Science 版 (精华区)

发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标  题: 完美与缺陷
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年01月11日12:55:45 星期五), 站内信件

·方舟子·
    仔细观察过生物界的人，或者是看过"动物世界"之类的电视节目的人，
都会对生物适应环境的能力惊叹不已。达尔文喜欢的一个例子是啄木鸟：它
有又尖又硬的喙用于凿树洞，有长长的舌头用于钓洞里的虫，有短短的腿、
长长弯弯的爪子用于贴在树干上，又有坚固的尾羽支撑住直立的身体……怎
样解释生物构造和行为的适应现象？达尔文认为这是进化论的中心问题，他
对这个问题的回答是：自然选择。
    让我们先来看看别的解释为什么不能成立。在达尔文之前，对生物适应
性的解释是自然神学的说教：那是上帝巧妙的设计。但是这个解释有三大困
难：第一，现代科学已达成共识，科学研究不应该引进上帝之类无法验证的
超自然的概念。有这种概念可以解释一切，还要费心去搞科学研究干什么？
第二，生物的许多适应现象并不完美，存在着很明显的缺陷（见后），不象
是智能设计的结果，更不用说是万能的设计了。第三，如果真的存在万能的
上帝，这本身就是一个具有高度适应性的有机体，我们仍然需要解释这种适
应性是怎么来的，这样就陷入了循环论证。可见自然神学的说教在科学上和
逻辑上都不成立。
    在达尔文之前还有拉马克用"用进废退"来解释生物的适应性。拉马克
主义的核心是后天获得的性状能够遗传。任何想要证明后天获得性遗传的实
验全都失败了。上个世纪末魏斯曼提出种质论，从理论上宣告了后天获得性
遗传的死刑。按照种质论，后天获得性只能改变体质（体细胞），无法改变
种质（生殖细胞），而只有种质才能遗传。分子生物学创立以后，我们对生
物遗传的研究已达到了分子水平，其结果都表明后天获得性不可能遗传，因
此现代的生物学家已极少还有相信拉马克主义的。退一步说，即使后天获得
性能够遗传，"用进废退"也无法完全解释生物的适应性。比如说，拉马克
主义是这么解释斑马为什么能够跑得那么快的：因为古代的斑马为了躲避狮
子的追捕，要不断地跑，腿步肌肉因此受到锻炼，变得越来越发达。发达肌
肉的特性传给了下一代，一代又一代传下去，斑马的腿部肌肉越来越发达，
也就跑得越来越快。但是为什么腿部肌肉受到锻炼就会变得越来越发达？它
也可能因为经常使用而变得越来越弱。肌肉受到锻炼而变强，是因为存在着
一个这样的生理机制，而这本身就是一个适应现象；对这个生理机制的由来
拉马克主义没有办法回答，只能把它归结于上帝的设计（我们在上面已说过
这是不合理的），或者是自然选择。可见，"用进废退"说即使能被证实，
最多也只能被当成自然选择理论的一个补充。
    在达尔文之后还有方向性突变说。比如说，它认为斑马的腿部肌肉那么
发达，是因为古代斑马主管腿部肌肉的基因一直向让肌肉变发达的方向突变，
每一代都这么突变，就变得越来越发达了。分子生物学的研究表明所有的基
因突变都是没有方向性的，没有任何机理能够使基因向固定的方向突变。即
使有一天我们发现了基因方向性突变的机理，这种机理的存在本身就是一个
适应性现象，对它的由来，我们还是只能用自然选择来解释。
    可见，自然选择是目前已知的解释生物适应性由来的唯一合理的理论。
生物学界之外的人士往往有这么个疑问：自然选择真地能够解释所有的适应
现象吗？象斑点蛾黑化这种简单的适应性用自然选择来解释不难理解，但是
象人眼这么复杂巧妙的器官，怎么能够仅仅靠自然选择形成呢？眼睛是由许
多部分组成的，缺了视网膜不行，缺了晶状体也不行，而且各个部分的位置
都必须很精确，不同时满足这些条件，眼睛就没什么用处，自然选择怎么可
能一下子造出这么完美的眼睛来？现代进化论的回答是：复杂的眼睛不是一
步进化来的，而是在自然选择的作用下，从最原始的眼睛开始，经过一系列
的过渡形态，一步一步经过细小的修饰进化而来的。现存动物的眼睛并不是
都象人眼这么复杂，有的只是在神经末端有一个感光细胞；有的是几个感光
细胞分布在一个杯状的表面（可以用于判断光的方向）；有的这个杯状表面
的开口收拢，成为一个可以聚光成象的针孔照相机；有的有了视网膜，膜上
的感光细胞分化成了感觉运动的杆细胞和感觉颜色的锥细胞；有的杯里面装
的不再是水，而是细胞液；有的杯里面的细胞液被晶状体代替了，表面上罩
上了一层角膜……把这些形形色色的眼睛从简单到复杂排列在一起，也就不
难明白眼睛是怎么一步一步进化而来的。而这也告诉我们，"不完美"的眼
睛，比如只有视网膜没有晶状体，也是可以存在的，也是有好处的，至少它
要比没有眼睛强：即使是高度近视也要比完全失明的好。
    总之，现代进化论已经有了结论：尽管自然选择不是进化的唯一动力（
还有基因漂移等因素，参见第五章"分子进化"），但是却是生物适应性的
唯一合理解释。自然选择可以解释所有的适应现象。
    自然选择在形成生物的适应性时，不是从无到有一蹴而就，而是一点一
点地修饰、改造而来的，只是用旧瓶装新酒；因此毫不奇怪，生物的适应性
并不总是十全十美的，有的甚至有明显的缺陷。导致适应性不完美的原因有
很多种，有的是因为受到遗传因素的限制，比如前面提到的镰刀形红细胞的
例子，有正常红细胞的不易抵抗疟疾，对疟疾抵抗力强的却没有正常红细胞，
总是没法鱼与熊掌同时兼得。有的是因为一种器官同时有几种功能，必须做
出一定的妥协，比如蛇类缺少一块把鼻腔和口腔隔开的第二腭骨，它的口腔
同时管吞食和呼吸，吃饭的时候就只好摒住呼吸，因此吃一顿饭往往要花好
几个小时。有的是由于历史原因造成的，比如人的脊椎构造，并不完全适应
直立行走，那是由于我们的祖先是四足行走的，脊椎已经先适应了四足行走
了，只能为了直立行走尽量做点不完美的改造。
    最后让我们来看一个由于进化的时间差造成不完美适应的例子。植物结
出果实，是为了吸引动物来吃，动物消化了果实，而把没有消化的种子排泄
出去，种子也就传播开去了。在哥斯达黎加的热带森林里，有一些植物的果
实又大又硬，成熟以后掉到地上，有一些被刺鼠之类的小动物吃掉，但这些
小动物跑不远，吃完了也是直接把种子排在树底下；大部分果实则在树底下
堆积，慢慢地烂掉了。就让动物来传播种子这一点来说，这些植物可谓极其
失败。为什么会这样呢？原来在从前，中美洲生活着许多大型草食性动物，
比如猛犸象，它们以这类果实为食，并能把种子带出很远才排泄出去。这些
植物大而硬的果实就是对这些大型草食动物的适应。但是在大约一万年前，
所有的这些大型草食性动物全都灭绝了，再也没有别的动物能为它们传播种
子。一万年在进化史上不过是一瞬间，这些植物还来不及让自己适应中型或
小型的草食性动物，于是便出现了这种有缺陷的适应。
（摘自方舟子著《进化中的进化论》一书）

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心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷

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