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《普遍进化论》连载之 12 “目的环境”进化论

《普遍进化论》连载之 12


“物种设计”------“目的环境”进化论


   

第十一章 “目的环境”和“人造物种”的起源


   

§11•1 “自然选择”和“人工选择”的三項不同


    1859年,达尔文出版了《物种起源》一书。这本书并不是阐述“生物进化”思想的第一本著作,在《物种起源》初版中,达尔文没有用“进化论”一词,直到1872年《物种起源》第六版,达尔文才用了这一词。达尔文在《物种起源》引言中指出,布丰和拉马克在他以前就探讨了“物种起源”问题。达尔文說:“近代从科学角度讨论物种的,布丰当为第一人。”“在物种起源问题上进行过较深入探讨并引起广泛关注的,应首推拉马克”。(註1)
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   (註1)达尔文:《物种起源》,第3页,舒德干等译,北京大学出版社,2005年。
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   布丰(G• L• Buffon,1707-1788)以巨著《自然史》闻名,他曾提出过生物进化思想,但晚年仍认为“物种不变”。1809年,拉
   
   
   
   (图11•1•1)拉马克(1774-1829)
   
   
   马克(J•Lamarck,1744-1829)在《动物学的哲学》创立了“生物进化”学说。拉马克认为,生物个体在它的一生中,有的器官使用得多,有的使用得少。由于使用或不使用器官而获得的后天特性,会遗传给它的子孙。也就是說,生物遗传变异倾向于适应的方向产生,生物在环境影响下所形成的定向变异,能够遗传,这就是所谓“用进废退”(Use—inheritance)。拉马克认为,环境变化会使生物发生适应性变化。许多动物没有改造环境的能力,但有些动物有改造环境的能力,改造环境的能力愈大,愈有利于生存。人这一能力最大。生物后天获得的性状是可以遗传的,這就是拉马克的“获得性遗传”学说。
   达尔文并没有否定拉马克学说,达尔文提出了“自然选择”, 认为“自然选择”是“物种”发生变异的最重要的途径,与“自然选择”相比,拉马克提出的“进化”机制是次要的机制。达尔文的“自然选择”就是“后裔修正”机制,生物通过变异,产生更适应环境的后代,在生存竞争中,适者——改善了结构和功能的“后裔“生存下來,而不适者则灭亡,“自然”凭借这样的机制來推动生物的进化————生物一代又一代结构和功能的改善。例如,仙人掌的针状叶适应沙漠环境,鱼鳃适合于鱼在水环境中呼吸。达尔文的“进化论”是“无目的”的“进化论”。“自然选择”作用于随机的变异上,通过后代中的更适应环境的、具有更大繁殖后代能力的“变种”而不断改变这一群体。
   达尔文的“自然选择”是相对于“人工选择”來說的。《物种起源》的第一章《家养状况下的变异》,談的就是“人工选择”。在“人工选择”中,“动物驯化者”的“目的”或“驯化目标”,相当于自然界中的“环境变化”。达尔文是有意把自然界中的生物演变过程与“人工选择”作类比的。然而,兩者至少有三点不同:
   第一,在“人工选择”中,“动物驯化者”的“目的”或“驯化目标”在“驯化”开始前就确定了,而“自然选择”并没有目的。
   第二,“人工选择”的成效 ,在若干年中或“动物驯化者”的一生中就可以看到,而“自然选择”要经历漫长的时间才能看到。
   第三,达尔文說,“在积累连续的微小变异方面,人类通过选择的力量是何等之大”, 但“人工选择”只能作用于外在的和可见的性状,而“自然选择”不同,“自然能对各种内部器官、各种微细的体质差异以及生命的整个机构发生作用。”
   
   
   
   (图11•1•2)达尔文(1809-1882)
   
   达尔文写下这些話一百五十年後的今天,情况发生了根本的变化。“自然选择”和“人工选择”的三項不同都消失了。今天,“人工选择”已不限于“家养状况下的变异”,而能有目的地通过“重组DNA技术”和“基因工程技术”做“自然选择”所做的事, “人工选择”也“能对各种内部器官、各种微细的体质差异以及生命的整个机构发生作用。”
   拉马克的学说和达尔文的学说都是建立在“适应”概念上的,对拉马克和达尔文來說,生物都是通过进化,改变生物自身的形态、特性和生活方式,更好地适应环境条件的改变。在今天,当人类有能力做“自然选择”的事的时候,应当重新看待拉马克和达尔文的学说了。
   

§11•2 “广义物种”的“基因型”和“表现型”


   在生物學中,物種就是生物的「種」(species)。從遺傳學觀點看,物種是具有相同基因庫、與其他生物類群有「生殖隔離」的群體。從生態學角度看,物種是生態系統中佔據不同「生態位」的功能單位。从生物分類學看,“物种”是因生物的“多样性”和對生物的分类形成的概念,生物分類學依據生物的「表型特徵」來識別和區分不同的「種」。
   一般來說,凡是有“多样性”的地方,为了进行研究,都需要进行分类。“物种”是生物学概念,“广义物种”是一般“分类学”的概念。当人们根据“个体”的“外部特征”來分类時,在不能完全顾及这些“个体”的“内部组成”或“内部结构”的情況下,这就产生了“表现型”和“基因型”的区别。
   在原子层次,不同元素的原子,可以视为不同“种”的原子。例如,任何兩个氢原子,都是同“种”的,但氫原子和氧原子则是不同“种”的。不同化学结构的分子,可以视为不同“种”的分子。任何葡萄糖分子,不论是哪一个地方產生的,都是同一“种”分子。而葡萄糖分子与食盐分子则是异“种”分子。现在已知的化合物分子就有数百万种。象生物分类一样,化合物分子“种”上面还有若干更大的“分类单元”,如氧化物、氢化物、硫化物、卤化物;酸、碱、盐;有机化合物、无机化合物等等。不同人造物品、不同人类社团,也可以分类,称为不同“种”的物品、不同“种”的社团。当人类制造出大量的、形形色色的“人造生命体”後,也面临一个“分类”问题。人對周圍世界事物的分類是一個動態過程,隨著認識的深化,對某一類對象,分類方法和分類本身都會發生改變。
    “广义物种”,不仅指“生物物种”的“种”,而且指一切有生命和无生命的、具有个体特征的不同“存在物”的“种”,包括“自然的生物物种”、“人造的生物物种”的“种”。從基本粒子、原子、分子、生物、形形色色的人造物品、宇宙空间中的星球、星系,凡是“个体化”了的存在物,從“分类学”的观点看,凡是“外部特征”相同而未察覺出“內部結構”不同的“个体”属于“广义物种”的一个“种”(注)。
   (注)由于“個體”類型千差萬別,這里,對“广义物种”的“种”的概念,采取了一種“粗粒化定義”(coarse-grained definition)方式。在生物學中,同一物種的生物的相對獨立部分(如植物的種子、金魚的色彩、鳥類的羽毛),如果“外部特征”不同,就會劃分為不同的“種”。所以,“广义物种”的“种”的概念,不能與生物學的“種”的概念相混淆,在許多情況下,只是為“粗粒化”區分不同“個體”而引入的概念。
   ------------------------------------------ 在空间的不同层次,“广义物种”的“种”与“种”之间的“界限”是不同的。在“原子层次”,相同元素的原子可以认为是同一“种”的原子。氢有三种同位素:普通的氢(H)、重氢(D,即氘)、氚(T),它们可以视为 “广义物种” 同一“种”的原子。氧也有三种同位素。由三种氢的同位素和三种氧的同位素可以形成18种不同的水(H2 O)分子。同样一杯水,当由不同比例的18种水分子组成时,在大多数情况下,这一杯杯水的“外观”是一样的,但内部“结构”不同。用生物学中的“表现型”和“基因型”概念來說,这一杯杯水有不同的“基因型”,但“表现型”相同。这里所谓“表现型”,是指一杯水表现出来的“外部特征”, “基因型”是指這杯水中18种水(H2 O)分子的不同比例。血红蛋白分子比水分子复杂得多,一个血红蛋白分子中有2954个碳原子、4516个氢原子、780个氮原子、806个氧原子、
   
   
   
   ( 图11•2•1 ) 血红蛋白及其分子结构
   
   12个硫原子和4个铁原子。碳、氢、氧、氮、硫、铁各有2至4种同位素。这些不同元素的原子的同位素的不同组合,可以形成数以億億億计的不同血红蛋白分子。在“分子”层次,存在着“表现型”和“基因型”的区别。由同“种”分子组成的物质的颜色、硬度、熔点、导电性等等都是這种物质的“外部特征”,这些“外部特征”的不同是“表现型”的不同。自然界中存在的晶体种类繁多,晶体同样有“外部特征”和“内部组成、结构”的相同、不同问题,这也表现为“表现型”和“基因型”的区别。环境对晶体的生长会发生影响,不同环境使不同晶体的“外部特征”发生各种各样独特的变化。
   “到“生物”这一层次,“表现型”和“基因型”的区别就更加明显了。由于从不同角度、不同侧面看同一种生物,会有不同的外部特征,所以,在生物分类问题上,按照“表型特征”的物种分类,往往会发生歧见。从“广义物种”的高度來看生物的“物种起源”,看不同“物种”之间的界限,可以看到,“表现型”和“基因型”不过是从“生物外部表型特征”和从“内部特定分子结构”來對生物进行分类的兩种不同做法。
    我們知道,DNA分子是生物體細胞內的主要遺傳物質。RNA分子也是遺傳物質。DNA和RNA分子都以核苷酸為基本單位,通過化學鍵連接成鏈狀多聚體。核苷酸由碱基、戊糖、磷酸構成。戊糖有兩類----核糖和脫氧核糖。DNA就是脫氧核糖核酸,RNA是核糖核酸。碱基分兩類:嘌呤碱和嘧啶碱(注),進一步又可細分為五種——腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、尿嘧啶(U)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)。RNA中的碱基是A、G、U、C,DNA中的碱基是A、G、T、C。1953年,沃森(J•D•Watson)和克里克(F•H•C•Crick)提出了DNA分子“雙螺旋(double helix)結構”模型,在DNA分子的兩條鏈上,碱基按照一定規律(A只與T配對、G只與C配對)兩兩配對,生物的遺傳信息通過A、G、T、C不同排列順序存儲在DNA分子中。當雙螺旋的兩條鏈解開時,由于碱基兩兩配對,每一條鏈就可以產生出相應的另一條新鏈。這樣,原來的一個雙螺旋就形成了兩個雙螺旋,這就是DNA分子的自我復制。

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