偶然與必然：淺析自然選擇的進化

世界上的生命形態異常豐富

世界上的生命形態異常豐富。 各種不同形式的生命有時會讓人感到無所適從：我們與無數的動物、鳥類、魚類、昆蟲、植物、真菌以及更多的不同微生物共享我們的世界，每一種微生物似乎都能很好地適應自己的特定生活方式和環境。難怪千百年來，有些人認為所有這些多樣性一定是造物主努力的結果。

在大多數民族的文化中，創世神話比比皆是。猶太教和基督教的《創世紀》神話，聲稱生命是在短短幾天內被創造出來的。中國神話中則認為女媧創造出了人。

在十八世紀和十九世紀，思想家們開始將生物的複雜機制與工業革命期間設計和建造的複雜機器進行比較。這些比較常常強化了宗教信仰：如果沒有一個極其聰明的設計者的投入，怎麼會有如此複雜的機制？

自然選擇是一個強烈的創造性過程

進化論的開山人物是查爾斯·達爾文

我們現在知道，被賦予目的感的複雜生命形式可以在沒有任何設計者的情況下產生，這就是自然選擇的結果。

自然選擇是一個強烈的創造性過程，它造就了我們，也造就了我們周圍不同尋常的生命形式。在不曾偏離科學規律或使用超自然現象的情況下，自然選擇的進化產生了越來越複雜多樣的生物種群。在數個世紀的時間裡，不同的物種已經崛起，它們的形態變化得讓人無法辨認，因為它們探索了新的可能性，並與不同的環境和其他生物互動。所有的物種，包括我們人類自己物種都處於不斷變化的狀態，最終滅絕或發展成新的物種。

進化論的開山人物是查爾斯·達爾文，他是19世紀的自然學家，曾經乘坐英國皇家海軍的貝格爾號週遊世界，收集植物、動物和化石的標本。達爾文如饑似渴地收集了支持進化論思想的觀察結果，並提出了一個美麗的機制，自然選擇，解釋了它是如何運作的。他在1859年的《物種起源》一書中分享了這一切。在生物學的所有偉大思想中，這可能是最著名的，即使不一定是最好的理解。

達爾文並不是第一個提出生命隨時間進化的人。正如他在《物種起源》中指出的那樣，亞里斯多德曾認為，動物的身體部分可能在很長一段時間內出現或消失。十八世紀末的法國科學家讓·巴蒂斯特·拉馬克更進一步，認為不同的物種是以關聯性的鏈條聯繫在一起的。拉馬克提出，物種是通過適應過程逐漸變化的，它們的形態是隨著環境的變化和習性的改變而變化的。著名的例子是，他認為長頸鹿之所以形成長脖子，是因為每一代長頸鹿都會向上伸展，去夠樹上更高的葉子，而不知為何，這種勞累的結果會傳遞給它們的後代，它們的脖子會稍微長一些。拉馬克的思想在今天有時會被輕視，因為他沒有把進化過程的細節搞清楚，但他提供了進化現象的第一個全面的描述，即使不是進化的原因，也是功不可沒的。

拉馬克當然不是唯一一個對進化論進行猜測的人。即使在查爾斯自己的家族中，他的祖父伊拉斯謨·達爾文也是另一位早期的進化論的熱心支持者。他在自己的馬車上刻了一句座右銘，上面寫著 "E conchis omnia"，也就是 "一切都來自貝殼"的意思，即所有的生命都是由簡單得多的祖先發展而來的，比如貝殼內的軟體動物。

查爾斯·達爾文對進化論的態度更加科學化和系統化，他從國內外的化石記錄和對動植物的研究中積累了大量的觀察數據。他把這些資料整理起來，為拉馬克、他的祖父等人所認同的觀點提供了有力的證據，即生物體確實是進化的。但是，當達爾文提出自然選擇作為進化的機制時，他所做的還不止於此。他把所有的點連在一起，向世界展示了進化論是如何實際運作的。

自然選擇的想法是基於這樣一個事實：生物體的種群表現出變異，當這些變異是由基因變化引起的，它們將代代相傳。其中一些變異會影響到某些個體的特徵，使其在生育後代方面更加成功。這種繁殖成功率的提高意味著擁有這些變異的後代將在下一代的種群中佔據更大的比例。

以長頸鹿的長頸為例，我們可以推斷，變異體的隨機出現和積累，巧妙地改變了頸部的骨骼和肌肉，使得長頸鹿的一些祖先能夠到達稍高的樹枝，吃到更多的樹葉，獲得更多的營養。最終，那些能夠做到這一點的長頸鹿被證明更有活力，更有能力生出年輕的長頸鹿，所以在非洲大草原上遊蕩的長頸鹿群逐漸被脖子更長的個體所主導。這一過程被稱為自然選擇，因為各種自然因素的限制，如對食物或配偶的競爭或疾病和寄生蟲的存在，確保一些個體比其他個體表現得更好，因此繁殖得更多。

人類其實幾千年來一直在遵循同樣的過程，用它來培育擁有特定特徵的生物體。這就是所謂的人工選擇，達爾文通過觀察鴿友們選擇特定個體進行繁殖，以產生各種鴿子品種的方式，發展出他關於自然選擇的觀點。人工選擇可以產生戲劇性的結果。我們就是這樣把野生灰狼變成了人類最好的朋友，創造了從小型吉娃娃到高大的大丹犬的狗品種。野生芥菜也是如此，產生了西蘭花、捲心菜、花椰菜、甘藍和高麗菜。這些轉變是在相對較少的世代中發生的，讓人看到了進化過程在數百萬年中自然運行時的巨大力量。

自然選擇導致適者生存並淘汰不能競爭的個體。作為這一過程的結果，特定的遺傳變化在種群中積累，最終導致生物物種的形式和功能發生持久的變化。它可以解釋為什麼有些甲蟲長出了紅色斑點的翅膀，而另一些甲蟲則學會了遊泳、滾糞球或在黑暗中發光。

自然選擇是一個深刻的思想，它的意義超越了生物學。它對其它一些學科，尤其是經濟學和計算機科學，具有實際效用。例如，今天，軟體的某些方面和機器的某些工程部件，如飛機，都是通過模仿自然選擇的算法進行優化的。

實現自然選擇的進化須具備四個特徵

實現自然選擇的進化須具備四個特徵

這些產品是進化的，而不是傳統意義上的設計。要實現自然選擇的進化，生物體必須具備三個關鍵特徵。

首先，它們必須能夠繁殖。

第二，它們必須具有遺傳系統，即界定生物體特徵的信息在其繁殖過程中被複製和繼承。

第三，遺傳系統必須表現出變異性，而這種變異性必須在繁殖過程中得到繼承。自然選擇正是對這種變異性進行操作。它將一個緩慢而隨機產生的變異源轉化為我們周圍蓬勃發展的、顯然是無邊無際、不斷變化的各種生命形式。

此外，為了使自然選擇有效地發揮作用，生物體必須死亡。這樣一來，可能含有使它們具有競爭優勢的遺傳變異的下一代就可以取代它們。

前三個必要的特徵直接從細胞和基因的概念中產生。所有的細胞在細胞周期內進行繁殖，所有的細胞都有一個由基因組成的遺傳系統，在細胞有絲分裂和細胞分裂過程中，基因在染色體上被複製和遺傳。變異是由改變DNA序列的偶然突變的出現引入的，這些突變是由於雙螺旋複製過程中罕見的錯誤，或者是環境對DNA的破壞造成的。細胞會修復這些突變，但它們並不完全成功。如果是這樣的話，一個物種的所有個體都會是相同的，進化就會停止。這意味著錯誤率本身就會受到自然選擇的影響。如果這個錯誤率太高，基因組存儲的信息就會退化，變得毫無意義，如果錯誤太少，進化變化的可能性就會降低。從長遠來看，最成功的物種將是那些能夠在恆定和變化之間保持適當平衡的物種。

在複雜的真核生物中，在有性生殖過程中，部分染色體在產生性細胞的細胞分裂過程中被重新洗牌，進一步引入了變異性，這個過程稱為減數分裂。這就是兄弟姐妹之間基因不同的主要原因：如果說父母的基因就像一副牌，那麼他們每個人拿到的基因 "牌 "都是不同的。

許多其他生物通過在不同個體之間直接交換DNA序列來引入變異。這在細菌等不太複雜的生物體中很常見，它們可以互相交換基因，但在更複雜的生物體中也很常見。這個過程被稱為基因水平轉移。這也是使某些細菌對抗生素產生抗藥性的基因能夠在整個細菌種群中迅速傳播的原因之一，甚至從一個不相關的物種傳播到另一個物種。基因水平轉移也使人們更難通過進化時間追溯某些血統，因為這意味著基因的遺傳可以從生命樹的一個分支流向另一個分支。

無論遺傳變異性的來源是什麼，為了促進進化變化，它必須在隨後的繁殖過程中持續存在，並產生在每一個可能的維度上都有差異的生物種群，無論是抗病能力、對配偶的吸引力、食物耐受性的微妙差異，還是其他任何數量的特徵。然後，自然選擇可以採取行動，從有害的變種中篩選出有益的變種。

自然選擇進化的一個深刻後果是，所有的生命都是通過後裔聯繫在一起的。這意味著，隨著生命之樹的追溯，樹枝越來越多地匯聚成更大的樹枝，最終變成一個單一的樹幹。因此，結論是，我們人類與地球上的其他生命形式都有關係。對一些人來說，比如猿類，我們關係密切，因為我們在樹的邊緣相鄰的樹枝上，而對另一些人來說，比如我的酵母菌，關係要遠得多，因為我們只有在更遠的時間，更接近生命樹的主幹時才會結合。

通過自然選擇的進化可以帶來生物的巨大複雜性和明顯的目的性。它在沒有任何控制的智力、確定的最終目標或最終的驅動力的情況下做到這一點。它完全迴避了關於神的創造者的論點，科學給了我們一條更理性地理解世界的途徑，它也給了我們更大的確定性，甚至是穩定性，以及一個更好的追求真理的方法，也就是科學的最終目標。