关于进化的思考
沙辉
作为一名生物老师,对于自己从哪里来这个问题,除了与生俱来的好奇心,还有授业解惑的使命感与紧迫感。以往只能模糊的解释这个问题,但是个中原理仍然不太清楚。于是乘着线上教学的空隙把书架上的《进化生物学》囫囵吞枣地读了一遍。
预想中的《进化生物学》应该告诉我第一个细胞是如何起源的,原核生物如何完善自身的结构成为真核细胞,真核细胞又是如何分化为多细胞的动物、植物、真菌,动物分为哪些门类,它们的器官、系统、发育如何进化,以及人类的起源。读完之后,我发现书中能够比较完美解答的是细胞的起源、真核细胞的产生与人类的起源,其他方面更多涉及进化背后的数学原理。也许用一个词——生物概率学形容比较合适,这是我的自创,不知是否有这个专有名词。
第一个细胞起源之前,生命的形成处于化学进化阶段,在原始的海洋中,通过高温、放电、甚至陨石带来的有机物不断富集,在某些特殊环境下,富含氨基酸和核苷酸溶液中诞生了原始的蛋白质和核酸,两者在机缘巧合之下形成了复制自我的能力,直到最后形成了磷脂的边界,第一个细胞生命就诞生了。当然,这是科学家的猜想,是符合我们认知的最科学形式,38亿年前的历史无法重现,甚至难以想象。但无论怎么说生命的诞生都是一个数学概率上的奇迹,假如没有所谓的上帝的话。
细胞生命产生之后,生物便进入了达尔文进化阶段,适者生存,优胜劣汰。通过变异与遗传,有着更加复杂结构、更完善功能的细胞在竞争中逐渐占据优势,并且不断延续这个过程。于是光合细菌诞生了,好氧细菌诞生了,真核细胞诞生了,最后多细胞的团结协作更有效率与体型上的优势。万千世界,由此变得姹紫嫣红。这些进化过程有许多化石上的、分子上的、发育上的证据,已经是毋庸置疑的事实,只是在细节上有些分歧。
那么,书中浩荡篇幅解释的进化之后的数学原理是什么呢?我并没有认真思考与验证书中的每个概率公式,也没有兴趣与能力在这里一一解释。这里我仅描述几个印象深刻的事例。第一,优胜劣汰指的是有利变异会使个体有更加大的概率获得生存与繁殖的机会,但如同掷筛子一样,结果大于2的几率是小于等于2的概率的2倍,但是结果仍然可能是小于等于2。优胜劣汰并不总是出现,尤其是种群数量比较少的时候。其次,并不是所有的突变都是有利或者有害的,由于遗传原理与基因结构的关系,大部分变异并不会显著影响后代的生存能力。但是这些变异可能在未来叠加了新的一次突变之后,带来巨大的影响,扩大子孙后代的适应力。还有一个关于同种动物之间争夺食物、领地、配偶等资源故事令我印象深刻,他们的争斗很多时候都是以恐吓的形式威胁对方,使对方知难而退,甚至以某种特定的行为,比如舞蹈、鸣叫等等。如果动物之间简单依靠打架的形式决出胜负,那么对于失败者和胜利者都会造成身体上的巨大创伤,哪怕赢得这次战斗,也会被后来者占便宜,甚至丧失种群与物种的竞争力。
书中对于这些现象的解释,很多都是以数学计算的形式来展开,由此我将其称为生物概率学。人类作为真核生物域-动物界-脊索动物门-脊椎动物亚门-哺乳纲-灵长目-人科-人属-智人种这一生物分类,在肉体上经过38亿年的不断进化,基本上已经达到了生命可以达到的完美形式。现在的人类由于文明的出现,已经大大拜托了肉体上的优胜劣汰,如何能够在文明上取胜,实现不同国家,不同民族的进化,才是目前最大的难题。文明的进化,相对于生物肉体的进化速度何止加快了千百倍,但生命的进化也可以为我们带来一些启示。比如,有些变异未必有利,但是它可能是新的有利变异的基础,我们的社会也应该拥有合理的包容性,这样我们国家民族或许会蕴含更大的潜力。
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