在《物種起源》發表前,有一種與達爾文主義完全不同的進化論,法國生物學家拉馬克認為:生物在有生之年獲得的性狀可以遺傳給後代。因此,如果一隻動物為了生存而以這種或那種方式作出努力(嘗試跑得更快、跳得更高等),它的後代就能通過遺傳擁有改良的性狀(跑得更快、跳得更高)。
如果拉馬克的理論正確,那麼它將為生物體朝著更好方向快速且有目的地改變提供一種機制。
我的母親常說,她做家務要是有兩雙手就好了。如果事實如她所願,她的孩子生下來就會有4隻手!
相反地,達爾文的理論聲稱,由基因突變帶來的變化是盲目的,它們與生物體自身的需求或環境沒有關係。如果某種罕見的突變帶來了生存優勢,純粹是好運氣。達爾文認為,進化過程不存在定向進步,也不存改良的系統性機制。
如果大自然如拉馬克的理論,那麼進化過程會更快也更有效。然而,生物界早就摒棄了這種類似於「上帝之手」的觀念。然而,近期的一些實驗提出了質疑。
科學家萊文選擇了一種叫做真渦蟲的扁蟲,這些微型動物一端長著一個頭,上面有眼睛和腦,另一端長著一條尾巴。生物學家喜歡真渦蟲不是沒理由,它具有超級無敵的再生能力,即使砍成兩半也不會死,而是尾巴再長出一個頭,而頭則長出一個尾巴,變成兩隻真渦蟲。
萊文發現,真渦蟲的切口處具有獨特的電模式。於是他使用某種藥物破壞其電場。結果,真渦蟲頭被砍掉的那一半居然又長出一個頭!
他居然培育出了一個雙頭扁蟲,他甚至能培育出四頭扁蟲或四尾扁蟲。
更神奇的事情在後面。
實驗人員將雙頭真渦蟲那個多餘的頭切掉,你猜會怎麼樣?它會長回原來的一頭一尾嗎?
不,讓人驚奇的是,真渦蟲被砍成兩段,會長成兩個雙頭真渦蟲!
關鍵在於,這些怪物蟲子都有著相同的DNA,卻有著完全不同的性狀!
換句話說,真渦蟲將有生之年獲得的性狀通過遺傳傳遞給了下一代,這豈不是要打臉達爾文?
一隻被砍了尾巴的真渦蟲和一隻被砍了頭的雙頭真渦蟲具有完全相同的基因序列,也就擁有完全相同的再生能力。那麼它是如何告訴自己的殘軀:「再生一個頭」還是「再生一個尾巴」?
萊文認為,有一種「目標狀態」信息,被儲存在真渦蟲的某處,當它被可憐的腰斬時,它就會調出這個信息,恢復到被切斷前的狀態。
當然,這個信息存在哪裡,不知道。
類似的例子還有不少,它們都反映一個事實:性狀遺傳不需要改變基因。
沒人否認,自然選擇鼓勵適者生存。生物體顯示出變異,自然作出選擇。
但是,這些變異是從哪兒來的,適者到來如何發生?
因為簡單的數學概率計算我們就可以發現,地球45年壽命,生物35億年的進化時間,不夠產生今天這樣令人難以置信的生物多樣性。
大腸桿菌喜愛葡萄糖,但如果沒有葡萄糖,他們也可以勉強去利用「不合口味」的乳糖。
哈佛大學一個團隊做了個實驗,他們飼養一群已經變異了,已經失去代謝乳糖能力的大腸桿菌。但是,它們只能獲得乳糖這一種食物。研究團隊發現,有些餓壞了的大腸桿菌會自發突變為乳糖利用型。
就實驗本身,與達爾文主義不衝突。問題是,大腸桿菌的突變機率高得出奇,遠高於原始突變概率。
團隊很奇怪,陸續又做了多個類似實驗,結論是:這些細菌擁有突變熱點,能產生比普通基因突變速度快幾十萬倍的特異基因。它有利於細菌產生多樣性,突變很容易發生。
比如,當細菌侵入人體,就會與人體的免疫系統作戰,就會發生這樣的突變。
細菌具有可辨識的表面特徵,就像士兵的制服。人體免疫系統可以從制服辨認出病原體。能夠不斷更換制服的細菌顯然具有生產優勢。所以這樣的「制服基因」具有高度易變性。
還有一些細菌,它們能選擇性提升基因突變率。
還是一群可憐的大腸桿菌,它們有基因缺陷,不能合成某種胺基酸。它們只能依靠從食物中獲得這種胺基酸。
但是一個有基因缺陷的,飢餓的細菌會如何響應?細菌收到了「我需要胺基酸」的指令,但是有缺陷的大腸桿菌產生不了這種胺基酸。細菌感受到了這種危險,於是加快了特異基因的突變速度。
大多數的突變都會讓情況變得更糟,但在一群飢餓的菌群中,有一個成員幸運地發生了適當的突變,修復了基因缺陷,最終拯救了菌群。(其實不是拯救,而是別的細菌死掉了,而它的後代長成了整個培養皿)。
(我容易嘛)
我們知道,DNA的複製是極端可靠的,但是偶爾也會發生錯誤,這些錯誤大多數會被修復,但是不是所有錯誤都能修復。就像我們寫作業,我們需要草稿,如果我們做錯了,我們就會檢查草稿,發現錯誤點,然後修復錯誤。但是我們不可能永遠保存所有草稿,這樣我們的需要處理的信息量太大了,麥克斯韋妖告訴我們,信息處理是有上界的,於是有些錯誤的草稿被丟棄了,修復也就不可能。
這些錯誤,其實就是基因突變。
於是一個進化機制是,如果環境壓力變大(如飢餓),這些細菌體內就大量拋棄草稿,導致更多的錯誤不能修正,突變概率提高。不是所有突變都正確,但這已經交給自然選擇了。
當環境壓力減少了,這個機制就被回撥,儘可能保存草稿,減少錯誤的發生和提高修復,從而降低突變概率。
並且這個機制也可以進化,所謂可進化的進化。
這個突變機制可以被視為達爾文主義的詳盡闡述,這就是「達爾文主義2.0」
舉個不恰當的例子。
某天我們被困在一間房子裡,著火了,我們需要突圍。
當然最佳方案是事先記住逃生通道,可惜我們沒有。於是我們就會各個試錯,朝著不同的方向摸去,比如有12個窗戶,我們就朝著12個窗戶摸去,總有一個人能衝出去。
當我們有更多的火場逃生經驗,我們甚至可以根據煙霧方向大致估計出口位置,提高生存的機會。
當我們身處一間安全的房間,我們就會關閉瞎闖的機制,而是按部就班進門、脫鞋、問好、坐下、喝茶。
生命可能更像一條陡然上升的學習曲線,生命不僅是DNA和化學,還保留了過去的信息。
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