进化论的进化

无论是人或自然，还是一种理论本身，都在不断的进化之中
【美国《美国新闻与世界报道》7月29日一期文章】题：一个理论的进化（作者　托马斯·海登）
达尔文的困惑：进化论证据何在？
两周前，当科学家向全世界介绍目前已知的人类最早的祖先时，我们看到的不仅仅是博物馆的一件展品。凝视着700万年前的头骨，我们仿佛看到了早年的自己。不过，化石只是一部长篇故事中的新篇章，而这个故事38亿年前就开始了。那时，第一个单细胞生命刚出现，并迈出了生物进化旅程的头一步。如今，随着进化科学超越单纯的推测，我们正逐步了解到整个故事是如何展开的。
科学家正在揭示生物组织形态和功能的渐变，这些变化最终导致了人类的产生，也形成了我们周围多姿多彩的生命。科学家说，时至今日，进化论已经不再“仅仅是一种理论”。它是一种日常现象，是生物学的一个基本事实——像饥饿一样实实在在，像死亡一样不可避免。
达尔文在广泛观察和缜密推理的基础上提出了进化论。他提出，如果生物体制造的幼体超过了能够存活的数量，当偶发性的变化导致后代个体间出现细微差异时，“自然选择”往往会消灭那些不太适应环境的个体。但是，达尔文的论据是支离破碎的，当时遗传学尚未问世，所以他无法解释生命到底是如何变化的。
20世纪40年代，遗传学和进化论的“现代综合论”开始填补这一空白。但是，直到近年，普通人仍然觉得进化论的诸多内容都是抽象理论，往往就像古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德长达1464页的《进化论之结构》那样，都是些冗长乏味的大部头著作。理论家们围绕深奥难解的论点争执不休，神造论者则通过强调不确定性来挑战进化论的根本事实，而更多的人对此大感困惑，不知何去何从。
从猜想到应用：化石不是唯一证据
但是，远离了学术界和立法机构里的激烈争论，新一代科学家有系统地勘查化石记录，破译基因组，仔细审视着动植物生长的细节。他们搜寻的证据说明了生物进化是如何发挥作用的，它如何继续改变着我们的世界，甚至我们如何利用它来消灭疾病并分析从基因组序列计划中得到的丰富数据。
科学家们几乎已经验证了达尔文的所有假设。例如，斯坦福大学的沃德·瓦特证实了现实生活中的自然选择。他发现，一种蝴蝶带有耐热的新陈代谢基因，而另一种蝴蝶只适合于在较低温度下生存，在炎热的环境中，前者的繁殖数量超过了后者。瓦特说：“达尔文比他自己知道的还要正确。”
达尔文还认为，新物种会慢慢进化，这是很多代发生无数微小变化的结果。他认为，过渡形式的缺乏是由已发现的化石记录不完整造成的。迄今为止，许多空白已经得到填补。例如，研究领域一度迥异的恐龙研究者和鸟类专家如今可以联起手来，一系列的化石表明恐龙在进化过程中长出了羽毛，从而成为了现代鸟类。去年，古生物学家宣布，他们在巴基斯坦山区发现的化石表明，多毛、外形像狗的生物是如何逐步进入大海，成为了最早的鲸类。
但是，新的研究也表明，生物进化的方式往往超出达尔文的想象。许多生物仍然会相当突然地出现在化石记录中。人们越来越认为，生物进化有时是跳跃性的，而不是循序渐进的。例如，最早的复杂动物（包括蠕虫、软体动物和像虾一样的节肢动物）是大约5·45亿年前出现的；古生物学家广泛搜索这些高级生物逐步形成过程的化石证据，结果却一无所获。
关于地球历史的新知识有助于解释其中的原因。科学家了解到，我们的地球曾经周期性地遭遇过灾难：大规模火山喷发的二氧化碳造成了强烈的温室效应；严寒的来袭使得大片地表笼罩在冰雪中；小行星也曾碰撞过地球。这些变故大大降低了生物的多样性。哈佛大学的古生物学家安迪·诺尔说，一旦环境出现改观，幸存者就会发现一个充满新机遇的世界。它们可以随意发挥新作用，“试验”新的身体形式，而且进化速度非常快，所以无法留下化石记录。
我们之所以能取得统治地位，可能是因为6500万年前的小行星碰撞导致了恐龙的灭绝。作为哺乳动物，我们往往认为自己是毫无争议的高级动物。诺尔说，令人悲哀的事实是，“哺乳动物与恐龙共存了1·5亿年，但始终都是一种不起眼的小东西。直到恐龙灭绝后，哺乳动物才得到了进化形成新优势种群的生态自由”。
无论生物进化是快是慢，理论家们都极力想要解释，这种进化是怎样逐渐使身体结构发生显著变化的。神造论者认为，有一点视力比完全失明更糟糕。但是，在自然界当中，只具有“部分”视力是一种普遍现象。从扁形虫没有晶状体的眼点到脊椎动物复杂的眼睛形状，生物学家可以追溯眼睛的整个进化过程。如今，进化生物学家正在探索进化改变生物体的强有力的新途径。他们发现，少数关键基因的改变足以让一种动物发生显著变化。
寻找“上帝之手”：同源异形基因
生物进化研究的中心发现是，动物身体的生长发展和最终形态是由一小组称为“同源异形基因”的基因决定的。这些控制基因制造出了发挥总开关作用的蛋白质。它们附着在DNA链上，从而启动或停止其他制造组织的基因。几乎连最简单的动物都是由多个部分组成的，同源异形基因的作用决定了每个部分应该是什么样子。通过简单的基因调整，进化生物学家可以改变这些控制，让苍蝇的腿长在触角上，或者让眼睛长在膝盖上。
这看起来也许无异于残酷而毫无实际意义的游戏，由此形成的畸形生物绝对无法在大自然中生存。但是，这些总开关基因的小小变化也许有助于解释生物进化历史上的一些重大事件。在去年冬天，进化生物学家展示了4亿年前的一次重要进化。当时，仅仅由于一个Hox基因（动物的同源框基因，是同源异形基因的一种，普遍存在于所有脊椎动物和绝大部分无脊椎动物中。它在动物发育过程中控制身体各部分形成的位置，被认为有可能是最早的基因之一——本报注）发生了一些改变，多足的节肢动物就进化成了六条腿的昆虫。不可思议的是，研究人员在上周出版的《科学》杂志中说，一种控制基因的一个变化就足以让老鼠长出大得不同寻常的大脑皮层褶皱，与我们的大脑皮层非常相似。
生物进化的批评者认为，动物如此复杂，它们的各个部分间的关联性如此之大，以至于任何足以产生一个新物种的变化都会带来致命的失败。进化生物学家正在了解，生物进化会如何改变动物的一个部分，而让其他各部分却不受丝毫影响。威斯康星大学麦迪逊分校的生物学家肖恩·卡罗尔说，如果要改变正在运转的生命机器，关键就是要改变同源异形基因蛋白质附着的DNA链。
“如果你改变了Hox基因产生的蛋白质，你会把整个有机体弄得一团糟。”卡罗尔说，“但如果你只改变一个有控制作用的元素，你就可以只改变像毛发或者指甲这么小的部分。”他解释说，通过复制组织片断或者产生多余组织都有可能引起基因突变。当动物身体上的其它部分正常工作时，多余的组织就获得了自由进化的机会。生物学家们认为昆虫的翅膀和蚊子用以吸血的口器都是由各自身体上的多余部分进化而来。
进化大战：关乎人类命运
就在许多科学家忙于了解生物进化的历史和机制时，其他人已经将之付诸实践。基因研究所的乔纳森·艾森从已破译的生物体基因组信息入手，来了解这些基因亿万年前的面貌以及它们如何运作。对他而言，生物进化理论如同DNA序列检测机和超级电脑一样，是一种重要工具。
这是因为，基因组是生物进化的结果。它们的起源是了解它们的关键。例如，分析人类基因组的研究人员报告说，他们发现了一系列在细菌中普遍存在的基因也存在于人体，但果蝇等无脊椎动物身上就缺少这样的基因。他们认为，细菌基因进入了脊椎动物的身体，从而帮助形成了我们的遗传特性。但是，实际解释更为简单。艾森和其他几位科学家知道，生物进化经常会把毫无用处的基因清除掉。他们认为，在果蝇的进化历史中，大多数可疑的基因已经给淘汰掉了。这个故事的寓意是：“我请求人们把生物进化看作一门有预见性的科学，而不只是在事后把它作为一种解释。”
密歇根州立大学的对微生物学家理查德·伦斯基而言，生物进化是一种显而易见的现实，他已经跟踪观察了12代大肠杆菌。这种细菌每3·5小时左右就出现新的一代，以飞快的速度进化着。它们在遗传上原本是相同的，但每一代都采取自己的方式来调整，以适应试管里的环境。
不幸的是，在医院里随时都可以看到细菌惊人的适应能力。在那里，效果强烈的抗生素为形成抗药性强的细菌提供了重要的选择条件。哈佛大学的进化生物学家斯蒂芬·帕伦比说，随着细菌在进化过程中战胜一种又一种抗生素，治疗感染变成了一项生物进化的军备竞赛。帕伦比说：“这是一个不断升级的循环，能够抓住最后一个机会的生物体将会取胜。迄今为止，没有任何迹象表明我们将成为胜者。”他说，解决办法不只是发明新的抗生素，而且要制定以生物进化为基础的新战略。
进化论的未来：引导“选择”的力量
“关键是要让选择的天平出现倾斜，让无害的生物体占据有利位置。”这当中包括极为简单的措施，比如让医生把手擦洗干净，以防止危险的、能够抵御抗生素的细菌从重病患者身上扩散。如果让有害微生物难以存活，实际上就能引领物种的进化，消灭最有害的变异体。就疟疾而言，关键是让蚊子远离患病的人群。
进化论的理论家也许能预测特定的微生物将如何进化，但他们无法知晓所有生命的未来。诺尔说：“你无法预测数百万年后的生物会是什么样子。”大大小小的偶发性事件会让未来变得扑朔迷离。
我们可以轻而易举地预见生物大规模的灭绝———由于我们伐木、建设公路和污染环境，这场灭绝已经拉开了序幕。大多数大型哺乳动物的未来并不美妙———它们无力与我们争夺空间和资源。依靠人类的物种（如家禽、家畜和农作物，此外还有老鼠和蟑螂）的前景则比较乐观。但是，这次大规模灭绝与6500万年前的灾难有所不同。诺尔说：“小行星撞击后的第二天，地球就开始恢复元气了。如今的问题却不会消失。它日趋恶化，只要我们的进化历史延续下去，局面将变得十分糟糕。”
我们已经扭转了生物进化的局面，治愈了疾病，改变了环境。但是，不要以为这样就可以避免出现进一步的进化变革。在年轻人身上发作的无法治愈的流行病仍然是一股强大的选择力量。例如，如果让那些存活下来的HIV（艾滋病病毒）携带者生育子女，就有可能产生对HIV的有抵抗力的突变，而且还会迅速扩散这种抵抗能力。马里兰大学的遗传学家萨拉·蒂什科夫说：“我们在不断积累变化。但我们正在改变生物进化。”
许多研究人员对所有的争论不予理睬，埋头关注自己的工作。但是，随着生物进化成为一门应用科学，很多人认为目前比以往任何时候都更应该捍卫它在学术界的地位。帕伦比说，“HIV是世界上最积极进化的生物体”，如果不是因为这种病毒的调整适应能力极强，“我们15年前就可以将其制服了”。但是，医生们在医学院里并没有学过有关生物进化的知识。
“在美国的中学里，某个学生将会成为艾滋病的克星，”帕伦比说，“这个学生必须要了解进化论。”