自然與進化隨想錄

周忠和

演化與進化

“進化”一詞，我們或許習以為常，但相關專業的學者其實更喜歡用“演化”代替之。理由很簡單：前者有時候會誤導公眾（事實上，已經誤導得不輕），使大家以為生命的演進過程具有方向性、進步性，其實不然。地球生命的進化之路同然有章可循，但途中也充滿了偶然，從來沒有預設的方向和目的。換句話說，進化是一個機會主義的過程。

所謂的低級、高級，或者低等、高等之分，都只不過是人類強行將自己的價值觀標簽貼到生物身上的東西。通俗來講，人類自以為是地既做運動員，又當裁判員。

達爾文早就表達過“說一種生物比另一種生物高級是荒謬的”這一觀點，事實上正是他提出的進化理論，首次挑戰了“人類在生物界占據獨特地位”的固有認知，而且他自己也很少使用進化這個詞。

沒有一種生物的適應是完美的，人類自然也不例外。

不過話又說回來，語言是用來交流的，約定俗成是定律，因此在我看來，無論使用“進化”還是“演化”都沒有問題，重要的是理解其中的道理。

自然選擇與進化

自然選擇是生命進化的主要動力，也是達爾文最偉大的發現之一，盡管公平地說，華萊士應當與達爾文共享這一榮譽。

自然選擇實際上也是一個淘汰的過程。也有人把自然選擇定義為“非隨機生存”。

自然選擇通常指環境對生物的選擇，與之相對的還有人工選擇。后者源于人類的出現，只是生物進化歷史中的短暫瞬間，有趣的是，達爾文獲得自然選擇的靈感似乎主要來自人工選擇。

雖然人類創造了人工選擇，但顯然人類還不是造物主，人工選擇的產物在自然環境下常常難以持續。人工選擇有方向性和目的，但是自然選擇沒有。著名的進化學者古爾德曾經說過，“大自然不是動物馴化者，沒有預定的目的來調節生命的歷史進程。”

通常，性選擇被認為是自然選擇的一種特殊類型。達爾文在1871年專門著書討論性選擇與人類起源，不論出于什么原因，我總感覺性選擇在生命進化中的作用或許被低估了，因為畢竟性還可以直接產生變異。

某種意義上說，生物是運動員，環境便是裁判員，而自然選擇就是比賽的規則。

生物是被告和原告，環境便是法官，自然選擇才是最權威的憲法和法律。

環境與進化

要想真正了解30多億年生物進化的真諦，離開了對環境背景的理解，無論如何都是一項不可能完成的使命。

僅僅從生物的角度認識生物的進化，就很容易陷入宿命論的圈套。一旦認識了生物進化和環境的關系，“上帝”便自動退去了神秘的光環。

對某一種類的生物而言，環境可以是地質、大氣、海洋等，也可以是同一生態系統中有關聯的其他生物。

事實上，遠古生命的葬禮——化石形成的過程，也離不開哀婉凄愴的環境背景音樂的伴奏。

生命進化與環境是生物多樣性世界的陰陽兩面。

進化與環境的交織才有了生態。進化是生態演變的動力;生態演變又時刻在影響著進化。生態系統的演變，實質上就是生命與環境協同演化的過程。

環境對進化的影響是形形色色的，可以為波濤洶涌，也可為細流涓涓。

進化也一刻不停地改造著環境，從肉眼看不見的細菌到自詡最為高等的人類，很難分出誰的作用更大。

微生物與進化

人們很容易忽略，地球大氣中氧氣的出現還是微生物（例如，屬于原核生物的藍細菌）的功勞。沒有它們，地球生命進化的歷史將被重新改寫。換句話說，一些微生物不僅進化成了動、植物，而且早在動植物出現之前，它們就已經將大氣的成分調節到了宜居的狀態。

最不起眼的微生物從30多億年前頑強地生活到了今天，似乎絲毫不受任何一次大滅絕事件的影響，究其原因，不是因為它們復雜和“進步”，而是得益于其簡單和原始。

人類的身體就是生命進化歷史和環境的結合體。且不說我們對氧氣的依賴，想想我們腸胃中數以百計種有用的細菌，沒有它們我們一天也無法活下去。越來越多的證據表明，人體內本來認為沒有細菌的區域，其實充滿著細菌。人體和動物體就好像是一個細菌混合體。有人估計，人體內的腸道微生物加起來約有兩千克的重量。

這些細菌成為人類生存不可或缺的環境;反過來，對它們而言，我們的身體也是它們的環境。

有研究表明，至少近2萬年來，人類與微生物一直在快速的共同進化。暫時忘卻微生物給我們帶來的種種不幸，許多時候他們相互從中受益。從啤酒、葡萄酒，到酸奶、醬油等，這些人類的美味佳肴都拜微生物所賜。

我們都知道，細胞是人體最基本的單元。換個角度來看，從原核生物到真核生物，從單細胞生物到早期的多細胞生物，再到更復雜的生物（如動物，植物）的進化，本質上不過是單細胞生命不斷合作、分工、合作的結果。復雜的生命就像一個個微生物組成的大社會。

如果從基因的層次來看，人類的許多重要的基因，事實上也有著悠久的歷史，甚至可以向前一直追溯到細菌。

復雜的生命就像一個個微生物組成的大社會。

遺傳與進化

生物進化是一條有著無數分支、不斷變幻的歷史長河。雙螺旋的DNA如同連綿不斷的江河之水，環境是蜿蜒曲折的河床。

奔騰的水流一直不停地改造著它賴以存在的河床。遺傳和環境共同引導著生物進化的方向。

我們一般的理解是遺傳產生變異，環境負責選擇。其實，也不盡然。發育遺傳學的研究表明，環境不僅能夠控制基因的開關，有時候環境的印記甚至還能夠隔代遺傳下去。換句話說，環境的作用還對變異產生影響。

基因組學的發展揭示了一個現象：生物的復雜程度與它的基因數量的多少并沒有呈正比關系。據估計，人類的基因數量只不過是蠕蟲的兩倍大小而已。

古爾德極力反對生物決定論。他曾經引用約翰·穆勒的一段話：“在所有逃避考慮社會與道德對人類心靈影響的平庸方式中，最平庸的一種就是將行為和性狀的多樣性歸咎于遺傳天性的差異”。

太陽與進化

都說萬物生長靠太陽，其實也不盡然。

20世紀80年代初，風靡一時的科幻連續劇《大西洋底來的人》曾讓我們這些剛剛接觸到電視的學生看得如癡如醉，誰曾料想，如今人類竟然真的發現了深海海底的熱液中生活了許多不為人知的神秘生物。它們堪稱最頑強的生命！

在漆黑的深海海底，這些微生物無須接受陽光的照耀，僅僅利用化學能，就支撐起它們生命的活動。

不見陽光的深海生物。

二氧化碳與進化

如今讓我們談虎色變的二氧化碳濃度的增加，其實在漫長的地質歷史時期已不知反復了多少次。很少有人會告訴你的真相是，恐龍繁盛的時期，二氧化碳濃度至少比現在高出好多倍。

不論始作俑者是源于自然或者是人類作用，當今二氧化碳濃度的增加，對生物進化和生物多樣性的影響是毋庸置疑的。真正的問題是，影響是什么？影響有多大？

遺憾的是，我們并沒有準確的答案。

恐龍繁盛的時期，二氫化碳濃度比現在更高。

氧氣與進化

在地球45億年的歷史幾乎一半的時間內，大氣中是沒有氧氣的，氧氣的出現以及大氣氧含量的增加與生命的進化密切相關。

直到有一天大氣中有了足夠的氧氣，生命才開始邁向復雜進化的征程，變得充滿了活力。地質歷史上氧氣的增加可能還誘發了寒武紀的生命“大爆發”，盡管5億年前大氣中氧氣含量還不過為現代的三分之一。

而到了4億年前，大氣氧含量便達到了今天的水平，于是植物的大規模登陸開始了，有了最原始的森林，“魚類的時代”粉墨登場，四足動物的登陸也接踵而至。

4億年前，大氣氧含量提高，植物開始大規模登陸。

水與進化

生命來自海洋。

生命來自海洋。生命離不開水。

在生命進化的全部歷史中，絕大部分的時間都發生在海洋。直至4億多年前，生命才開始了向陸地啟程。

在某種意義上說，所有的生物一生都再也離不開水，例如人類的體內就含有65%的水。甚至有些離開了水體環境生活的動物，后來不少又反復回到了水中，如同漂泊在外的游子回到了故鄉母親的懷抱。

溫度與進化

溫度對進化的影響比比皆是。

絕大多數的動物都是變溫動物，恒溫動物的出現是一個重要的事件，有助于動物更好地適應多變的環境。在動物進化歷史上，我們最為熟悉的恒溫動物是鳥類和哺乳類。最新研究表明，有些水生動物（如一些魚類），也能變為恒溫的動物。

雖然有性生物的性別通常都是由遺傳因素決定的，但也不全然。譬如，許多龜的性別就是由孵化的溫度決定的。

對生物產生真正影響的或許不是溫度多高多低，也不是增減了多少，而是看其是否超過了臨界（閥值）。

許多龜的性別就是由孵化的溫度決定的。

海陸變遷與進化

看似兩個風馬牛不相干的事情，其實在生物進化歷程劇的舞臺上，合作演繹了一幕幕波瀾壯闊的神奇劇情。

滄海桑田，海陸變遷如同變幻的舞臺，蕓蕓眾生穿梭其間，大陸的聚合離散，大海的風云變幻，帶來的是生物的親離子散。置身如此環境中，生命方才顯得如此弱小。

因為發現了非洲和南美洲相對海岸線幾乎完滿的鋸齒狀對接，魏格納提出了大陸漂移說，一個氣象學家提出了后來逐步演變為20世紀地質學上最偉大的理論——板塊構造理論。這一理論也為我們理解生命的地理學提供了最重要的基礎。

不同大陸（或島嶼）上的化石則如同拼圖游戲上的數字，可以幫助完成最后的拼圖。如今分子生物學與年代地質學的研究，能夠更為準確地恢復這些大陸（或島嶼）分離的歷史。

印度板塊曾經是南極洲、澳洲和非洲的鄰居，五千萬年前在北征的途中和歐亞大陸相聚。沒有這次歷史的碰撞，我們將無法領略喜馬拉雅最高峰的宏偉，也更無法理解生活在這一地區生命的傳奇歷史。

地質學與進化

地質學的創始人萊伊爾堪稱達爾文的啟蒙導師和摯友。達爾文曾說，沒有萊伊爾的《地質學原理》，就沒有他的《物種起源》。

盡管巨著《地質學原理》多少蘊含了生物進化的思想，萊伊爾真正接受達爾文的思想，卻經歷了曲折的過程。可見生命進化與地質學的關系真的像一對孿生的姐妹。

正因為達爾文的偉大進化理論大廈是建立在堅固的“巖石之上，所以它才會一百多年來歷久彌新，屹立不倒。（責任編輯 張虹）

2009年，我曾在《生物進化》雜志發表過一篇隨筆，題目是“生物進化隨想錄”，受到一些朋友的鼓勵，就一直計劃寫一篇續篇。隨后的10年，一直思考生物進化與環境的關系問題，期間雖曾做過不少相關的學術或科普的報告，但苦于找不到靈感，加之筆拙，遲遲未能動筆。在《大自然探索》編輯張虹的催促之下，勉強完成此文，可算作是其婦妹篇。