新物種誕生之謎

管達(dá)爾文以“物種起源”作為其傳世巨著《物種起源》的標(biāo)題，但具有諷刺意味的是，他在此書中并沒有探索究竟是什么觸發(fā)了某個新物種的形成。人們也許認(rèn)為，現(xiàn)代遺傳科學(xué)的發(fā)展，如遺傳密碼的破解等，已然揭開了達(dá)爾文時代所無法了解的生物學(xué)上的各種奧秘。但事實(shí)并非如此，新物種形成之謎仍然是進(jìn)化生物學(xué)中最大的一個未解之謎。

新物種的產(chǎn)生是必然的還是偶然的?

南極魚類體內(nèi)因有防凍蛋白質(zhì)，所以能在寒冷的冰水中生存下來。美洲的副王蛺蝶會將自己喬裝成黑脈金斑蝶以防鳥兒的捕捉，它們的翅膀看起來就像黑脈金斑蝶的翅膀一樣。副王蛺蝶其實(shí)無毒而美味，但鳥兒卻認(rèn)為它們是有毒難吃的黑脈金斑蝶而避之唯恐不及。許多致病細(xì)菌會漸漸產(chǎn)生抗藥性。像這樣的物種適應(yīng)環(huán)境的例子不勝枚舉，自然選擇的力量在大自然中無處不在。

但也有一些生物學(xué)家提出，自然選擇對進(jìn)化道路上的關(guān)鍵一步——新物種的產(chǎn)生的影響卻很小，相反，新物種的形成是進(jìn)化路上幸運(yùn)的意外，偶然的收獲。如果這一理論被證明是正確的，那么，大自然生命的多樣性，多種多樣的甲蟲和嚙齒類動物，以及靈長類動物進(jìn)化的缺失環(huán)節(jié)等，更有可能與進(jìn)化“易出意外”的傾向性有關(guān)，而不是出自自然選擇之手的引導(dǎo)。

大多數(shù)生物學(xué)家將物種看作是有機(jī)生命的一個群體，群體內(nèi)可以繁殖，而與其他群體，即不同物種則不能。這一定義有著許多例外，比如當(dāng)一個物種分化成為兩個物種時，原有物種分離出來的新物種將無法與它們原先的同伴繁殖后代。20世紀(jì)中葉，生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一些物種被帶到新形成的湖泊或遙遠(yuǎn)的島嶼上之后，有時就會產(chǎn)生這種“生殖隔離”現(xiàn)象，染色體的重大變化導(dǎo)致新物種產(chǎn)生，一些個體無法成功與它們原先的同伴交配。

不過，僅這種急劇的變化似乎還無法解釋全部或大部分新物種產(chǎn)生之謎。被地理區(qū)域或多或少分隔開來的物種，有可能成為兩個越來越疏遠(yuǎn)的不同的物種，就像兩個沒有時間交流的老朋友，各自適應(yīng)了不同的周圍環(huán)境——這難道不是自然選擇在起作用嗎?許多人認(rèn)為物種的產(chǎn)生是許多微小變化積累起來之自然選擇的結(jié)果。然而，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)某個物種中的個體無法再與誕生它們的原先物種交配的時候，才認(rèn)識到事情可能并非如此。

各種偶然性事件都有可能觸發(fā)新物種形成

各種偶然性事件都有可能觸發(fā)新物種形成，不過，到目前為止還沒有人能夠找到某種方法來證明這一點(diǎn)。10年前，英國雷丁大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家馬克·帕吉爾開始探索這個問題。他認(rèn)為，如果新物種的產(chǎn)生是大量微小變化積累起來的結(jié)果，那么在它們的演化譜系中一定會留下可以辨別的痕跡。

大量微小的因素結(jié)合在一起就會產(chǎn)生某種結(jié)果。比如，先天遺傳與后天條件綜合在一起，決定了一個人的身高；各種經(jīng)濟(jì)力量結(jié)合在一起，制約著股票的價格；各種天氣變化條件交互作用，支配著每日的氣溫。諸如此類的例子還可舉出許多，這種現(xiàn)象在統(tǒng)計(jì)學(xué)上通常產(chǎn)生一種人們所熟悉的鐘形曲線，統(tǒng)計(jì)學(xué)家稱之為正態(tài)分布。例如，人們的身高差別很大，但大多數(shù)人的身高都集中于中間值范圍之內(nèi)。帕吉爾認(rèn)為，以此推理，如果物種形成是無數(shù)微小進(jìn)化變異的結(jié)果，那么物種形成事件的時間間隔，也即進(jìn)化樹中每個分支的時間長度，也都應(yīng)該與統(tǒng)計(jì)學(xué)上的鐘形分布相符合。這一推斷簡單明了，但證明起來卻有困難，因?yàn)槿藗儫o法對進(jìn)化樹的所有分支進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì)學(xué)上的測量，帕吉爾不得不暫時放下這個想法，而去從事其他研究了。

幾年前，帕吉爾有了一種峰回路轉(zhuǎn)的感覺：廉價快速的DNA測序方法的誕生，使他可以獲得大量可靠的進(jìn)化樹分支的相關(guān)信息。于是他與同事克里斯·凡恩迪蒂和安德魯·梅亞德興致勃勃地重新投入到了這一研究中去。

帕吉爾的研究小組從公開發(fā)表的一些文獻(xiàn)中收集了包括植物、真菌、動物在內(nèi)的范圍廣泛的130多個物種的DNA資料，排除那些準(zhǔn)確性不夠的，最終選定了101個物種，包括各個種類的貓、大黃蜂、老鷹和玫瑰等。

研究小組對不同物種的進(jìn)化樹分別進(jìn)行研究，對物種形成連續(xù)性事件的長度進(jìn)行測量，特別是對新產(chǎn)生的每個分支的長度進(jìn)行測量。如果物種形成是由許多微小變化積累起來的自然選擇的結(jié)果，那么進(jìn)化樹上各個分支的長度就應(yīng)該與統(tǒng)計(jì)學(xué)上的鐘形曲線相符合；如果變化由遞增量積累起來達(dá)到某個不相容的極限點(diǎn)而推動產(chǎn)生新物種，就應(yīng)該呈現(xiàn)常態(tài)曲線；如果變化以多種方式成倍加速，則應(yīng)該呈現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布曲線。結(jié)果令他們吃驚：對數(shù)正態(tài)曲線僅占8％；與常態(tài)曲線完全不相符；相反，78％的進(jìn)化樹呈指數(shù)分布。

與鐘形曲線一樣，指數(shù)分布曲線也有一個簡單的解釋，即單一偶然事件所呈現(xiàn)的模式。比如，你連續(xù)接到的幾個電話之間的時間間隔呈指數(shù)分布，高速公路上發(fā)生事故路段之間的距離也呈指數(shù)分布。帕吉爾認(rèn)為，這一結(jié)果的隱含意義是很清楚的，“可以這么說，不是累積的變化形成物種，而是單一的、偶然的事件形成了薪的物種”。

各種偶然性事件都有可能觸發(fā)新物種形成，物種形成不僅僅源自地理環(huán)境形成的物理阻隔，以及重大的基因改變，而是環(huán)境變化、遺傳變異和心理影響等因素綜合作用的結(jié)果。一座山脈的隆起，將原先的物種一分為二，會產(chǎn)生新的物種；某種遺傳變異導(dǎo)致在水底繁殖的魚類改為到水面繁殖，會產(chǎn)生新的物種；雌蜥蜴由偏好紅色斑點(diǎn)的擇偶標(biāo)準(zhǔn)改變?yōu)閮A向于藍(lán)色斑點(diǎn)，也會產(chǎn)生新的物種。

帕吉爾認(rèn)為，源自于統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)的這一結(jié)論的關(guān)鍵在于，物種產(chǎn)生的觸發(fā)因素是“運(yùn)氣”單一而強(qiáng)烈的一擊，從進(jìn)化學(xué)的意義上來說，即是不可預(yù)測的。帕吉爾同時補(bǔ)充說，這并不是說自然選擇的觀點(diǎn)錯了，也不是說達(dá)爾文錯了。一旦一個物種分裂成兩個，仍然會受到自然選擇規(guī)律的支配，各自適應(yīng)著不同的自然環(huán)境。問題是，這種適應(yīng)是在物種產(chǎn)生之后，而不是引起物種產(chǎn)生的原因。他認(rèn)為，在很多情況下，物種的產(chǎn)生有著相當(dāng)大的偶然性。帕吉爾的觀點(diǎn)為物種起源問題引入了一個新的視角。

新物種生命的產(chǎn)生是否可以預(yù)見?

帕吉爾的理論將對生命進(jìn)化中最有爭議的一個問題產(chǎn)生影響，即：生命的產(chǎn)生是否可以預(yù)見?如果帕吉爾是對的，自然選擇以，種漸進(jìn)并可預(yù)測的方式“改造”著現(xiàn)有物種，那么物種形成的“幸運(yùn)的意外”和偶然性則意味著進(jìn)化中的某種劇烈變化是不可預(yù)測的。從這個意義上說，帕吉爾的研究結(jié)果似乎與重新詮釋達(dá)爾文進(jìn)化論的美國已故著名進(jìn)化生物學(xué)家斯蒂芬·古爾德的觀點(diǎn)不謀而合。古爾德認(rèn)為，如果能讓地球生命的進(jìn)化重新來過，每一次的結(jié)果都會不同。

帕吉爾的觀點(diǎn)至今未能被所有進(jìn)化生物學(xué)家完全接受。一些生物學(xué)家提出了“適應(yīng)輻射”的觀點(diǎn)，即同起源生物類群演化成多種不同類型的后代，以適應(yīng)不同的環(huán)境。比如，古代一種五趾短腿食蟲性哺乳動物因適應(yīng)不同環(huán)境而演化成如今的各種哺乳動物，鹿和羚羊適應(yīng)在陸地上奔跑，鳥類適應(yīng)在空中飛翔。鯨和海豚適應(yīng)生活于水中，等等。甚至在同一類生物中，也會因適應(yīng)不同環(huán)境而產(chǎn)生這種“適應(yīng)輻射”，如種類繁多的蝙蝠，有以花蜜和花粉為食的(如長鼻蝠)，有以昆蟲為食的(如菊頭蝠、大耳蝠、蹄蝠等)，有以果實(shí)為食的(如狐蝠)，此外，還有吸血蝠和食魚蝠等。當(dāng)大自然為生命提供了生態(tài)學(xué)上的機(jī)遇之時，例如，當(dāng)來自南美大陸的雀類在加拉帕戈斯群島落戶時。這些雀類漸次演化成適應(yīng)島上不同小生境的多樣化的雀類。島上大批新物種的爆發(fā)表明，生物體通過自然選擇的力量，而不必等待一些偶然事件的推動來形成新的物種。

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十大新發(fā)現(xiàn)物種

目前人類已確認(rèn)的物種大約有190萬種。據(jù)保守估計(jì)，地球上一共有1000萬至1200萬種植物與動物物種，如果將微生物種類也包括在內(nèi)，那將是一個非常大的數(shù)字。盡管如此，科學(xué)家仍在努力地尋找新物種。它們的數(shù)量有多少?特性是什么?至今無人知曉。國際物種探索協(xié)會的科學(xué)家僅在2008年就發(fā)現(xiàn)了18000多種動植物，該協(xié)會每年5月23日都會發(fā)布十大新發(fā)現(xiàn)物種，以紀(jì)念5月23日卡羅勒斯一林奈的誕辰紀(jì)念日。林奈(1707-1778)是瑞典著名博物學(xué)家，現(xiàn)代生物分類學(xué)的奠基人，他于252年前建立了科學(xué)的植物與動物命名系統(tǒng)。發(fā)布新發(fā)現(xiàn)物種同時也表明人類對地球生物多樣性的了解是多么的有限。

2009年公布的十大新發(fā)現(xiàn)物種包括：吃蟲子的蛞蝓，長著尖牙、綽號為“龍魚”的鰷魚……其中有一種深海蟲類，它們在遇到危險時會將身體的一部分向外噴出，之后噴出的部分開始發(fā)光，從而混淆了敵人的視線。