主流達爾文進化論是怎樣被顛覆的？

引言

《適者降臨》向我們展示了一個不曾為人所知的進化世界。藉助現代技術的力量，我們得以深入遺傳密碼的腹地，探索生命進化的遺傳機制與前沿陣地。

《適者降臨-自然如何創新》

(美)安德烈亞斯·瓦格納(Andreas Wagner) 著

譯者：祝錦傑

湛廬文化/浙江人民出版社2018年2月版

[作者簡介]

安德烈亞斯·瓦格納

蘇黎世大學進化生物學教授，聖塔菲研究所客座教授。

2011年被評選為美國科學促進會成員，2014年被評選為歐洲分子生物學組織成員。

世界夠大，時間夠多

1904年春天，任職於加拿大麥吉爾大學（McGill University）、年僅32歲的紐西蘭物理學家歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford），在世界範圍內成立了早的科學組織倫敦皇家自然知識促進學會，並舉辦了一場演講，演講主題為「放射現象和地球年齡測定」。

當時的科學家對《聖經》里認為地球年齡只有6000年歷史的說法早就嗤之以鼻了，廣為認同的年齡測定是由另一位物理學家威廉·湯姆森（William Thomson）計算出來的，而他更為人熟知的稱呼是「開爾文勛爵」。開爾文勛爵用熱力學定律和地表導熱係數測定出地球大約有2000萬年的歷史。

從地質學的角度來看，2000萬年並不算很長，然而它的影響卻非常深遠。假如按照今天火山運動和地貌侵蝕的速度來算，2000萬年對於地球獨特地貌景觀的塑造根本不值一提，但達爾文提出的以自然選擇為基礎的進化理論卻成了直接受害者。達爾文曾說，「威廉·湯姆森先生對地球年齡的測定極度困擾了我」，因為他知道地球生物從上一次冰河世紀結束後就沒有發生過太大變化。據此達爾文推測，創造所有生物所經歷的歲月必定非常悠久，不管是現存的還是已經成為化石的，2000萬年對於創造一個多樣的生物界是遠遠不夠的。

盧瑟福在發現放射性元素半衰期現象的幾年後，逐漸發現開爾文勛爵的說法是錯誤的，他曾回憶道：「我走進演講大廳，裡面非常昏暗，但我還是在觀眾席中發現了開爾文勛爵，感覺甚是尷尬，特別是在講後一段關於地球年齡的部分時，因為我們的觀點是相互衝突的。放射性元素會發生衰變並在衰變過程中釋放巨大的能量，這類元素的發現使得我們對地球年齡的測算更加準確了。生物在地球上的起源時間得以大大提前，地理學家和生物學家提出的進化過程縱使緩慢，也成了可能。」

開爾文勛爵逝世於1907年，次年盧瑟福獲得了諾貝爾獎。截至19世紀30年代，用放射性測量法估算出的地球年齡大約是45億年，於是生物有了足夠的時間在緩慢的進化過程中創造出多樣性和複雜性，達爾文的進化理論也得以保全。

然而，真的是這樣的嗎？

作為自然界出色的捕食者之一，游隼（falco peregrinus）是完美生物的代表。它有著極度輕盈的骨骼和健壯的肌肉，也是目前地球上飛行速度快的動物。在旋轉俯衝時，隼的飛翔速度可以超過每小時200千米。當隼俯衝而下用利爪抓住獵物時，由極高時速帶來的衝擊力幾乎可以瞬間將獵物置於死地。即使不能，它也可以用銳利的喙折斷獵物的脊柱。

游隼有一雙銳利的眼睛幫助它們迅速捕捉到活動的獵物。隼的視力是人眼的5倍，也就是說就算在1.5千米之外，它們也能看清楚一隻鴿子。和其他的捕食者一樣，隼有一種所謂的瞬膜結構，又稱「第三眼瞼」。瞬膜有點像擋風玻璃，能在高速飛行時幫助阻擋飛塵並保持眼球濕潤。隼的眼睛還擁有更多的光受體及視桿細胞，使它能在昏暗的光線下看清事物，甚至看到紫外線。

大自然的創造充滿了神奇之處，但更奇妙的是，每一種不可思議的生物特性都是從一個極小的分子開始的，在漫長的世紀進化中，經過無數次的演變，再交由大自然精挑細選。游隼的喙、爪子和羽毛的主要成分同人類的毛髮和指甲一樣，都是一種叫作角蛋白的蛋白質分子。色覺主要依靠視蛋白，而視覺的敏銳性與晶狀體蛋白息息相關。

大約在5億年前，世界上出現了一種能夠合成晶狀體蛋白的脊椎動物，而視蛋白在7億年前就已經出現了。它們出現的時候，生命已經在地球上居住了超過30億年。對於那些複雜的生物大分子而言，30億年的時間聽起來就比較符合情理了。每個視蛋白和晶狀體蛋白都是由20種氨基酸按一定順序結合形成的多肽鏈，再由一條或一條以上的多肽鏈按照特定規則結合形成高分子化合物。如果只有一種氨基酸能夠感知光波或是構成透明的晶狀體，那我們要從多少條含有數百個氨基酸的多肽鏈中才能篩選出我們需要的那條呢？假設一條氨基酸鏈上有兩個氨基酸，那麼一個氨基酸有20種選擇，第二個也是，如此一來，總共將會有202種氨基酸鏈的可能組合。如果一條氨基酸鏈上有三個氨基酸，那麼組合方式將會是203種可能。以此類推，如果是4個氨基酸組成的多肽，將會有16萬種氨基酸的可能排列方式。對於一條含有100個以上氨基酸的蛋白質（晶狀體蛋白或視蛋白的鏈還要更長），可能的多肽鏈將超過10130種。

為了讓你感受一下這個龐大的數字，我們來舉一個例子。宇宙中數量多的原子是氫原子，物理學家估計氫原子的數量可達到1090個，具體來說就是1後面跟著90個0。如此一來，蛋白質的可能數量就不僅僅是宇宙級了，而是超宇宙級：遠遠超過了宇宙中的氫原子數目。要從這麼多可能的蛋白質中找出唯一正確的那條，概率甚至比贏得自宇宙大爆炸以來的每一年的樂透都小。如果億萬種生物從生命出現伊始每分每秒都在尋找那條特定的氨基酸鏈，那麼到現在為止也可能只嘗試了10130種蛋白質中極小的一部分，甚至都還沒找到視蛋白。

17世紀的詩人安德魯·馬弗爾（Andrew Marvell）曾嘆息，「只要我們的世界夠大，時間夠多」，為了避免那「無垠永恆的荒漠」，他無心關注時間長河下的自然奧秘，只想和情人享受片刻的歡愉。這裡我們對這首詩的關注點在於悠遠漫長的時間。在無盡的時光中，自然選擇加上生物的變異，遲早會讓一種叫游隼的生物進化出那雙銳利的眼睛。達爾文進化論的主流觀點是，優勢性狀賦予生物的優勢，無論多麼微不足道，都將在生物漫長的繁衍生息中被無限放大，這個觀點解釋了包括游隼在內的所有生物的多樣性。

自然選擇的神奇之處是毋庸置疑的，但它也有自身的局限性。自然選擇能保留由變異產生的新性狀，卻不能創造它們。認為變異總是隨機的觀點，暴露了我們對變異的無知。自然界眾多的生物性狀，如果沒有大自然對於生物進化的助益，其中許多近乎完美的結構可能永遠都不會出現，而這種助益正是生物進化的能力。

過去15年中，在紐約和瑞士蘇黎世大學的實驗室里，在一群才華橫溢的科學家的幫助下，我有幸得以對這些奇妙的自然規律展開研究。我們使用了在達爾文和盧瑟福年代無法想像的先進實驗方法和精準的計算技術，希望解釋生命多樣性和進化能力的來源。目前的研究數據告訴我們，進化的奧秘遠遠不止我們的肉眼所見。神秘的自然規律隱藏在每個精巧的DNA里，隱藏在每個獨一無二而又美麗動人的生命體中。

這本書的主題就是對那些自然規律的探索。

編輯 / 王哲

排版 / 晨曦

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