【編者按】
苗德歲,首位獲「北美古脊椎動物學會羅美爾獎」的華裔學者,博士後,擁有地質學與動物學雙博士學位。1989年至今供職於堪薩斯大學自然歷史博物館暨生物多樣性研究所。1996年至今任中國科學院古脊椎動物與古人類研究所客座研究員。《給孩子的生命簡史》一書是他為青少年讀者撰寫的、介紹進化生物學的基礎知識及地球生命演進史的科普讀物,涉及生物、地理、歷史、考古等眾多領域。本音頻由他本人播講,內容選自該書第二幕「生命的演進」盲人鐘錶匠一節。由澎湃新聞經圖書出版方中信出版集團授權發布。
苗德歲
累積的自然選擇,不由得讓人想起概率論中的「無限猴子」定理。這個定理表述如下:讓一隻猴子在打字機上隨機按鍵,當按鍵時間達到無窮時,必然能夠打出任何給定的文字,比如莎士比亞的全套著作。同樣,「自然選擇」原理認為:「哪怕是最輕微的每一個變異」,經過漫長地質年代(無窮時間)的積累,「幾乎必然能夠」演化成看起來像是經過精心設計的東西。
人與猿體內骨骼對比圖
儘管「無限猴子」定理表明猴子在打字機上打出莎士比亞全套著作的概率不會是零,然而其概率仍舊是極低的。同樣,在達爾文時代,達爾文也沒有能夠給出「自然選擇」原理在自然界現實發生的實例。他所能做的,只是利用大量人工選擇的實例,去推論自然選擇的真實性。比如,按照養鴿者的喜好培育出五花八門不同品種的家鴿,把野生動物馴化為家畜,以及將野生植物培育為糧食作物等。因此,在相當長的時間裡,連一些最熱情的達爾文的支持者們,私下也對「自然選擇」原理持一定的保留態度。
青年達爾文
然而,達爾文去世後的一百多年來,科學家在大量進化生物學的研究中發現了許多「自然選擇」的實例。其中最著名的例子要數斑點蛾的變色了。在18 世紀工業革命之前的英國,樹幹上常常能看到很多灰色的斑點蛾,這些灰蛾子身上帶有一些黑色的斑點,但總體色彩和「灰不溜秋」的樹幹差不多。這些斑點蛾晚上四處飛,白天就貼在樹幹上休息。保持身體和樹幹顏色的相似性,對斑點蛾來說是生死攸關的大事,若不然,它們很容易就會被小鳥發現並捕食。
脊椎動物前肢同源構造對比圖
19世紀中葉,工業革命帶來了嚴重汙染,工廠煙囪裡冒出來的大量煤菸灰,把周邊的樹幹都染黑了。1848年,在英國工業城市曼徹斯特一個花園裡的樹幹上,昆蟲學家首次發現了一些全身純黑的黑蛾子。不過,當時黑蛾子的比例只佔當地蛾子總數的不足1%。但是,到了1900年,黑蛾子已佔當地蛾子總數的95% 左右。在短短五十年間,原來的灰色斑點蛾逐漸變成了跟樹皮一樣黑的黑蛾子。這一現象引起了許多博物學家的注意。其中一位科學家在1896 年撰文指出,這是「自然選擇」在人們眼皮底下發生的實例。而這一年離達爾文去世只有十四年。可惜,達爾文生前沒能目睹這一切!
脊椎動物胚胎發育對比圖
另一個著名的例子與加拉帕戈斯群島的達爾文地雀有關。英國動物學家格蘭特夫婦從1973年開始,連續三十多年,每年都到加拉帕戈斯群島的一個小島上觀察和研究達爾文地雀。他們的研究不僅進一步證實了自然選擇驅動生物演化的理論,而且觀察到了實實在在發生著的「演化進行時」。因此,自然選擇驅動生物演化的現象既不那麼稀奇,也並非像達爾文所說的那樣異常緩慢。
長頸鹿脖子的演化示意圖
比如,達爾文原先認為:加拉帕戈斯群島上13個不同物種的地雀是從同一個祖先種演化而來的,由於每個種的食性不同,便演化出了不同形狀的喙(例如吃仙人掌的具長喙、吃種子的具短喙、吃樹皮下蟲子的具鸚鵡嘴狀喙等等),而這類演化至少需要成千上萬年的時間才能完成。然而,格蘭特夫婦發現:1977 年前後,有個小島上連續500多天沒有降雨,嚴重的乾旱造成了食物(主要是植物種子)的短缺。一種平時「挑肥揀瘦」、只吃小顆粒種子(因而具小喙)的地雀,不得不開始「嘗試」吃一些它們先前不屑一顧的顆粒較大的種子。1978年,當格蘭特夫婦回到島上測量這種地雀後代的喙的大小時,發現它們的喙普遍比它們祖代的喙大3%~4%。這說明,為了生存,這種地雀後代的喙在短短幾年時間裡就向增大的方向演化,以便能咬開顆粒較大的種子;而那些小喙、不能吃大顆粒種子的個體便都餓死了。這便是自然選擇的無窮威力。
《給孩子的生命簡史》,[美]苗德歲著,中信出版集團