「進化論」的進化史
今天,我們人類的科技達到了前所未有的高度，航天器扶搖而上，深潛倉魚游海底。但除了向外部拓展認知的疆域，人類也在不斷地向內拷問自己：我從哪裡來？我們人類和地球上的其他生命何以一起走到了今天呢？
作者 | 林梅
在我們短暫的一生中，幾乎看不到物種發生變化。所以，人類一度以為生物的性狀是靜止的。然而，從地球上出現第一個單細胞之前，生命就開始了複雜漫長的進化過程。地球生命的進化之流時而壯麗恢弘，時而寧靜悠揚，它的起源、輻射、滅絕和復甦如同一部交響樂的不同樂章，而樂章的舞台，就是我們賴以生存的藍色星球。
進化論的先行者——拉馬克
拉馬克（Jean Baptiste Lemarck，1744-1829）早在1809年就在《動物學哲學》里系統地闡述了他的進化學說。他相信物種是由簡單到複雜進化的，書中提出了兩個法則：一個是用進廢退，一個是獲得性遺傳。這是什麼意思呢？簡單來說，環境的改變會引起動物習性的改變，習性的改變會使某些器官經常使用而得到發展，另一些器官不經常使用而退化，在環境影響下所發生的定向變異，即後天獲得的性狀是能夠遺傳的。
拉馬克（圖片來源：wiki）
比如，拉馬克認為，長頸鹿的祖先原本脖頸很短，但是為了吃到樹枝高處的葉子，不斷的伸長脖子去夠，而這樣的特徵通過遺傳，才形成了今天長頸鹿的長頸。
其實，拉馬克最大的貢獻在於他是演化論的支持者，但是拉馬克的觀點與當時占統治地位的物種不變論產生了很大的衝突，導致他一生遭受了很多的打擊和不幸。
科學在等待一個機會，為拉馬克平反。
自然選擇的奠基人——達爾文
年少時期的達爾文一直對學校的神創論那一套表示厭煩，對自然界的神秘充滿了好奇。1859年，他經過20多年研究，出版了《物種起源》。在這部書里，達爾文通過大量的證據旗幟鮮明地證明了「進化論」的思想，將全新的科學的生物進化思想展現於世人，推翻了「神創論」和物種不變的理論。
按說，這下拉馬克該平反了吧？不，他還是不幸淪為了壞科學的代表。因為，雖然都支持演化論，但是他與達爾文的核心思想有著本質的區別。
達爾文的進化論中,核心思想是「自然選擇」。在一兩百年前的當時，孟德爾老先生的豌豆實驗還沒整出結果，沃森和克里克的父輩都還沒出生，人們對遺傳的分子學機制完全不清楚。但是，達爾文在長期的觀察中形成了自己的關於進化內在驅動力的解釋。他認為，拉馬克那種「長頸鹿『為了』吃到更高的樹葉努力伸長脖子，所以一代代傳下去，有了長脖子」的所謂內力，並不靠譜，真正的原因是，一個物種群體里，個體之間會有微小差異，有利的特性，會使個體更好的生存和繁殖，提高了這些個體適應環境的能力，進而更有可能尋找到配偶產生後代，而這樣的特徵有可能遺傳給後代；而不適應環境的特性，則會對個體的生存繁衍產生不利影響，從而減少了他們後代的數量，這樣的特徵有可能較少的出現在後代中。久而久之，遺傳變異+自然選擇，形成了進化的內動力。
達爾文的學說之所以被世人廣泛接受，是因為他提出了大量的可信證據。
比如，對於古生物研究來說，最直接的證據是化石。化石是保存在岩層中不同地質歷史時期的生物遺體、遺物或遺迹。化石是生物演化歷史的明證，起初，達爾文發現了各種已經滅絕動物的化石，還有其他一些很難鑒別的不知道是什麼生物的化石。達爾文堅信，如果能找到種群發展過程的過渡類型化石，就是生物演化過程的鐵證，可以告慰達爾文的是，過去的一百多年間，有相當多的過渡類型化石被找到，比如最著名的始祖鳥化石以及最近二十年發現的許多身披羽毛的恐龍，它們既有恐龍的特徵，又有鳥類的特徵，我們可以推斷，鳥類是由恐龍進化而來。
此外，還有一些比較胚胎學、解剖學、地質、地理等方面的證據。比如，人們發現，不同種類的動物胚胎在初期十分相似，這表明這些這些動物來源於同一祖先。
脊椎動物與人的胚胎髮育過程比較（圖片來源：《生命樂章——生物進化》，山東科學技術出版社）
孟德爾的遺傳學和綜合進化論
在達爾文發表物種起源的幾乎同一時代，奧地利植物學家格雷戈爾·孟德爾便將對豌豆的雜交試驗結果寫成了論文，並在達爾文去世後，引起了世人的重視。這些遺傳規律在高中生物中就是大家所熟悉的顯性和隱形遺傳因子那一套，根據這套理論，人們可以預測何種性狀在何種條件下會以何種概率出現。同時，這套理論也提到了「突變」的概念，也就是說，進化有可能是跳躍性的。
孟德爾豌豆雜交實驗中所用的七對相對性狀（圖片來源：網路）
上世紀二十年代到四十年代，進化論的研究達到了一個前所未有的新高度，很多科學家都用自己擅長的方式完善著進化論，孟德爾的突變論和達爾文的漸進演化論達到了前所未有的統一。
比如，上世紀二十年代，英國數學家兼生物學家羅納德·費希爾、英國遺傳學家約翰·霍爾丹和美國生物學家休厄爾·賴特，用精確的數學語言描述遺傳因子在物種演化中的作用；三十年代，美籍俄裔遺傳學家西奧多修斯·杜布贊斯基、美籍德裔動物學家恩斯特·邁爾和美國古生物學家喬治·辛普森，也都從各個角度對達爾文的進化論做了論證和補充，孟德爾和達爾文的理論自此達到空前統一。
1942年，《Evolution: The Modern Synthesis》一書出版，綜合進化論得以完整闡述，值得一提的是，這本書的作者英國生物學家朱利安·赫胥黎是托馬斯·赫胥黎的孫子，而托馬斯·赫胥黎就是當年達爾文進化論的堅定支持者、《進化論與倫理學》（其中一部分被翻譯成中文，即著名的《天演論》）的作者。當年，赫胥黎因為支持進化論而飽受神創論者詰難，現在，世人終於明白，進化本身沒有任何超自然的神力主宰，一切都可以用科學解釋。
這場爭論的結束，讓小墨想到愛因斯坦一句話：「自然界最不可理解的是，它居然是可以理解的。」
表觀遺傳學能否為拉馬克平反？
故事遠沒有結束，人們還是想知道，生命區別於非生命的本質是什麼？那些所謂遺傳因子微觀載體到底是什麼呢？
上世紀五十年代，DNA雙螺旋結構的發現為人類打開了分子生物學的大門，它的發現者不僅獲得了諾貝爾獎，更將永載於人類史冊，因為DNA分子結構的發現，科學上無論如何高估其意義都不為過。不說現在我們所有與生物有關的科學和技術都以此為基礎，即便在當時，人們知道了DNA是控制遺傳性狀的基本單位，而DNA的突變是群體內變異的基礎，正是DNA的多樣性，決定了物種的豐富性。同時，雙螺旋遺傳物質的發現，也進一步證明了，地球上的生命有一個共同的起源。
話說到這裡，你以為可憐的拉馬克就要徹底被掃入故紙堆了嗎？錯了，他可能在等待一個新的時機重生。這個時機或許就是，表觀遺傳學。
在DNA雙螺旋結構被發現的同一年，愛丁堡大學的發育生物學家康拉德·沃丁頓發現，處於胚胎髮育階段的果蠅在受到一些外部環境影響的情況下會發育出不同的翅膀結構，並且這種性狀改變會遺傳給此後所有的後代，然而後代的基因型卻沒有發生改變。為此，沃丁頓創造了「表觀遺傳學」（Epigenetics）一詞，用來描述經典遺傳學所不能解釋的現象。雖然當時人們並不明白隱藏在這種現象背後的分子機制，但還是能看出，這似乎就是拉馬克學說里所謂的「獲得性遺傳」。
如今，表觀遺傳學的精確定義是：在不改變DNA序列的前提下，能夠調節DNA功能、決定基因表達或關閉的，可遺傳的分子生物學因素。也就是說，表觀遺傳學研究的是由DNA序列改變之外的因素引起的可遺傳的變化，顯然，拉馬克的遺傳學說很可能都屬於表觀遺傳。
近十幾年來，大量的研究證實了表觀遺傳學的存在。比如，小鼠對於電擊的恐懼會遺傳到它的孫輩。
將秀麗線蟲（C. elegans）做模式生物，研究由環境變化（飢餓）引起的Transgenerational Inheritance的機理，結果顯示，給予飢餓刺激的線蟲，給予飢餓餵養的線蟲的第三代表現出了較飽足餵養線充第三代明顯長壽（圖片來源：CELL）
對這些獲得性遺傳，生物的基因密碼並沒有改變，為什麼性狀會遺傳給後代呢？科學家研究了其中的分子學機制，總的來說，這可能是因為，從DNA到蛋白質的表達過程中，有太多步驟可能會對最後的表達結果產生影響，雖然基因序列本身沒有變化，但是DNA甲基化、乙醯化，RNA甲基化，小RNA的調控，組蛋白的修飾，染色質的重塑等，這些都會對最終的結果產生影響。這就好比雖然遺傳密碼沒有改變，但是負責管理、調控、修飾這些密碼的指令體系在特定情況下發生了改變，那麼會影響生物及其後面若干代的這一性狀。
現在的我們，或許稍稍可以超脫拉馬克與達爾文的歷史局限，我們現在知道，遺傳是受多種因素影響的，經典遺傳學和表觀遺傳學共同作用、相互交織，這些複雜的作用為生命創造出了足夠豐富多彩的性狀，供自然選擇來進行「挑選」——他們共同為生命演化提供著驅動力。
（感謝中國科學院古脊椎動物與古人類研究所古生物學家周忠和院士和王敏副研究員的大力支持）
※猜猜看，這隻怪獸是哪種生物的臉？
※15分鐘冷卻全身血液：心跳驟停時，這種方法能挽救生命？
※LIGO首次探測到中子星合併引力波事件，全球多家天文台同時發布！
※地球生命起源於陸地池塘？
※吃貨養成史：那些美食都是何時出現的（下）
TAG:環球科學 |