚胎發育過程後提出,生物在個體的發育過程裏重現了其祖先係統發育要經曆的主要階段。例如,魚、雞、兔、蠑螈、人在胚胎發育早期的過程是極其相似的,鰓裂和尾部都可清晰分辨。

許多動物的生長發育都要經曆迂回的過程,如海豚的鰭在胚胎的早期階段並不存在,陸棲的脊索動物要經曆鰓裂階段等。

由此可見,魚類是鳥類、爬行類和哺乳類共同的祖先。這便是著名的重演律即生物發生律。生物體的早期發育是了解其演化過程的重要線索。

生物界還有許多類似的情況。藤壺、蝦和蟹長相各異,但都屬於節肢動物門,它們的幼蟲早期都很相似。蝦與蟹的發育過程幾乎一模一樣,不過在胚胎發育的後期,蟹的腹部縮短變小才形成不同的形態。固定生活的藤壺在生長發育過程中也會經曆一個可以自由遊動的幼蟲期,而且它們的幼蟲在形態上也幾乎沒有差別。這些實例無不證明這些生物是由共同的祖先進化而來的。

2.2.2形態學證據

不管通過怎樣的途徑,你一定或多或少了解過身邊的生物,那你是否發現哺乳動物的前肢盡管形態和功能的差異很大,但在骨骼的基本結構上卻是完全相同的。我們都知道蛙類的前肢有四指,與人類的很相似。很多哺乳類動物,尤其是靈長目猴、猿等前肢的形狀與功能都和人類相似。雖然許多脊椎動物的前肢因突變和自然選擇而演化成了各種形狀,發揮各種功能,但骨骼構造卻具有明顯的同源性。

人的手臂和蝙蝠的翅膀雖然在外形上明顯不同,但基本構造相似,像這種為適應環境而演化但起源相同的,生物學上稱之為同源器官。

對於出現這一現象的唯一解釋便是這些類群的生物是由同一個祖先進化而來的,而不盡相同正是適應不同的環境而逐漸進化的結果。還有一類被我們稱之為痕跡器官的器官,例如現生的鯨體內退化的後肢骨、不會飛的鳥類的翅、寄生性植物體內的葉綠體等,這些構造的存在無不證明了這些生物是由原始的生物進化而來的,而這些遺留的構造便是適應環境的進化結果。

我們知道,現今的真正的駱駝隻生活在亞洲和非洲,但在遙遠的南美洲卻生活著它們的近親——美洲駝,而北美洲卻沒有駱駝。這究竟是什麼原因呢?唯一的解釋便是曾經在北美洲上生活過的駱駝已經滅絕了,當地出土的化石也證明了這一猜測。把這一情況與板塊漂移理論相結合我們可以得出結論,駱駝的祖先原生活在廣闊的大陸上,但由於地理環境的改變,北美洲的駱駝滅絕了,而其他大陸上的駱駝得以保留下來並演化至今。現如今的駱駝是遠古時代的同一祖先演化而來的。

除此之外,島嶼上的生物總是和與之相近的大陸上的生物相似,如馬達加斯加島上的生物很像非洲的生物,以及類似古北區生物的日本生物區係。這些生物由大陸遷移而來,在孤立的狀態下演化而成。這些都是地理學為生物演化提供的有力證據。

2.2.3地質學證據

我們都沒有生活在那個恐龍盛行的侏羅紀,為什麼我們會知道兩億年前的情形呢?這個答案就是化石,通過化石,複原出生物的形態,進而推至那個時代的一些細節。同時,化石也可以給予我們許多關於生物進化的啟示。

化石這一直接的強有力證據充分說明了生物是逐漸演化的。仔細研究生物化石會發現,原古生物雖與現在的生物有著很大的差異,但如果將它們放入當今的分類體係中它們都還是有類可歸的。而且化石越是古老,它們與現存的物種的差異就越大,岩層的距離越接近,出土的化石中的物種的親緣關係也要更接近些。生物化石在地層中也是以從簡單到複雜、從低等到高等、從水生到陸生的規律出現的。

這正好與生物進化的順序相吻合。同時,銀杏、水杉、鴨嘴獸、鱷魚等活化石,作為進化進程中的一部分古老類群保留了很多祖先的特征。它們的存在更進一步說明了生物是進化而來的。

2.2.4分子生物學證據

隨著現代生物技術的發展,人們對於生物大分子的理解也越來越深。一般來說,如果某些物種是由共同祖先進化而來,那麼它們的生物大分子必然會顯現出一些相似點。也就是說,生物大分子相似程度越高的生物,其親緣關係就越近。而比較生物大分子,就可以得知不同物種之間的親緣關係。

現代對於大分子研究比較多的是蛋白質和核酸。而在對這兩種大分子的研究過程中,都有生物進化證據的意外之喜。

在對猩猩的研究中,DNA顯示和大猩猩相比,人類和黑猩猩的血緣關係更近一些。

無論病毒還是人類,生物的遺傳信息都是RNA和DNA。而DNA中隻有四種不同的堿基:胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤和鳥嘌呤,在RNA中則是由尿嘧啶替代胸腺嘧啶。生命世界的進化曆程不是通過產生新的遺傳物質而是通過改變遺傳物質的組合方式來推動向前的。組成機體的無數種蛋白質幾乎都是由20種相同的氨基酸構成的,而這些不同的氨基酸又都是由種類更為單一的核苷酸編碼。在生物界分布極廣的細胞色素C在生物氧化過程中充當重要的電子傳遞體。

你可知道,我們研製的許多藥品在臨床應用前都會在一係列動物身上實驗,如老鼠、兔子、猴子等。許多藥物在人類和動物身上取得了類似的效果,說明生物代謝藥物的生理過程是一致的或是大致相同的,所有動物體內的代謝過程和產物也是基本相似的。而生命的基礎正是蛋白質。另外,用抗原刺激生物體產生抗體,比較抗體的差異,會發現生物的親緣關係越近抗體的差異度越小。由此還可以推斷出不同的生物的起源時間。

2.3生命演化的重要學說

說起進化,人們都不陌生,但能把進化論說得明明白白的就沒幾個人了。進化論從科學的角度闡述了生命的起源和過程,也是幾個世紀以來研究者們共同努力總結出的有關生命演化的重要學說,對科技發展起到了無可估量的推動作用。

2.3.1早期進化論

曾任法國皇家植物園園長的法國博物學家布豐被認為是敢於提出物種可變的第一人。他提倡生物的轉變論,認為生物變異基於環境影響。這一觀點的提出在與“神創論”和“物種不變論”的鬥爭中起到了積極的作用。另一位著名的法國博物學家拉馬克是科學進化論的創始人。他在《無脊椎動物的係統》中首次提出了不是很明確的生物進化觀點,之後在《動物學哲學》一書中較詳盡地提出了生物進化學說的關鍵點。他認為生命是可以由非生命物質不斷產生的,物種因環境和其他相關條件的變化而逐漸發展,並通過是否使用來影響器官的變化,進而產生新的器官,也就是我們所熟知的“用進廢退”和“獲得性遺傳”這兩條法則。

舉個例子來解釋一下“用進廢退”。例如,我們的牙齒,我們經常用臼齒和犬齒來咀嚼撕咬食物,所以它們就可能經久不衰。但我們的智齒就因為不經常使用而逐漸退化成為痕跡器官。而“獲得性遺傳”則從實質上很好地解釋了“用進廢退”法則。拉馬克的生物進化學說給當時居統治地位的生物不變論和神創論以沉重的打擊,但法則還存在一個明顯的缺陷:生物發展、獲得更完善的技能是通過何種物質,又是以何種途徑遺傳給後代的呢?這是一個仍有爭議的觀點,當今的拉馬克主義者依舊在探索。

還有一位英國的博物學家華萊士根據豐富的第一手資料提出的“特創論”是我們不得不提的。這一觀點提出生物是受環境的選擇壓力不斷發生變化的。之後華萊士將他的主要觀點寫成了《論變種無限偏離原始類型的傾向》一文。達爾文看後驚歎華萊士的想法與自己的是如此一致。但華萊士對人類如此完美的進化深感疑惑,認為必有超自然的神秘力量幹預而為上帝創造人類的觀點留下了空間。

2.3.2達爾文進化論

1859年,達爾文出版了劃時代巨著《物種起源》,以淺顯易懂的語言闡述了自然選擇學說,標誌著科學進化論的誕生。在《物種起源》中,他引用現存的或化石物種和個體為證,並不僅僅是停留在證據本身,而是從更深層提出假說去解釋這些現象的內在聯係。達爾文的進化論主要包括以下幾個方麵:

1)生物們擁有共同的祖先。雖然我們身處如此豐富多彩、形態萬千的生物世界,但我們不得不承認這些千姿百態的生物是擁有共同的祖先的。

2)生物的繁衍總是不斷地伴隨著變異,一眼可見或不易察覺,但這些變異總是在發生著。而這些變異中有好有壞,有些不好不壞,有些能遺傳給後代,有的則不能。

3)隨著時間的流逝,各種變異不斷積累,漸漸地同種生物間開始有所不同,最終導致新物種的產生。隻是,新物種若想從原物種中脫離則隻有在中間物種滅亡以後。

4)大多數生物都擁有相當強大的繁殖能力,這是自然選擇的結果。生物的生存必須依賴外界環境,自然資源間的競爭無法避免。同種生物所利用的資源基本相同,競爭自然異常激烈。

5)自然界是生物競爭過程裏的總裁判,它審視、挑剔著生物的各種變異。與之相適應的保留下來,與之相悖的則被淘汰。久而久之生物必然都與環境相適應。物競天擇,適者生存。

達爾文用大量的事實以及嚴密的論證證明了生物物種是由簡單物種發展進化而來,從動態發展的角度說明生命世界的內在聯係與統一。達爾文的生物進化論已經創立150多年了,初期,隻是作為一種假說提出,除了達爾文從對一些植物、動物形態的觀察得出的推論外,並沒有什麼確鑿的化石證據。達爾文在《物種起源》一書提及化石時,將之稱為“不完美的地質記錄”。他承認在當時的化石研究過程中並未有證據顯示有物種間過渡類型的存在,並指明這可能是最簡單的可以用於檢驗和最具有殺傷力的反對進化論的理由。

達爾文看到了進化論的不足,並非常希望後人可以將其驗證。時至今日,進化論顯然已成為一個公理。在當今的任何一本有關生物學的雜誌上,都已然找不出任何有關質疑進化論的文章了。有學者在20世紀80年代初期檢索了當時4000多種學術刊物,竟未發現任何一篇有關反進化論的文章。在68種有關生物起源的學術期刊中,也竟未發現任何一篇文章是質疑進化論的。美國華盛頓大學的吉爾克裏斯特於1997年對世界上最大的5種學術期刊數據進行了索引,也未發現任何反進化論或非進化論的文章。此時此刻進化論者可以自豪地宣稱,進化論已經完全戰勝了神創論,取得了徹底的勝利。進化論的合理性似乎又一次得到了完美的證明。

但是事實真的是這樣嗎?進化論已經是完美到絕對的真理了嗎?其實不然,進化論並非意義上的“經驗科學”,而僅僅是一個假說,是信仰和並不完美的證據的雜合體。由於時代的局限性,科學家的觀點難免會有缺陷,達爾文的生物進化論也存在著明顯的不足。正如我們所知道的,生物的繁殖能力很強,但是並不是所有的後代都可以存活下來。這些數量眾多的後代有很大一部分在未成年之時就被自然選擇淘汰了。所以達爾文的進化論中有關生物普遍生殖過剩的說法是站不住腳的。還有新物種是原物種經過一步步演化而來的,這中間的過程自然會產生許多過渡型物種,並在自然界中扮演著一定的角色。達爾文認為隻有當這些過渡型物種滅絕後新的物種才算誕生,其實不然。現在我們知道,當新的物種與原物種產生生殖隔離後,新的物種就算真正誕生了,而不必等到中間物種的滅亡,就像作為從爬行類進化到鳥類的中間物種的始祖鳥。始祖鳥化石的出土有力地證明了這一點。

正如達爾文自己講的那樣,他對於遺傳學方麵的知識並不了解,所以他的進化論中並沒有從遺傳的角度來論述生物由進化而來這一觀點。荷蘭植物學家德弗裏斯在20世紀初期根據觀察月見草屬植物的變異情況提出突變論,這一觀點認為物種是由突變產生的而非漸變。這一觀點在當時得到了許多遺傳學家的支持。一些拉馬克學說的追隨者雖摒棄了拉馬克學說的內在意誌,但仍堅持後天獲得性遺傳,並認為後天獲得的遺傳是生物進化的主要因素。20世紀50年代,在蘇聯為李森科所稱讚的米丘林學說,認為生物在其所處環境的直接影響下能夠產生定向的變異並能獲得能夠遺傳性狀。所有的這些觀點被我們稱為“新拉馬克主義”。