今天,我們?nèi)祟惖目萍歼_(dá)到了前所未有的高度,航天器扶搖而上,深潛倉(cāng)魚(yú)游海底。但除了向外部拓展認(rèn)知的疆域,人類也在不斷地向內(nèi)拷問(wèn)自己:我從哪里來(lái)?我們?nèi)祟惡偷厍蛏系钠渌我砸黄鹱叩搅私裉炷兀?/span>
作者 | 林梅
在我們短暫的一生中,幾乎看不到物種發(fā)生變化。所以,人類一度以為生物的性狀是靜止的。然而,從地球上出現(xiàn)第一個(gè)單細(xì)胞之前,生命就開(kāi)始了復(fù)雜漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程。地球生命的進(jìn)化之流時(shí)而壯麗恢弘,時(shí)而寧?kù)o悠揚(yáng),它的起源、輻射、滅絕和復(fù)蘇如同一部交響樂(lè)的不同樂(lè)章,而樂(lè)章的舞臺(tái),就是我們賴以生存的藍(lán)色星球。
進(jìn)化論的先行者——拉馬克
拉馬克(Jean Baptiste Lemarck,1744-1829)早在1809年就在《動(dòng)物學(xué)哲學(xué)》里系統(tǒng)地闡述了他的進(jìn)化學(xué)說(shuō)。他相信物種是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜進(jìn)化的,書(shū)中提出了兩個(gè)法則:一個(gè)是用進(jìn)廢退,一個(gè)是獲得性遺傳。這是什么意思呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),環(huán)境的改變會(huì)引起動(dòng)物習(xí)性的改變,習(xí)性的改變會(huì)使某些器官經(jīng)常使用而得到發(fā)展,另一些器官不經(jīng)常使用而退化,在環(huán)境影響下所發(fā)生的定向變異,即后天獲得的性狀是能夠遺傳的。
拉馬克(圖片來(lái)源:wiki)
比如,拉馬克認(rèn)為,長(zhǎng)頸鹿的祖先原本脖頸很短,但是為了吃到樹(shù)枝高處的葉子,不斷的伸長(zhǎng)脖子去夠,而這樣的特征通過(guò)遺傳,才形成了今天長(zhǎng)頸鹿的長(zhǎng)頸。
其實(shí),拉馬克最大的貢獻(xiàn)在于他是演化論的支持者,但是拉馬克的觀點(diǎn)與當(dāng)時(shí)占統(tǒng)治地位的物種不變論產(chǎn)生了很大的沖突,導(dǎo)致他一生遭受了很多的打擊和不幸。
科學(xué)在等待一個(gè)機(jī)會(huì),為拉馬克平反。
自然選擇的奠基人——達(dá)爾文
年少時(shí)期的達(dá)爾文一直對(duì)學(xué)校的神創(chuàng)論那一套表示厭煩,對(duì)自然界的神秘充滿了好奇。1859年,他經(jīng)過(guò)20多年研究,出版了《物種起源》。在這部書(shū)里,達(dá)爾文通過(guò)大量的證據(jù)旗幟鮮明地證明了“進(jìn)化論”的思想,將全新的科學(xué)的生物進(jìn)化思想展現(xiàn)于世人,推翻了“神創(chuàng)論”和物種不變的理論。
按說(shuō),這下拉馬克該平反了吧?不,他還是不幸淪為了壞科學(xué)的代表。因?yàn)?,雖然都支持演化論,但是他與達(dá)爾文的核心思想有著本質(zhì)的區(qū)別。
達(dá)爾文的進(jìn)化論中,核心思想是“自然選擇”。在一兩百年前的當(dāng)時(shí),孟德?tīng)柪舷壬耐愣箤?shí)驗(yàn)還沒(méi)整出結(jié)果,沃森和克里克的父輩都還沒(méi)出生,人們對(duì)遺傳的分子學(xué)機(jī)制完全不清楚。但是,達(dá)爾文在長(zhǎng)期的觀察中形成了自己的關(guān)于進(jìn)化內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力的解釋。他認(rèn)為,拉馬克那種“長(zhǎng)頸鹿‘為了’吃到更高的樹(shù)葉努力伸長(zhǎng)脖子,所以一代代傳下去,有了長(zhǎng)脖子”的所謂內(nèi)力,并不靠譜,真正的原因是,一個(gè)物種群體里,個(gè)體之間會(huì)有微小差異,有利的特性,會(huì)使個(gè)體更好的生存和繁殖,提高了這些個(gè)體適應(yīng)環(huán)境的能力,進(jìn)而更有可能尋找到配偶產(chǎn)生后代,而這樣的特征有可能遺傳給后代;而不適應(yīng)環(huán)境的特性,則會(huì)對(duì)個(gè)體的生存繁衍產(chǎn)生不利影響,從而減少了他們后代的數(shù)量,這樣的特征有可能較少的出現(xiàn)在后代中。久而久之,遺傳變異 自然選擇,形成了進(jìn)化的內(nèi)動(dòng)力。
達(dá)爾文的學(xué)說(shuō)之所以被世人廣泛接受,是因?yàn)樗岢隽舜罅康目尚抛C據(jù)。
比如,對(duì)于古生物研究來(lái)說(shuō),最直接的證據(jù)是化石?;潜4嬖趲r層中不同地質(zhì)歷史時(shí)期的生物遺體、遺物或遺跡?;巧镅莼瘹v史的明證,起初,達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)了各種已經(jīng)滅絕動(dòng)物的化石,還有其他一些很難鑒別的不知道是什么生物的化石。達(dá)爾文堅(jiān)信,如果能找到種群發(fā)展過(guò)程的過(guò)渡類型化石,就是生物演化過(guò)程的鐵證,可以告慰達(dá)爾文的是,過(guò)去的一百多年間,有相當(dāng)多的過(guò)渡類型化石被找到,比如最著名的始祖鳥(niǎo)化石以及最近二十年發(fā)現(xiàn)的許多身披羽毛的恐龍,它們既有恐龍的特征,又有鳥(niǎo)類的特征,我們可以推斷,鳥(niǎo)類是由恐龍進(jìn)化而來(lái)。
此外,還有一些比較胚胎學(xué)、解剖學(xué)、地質(zhì)、地理等方面的證據(jù)。比如,人們發(fā)現(xiàn),不同種類的動(dòng)物胚胎在初期十分相似,這表明這些這些動(dòng)物來(lái)源于同一祖先。
脊椎動(dòng)物與人的胚胎發(fā)育過(guò)程比較(圖片來(lái)源:《生命樂(lè)章——生物進(jìn)化》,山東科學(xué)技術(shù)出版社)
孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)和綜合進(jìn)化論
在達(dá)爾文發(fā)表物種起源的幾乎同一時(shí)代,奧地利植物學(xué)家格雷戈?duì)枴っ系聽(tīng)柋銓?duì)豌豆的雜交試驗(yàn)結(jié)果寫成了論文,并在達(dá)爾文去世后,引起了世人的重視。這些遺傳規(guī)律在高中生物中就是大家所熟悉的顯性和隱形遺傳因子那一套,根據(jù)這套理論,人們可以預(yù)測(cè)何種性狀在何種條件下會(huì)以何種概率出現(xiàn)。同時(shí),這套理論也提到了“突變”的概念,也就是說(shuō),進(jìn)化有可能是跳躍性的。
孟德?tīng)柾愣闺s交實(shí)驗(yàn)中所用的七對(duì)相對(duì)性狀(圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò))
上世紀(jì)二十年代到四十年代,進(jìn)化論的研究達(dá)到了一個(gè)前所未有的新高度,很多科學(xué)家都用自己擅長(zhǎng)的方式完善著進(jìn)化論,孟德?tīng)柕耐蛔冋摵瓦_(dá)爾文的漸進(jìn)演化論達(dá)到了前所未有的統(tǒng)一。
比如,上世紀(jì)二十年代,英國(guó)數(shù)學(xué)家兼生物學(xué)家羅納德·費(fèi)希爾、英國(guó)遺傳學(xué)家約翰·霍爾丹和美國(guó)生物學(xué)家休厄爾·賴特,用精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述遺傳因子在物種演化中的作用;三十年代,美籍俄裔遺傳學(xué)家西奧多修斯·杜布贊斯基、美籍德裔動(dòng)物學(xué)家恩斯特·邁爾和美國(guó)古生物學(xué)家喬治·辛普森,也都從各個(gè)角度對(duì)達(dá)爾文的進(jìn)化論做了論證和補(bǔ)充,孟德?tīng)柡瓦_(dá)爾文的理論自此達(dá)到空前統(tǒng)一。
1942年,《Evolution: The Modern Synthesis》一書(shū)出版,綜合進(jìn)化論得以完整闡述,值得一提的是,這本書(shū)的作者英國(guó)生物學(xué)家朱利安·赫胥黎是托馬斯·赫胥黎的孫子,而托馬斯·赫胥黎就是當(dāng)年達(dá)爾文進(jìn)化論的堅(jiān)定支持者、《進(jìn)化論與倫理學(xué)》(其中一部分被翻譯成中文,即著名的《天演論》)的作者。當(dāng)年,赫胥黎因?yàn)橹С诌M(jìn)化論而飽受神創(chuàng)論者詰難,現(xiàn)在,世人終于明白,進(jìn)化本身沒(méi)有任何超自然的神力主宰,一切都可以用科學(xué)解釋。
這場(chǎng)爭(zhēng)論的結(jié)束,讓小墨想到愛(ài)因斯坦一句話:“自然界最不可理解的是,它居然是可以理解的。”
表觀遺傳學(xué)能否為拉馬克平反?
故事遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束,人們還是想知道,生命區(qū)別于非生命的本質(zhì)是什么?那些所謂遺傳因子微觀載體到底是什么呢?
上世紀(jì)五十年代,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)為人類打開(kāi)了分子生物學(xué)的大門,它的發(fā)現(xiàn)者不僅獲得了諾貝爾獎(jiǎng),更將永載于人類史冊(cè),因?yàn)镈NA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn),科學(xué)上無(wú)論如何高估其意義都不為過(guò)。不說(shuō)現(xiàn)在我們所有與生物有關(guān)的科學(xué)和技術(shù)都以此為基礎(chǔ),即便在當(dāng)時(shí),人們知道了DNA是控制遺傳性狀的基本單位,而DNA的突變是群體內(nèi)變異的基礎(chǔ),正是DNA的多樣性,決定了物種的豐富性。同時(shí),雙螺旋遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn),也進(jìn)一步證明了,地球上的生命有一個(gè)共同的起源。
話說(shuō)到這里,你以為可憐的拉馬克就要徹底被掃入故紙堆了嗎?錯(cuò)了,他可能在等待一個(gè)新的時(shí)機(jī)重生。這個(gè)時(shí)機(jī)或許就是,表觀遺傳學(xué)。
在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)的同一年,愛(ài)丁堡大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家康拉德·沃丁頓發(fā)現(xiàn),處于胚胎發(fā)育階段的果蠅在受到一些外部環(huán)境影響的情況下會(huì)發(fā)育出不同的翅膀結(jié)構(gòu),并且這種性狀改變會(huì)遺傳給此后所有的后代,然而后代的基因型卻沒(méi)有發(fā)生改變。為此,沃丁頓創(chuàng)造了“表觀遺傳學(xué)”(Epigenetics)一詞,用來(lái)描述經(jīng)典遺傳學(xué)所不能解釋的現(xiàn)象。雖然當(dāng)時(shí)人們并不明白隱藏在這種現(xiàn)象背后的分子機(jī)制,但還是能看出,這似乎就是拉馬克學(xué)說(shuō)里所謂的“獲得性遺傳”。
如今,表觀遺傳學(xué)的精確定義是:在不改變DNA序列的前提下,能夠調(diào)節(jié)DNA功能、決定基因表達(dá)或關(guān)閉的,可遺傳的分子生物學(xué)因素。也就是說(shuō),表觀遺傳學(xué)研究的是由DNA序列改變之外的因素引起的可遺傳的變化,顯然,拉馬克的遺傳學(xué)說(shuō)很可能都屬于表觀遺傳。
近十幾年來(lái),大量的研究證實(shí)了表觀遺傳學(xué)的存在。比如,小鼠對(duì)于電擊的恐懼會(huì)遺傳到它的孫輩。
將秀麗線蟲(chóng)(C. elegans)做模式生物,研究由環(huán)境變化(饑餓)引起的Transgenerational Inheritance的機(jī)理,結(jié)果顯示,給予饑餓刺激的線蟲(chóng),給予饑餓喂養(yǎng)的線蟲(chóng)的第三代表現(xiàn)出了較飽足喂養(yǎng)線充第三代明顯長(zhǎng)壽(圖片來(lái)源:CELL)
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