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发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标  题: 第四章、进化在行动
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年01月11日12:39:22 星期五), 站内信件

--进化论的实际应用和实例
                     ·方舟子·
    生物进化不仅仅是一种历史现象，地球上的生物在今天仍然在进化，在可以预
见的将来也会一直在进化；因此，我们能够应用进化论的原理解决实际生活中的问
题，我们也能够创造条件直接观察到生物的进化现象。在达尔文时代，生物进化是
一个不可直接观察的极其缓慢的过程，直接观察生物的进化只是一个可望不可即的
梦想；但是在今天，现代生物学对生物进化的研究已取得了令人难以置信的成果，
生物进化已成为一个看得见、摸得着的活生生的事实。进化论不仅是历史科学，也
是应用科学，更是实验科学。
    生物进化可以分成两类：一种是生物种群内部的基因频率的微小变化，导致某
种突变型取代了原来的野生型，但是两种类型只在某些特征上有差异，还未导致生
殖隔离，不是截然不同的两个物种，这种进化称为微进化。许多微进化综合在一起
，经过一定的时间，就可能产生一个新的物种，称为大进化。微进化比较容易观察
到，而大进化的发生需要相当长的时间，往往要经过几万年、几十万年才能产生一
个新的物种，已超出了人类的观察极限。但是，在一定的实验条件下，我们可以大
大缩短物种产生的时间，甚至缩短到几年、十几年，从而能被科学家们直接观察、
纪录。在今天，达尔文的梦想--看到一个新物种的产生--已经变成了事实。
    本章将介绍一些微进化和大进化的例子。让我们先来看一个真实的故事。
                  一、澳大利亚兔灾
    澳大利亚本来并不产兔子。１８５９年，十二只欧洲野兔被移民从英国带到了
澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天堂：澳大利亚没有鹰、狐狸这些天敌，与兔
子处于同一种小生态的小袋鼠对它们也没有竞争能力，因此这些兔子开始了几乎不
受到任何限制的大量繁殖。到了１８８６年，这些兔子的后代从澳大利亚的东南部
出发，以平均一年六十六英里的速度向四面八方扩散。到了１９０７年，兔子已扩
散到了澳大利亚的东西两岸，遍布整块大陆。由于兔子跟绵羊、牛争夺牧草，澳大
利亚的畜牧业遭受了巨大的损失。澳大利亚人想尽了办法限制兔子的扩散和繁殖，
筑围墙、打猎、捕捉、放毒等等，办法用尽，而兔灾仍然无法消除。
    到了本世纪五十年代，澳大利亚政府决定采用生物控制的办法来消灭兔灾。生
物学家从美洲引进了一种靠蚊子传播的病毒，这种病毒的天然宿主是美洲兔，在美
洲兔体内产生粘液瘤，并不致命；但是它们对于欧洲兔却是致命的，而且对于人、
畜、澳大利亚的野生动物完全无害，无疑是消灭澳大利亚兔子的最理想的武器。
    果然，到了１９５２年，澳大利亚的兔子爆发了全国性的瘟疫，死亡率达到了
百分之九十九点九，兔子在澳大利亚的灭绝似乎指日可待。但是，一个进化论学者
完全能够预测接下去将会出现什么结果：自然选择正在起作用。一方面，兔子对病
毒进行了选择：同一种病毒中存在着各种各样的突变型，有的毒性较强，有的毒性
较弱；由于病毒必须靠宿主才能生存、繁殖，那些毒性强的病毒随着它们所寄生的
兔子的死亡而死亡，那些毒性较弱的病毒反而得以存活。另一方面，病毒也对兔子
进行了选择：抵抗力较差的兔子首先被淘汰，而抵抗力强的兔子侥幸活了下来，经
过一代又一代的选择，它们的后代的抵抗力也变得越来越强。互相选择的结果出现
了毒性较弱的病毒和抵抗力较强的兔子，最终将导致兔子数目的回升。事实正是如
此：兔子数目以后逐年回升，死亡率越来越低，到现在已下降到了百分之四十。虽
然澳大利亚的兔子每年都还会爆发粘液瘤瘟疫，但是它对兔子数目的控制作用已经
不那么有效。
    这正是进化在起作用，它被人类引发，又被人类所观察。除了进化论，没有别
的理论能够解释这种现象。
    今天，澳大利亚的生物学家正在开发毒性更强的粘液瘤病毒以便提高兔子的死
亡率，很显然，这将导致另一轮的选择，历史将会重演。
                       二、斑点蛾悲喜剧
    展示自然选择的威力的最直观浅显的例子来自于生物学家对英国斑点蛾长达一
百五十年的观察。
    这种蛾有两种表现型，一种翅膀是黑色的，另一种翅膀是浅色的，上面有斑点
。翅膀的颜色由一对等位基因控制，其中黑色基因是显性，浅色基因是隐性；也就
是说，这一对基因中，如果一个是黑色基因，另一个是浅色基因，那么它的表现型
是黑色而不是浅色，只有两个基因都是浅色基因，表现型才是浅色（当然，如果两
个基因都是黑色基因，表现型就是黑色）。这样，如果这两种表现型的繁殖、存活
率均等，从统计上来说，黑色蛾的数目应该是浅色蛾的三倍。但是，在１８４８年
，对生活在曼彻斯特的斑点蛾的调查结果表明，黑色蛾远比白色蛾少，只有百分之
一不到。这是为什么呢？很显然，这两种表现型具有不同的生存能力。斑点蛾生活
在长满苔藓的树干上，其天敌是鸟类。浅色斑点蛾落在苔藓上不容易被鸟类发现，
而黑色蛾则非常显眼，容易被鸟类捕食。一代又一代被选择的结果，基因库中黑色
基因越来越少，浅色基因越来越多，虽然浅色是隐性，其表现型却占了绝对优势。
    五十年后，英国完成了工业革命，变成了工业化国家，曼彻斯特到处可见冒着
浓烟的大烟囱，空气污染越来越严重，树干上的苔藓被黑色的煤烟覆盖了。黑色蛾
变成了适于生存的"适者"，浅色蛾反倒成了鸟类的美餐－－科学家用电影纪录了
这种现象：鸟类确实是选择性地在捕食浅色蛾。而调查表明，黑色蛾这时候占了斑
点蛾总数的百分之九十五。
    然而"三十年河东，三十年河西"，又过了五十年，即本世纪五十年代，英国
人对环境污染再也难以忍受，通过了反污染法，烟囱不再冒黑烟，树干上的煤烟消
失了，其结果，便是浅色蛾数量的回升，黑色蛾数量的下降，而这，正是进化论所
预测的。
                  三、细菌抗药性
    假如你得了肺炎，去看医生。医生给你开了红霉素，然后会告诉你，七天为一
疗程，在这七天之内一定要坚持服药。他的这一番忠告，实际上是根据进化论的研
究成果作出的。在你服了三四天药后，绝大部分的病菌都被杀死了，你也感觉好多
了，但是还有一些抵抗力较强的病菌在那里苟延残喘，如果这时候你误以为病已经
好了而停止服药，这些病菌就有了喘息的机会，开始大量繁殖，没过几天，你旧病
复发；而现在这些病菌都是抵抗力比较强的，要杀死它们可就没那么容易了，也就
是说，你实际上用红霉素对病菌作了一次自然选择。而如果当初你连服七天的药，
就很可能把所有的病菌都杀死。
    有的人得了感冒后，也喜欢去看医生，并且请求医生开四环素之类的抗菌素。
一个合格的医生一般只给你开退热消炎治头疼让你感觉好点的药，而不会答应你的
请求，给你抗菌素的。为什么呢？因为感冒是由病毒，而不是由细菌引起的，而抗
菌素只能杀死细菌，对病毒毫无作用。服抗菌素治不了你的感冒，反而会对你体内
的某些病菌作出筛选，一旦这些病菌猖獗起来，就很难治了。事实上，正是因为现
代社会对抗菌素用得太多太滥，细菌的抗药性越来越强，我们只好不断地发明新的
抗菌素去对付它们，有时候要同时使用好几种抗菌素才可能把病菌杀死。
    这里有个问题：是因为抗菌素的刺激使得细菌产生突变，因而具有了抗药性呢
，还是细菌本来就存在着少数具有抗药能力的突变株，抗菌素对细菌作了筛选，使
得有抗药能力的突变株占了优势？也就是说，抗药性的产生，是因为用进废退，还
是因为自然选择？早在四十年代，微生物学家已经用一系列巧妙的实验证明了细菌
在接触抗菌素之前，就已存在具有抗药能力的突变株，在这个问题上，自然选择学
说是正确的。分子生物学产生以后，对细菌抗药性的机理有了透彻的了解，更证明
了自然选择学说的正确性，并变害为利，把细菌的抗药性应用于基因工程。
    害虫的抗药性也是同一道理。细菌和昆虫都繁殖速度快，数量多，因而容易产
生各种各样的突变。这些突变在平时也许不起眼，甚至有害，但当环境改变时（比
如遇到了抗菌素或杀虫剂），那些能适应这种改变的突变就开始称王称霸了。这也
是进化论所预测的。
                          四、好与坏的平衡
    有的黑人会得一种独特的贫血病，称为镰刀形红细胞贫血病。得这种病的人其
红细胞不是圆形，而是镰刀形，会聚集在一起堵塞血管，体内的免疫系统要清除它
们，这就导致了贫血。而且，镰刀形红细胞的寿命只有三十天，比正常红细胞的一
百二十天短得多。生物化学的研究表明，病人的红细胞之所以会变成镰刀形，是红
细胞中的血红蛋白有先天性缺陷引起的。血红蛋白有四条链共５７４个氨基酸，其
中的一个氨基酸（缬氨酸）突变成了谷氨酸，破坏了血红蛋白的分子结构，就导致
了镰刀形红细胞。
    这个氨基酸所在的那条血红蛋白链由一对基因控制，正常人的为ＨｂＡＨｂＡ
，而病人的则为ＨｂＳＨｂＳ。假定一个正常人与一个病人结婚，他们的子女的基
因型就是ＨｂＡＨｂＳ，也就是说一个基因正常，一个不正常。由于这两种基因无
显性和隐性之分，具有这种杂合基因的人（称为杂合体）同时生成正常红细胞和镰
刀形红细胞。在正常情况下，他们不发病；但是在特殊的情况下，比如到了空气稀
薄的地区，或者是经过了长跑，则会出现贫血。
    当然，黑人的祖先都来自非洲和地中海一带，调查表明，那一带的人很多都带
有ＨｂＳ这个不正常的基因，比例在百分之十五到百分之二十，有的地方甚至高达
百分之三十。问题来了：既然这种基因是不正常的，在许多情况下可能导致它的携
带者的死亡，为什么没有被自然选择所淘汰，反而具有如此高的比例？
    进化论预言，这是因为这些不正常基因的携带者在某方面比正常人有优势，使
得这些基因得到了保存和传播。确实如此。非洲和地中海地区流行一种恶性疟疾，
这种疟疾由蚊子传播。蚊子吸血时，把一种寄生虫注入人体，这种寄生虫攻击红细
胞，就导致了疟疾。但是，镰刀形红细胞面对寄生虫的攻击，却比正常红细胞更具
抵抗能力，这样，在疟疾流行时，杂合体要比正常人更易获得生存，虽然在平时，
他们的生存能力不如正常人。正常基因和异常基因，就靠这么一种机制获得了平衡。
    黑人被卖到了美洲，生活环境完全变了。美洲的疟疾要比非洲的温和得多，而
且现在已基本被消灭，这样，使异常基因得以保存的条件就不存在了。那么，我们
根据进化论就可以预言：异常基因在美洲黑人中的比例会越来越少。事实正是如此，
现在美洲黑人的ＨｂＳ基因的比例已降到了百分之八。

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心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷

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