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《地球上最伟大的表演》书摘


地球上最伟大的表演 /(英)道金斯著;李虎,徐双悦译. — 北京:中信出版社,2013.3
ISBN 978–7–5086–3798–3


第一章 只是一个理论?

  “实际观察或可信的证词”会犯可怕的错误,并会在法庭上被高估。心理学实验已经提供给我们一些惊人的示范,这应该引起所有倾向于优先考虑“目击”证据的法官的担忧。
  心理学家丹尼尔·J·西蒙斯教授做过一个著名试验。在时长 25 秒的影片里,站成一圈的 6 个年轻人彼此传递两个篮球。观众作为实验对象观看影片。在传球、拍球的时候,球员们在圈里进进出出并改变位置,因此现场相当复杂。看电影前,观众被告知要数出篮球从一个人传到另一个人的总次数。测试结束后,把结果写下来。但这是声东击西,并不是真正的考验!
  收集计数结果后,实验者扔下重磅炸弹——你们中有多少人看到了大猩猩?大部分观众顿时莫名其妙,脸上一片迷茫。然后,实验者重新播放了影片,但这一次则告诉观众——他们不需要数出任何数字,只须轻松观看。令人惊讶的是,影片里有整整 9 秒的时间,一个穿着大猩猩套装的人,漫不经心地逛到球员围成的圆圈中心,停下来面对镜头,捶击胸口,似乎在挑衅地轻蔑那些目击证据。然后他与先前一样,若无其事地慢步走开。大猩猩出现在人们视野中整整 9 秒——超过影片时长的 1/3!然而大多数观众表示“完全没有见到”。他们会在法庭上发誓,说没有出现一个穿着大猩猩套装的人。他们会发誓,在全部的 25 秒钟内,他们已经以超乎平常的敏锐注意力进行观察(因为他们在数篮球传递的次数)。人们沿着这种思路,实施了许多实验,得出的结果与此相似。当观众最后面对真相时,其目瞪口呆的怀疑反应,在各个实验中也相似。
  目击证据、“真实的观察”、“经验数据”——所有都是完全不可靠的。当然,正是观察者的这种不可靠,舞台上的魔术师才能充分利用他们刻意的“分散注意力的技术”,来表演魔术。
  事实上,严谨的推理可以比实际观察更可靠,但是直觉强烈反对这一点。当我被告知自己未能看到西蒙斯的大猩猩时,我自己是大吃了一惊,并坦言不敢相信它真的曾在那里出现过。在第二次观看影片后,正所谓吃一堑长一智,我应该再也不会被诱惑而无意识地作出有偏见的目击证词,认为它强过间接的科学推理。在所有的陪审团成员退庭考虑判决之前,都应该看看这部大猩猩影片,或其他类似的演示。所有的法官也应该看。
  诚然,我们的推断一定要最终依靠感觉器官的观测。例如,我们要用眼睛去观察 DNA 测序机或大型强子对撞机的打印输出结果。但是,同我们的直觉相反的是:对某一可疑事件(如谋杀)的直接观察的可靠程度,不一定高于(符合证据推理链的)某一项间接观察(如一道血痕里的 DNA)的可靠程度。搞错嫌犯身份更可能是由于直接目击证词的错误,而非来源于 DNA 证据的间接推断。此外,顺便说一下,由于来自 DNA 的新证据的出现,有大量曾因目击证词被错判有罪的人,得以无罪释放。仅在得克萨斯州,自从 DNA 证据可以作为呈堂证供之后,就有 35 个被控有罪的人被证明无罪。而这仅仅是那些仍然活着的人。鉴于得克萨斯州政府偏爱执行死刑[乔治·W·布什在担任州长的 6 年内,平均每两周就签署一次死刑批准令]。

第二章 狗、牛和白菜

  所有品种的狗,都是经过改变的狼。

  动物一般异速生长,即不同部位以不同的速度增长。不同品种的狗,通过改变身体各部分之间的异速生长关系的基因而长成各自不同的形状。例如,牛头犬从鼻骨增长放缓的遗传基因倾向中形成了它们的“丘吉尔怒容”。这对周围骨骼的相对增长速度有连锁效应,甚至也影响到周围所有的组织。连锁效应之一就是它的腭被拉入一个不合适的位置,所以牛头犬牙齿突出并有流口水的倾向。牛头犬还有呼吸困难的问题,狮子犬也深受同样的困扰。牛头犬甚至因为头大得不成比例,导致分娩都很困难。你今天看到的牛头犬,大多数都是通过剖宫产出生的。

  比利时蓝牛这种“会走的牛肉工厂”是通过改变“双肌”这种基因而人工养成的。有一种叫“肌肉生长抑制素”的物质,能限制肌肉生长。如果产生肌肉生长抑制素的基因失效,那么肌肉就会生长得比平时更大块儿。

第三章 报春花的宏进化之路

  野玫瑰是讨人喜爱的小花,很漂亮,但是并不值得被浓墨重彩地描述为“安宁”(Peace)、“窈窕淑女”(Lovely Lady)或“奥菲莉娅”(Ophelia)等。野玫瑰有一股明显的清淡芳香,但不像“纪念日”(Memorial Day)、“伊丽莎白·哈克尼斯”(Elizabeth Harkness)或“香云”(Fragrant Cloud)那样香气袭人。人类靠眼睛和鼻子培育野玫瑰,增大它们、塑造它们,增添花瓣、增加花色、改善花朵、提高天然香味到令人极端兴奋的程度、调整花的生长习性,最后让它们复杂的杂交,在几十年的娴熟选育之后,玫瑰有了数百个珍贵品种,每一种都有一个属于自己的、动听的或有纪念意义的名字。有谁会不喜欢以自己的名字命名一种玫瑰呢?

  有性繁殖的本质,就是不能自受精。花粉必须通过某种方式,从一棵植株传到另一棵上。雌雄同体的植物(一朵花同时有雄性和雌性器官)常常煞费苦心地长到某种长度,来阻止本花的雄性器官令本花的雌性器官受精。
  异花受精是前提,那同种的诸花如何跨越隔离彼此的鸿沟传播花粉?风媒传粉,花粉是一种细小、轻微的粉末。如果在一个有风的天气,释放足够多的花粉,或许会有一两个花粉颗粒有幸落在适宜物种的花的恰当部位。但风媒传粉是一种浪费,需要生产大量过剩的花粉,绝大多数的花粉颗粒落在了无用的地方,而且所有的能量和昂贵的“原料”,就这样被浪费掉了。花粉的“寻偶”,有更直接的方法。
  动物授粉,动物的神经系统能指引它们朝向特定的目标,寻求合适的形状和颜色。所以,如果植物有办法说服一只动物使自己蒙受花粉,然后去向另一植株就好了……
  花蜜是糖浆,植物生产花蜜,其唯一的目的就是为蜜蜂、蝴蝶、蜂鸟、蝙蝠等受雇动物“付费和加油”。花蜜的生产成本很高,它汇聚了部分由叶子收集来的太阳能。从蜜蜂和蜂鸟的角度来看,花蜜是高能航空燃料。凝结在花蜜的糖分中的能量,本可以被用于植物经济的其他地方,或用于生根,或填充地下存储仓库(块茎、鳞茎、球茎),或甚至用来向四面八方传播大量花粉。显然,对于大多数的植物物种,它们的“权衡取舍”是:支付使用鸟虫翅膀的费用,以及为它们的飞翔肌“供油”。然而,这并不是一个压倒性的优势,有些植物利用风媒传粉,大概是因为它们经济状况上的情况,导致了另一种平衡。植物有一个“能源经济体系”,和任何经济体一样,在不同的情况下进行权衡取舍。顺便提一下,这是进化中的重要一课。不同的物种采用不同的做事方式,而我们往往不能理解其中的差别——除非我们调查了该物种的整个经济状况。

  昆虫的彩色视觉很好,但它们的视觉光谱偏离红光,而偏向紫外光。它们能看见黄色、绿色、蓝色和紫色,也可以很好地看到紫外光范围内的颜色,但看不见红色——这是光谱尽头端。红色管状花极有可能是靠鸟类授粉——鸟类可以很好地看到光谱的红端;我们看起来平常的花,可能已为了昆虫的利益,用斑点或条纹奢华地装饰过了,我们看不到纹饰,是因为我们看不到紫外光。许多鲜花染有人眼所看不见的紫外色素,以此标示小跑道,引导蜜蜂着陆。
  月见草(Oenothera)是黄色的。但是通过紫外线滤器拍摄的照片,显示了对蜜蜂有利的格局模式,这是我们正常视力无法看到的。没有人知道蜜蜂看到的颜色是怎样的(我甚至不知道你看到的红色是怎样的——这是一个古老的哲学话题)。

  蜂鸟、鹰蛾、蝴蝶、食蚜蝇、蜜蜂的眼睛,都用挑剔、批判的眼光,看着这些野花,一代代地给花儿塑型、着色、增大、添花样和点彩,人类的眼睛也用同样的方式对待狗、牛、白菜和玉米。

  从飞蛾的角度来看,可靠地提供花蜜的花,就像温顺、多产的摇钱树。从花的角度来看,飞蛾把花粉可靠地传给同种的其他花,就像合算的“快递服务”。每一方都在驯养着另一方,选择性地繁殖对方,以使它们比先前更好地工作。

  蜜蜂和蝴蝶喜欢的香味恰巧合我们的意,这是一个幸运的巧合。一些花,像直立延龄草(Trillium erectum)或巨花魔芋(Amorphophallus titanum)利用肉蝇或腐尸甲虫来授粉,闻起来让人恶心,它们酷似腐肉的味道。

  昆虫“培育”花不是因为它们欣赏美。反过来呢,花被昆虫认为有吸引力,这让花从中受益。昆虫,通过选择光顾最有吸引力的花,无意中“培育”了花的美丽、高产量的花蜜。同时,花则培育了昆虫授粉的能力。但“限量分配花蜜”则是花的利益所在——饱餐后的昆虫,就没有动机再继续寻求第二朵花了。从花的角度来看,必须在提供“过多花蜜”(无须再光顾第二朵花)和“过少花蜜”(没有动力去光顾第一朵花)之间,维持一个微妙的平衡。

  金丝雀以鸣声著称,这也已经被育种者调整并丰富了。人们培育了各种鸟类歌手,包括德国萝娜金丝雀(Rollers),它已经被培育成闭着嘴歌唱的鸟;比利时唱鸟水音芙蓉(Waterslagers),它的声音听起来像水在冒泡;西班牙唱鸟汀钹拉多(Timbrados),它发出一种金属般的清脆声音,混杂着像响板一样的鸣声,与其西班牙起源相称。家养培育出的鸟,比野生的祖先型的歌声更悠长、更洪亮、更频繁。但是,所有这些非常珍贵的歌声,都是由存在于野生金丝雀身上的元素组成的,就像不同品种的狗的习性和技巧,它们起源的元素见于狼的行为和技能之中。例如,牧羊犬放牧的方式就来源于狼偷偷接近兽群并杀死位于队伍末尾的猎物。

  金丝雀和巴巴里鸽(Barbary doves)这两个物种,雄性发出的声音,会引起雌性的卵巢肿胀,并分泌激素,使它们进入生育状态,作好更充分的交配准备(甚至播放磁带录音也会有此效果)。可以说,雄金丝雀通过唱歌给雌性听,来操纵它们,这就像是给雌性注射了激素。也可以说,雌性选择性地培育雄性,使它们更加擅长唱歌。

  每件东西都有代价。龋齿明显缩短了老鼠的寿命,应不惜一切代价避免龋齿。但提高抗龋齿性的代价很昂贵。提高抗龋齿性要靠牙齿壁的增厚,而这需要额外的钙。钙(或任何限制性资源)不是凭空而来的。它必须通过食物进入体内。而且除了牙齿,它对身体其他方面也有潜在用处。身体有一种我们可以称之为“钙经济”的体系。骨骼中需要钙,奶中也需要钙。当其他因素都一样时,拥有好牙的老鼠,其长寿的可能性高于拥有烂牙的老鼠。但其他因素往往是不同的,因为构成好牙的钙来自身体的其他部分,比如说骨骼。一只竞争对手老鼠,其基因没有驱使它从骨骼中吸收钙,因此它会有更好的骨骼,就可能寿命更长(虽然牙不好)。或者,竞争对手老鼠可能因为母乳中含有更丰富的钙,能更好地养育后代。出于“经济原因”,老鼠的牙齿不能好得超过一定程度。因为某一部分的完美,必然要以牺牲另一部分的方式而获得。
  这个准则适用于所有生物。我们期待身体机能优良,以利于生存,但这并不意味着身体的每个部分都要完美。如果羚羊的腿更长一点,它可能会跑得更快,更有可能逃脱豹的捕食。但有竞争优势的长腿羚羊,尽管可能可以更好地躲避捕食者,但必须在其“身体经济”的其他部分为长腿付费:更长的腿的额外骨骼和肌肉所需的材料,必须从别的地方获取,因此长腿的羚羊可能更易死于被捕食以外的原因。或者其更长的腿更有可能死于被捕食——尽管它跑得更快,但也更有可能骨折,这时就无法逃跑了。身体是由许多“妥协”构成的。

  家养下很多威胁野生动物生命的危险被人为避免了。纯种奶牛可以产大量牛奶,但其下垂的笨重乳房会严重阻碍它逃脱狮子的追捕。人工选择已把它们推入了一个自然选择不能容忍的地步。

  回归野性的狗似乎变成无处不在的“流浪狗”——它们在整个第三世界的人类居住区游荡着。

  野狼在村边的垃圾堆中觅食。大多数害怕人类投掷石块和长矛,因而保持一个很长的安全距离。只要有一个人类出现在安全距离内,它们就全速冲进森林里的安全地带。但也有少数个体,由于遗传基因的偶然性,碰巧有一个稍短于平均值的安全距离。它们愿意承担轻微的风险,这让它们获得了比它们更厌恶风险的竞争对手更多的食物;它们是勇敢的,但并不鲁莽。随着一代一代的发展,自然选择偏袒一个越来越短的安全距离,直到到达狼真正受人类扔石块的威胁的那个点上。因为新的可用的食物来源,最佳的安全距离已经变动。
  类似安全距离缩短的这类进化,是狗驯化的第一步;这一步的实现,靠的是自然选择,而不是人工选择。缩短安全距离,是种“驯服性增加”的行为。人类没有刻意选择最温顺的个体来培育。在早期阶段,人类和这些早期的狗之间仅有的相互作用是敌对的。如果狼被驯化了,它也是自我驯化,而不是被人类刻意驯化的。刻意驯化是后来出现的。

  野生狐狸处理起来很棘手,别里亚耶夫开始刻意去培育温顺的狐狸。方法是利用自然变异(当时尚无基因工程)选择那些最接近完美的雄性和雌性狐狸来繁衍。在选择温顺性的时候,别里亚耶夫选择培育那些最吸引他的雄狐和雌狐,或那些带着最可爱的表情看他的狐狸——这些表明了其未来世代可能会有我们想要的驯服性。然而,比这个方法更系统的,是他运用了非常接近“安全距离”的方法——但只适用于幼崽。别里亚耶夫让狐狸幼崽接受标准测试,实验员用手给幼崽喂食,并尝试着轻抚或触摸它。幼崽被分为三类。III 类幼崽是那些逃离人类或会咬人的幼崽。II 类幼崽会允许自己被触摸,但对实验员没有表现出积极反应。I 类幼崽,是所有幼崽中最温顺的,它们积极地靠近实验员,摇摆着自己的尾巴,并发出呜呜的叫声。当幼崽们长大,实验员只系统性地繁衍最温顺的这一类狐狸。
  在选育温顺狐狸仅仅 6 代后,狐狸就已经发生了很大的改变,以致实验员们觉得必须命名一个新类别——“驯养精英”类,它们“渴望与人类建立接触,呜咽着吸引人的注意,并像狗一样地嗅和舔实验员”。实验开始时,没有狐狸是在“精英”范畴中的。在培育温顺的狐狸 10 代后,有 18% 的“精英”;20 代后,有 35%;在 3035 代后,“驯养精英”的比例已占实验总体的 70%80%。
  其效应的程度和速度实在惊人,35 代在地质史上不值一提。然而,更有意思的是选育温顺狐狸时的附带后果。驯服的狐狸不仅行为像家犬,而且看起来也像家犬。它们失去了赤褐色的毛皮,像威尔士牧羊犬一样长出了黑白花斑。它们曾狡猾地竖起的耳朵,被狗耳朵一样的松软耳朵所代替。它们的尾巴像狗尾巴一样末端翘起,而不是像狐狸尾巴那样垂下来。雌性狐狸像母狗一样每 6 个月出现一次发情期,而不是像普通雌狐一样每年一次。甚至它们的叫声听上去也像狗。
  那些像狗一样的特点,似乎是温顺基因进化中附带的。这并不奇怪,有一种被称为“基因多效性”的普遍现象,基因不止有一个作用,并且诸作用之间互相联系。在狐狸和狗中,松软耳朵和花斑毛皮的基因,大概是与温顺的多效基因相联系的。这反映了关于进化的一个普遍而重要的论点。当你注意到一只动物的特征,并问其生存价值何在,你也许就问错了问题。有可能你挑出的特征就是“来搭车凑热闹的”——是进化过程中一些其他特征的多效联系附带产生的。
  狗的进化不仅仅是一个人工选择的问题,而是一个自然选择(在驯养的早期阶段占主导地位)和人工选择(最近才出现)的复杂混合。

  蜘蛛兰通过骗术完成授粉。独栖雌性黄蜂把蜘蛛蜇刺麻醉,并把自己的卵产在蜘蛛体内,供其幼虫取食。而蜘蛛兰外形类似蜘蛛,足以迷惑雌性黄蜂去蜇它们,黄蜂带走了由兰花生产的大量花粉粒。当它们继续试图去蜇另一朵蜘蛛兰时,花粉块就被传递了。顺便提一下,我忍不住要增添一个完全相反的例子——伪装成兰花的蜘蛛(Epicadus heterogaster)。昆虫为了寻找花蜜而靠近这朵“花”,却被它迅速地吃掉了。

  雄性长舌花蜂,会被兰花中某种物质的气味所吸引,它需要这种物质来制造它的性香味。它飞落在“桶”的边缘,开始刮蜡状香料,放进它腿部的特殊气味口袋。但是“桶”的边缘很滑脚——为什么很滑是有原因的。蜜蜂掉进充满液体的“桶”里,只能在其中游泳。它无法爬上“桶”的光滑桶壁。目前仅有一条逃生路线,就是在“桶”边有一个蜜蜂大小的孔。它在通向孔的“垫脚石”的引导下,开始爬行穿过。这是一个很紧的契入口,且因为其窄口的收缩诱捕而变得更紧。当蜜蜂被它们紧紧抓住时,两个花粉块粘在了它的背部。胶粘物需要一段时间凝固,随后狭窄入口再次放松,释放了蜜蜂,蜜蜂飞走了,而花粉块完全粘在了它的背上。仍然为了寻找它珍贵的香料成分,蜜蜂落在另一朵吊桶兰上,同样的过程重演一次。然而,这一次,当蜜蜂挣扎着穿过“桶”的孔时,花粉块被刮了下来,这样它们就让第二朵兰花的柱头受精。

第四章 安静与缓慢的时间

  如太阳系一样,原子几乎所有质量都集中在原子核(太阳)中,电子(行星)和原子核之间的空隙则几乎是所有的体积。与原子核相比,每个电子都微不足道;与原子核与电子之间的空间相比,原子核与电子都微不足道。

  我们观察铁块或岩石的时候,真正在看的,几乎是一个“空的”空间,它们之所以看起来和感觉起来是“固体性的和不透明的”,是因为我们的感觉系统和大脑发现,把它们当成固体和不透明物处理“很方便”。对于大脑来说,把岩石描绘成固体很方便,是因为我们没法穿过岩石。因为原子之间的电磁力,某些事物是我们不能穿越的,这就是我们体验“固体”的感觉。我们对“不透明”的体验则是光线照射到一个物体表面全部反弹回来,没有光线穿过。

  质子和电子都带有一个单位电荷,并且电性相反——我们规定其中一个为“正电荷”,另外一个为“负电荷”。在元素之间相互形成化合物时,电荷很重要,许多反应是由电子来达成的。原子中的中子则被束缚在原子核中,和质子待在一起。但中子不像质子,中子不带任何电性,并且它们在化学反应中不起任何作用。每一个元素中的质子、中子和电子,都和其他任何一个元素中的质子、中子、电子一模一样。铜原子之所以是铜原子,是由于它所具有的 29 个质子(并且恰好有 29 个电子)。我们通常理所当然地认为的“铜”,是一种化学物质,化学是一种电子的舞蹈,全部都关乎于原子间通过它们的电子相互作用。化学键很容易断开和新建,因为在化学反应中,只有电子才进行分离和交换。要断开原子核之间的引力,则难得多。这也是为什么“裂解原子”是如此具有威胁了——但这也是可以办到的,在“原子核”中完成,与化学反应正相反,这也是放射性“时钟”所依靠的原理。
  电子的质量可以忽略不计,因此,一个原子的总质量就相当于质子和中子数之和。常常比它的“原子序数”的两倍还多,这是由于通常原子核中的中子数都会比质子数多一些。原子中的“中子数”并不能像“质子数”那样,可以被用来判定一个元素。一个元素可以有不同的版本,被称为“同位素”,它们具有不同的中子数,但有相同的质子数。一些元素,例如氟,仅有一种天然同位素。氟的原子序数是 9,质量数是 19,可以推断出它有 9 个质子和 10 个中子。其他元素则有很多的同位素。铅有 5 种常见同位素,都具有相同的质子数(以及电子数)——82,这也是铅的原子序数,但是铅同位素的质量则落在从 202208 的一个范围内。碳原子有 3 种天然存在的同位素。碳-12 是很常见的一种,其质子数和中子数相同,都是 6。同样也有碳-13,但是它寿命很短,不需考虑。碳-14 很少见,但是当我们用于追溯比较晚近的有机样品时,它就不那么少见了。
  一些元素的同位素很稳定,一些则不稳定。铅-202 就是一种不稳定同位素,铅-204、铅-206、铅-207 和铅-208 则是稳定同位素。“不稳定”意味着这些原子会自发地衰变成其他原子,其衰变速率可预测。‘不稳定’的意思是‘放射性’。
  所有这些不稳定性,都涉及中子。第一种情况是,一个中子转化成了一个质子。这意味着原子质量保持不变(中子和质子的质量相当),但是原子序数增长了一位,所以这个原子变成了一个不同的元素,在原子序数表中上升了一位。举例来说,原子质量为 24 的钠转变成了原子质量为 24 的镁。第二种放射性衰变,刚好是相反的转变——一个质子转变成了中子。同样的,原子质量是保持不变的,但是,这一次原子序数降低了一位,于是在原子序数表中,这个原子转化成了低一位的元素。第三种放射性衰变也产生了同样的结果。一个游离的中子碰巧撞上一个原子核,撞出了一个质子,并取代了它的位置。再一次,原子的质量没有变化,原子序数降低了一位,并且原子转化成了原子序数表上较低一位的元素。还有第四种更复杂的衰变,一个原子分裂出一个被称为“α粒子”的粒子,一个α粒子是由结合在一起的两个质子和两个中子组成的。这意味着质量数降低了 4 位,原子序数降低了两位。在原子序数表上,这个原子衰变为低了两位的元素。一个发生α衰变的例子,就是从具有强烈放射性的同位素铀-238(有 92 个质子和 146 个中子),衰变为钍-234(有 90 个质子和 144 个中子)。
  现在,我们接近了整个问题的核心。每个不稳定的放射性同位素的衰变,都有其特有的速率,并且我们现在都已经可以确定(这些速率)。此外,其中一些的衰变速率比另一些慢很多。所有的衰变,都是指数性的。“指数性”的意思就是,假设你以 100 克的放射性同位素开始衰变,在一个给定的时间内并非一个固定的量(如 10 克)会转变为另外一个元素。而是说,所剩的粒子以一个固定比例转变成另一种元素。最常用的衰变速率衡量方法是利用“半衰期”。一个放射性同位素的半衰期是指一半的原子衰变所需要的时间。无论有多少原子已经衰变了,半衰期保持不变,这就是指数式衰变的意思。你会发现,由于这样连续的减半,我们永远不会知道何时它会全部衰变完。然而,我们可以说,在经过足够长的时间后,例如 10 个半衰期,余下的原子数目太小,已没有任何实际意义了。例如,碳-14 的半衰期就大约在 5000
6000 年之间。对于 50000~60000 年的古老标本,碳测定年代法就没有用了,我们需要转向更缓慢的时钟。
  铷-87 的半衰期是 490 亿年,镄-244 的半衰期是 3.3 毫秒,这些惊人悬殊也表明了时钟可测的巨大范围。碳-14 5730年的半衰期对于追溯考古学时间,则是正合适的尺度。在进化时间尺度上,常用同位素是钾-40,其半衰期为 12.6 亿年。它通常被称为“钾氩时钟”。这是因为氩-40(在元素周期表中比钾高一位)正是钾-40 衰变后的元素之一。如果以一定量的钾-40 开始衰变的话,经过 12.6 亿年,一半的钾-40 会衰变成氩-40,这就是“半衰期”的意思。再经过 12.6 亿年,余下钾的一半(最初钾的 1/4)又会衰变成氩-40,依此类推。经过一个稍稍短于 12.6 亿年的时间段,会有相对比例的较少的钾的量会衰变。因此,开始时,在一个封闭空间,没有氩-40,只有钾-40。上亿年的时间流逝了,一位科学家来到这个封闭空间,测量了它的钾-40 和氩-40 的相对量(不管两者的绝对量如何);在已知钾-40 的半衰期,并设定一开始没有氩-40 的情况下,从这个比例上,我们可以估计出从衰变开始后逝去的时间——换句话说,就是该时钟被“清零”之后流逝的时间。我们必须知道母同位素(钾-40)对子同位素(氩-40)的比例。
  像地质学家使用的所有放射性时钟一样,钾/氩计时只对“火成岩”适用。火成岩由熔岩固化得来。熔岩固化形成花岗岩或者玄武岩时,是以晶体的形式形成的。这些小晶体一般不会很大,透明的晶体看上去像石英一样,相对于肉眼看到的晶体,它们真的是太小了。这些晶体有好几种类型,其中一些包含着钾原子。在这些原子中,就有放射性的同位素钾-40。当一个晶体开始形成时,在熔岩固化的时刻,里面只有钾-40 没有氩。在某种意义上来说,时钟被清零时,晶体中没有氩原子。数百万年过去,晶体中的钾-40 缓慢衰变,被一个接一个的氩-40 原子所取代。累积的氩-40 的量,就可以用来衡量自这块岩石形成后流逝的时间。但是,由于我刚才解释的原因,只有当用钾-40 和氩-40 的比例表示的时候,这个量才是有意义的。当这个时钟被清零的时候,钾-40 的比例是 100%,经过 12.6 亿年后,比例将变成 50∶50,再经过一个 12.6 亿年,余下的钾-40 的一半会转变成氩-40,以此类推。中间比例,则意味着自“晶体钟”清零以来的“中间时刻”。所以,对于地质学家,在他们今天获得的一小块火成岩中,测量钾-40 和氩-40 的比例,就可以断定这块岩石从熔岩状态开始结晶距今有多久了。火成岩很具代表性,它富含多种不同的放射性同位素,不仅仅有钾-40。火成岩固化中比较幸运的方面是,它是如此的突然——以至于给定的一小块岩石中所有时钟被同时清零了。
  只有火成岩才提供放射性时钟,但是火成岩中几乎从来没有发现过化石。化石形成于像石灰岩、砂岩这些沉积岩中,它们都不是固化的火山岩浆。它们都是逐渐地沉积到海底、湖底或河底的泥浆、煤粉或沙子构成的岩层。从古至今,这些沙子或者泥土逐渐变得致密,像岩石一样坚硬。陷入泥土中的生物尸体就有变成化石的可能。虽然只有一小部分尸体真的变成了化石,但沉积岩是唯一值得一提的包含任何化石的岩石。

  地球上存在的所有元素包括 150 种稳定同位素和 158 种不稳定同位素,共计 308 种。在 158 种不稳定同位素中,有 121 种,要么是已经灭绝了,要么是因为不断更新而存在着,如碳-14。如果我们考虑这 37 种还未灭绝的同位素,我们会注意到显著的一点。它们中的每一个的半衰期都超过 7 亿年。如果我们考虑那 121 种已灭绝的——每一个的半衰期都少于 2 亿年。

  在所有的元素中,碳似乎是生命最不可缺少的一种元素。这是因为碳神通广大、能力非凡,可以形成链、环和其他复杂的分子架构。它通过光合作用进入食物网,光合作用是绿色植物吸收大气中的二氧化碳分子,并用太阳能使碳原子与水结合制造糖类的过程。我们自身和所有其他生物里的碳,归根到底是经由植物来自大气中的二氧化碳。当我们呼吸、排泄,甚至当我们死亡的时候,碳又不断地反向循环,重新回到大气中。
  大气二氧化碳中的碳,大部分是碳-12,它不具有放射性。然而,一万亿个碳原子中大概有一个是碳-14,它具有放射性。碳-14 的半衰期是 5730 年,它衰变成氮-14。植物吸收碳-12 时,也吸收碳-14,在糖中包含了两种碳原子,并保有与它们在大气中存在时同样的比例。从大气中吸收的碳通过食物链传播,依照植物被食草动物所食,食草动物被食肉动物所食的食物链,依此类推。所有生物,无论植物还是动物,都有近似相同的碳-12 与碳-14 的比例,与在大气中所发现的比例相同。
  时钟在生物死亡时归零。随着世纪更替,在任何事物中的碳-14,都稳定地衰变成氮-14。因此,样本中的碳-14 相对于碳-12 的比例越降越低,低于活生物和大气所共有的标准比例。最终,它们都会变成碳-12,或更严格地说,碳-14 的含量微小到无法测量。而碳-12 与碳-14 的比例可以用来计算已经流逝的时间——自从生物的死亡使它脱离了生物链,不再与大气发生交换以来经历的时间。

第五章 就发生在我们眼前

  大象是生殖最慢的动物,其世代交替的时间最长。造成非洲象死亡的最重要原因,是人们用枪支狩猎大象,获取象牙——或作为打猎的战利品,或出售作为雕刻的材料。猎人们倾向于选择具有最大象牙的个体。这意味着,象牙小的个体会处于选择优势地位。进化总是这样,选择带来的诸压力之间,是有冲突的;而我们看到的进化,其实是一种妥协。在与其他大象竞争时,具有较大象牙的个体无疑更有优势;但当碰到持枪的猎人时,这种优势反而会变成一种劣势。任何狩猎活动的增加,无论是非法偷猎还是合法打猎,往往会把优势往“小象牙个体”的一端转移。在其他条件相同的情况下,作为人类狩猎的结果,“象牙变小”成为一种进化趋势。

  动物需要细菌或其他微生物的帮助,才能消化纤维素,许多脊椎动物的大肠生有一个“死胡同”叫盲肠,用于储存这些细菌;盲肠的作用相当于一个发酵室(阑尾就是从我们以植物为食的祖先遗传下来的,是大型盲肠的残留)。

  现代的科学研究,往往是集体合作、共同努力。在下文中,我可能时常为了简便起见而提到伦斯基这个名字,但是,你在阅读的时候,请将它理解为“伦斯基及其实验室的同事和学生”。

  大肠杆菌是一种普通细菌。在任何时间,这个世界上都有大约 1000 亿亿株大肠杆菌存在;据伦斯基计算,其中大约有 10 亿株,此刻就存在于你的大肠中。它们中大多数都是无害的,甚至是有益的。但是,有时也有做坏事的菌株。这种习以为常的进化创新,并不令人惊讶——虽然突变是罕见的事件,不过大肠杆菌的数量实在是太庞大了。假设在一次细菌的生殖活动中,某一基因发生变异的概率低至百万分之一,那么,细菌庞大的基础数量将意味着每一天在世界的某个角落,基因组中的每一个基因都在变异。这对于演化来说,有非常多的机会。

  建立在前驱突变基础上的后继突变已产生进化性改变的这种方式;一些基因的效果实现要依靠另一些基因的存在。演化通常所需的时间很漫长,但上述演化的发生却只用了很短的时间。

  长期使用抗生素,往往在杀死坏细菌的同时,把好的肠道细菌也一并杀死。

  抗生素要依赖剂量而起作用。足够高的剂量,会杀死所有的细菌。足够低的剂量,无法杀死任何细菌。中间剂量会杀死一些细菌,但不是所有的细菌。如果细菌之中有基因的变异,例如,有些细菌比其他细菌对于抗生素更易感,中间剂量恰恰有利于选拔抗药的基因。当医生告诉你“服完他所开的药”,这是在增加杀死所有细菌的机会,避免留下具有抗性或半抗性的突变株。

第六章 缺失的环节?你说的“缺失”是什么意思?

  人不是起源于猴子。我们只是和猴子有着共同的祖先。而这个共祖恰好看起来更像猴子,而不像人。

  人类不是由黑猩猩进化来的。正确的说法是:人类和黑猩猩拥有共祖。

  我们总能随口地说出“高等动物”和“低等动物”这样的字眼,但事实上这类观念并非刚好符合进化思想,这类观念是和进化思想深深对立的。我们认为黑猩猩是高等动物,而蚯蚓是低等的,我们认为进化论让这种等级更清晰,但实际上不是。这种等级划分是完全没有任何意义的,或者说,如果有什么意义,也只意味着很多会带来大量误导甚至危害的各种观念。
  所有现存的物种,都至少活到了今天。一些猴类正濒临灭绝,它们的生存能力就弱于蚯蚓。很多人认为老鼠和蟑螂要比大猩猩和猩猩这些濒临灭绝的动物“低等”,但老鼠和蟑螂却很繁荣。

  从“类似于祖先”这个意义上讲,复杂性低未必意味着“原始”。马脚要比人脚更简单(马脚只有一个蹄而不是五个脚趾),但是人脚却更原始(我们和马的共祖有五个脚趾,所以马改变得更多)。

  认为进化的目标在某种程度上就是人类,或者说人类是进化的“终极”——但这在进化上并没有任何理论支持。

  离开水到陆地,几乎需要对身体的所有组成部分做根本改变。鳃是擅长在水中取氧的器官,在空气中却一点用也没有,而肺到了水中也是毫无用处。在水中高效优雅的运动方法,在陆地上却是危险笨拙的,反之亦然。难怪“离水之鱼”和“像一个溺水之人”,都是众所周知的俗语。

第七章 缺失的人们?不再缺失

  与常常用发现者的名字命名疾病不同,新物种由发现者命名,但不用他们自己的名字命名。这对生物学家来说,是一个很好的可借此纪念其他人的机会。我的备受敬仰的同事汉密尔顿(W. D. Hamilton)几次得到这种殊荣;汉密尔顿在亚马孙河探险时曾被黄蜂蜇了一下。他的伙伴在知道他是个大昆虫学家后问道:“比尔,你知道那只黄蜂的名字吗?”比尔沮丧地用他类似于毛驴屹耳的声音回答说:“知道,事实上,它就是以我的名字命名的。”

第八章 你自己在9个月内就做到了

  在人类胚胎中,起初,各手指(和各脚趾)都是连在一起长的。在子宫里,你我的手脚都是有蹼的。通过程序性细胞死亡,各手指和脚趾之间连接的蹼消失了。

  他买了一张大海图代表着海洋,
  一点儿也没有陆地的痕迹:
  当船员们发现,这是他们都可以理解的海图,
  大家都非常高兴。

第九章 大陆方舟

  当达氏原兽分成两个亚群体,它们看起来仍一模一样,并可以愉快地和对方杂交,但有一个亚群注定要进化成哺乳动物,而另一个亚群注定要进化为鸟类(以及恐龙、蛇还有鳄鱼等爬行类)。达氏原兽的这两个的亚群体,揖别之后将经历很长的时间,并产生很大的差异。但是,如果它们保持彼此杂交的状态,它们就不可能产生分歧。这两个基因库将不断涌入彼此的基因。因此,任何产生分歧的倾向都将消灭在萌芽状态,淹没在来自另一种群的基因流中。

  地理隔离是物种形成的序幕,当这两个群体分离了足够长的时间,以至于当它们最终拥有重聚的时间和机会,它们发现彼此的差异实在太大,再也不能杂交了。多久算是“足够长的时间”?好吧,如果它们受到互斥且强烈的选择压力,这个时间就可能只要几百年,甚至更短。
  一旦两个基因库已达到“不再需要地理隔离就能保持遗传(基因)上的独立”这种程度,我们就称它们是两个不同的物种。

  南美洲和非洲,以及它们的大陆架,仅仅是两个板块上增厚的部分,这两个板块大部分的岩石表面位于海平面以下。板块构成坚硬的岩石圈(真正的“岩石的圈”)漂浮在灼热、半熔状态的软流层上。软流层不像岩石圈的岩性板块一样具有刚性和脆性,软流层具有柔性的感觉,其活动有点像液体,具有柔韧性(不一定是熔融态的)。

  多数板块由两种不同类型的岩石构成的岩石圈组成。深海底覆盖着一层相当致密的火成岩,厚约 1 万米。这层火成岩上覆盖着沉积岩和泥土组成的表层。重申一次,“大陆”就是一个板块露出海平面以上的可见部分,它这么高是因为此处的板块表面被不太致密的岩层加厚了。板块在海平面下的部分在其边缘正在不断地生成——例如,南美洲板块是东缘,非洲板块则是西缘。这两个边缘构成了大西洋中脊,该中脊沿大西洋的中间,从冰岛蜿蜒向南,直到遥远的南方(事实上,冰岛是该中脊抵达海面的唯一显著部分)。
  类似的海底山脊也正在世界其他地区喷涌出其他板块。这些海底山脊的作用方式就像被拉长的喷泉(在缓慢的地质时间尺度意义上喷涌)令熔岩不断涌上来,这就是我前面已经提到的所谓“海底扩张”的过程。在中大西洋,由海底扩张而来的边缘似乎将非洲板块向东推动,而将南美洲板块向西推。

  在岛屿上,进化的规律似乎是这样的:大动物变小[例如,在如西西里(Sicily)岛和克里特(Crete)岛这样的地中海岛屿上,有着和大狗一样高的“侏儒象”],而小动物则变大(如加拉帕戈斯陆龟)。

  比例的物理定律决定了像隆鸟一样大的鸟类根本不能纵情于有力的拍翅飞翔,不管它们的翅膀有多大。这是因为要驾驭如此厚重的翅膀,需要肌肉变得非常大,大到它们不能承起自身的重量。

第十章 亲缘关系树

  所有哺乳动物的骨架具有同一性,但它们的骨骼个体则相异。

  人的“头骨”包含 28 块骨头,大多以刚性连接“缝合”在一起,但有一个主要的可动骨(下颌骨)。而奇妙的事情是,在所有的哺乳动物中,无论其头骨多么古怪,均发现了由 28 块骨头构成的相同组合,每一块都可以清楚地用相同的名称标记。

  一种叫作土鳖虫(鼠妇)的甲壳纲动物,与虾有亲缘关系但生活在陆地上,它用鳃呼吸,这就必须要保持生存环境湿润,这一点暴露了它近缘的水生祖先。

  DNA 无关“死活”,它只是编码的信息而已。

第十一章 历史,写满我们的周围

  当你受寒或受到严重惊吓,或被莎士比亚十四行诗的无双绝句打动心弦,你就会起鸡皮疙瘩。为什么?因为你的祖先是周身密被毛发的普通哺乳动物,这些毛发竖起或平复,都是按照身体内敏感的调温装置发出的指令而做出的。太冷,毛发竖起以笼络空气形成绝缘层。太热,则整个毛皮平复,让身体的热量更容易散发。在随后的进化中,立毛系统被“劫持”用于社会沟通的目的。
  黑猩猩和猩猩突然受惊,如被雷雨吓到,或当它们被戏弄而激怒之时,它们的毛发就会立起来。
  狗颈部的毛在愤怒时也会立起。恐惧,也会使毛发竖立,以增大机体的外观尺寸并吓跑危险的竞争对手或天敌。
  即使是我们这些裸猿,仍然有使几乎不存在的毛发立起的器官,我们称它为“鸡皮疙瘩”。立毛系统是一个“痕迹器官”,是某种已无功能的器官遗迹——它曾经在我们早已死亡的祖先那里承担着有用的功能。

  哺乳动物的大脑皮层,是包裹在脑外部的一层灰质。哺乳动物若要变得更聪明,增加大脑皮层的面积是途径之一。这可以通过增大大脑的总容量和扩大容纳大脑的头骨来做到。但大头骨也有其不利之处,因为这会使胎儿更难产出。因此,聪明的哺乳动物都在头骨设定的范围内设法增加大脑皮层面积——它们通过让整个皮层充满深深的褶皱和裂纹来做到这一点。这就是为什么人类的大脑看起来像一颗布满皱纹的核桃;而海豚和鲸的大脑因其具有褶皱,是唯一可与我们这些猿类相媲美的大脑。鱼的大脑没有一点褶皱。事实上,它们连大脑皮质都没有,而且与海豚或人类的大脑相比,整个鱼脑都很小。

  我们将哺乳动物和鸟类称为温血动物,但它们真正拥有的是不管外面温度如何,都能保持体温恒定的能力。这是一条妙计,因为这样的话,细胞中的化学反应都可以在特定温度下被最优化,达到最佳反应状态。“冷血”动物不一定都是冷的。如果蜥蜴和哺乳动物都暴露在撒哈拉沙漠的正午阳光下,蜥蜴血液的温度会高过哺乳动物血液的温度。如果它们都在雪地里,蜥蜴的血液就会冷于哺乳动物的血液。哺乳动物一直都拥有恒定的温度,而且它必须依靠内部机制努力保持体温恒定。蜥蜴则用外在方式来调节温度——当它们需要温暖自己时,就移动到太阳下,而当它们需要降温时,就移动到阴凉地里。哺乳动物可以更准确地调节它们的体温,海豚也不例外。

  在新西兰,不会飞的鸟多得出奇,大概是因为哺乳动物的缺失而留下了大量待填补的生态位。飞行的先驱用翅膀飞到那儿,后来填补了哺乳动物在地面上的空位,失去了翅膀。

  每当一个与眼睛有关的基因被突变击中时,眼睛就会丧失一些功能,降低一些视物能力,偏离“眼睛”的资格远一些。而对于生活在光照下和要使用视觉的动物来说,这种有害突变(大多数)都会迅速地被自然选择剔出基因库。
  但在完全黑暗的环境里,轰击眼睛基因的有害突变不会受到惩罚。于是,视力便不可能再有了。

  眼睛的视物功能实际上是非常好的。这个“好”,要归功于自然选择,它就像一个一丝不苟的修理工那样,在视网膜初始的大型安装错误之后大力工作,最终将它修复成一台高品质的精密仪器。
  一个重大的设计缺陷(甚至是灾难性的失误)可以通过随后的修补得到纠正,在适当的条件下,初始错误可以被复杂而精巧的修补工艺完美地弥补。一般在进化过程中,即使“主要突变”使生物体向着大体正确的方向改进,基本还是需要后续的大量修修补补——因为它们要使初始大突变留下的粗糙边缘,于是众多的小突变对此展开“清理行动”,并最终得到了自然选择的青睐。这就是为什么尽管最初的设计存在粗陋的缺陷,人类和鹰的视力还是如此出色。
  如果真有一位设计师来设计的话,其通过后续的修补来弥补设计上的重大缺陷,这种工作方式是完全不应期待的。我们可能会预想到不幸的差错,但我们绝对料不到会发生像将视网膜装反这样明显的蠢行。这些大失误不是来自糟糕的设计,而是源于历史。

  喉返神经是某脑神经的一个分支,这些脑神经直接源出于大脑,而不是脊髓。迷走神经(意思是“漫游”)是脑神经之一,有两条分支到达心脏,另两条分别位于喉头(哺乳动物的“音响”)的两侧。在颈部的每一侧,都有一条喉神经的分支沿着一条直达线路直接入喉,这恰如设计师可能选择的路径。而另一条分支,绕了一条惊人的弯路入喉。它一直向下潜到胸部,环绕一条离心的主动脉,然后调头回到脖子,抵达了它的目的地。
  如果喉返神经是一项设计的产物,那么这一设计实在丢人。但是,在你忘掉设计,转而思考历史的时候,就讲得通了。为此,我们需要回到当我们的祖先还是鱼的时代。鱼有一个两腔的心脏,不像我们的心脏有 4 个腔。鱼的心脏通过一个被称为“腹主动脉”的大中央动脉,向前泵出血液。腹主动脉通常会发出 6 对分支,通向两侧任一侧的 6 个鳃。然后,血液流过鳃,在那里变得富含氧气。在鳃之上,血液由 6 对血管收集的氧气汇入另一个下行至中部的大血管中,这个血管被称为“背主动脉”,负责供给身体的其他部位。这 6 对鳃上的动脉,就是脊椎动物身体“分节”设计的证据,这一点在鱼类体内更清晰、明显。令人称奇的是,这在人类胚胎中是非常明显的,人类胚胎的“咽弓”显然是来自祖先的鳃,通过观察它们详细的解剖结构,便可得出该结论。当然,它们没有鳃的功能,但 5 周大的人类胚胎可以被视为粉红色的有鳃小鱼。
  鱼体内的迷走神经分支供给了 6 个鳃中的后 3 个,因此,对它们来说,从合适的鳃动脉后面穿过是很自然的。这些分支,没有什么“重返”现象:它们以最直接、最合乎逻辑的路线,抵达了它们的终端器官——那些鳃。
  然而,在哺乳动物的进化过程中,脖子伸长了(鱼没有脖子),鳃也消失了,其中一些鳃变成了有用的结构(例如甲状腺和甲状旁腺),其他各种零碎的组织结合起来,形成了喉。那些其他的有用的结构,包括喉的组成部分,所接受的血液供应和神经联接,正是来自那些曾几何时,以有序的序列供应鳃的血管和神经的进化了的后裔。当哺乳动物的祖先与它们的鱼类祖先在进化道路上渐行渐远之时,神经和血管发现它们自己在向着令人费解的方向拉长并伸展,这扭曲了它们之间的相互位置关系。脊椎动物的胸部和颈部变得一团混乱,不再像鱼鳃那样是整齐对称且连续的重复。因此,喉返神经是非同寻常的扭曲变形的结果。
  任何一位聪明的设计师都本该拆掉喉返神经的下行部分,用数厘米的捷径取代数米的弯路。
  姑且不论这么长的神经所引致的资源浪费,我不禁怀疑长颈鹿的发声是否会遭到延迟。一位权威人士曾表示:“尽管拥有发育良好的喉部并且性情适宜群居,长颈鹿却只能发出低沉的呻吟或轻叫。”对于这一整个关于“弯路”的故事,其精要即为——这个范例表明了远古生物远远不是被精心设计的。重要的问题是为什么自然选择不像工程师那样:重新绘制设计图,并以一种合理的方式将其重新组装。这是我们在本章中反复遇到的同一问题,我试图以各种方式来回答它。根据经济学家所说的“边际成本”,可以借此来解开关于喉返神经的谜团。
  随着长颈鹿的脖子在进化过程中被慢慢加长,绕道的成本——无论是经济成本还是“口吃”的成本——都是逐步增加的(在这里我尤其要强调“逐步”)。每毫米所增加的边际成本是微小的。但随着长颈鹿的脖子逐渐增长到目前惊人的长度,弯路的总成本或许也已经达到了它的临界值——假设在这个临界值时,一个突变的个体如果能将它的下行喉返神经纤维从迷走神经束中分离出来,并使其跳跃微小的距离抵达喉部,那么这个个体将能更好地生存,但要实现这种“跳跃”,这种突变难免会导致胚胎发育过程中出现一个重大变化——甚至是剧变。很有可能这个必要的突变永远不会出现。即使出现了,它也可能具有害处——在一个敏感而微妙的过程中,任何巨变都会不可避免地产生害处。即使截弯取直所带来的优势最终会完全超过这些害处。我揣摩,微小加长的成本要小于“巨变”造出更优结果的成本。

  输精管是从睾丸往阴茎运送精子的管道。图片左侧所示是设想的最直接的运输路线。输精管实际采取的路线,则是此图右侧所示。输精管采用了一条荒谬的弯路,上行绕过输尿管(将尿液从肾脏输送到膀胱的管道)。如果这是设计而成的,那么没有人能理直气壮地否认这样一个事实,即这个设计师犯了一个严重错误。但是当我们着眼于进化历史时,一切都变得清楚明白了。图中虚线所示的是睾丸原来可能的位置。在哺乳动物的进化过程中,睾丸下降到了其现今所在的阴囊中的位置(原因往往被认为与温度相关),于是输精管便搭到了输尿管的上方——不幸地陷入了歧途。“进化”没有像任何明智的工程师都会做的那样,重排管道,而是简简单单地继续延长了管道的长度——同样,每次因“弯路”的小小延长而增加的边际成本都很小。这又是一个关于纠正初始错误的绝佳事例,其纠正过程通过“事后补偿”而非“重回绘图板”的方式得以实现。

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  人体载满了称之为缺陷的东西,但我们是从其他种类的动物演化而来的,在其漫长的历史过程中,那些缺陷是不可避免的妥协的产物。当无法选择“重回绘图板”时,缺陷是无法避免的,然而只需对已存的缺陷进行临时修改,便可实现对其的改进。试想一下,喷气式发动机发明者被迫遵守如下规则:“不允许用干净的纸开始设计。你必须首先制造一个螺旋桨发动机,然后再改造它,并且一次只能更换一个零件——一次一个螺丝钉,一次一个铆钉,逐渐地将螺旋桨发动机‘祖先’改造为喷气式发动机‘后裔’。”那么最后喷气式发动机将是一团乱七八糟的东西。更大的难题是,全部的中间产品都要能够飞行,并且在这一连串产品之中,其中的每个产品都至少要比上一个产品得到了一些改善。你会看到,最终造出的喷气式发动机负载着各种历史痕迹、异常和瑕疵。通过增加笨重的、补偿性的修补层,或是通过修理、拼装,总之必须在遵循“不得重新绘图”的禁令之下尽量努力,从而使上述每一项瑕疵得到处理。

  一项重要的创新,很可能不是从具有相同功能的旧器官中发展而来,很可能是从截然不同的、完全行使不同功能的器官发展而来。当我们的鱼类祖先呼吸空气时,它们并没有将自己的鳃改装成肺;相反它们改装了肠道的一个小袋。而且顺便提一下,那些硬骨鱼类——这里指你常见到的除鲨鱼之类的几乎所有鱼类,它们对肺(之前在偶尔呼吸空气的祖先体内进化出来的)进行了改装,使其变成了另一个十分重要的器官——鱼鳔,它已与呼吸功能无关。
  鱼鳔是一个内部充满气体的“囊”,可被灵敏地调整,从而使鱼在任何所需水下深度保持静态平衡。
  鳔相当于鱼的“气泡”。当鱼在水中想要上浮到更高处,它就会从血液中释放气体分子进入囊状物,从而使其体积增大。想下潜到更深处时,它就会将囊状物中的气体分子吸收到血液中去,从而减小囊状物的体积。有了鳔,意味着鱼可以不靠肌肉活动而保持在一个理想深度(鲨鱼则要靠肌肉活动)。它在自己选择的任何深度,都能保持静态平衡。鳔起到了维持静态平衡的作用,从而解放了肌肉,使之可以被用于积极地向前游动。而与之相反,鲨鱼必须时刻保持游动状态,否则就会沉底。当然,鲨鱼下沉得很缓慢,那是因为在它们的组织里,具有特殊的低密度物质来保持它们适度的浮力。那么,鱼鳔就是一种“被借用”的肺,而肺是一种“被借用”的肠袋。此外,在一些鱼的体内,鳔本身还可进一步“被借用”为听觉器官,从而成为耳膜的一种。历史写满了其整个身体。

  我们作为陆地动物已有约 4 亿年的历史,而我们用自己后肢走路的时间,却大约只占 4 亿年中最后的 1%。我们在陆地上 99% 的时间段里,都拥有差不多水平位的脊柱,并且用 4 条腿走路。我们不知道第一个用后肢直立行走的个体累积了多少选择优势。
  然而,只用两条腿走路,对身体各部都会产生深远影响和后果——需要大量补偿性调整。随着步态发生重大的转变,为了在细节上达到协调一致,恐怕身体上任何部位的骨骼或肌肉没有一块能够避免,都要发生改变,不管这些部分是多么的隐蔽无名、很不相干或者间接、牵强。对于类似的全面重组——从水中到陆地上,从陆地上到水中,到空中,到地下,生物一定会致力于在生活方式的各个方面都作出重大改变。你不能将体内明显的变化分离出来,然后孤立地对待它们。若要说“每一个变化都有其后果”,这是在轻描淡写。事实上,存在着数以百计、数以千计的后果,此外还有后果的后果。自然选择一直在不停地进行着微调、修剪、铸补工作。
  当气候发生某种重大转变之时——例如冰河时代,你会自然而然地期望自然选择对动物做出相应调整,例如,长出更厚的皮毛。但是,外部的气候,并不是我们应加以考虑的唯一因素。如果在外部环境没有发生任何改变的条件下,产生了一个重大的新型突变,并且它还受到了自然选择的青睐,那么基因组中所有其他基因都会感受到这一内部“基因气候”的改变。正如环境气候发生改变那样,生物也需对这一改变作出适应。自然选择不得不紧随其后,因应“基因气候”中的一个重大改变而进行调整,从而作出弥补,就像外部环境发生改变时,它会产生的调整一样。甚至从“四足步态”到“两足步态”的最初转变,大概也是“内部”产生的,而不是由外部环境转变引起的。无论哪种方式,都启动了具有重大后果的复杂的级联反应,而每一步都需要作出补偿性调整。
  罗宾·威廉姆斯抱怨自己的后背在每天早晨都给他带来疼痛。
  问题其实在于:我们的祖先将脊柱大致地保持在水平状态,爬行了数百万年,对于最后百万年中突如其来的重新调整,脊柱是不乐于接受的。再次强调,一位真正的设计师,若要设计直立行走的灵长类,就该重新回到绘图板,从而正确地完成他的工作,而不是以一个四足动物作为起始,对其进行笨拙的修补。

  考拉,它们的“袋”是下开口,而不像袋鼠那样是上开口,对于一种紧抱树干消磨时间的动物来说,这并不是一个好主意。此事仍是历史遗留问题——考拉是从长得像袋熊的祖先那里演化而来的,而袋熊是挖土冠军。
  它的大爪向后抛丢土壤,就像挖掘机挖隧道一样。如果这个祖先的育儿袋是向前开口的,那么其幼崽的眼睛和牙齿里将会永远充满砂砾,所以它的育儿袋是向后开口的。然而有一天,这个生物爬上了一棵树——也许是为了找到新鲜的食物来源,与之随行的是这件“设计产品”——太复杂而无法作出改变了。
  理论上,考拉有可能在胚胎发育中改变育儿袋的开口方向。但是,我猜测——重大改变所带给胚胎的剧变,会致使中间型远远不如能积极应对现今情势的考拉。

  观察动物外表时,我们不可抗拒地被“设计”的优雅假象所感动。一只俯冲的猎鹰、一头在转弯后全力疾驰的猎豹、一头跃向空中的瞪羚——这些“设计”的假象使人们产生了大量的直观感觉,以至于人们要付出积极努力,才能投入批判性思维,克服天真直觉的诱惑。但是,当我们查看其内部时,印象却截然相反。诚然,教科书中简化的图画传递出来优雅设计的深刻印象,这些图画排列整齐并用色彩标记,就像一位工程师的蓝图。但当你看到在解剖桌上剖开的动物时,其现实的冲击是非常不一样的。我觉得若让工程师据此绘制一个改良版的图纸——例如从心脏发出的动脉,这将会是一个有益的练习。对此,想象中的结果应是类似汽车排气管般,整齐、线性、有序排列的管道,而不是当打开真实的胸腔之时,我们实际看到的杂乱无章。
  在你考察任何一个大型动物的内部结构时,都会发现它是一团混乱!设计师永远不会作出像绕行神经那样的错误设计;一个像样的设计师,也绝不会导致任何像下面这样的混乱局面——动脉、静脉、神经、肠、大量的脂肪和肌肉、肠系膜以及更多结构之间的纵横交错。这整个事情,不过是“当命运敲门之际,从可利用的物件中,出产了临时拼凑起来的混杂物,并且被自然选择以后见之明而不是先见之明所接纳”。

  把海牛类认作传说中的海妖,可能是因为它们与其陆地亲属大象共有的一个生活习惯——用乳房哺乳其幼崽。也许被长期性压抑的水手在海上遇见,从远处误认为它们是女人。“人鱼传说”往往缘于海牛类。

第十二章 军备竞赛和“进化的神义论”

  我们本可以期望,自然应该是一个计划经济,精心设计,以杜绝铺张浪费。然而,现实却不是这样的!

  地球的陆地表面大多覆有绿叶,构成了一个多层的捕捉光子的捕集器。在厚密的森林里,是没有多少光子能够不被捕捉而到达地面的;这正是为什么走进成熟的森林我们总是会看到一个黑暗的所在。我们的行星得到的阳光配额中,大多数的光子都打到了水上。而海水的表面层,充满了单细胞的绿色植物来抓捕这些光子。这种捕获光子的化学反应,产生易于储存能量的分子(如糖和淀粉)的过程,叫作光合作用。这种反应是在 10 亿多年前,由细菌发明出来的;而绿细菌仍然在从事大部分的光合作用。叶绿体就是绿细菌的直接后裔。事实上,即使在植物内,它们仍然在按照细菌的方式,自动繁殖自己。可以说,它们仍然是细菌,只是已经重度地依赖庇护它们的叶子了,并且它们给叶子着上了绿色。看来,原本自由生活的绿细菌,被劫持进了植物细胞,在这里它们最终演化成了我们目前所说的“叶绿体”的这种东西。
  
  在动植物细胞中,糖类和其他燃料缓慢燃烧释放能量也是由一类专长细菌执行的。线粒体也曾经一度过着自由生活,现在则在较大的细胞质中繁衍生存了。从不同种类的细菌传衍变成的线粒体和叶绿体,早在数十亿年前任何肉眼可见的生物体还不存在的时候,就已经建立了它们互补的化学绝技。后来它们皆因其化学技能而被绑架入彀,今天,它们在我们可见、可触的更大、更复杂的生物细胞的液体内部进行繁殖——它们就是植物细胞中的叶绿体、植物和动物细胞中的线粒体。
  植物中叶绿体捕获的太阳能,处于复杂食物链的基部;在食物链中,能源从植物传递给食草动物,然后传递给食肉动物,再通过食腐者(如秃鹫和屎壳郎),最终抵达分解者(如真菌和细菌)。这些食物链的每一个阶段,都有一些能源作为热量浪费掉了,只有部分能量被用于驱动生物过程(如肌肉收缩)。自从从太阳那里得到初始能量的输出之后,就没有新的能量增加进来。除了一些有趣的小小例外(如深海“烟囱”附近的居民,其能量来自火山活动),推动生命的所有能量,都最终来自(被植物捕获的)太阳光。
  请看一棵在开放地带傲然挺立的高大树木。它为什么这么高?不是为了更接近太阳!它高大的树干即使缩短到树冠张开铺在地面上,也不会造成光子的损失,反而会节省巨大的成本。那么,为什么要花费这么大的成本,顶着树冠、向天高长呢?树的自然栖息地是森林。树木长得高大,是为了盖住其他树木——包括同种的树木和其他物种的树木。
  如果森林中的树木能够达成些协议,该多好啊!就像“商会”出台某些限制性做法——比如说,长得不许超过 10 英尺高,这样,每棵树都将受益。整个生态系统,都能因此而节省木材和能量,不必用于去生成那些高耸而昂贵的树干。
  众所周知,要达成这种互相制约的协议,是非常困难的;我们人类有(潜在的)布设远见这种天赋,但在人类事务中,达成这类协议仍然很困难。

  在一个成熟森林,树冠可以被认为是空中的草原,就好像绿浪滚动的草甸——但是每一丛草甸都踩着高跷。树冠收集太阳能的速率和草原草甸收集太阳能的速率大致相同。然而,却有相当部分的能量被浪费掉——被用于直接生成树干。树干除了把草甸抬高到空中之外,并无其他用途。而如果树冠就铺在地上的话,也能收获到完全等量的光子,且成本要低得多。
  上面这一场景,引导我们直面“设计的经济体”和“进化的经济体”之间的差异。在一个“设计的经济体”中,将没有非常高大的树木:没有森林,没有树冠。如果我们以“计划经济体”的思维进行思考,树干就是徒劳无益的。然而,自然界经济并不是计划的。植株个体与其他植株竞争,和同一物种及其他物种的个体竞争,它们越长越高,远远超过了任何规划师的建议。然而,也不能无限制地高。它们终于会长到一个高度点,在这个点继续长高 1 英寸的话,虽然会带来一项竞争优势,但是这样长花费太多了,其结果是个别这么长的树境况更糟了。“树木被迫长到的高度”其最终决定因素是树木个体的成本和收益。当然,在不同的森林中,达到平衡的高度也不相同。太平洋海岸红杉森林的高度可能一直是世界之最(一生中一定要去看一看它们)。

  请注意,军备竞赛在进化的光阴里进行。不要混淆于某猎豹个体和某瞪羚个体的竞赛。在进化光阴中的竞赛,得以组建装备,用于投入现实中的竞赛。这样说的实际意思是:第一,在双方的基因库中,逐渐积累、强化了用于制造装备以智胜或超越对方的基因;第二,当大家争相从同一只天敌面前逃离,“用于快跑的装备”是用来超过同一物种的竞争者的。当猎豹追逐一群羚羊,对于一只羚羊个体来说,最重要的不是说能跑过猎豹,而是不能成为羚羊群中跑得最慢的成员。

  双方只有取得成功的个体,才会自动传递助其成功的基因。“无用”和“废物”这种想法跃入我们的头脑,是因为我们是人类,能站在“整个生态系统的福利”这一高度,观察此事。而自然选择只关心个体基因的生存和繁殖。
  正像每一棵树都有“经济体”,投入树干中的资源无法再付给果实或叶子;猎豹和羚羊也各自有其“内部经济体”。“跑得快”要付出巨大的代价,这不仅来自最终要追溯到太阳的能量,而且来自生成肌肉、骨骼和体力的各种物质。瞪羚所摄入并消化的植物物质形式的食品,是有限的。用在肌肉和长腿上的物质无论是什么,都必然来自生命的其他部门,如育婴——理想状况下,“育婴”可能才是该动物“喜欢”投入资源进行的活动。这里是一个非常复杂的、各种妥协所构成的平衡,有可能从其他一些部门抽取资源,大力投入到另一个生命的部门(这是经济学的铁律)。一只个体把更多的资源投入奔跑,超过了理想的程度,拯救了自己的性命;但还有另一些同类,它们可能牺牲了一些奔跑速度,虽然招致了更多被吃掉的风险,却取得了适当平衡,能生育更多的后代,传递(这种取舍得当的)基因——这两种个体互相竞争,跑得快的,反而会最终落败。
  必须取得恰当平衡的方面,不只是能源和昂贵的材料,还有“风险”。细长的腿,跑的速度快。但不可避免地,细长的腿也更易骨折。在比赛的狂热中,摔断腿的赛马,实在是屡见不鲜,它们通常会被迅速处死。它们是如此脆弱,原因是:在选育它们的时候,不惜一切代价地“过度求快”。瞪羚和猎豹也被选择性地繁殖,以求其快(是自然选择)——如果自然界在选育它们的时候“过度求快”,它们也将腿脚脆弱,易于骨折。但是,自然从来没有“过分地选育”,自然取得了适当的平衡。这个世界充满了取得适当平衡的基因——正因为这样,它们才会存在于此!这意味着在现实中,有生长“超长腿”的遗传倾向的个体传递基因的能力,要逊于速度稍慢一些但不易骨折的个体(虽然长腿更利于奔跑)。并不是个体在做摆弄和平衡,而是基因库中各种可选基因的相对数量在通过自然选择,妥协和平衡。

  “最佳妥协”不是固定的,会变。在羚羊这一方,取决于该地区的食肉动物的出现频率,羚羊的“奔跑速度”和“其他需求”之间的权衡将发生推移。如果只有少数捕食者在周围,那么羚羊的“最佳腿长”就会缩短:最成功的个体将是那些其基因导致它们从腿部分流一些能源和材料,用于其他活动(如育婴或积累更多脂肪)的个体。这些也是不太容易断腿骨折的个体。相反,如果捕食者的数量增加,最佳的平衡将向长腿那一端推移,也会有更大的骨折的危险,于是就会有较少的能量和材料用于“身体经济”中那些和“快跑”关系不大的方面。
  而同一类型的隐形计算,也将使捕食者的身体达成平衡,作出最佳的妥协。腿部骨折的猎豹,无疑将死于饥饿,她的幼崽也会饿毙。但是,鉴于能吃到一顿饭的困难程度,跑得太慢不能猎取足够食物的危险,可能会大过腿部骨折的危险。
  猎手和猎物,都被困在了一场军备竞赛中;每一方都在不明智地压迫另一方改变其最优配置,以经济和生命和谐为代价,越来越远。
  光阴流逝,猎手越来越善于捕捉猎物,而这促使猎物更善于逃脱捕捉。双方并行地改善自己的装备,以求生存;但是双方都未必比以前过得更好——因为另一方也在改善自己的装备。
  双方各自为了私利而大肆升级军备——又恰恰因为升级是相互的,所以优势就被抵消了。

  想象一下,狮子达成了协议。某一地区的大部分狮子同意“限制它们的狩猎,保持在可持续的水平”。但是,假设在这个节制且充满公义精神的狮子种群中,产生了一个突变基因,导致某只狮子个体违背了这个协议,竭力地捕猎猎物种群而自肥其身,甚至不惜把猎物物种驱赶到面临灭绝。自然选择会惩罚反叛的“自私的基因”吗?可惜的是,它不会!反叛的狮子的后代,拥有的反叛基因,将在狮子种群中超过它们的对手,在生殖后代方面也将超过它们的对手。在几代之内,反叛的基因就在狮群中大肆传播;原来的友好的协议,将荡然无存。得到了最大份额猎物的狮子,也将传递使他得逞的这种基因。

  自然选择所选择的,是一个种群内互相竞争的个体。即使在个体竞争的驱动下,整个种群被驱策到灭绝的边缘,自然选择仍将有利于最有竞争力的个体——直到最后一只个体死亡的那一刻为止。自然选择可以驱动一个种群发生灭绝,而同时不断偏袒那些血战到底的有竞争力的基因(注定要成为最后的灭绝个体)。

  可猜想,瞪羚在被追捕至死亡时,承受着可怕的痛苦和恐怖——它们大多数终将承受。自然界每年产生的“痛苦”的总量,大大超过了任何宽容的期望。就在我构思这句话的时间内,数千只动物正在被生吞活剥;其他一些动物则正在惊恐地呜咽着逃命;还有一些正被使其焦躁的寄生虫从内部缓慢地吃掉;数以千计的各种动物正死于饥饿、干渴和疾病。必然如此。如果真有富足的时代,这一事实会自动导致动物群体增长,直至饥饿和苦难的自然状态重现。
  自然选择本来就是徒劳、没有意义的——它只是自我复制指令的复制和生存而已。

  苦难是通过自然选择的进化的副产品、不可避免的后果。

  疼痛的作用是提高疼痛者的生存。大脑内建了一个经验法则:“如果你遇到疼痛的感觉,无论你做什么,都不要再做它了。”为什么会有如此剧烈的痛苦,它仍然是一个有趣的讨论。从理论上讲,你可能会觉得,每当动物做害己之事(如拿起炽热的煤渣),这时让大脑通信线路中发生不引发痛苦的变化然后动物就不再这样做了,这样不是很好吗?——表面上来看,这就应该足够了。被热煤灼烧的痛苦,为什么可以持续数天,并且这种痛苦从此再也忘不掉?为什么要那么痛苦?
  正像对苗条身材的渴望可能打败饥饿欲食的渴望一样,逃避痛苦的渴望,明显也是可以被压倒的。
  感觉不到疼痛的人通常没有好结果。“先天性无痛无汗症”(CIPA)患者对疼痛不敏感,是一种罕见的遗传异常,患者皮肤缺乏疼痛受体细胞(并且也不出汗)。诚然,CIPA 患者没有一套内置痛觉系统,但他们可以被教导从而认识到需要避免身体伤害。CIPA 患者因为无法感觉到疼痛,而承受各种不愉快的后果,包括烧伤、断裂、多发性疤痕、感染。更意外的是,他们的关节也遭受严重损害,因为与我们平常人不同,他们或坐或卧在一个位置很长时间,也不改变自己的姿态。有些患者设置闹钟来提醒自己白天经常改变姿态和位置。
  与我们假设的“仁慈的设计师”不同,自然选择对于痛苦的强度是冷漠的——除非它会影响生存和繁衍。而且,正如我们应该想到的,既然适者生存(而非设计)构成了自然世界的基础,自然世界似乎根本没有采取任何步骤,以减少痛苦的总量。
  姬蜂科的物种有这样的习性:它们麻痹其受害者,把卵产在受害者体内,其幼虫会把受害者从内部吃空;此外,自然界还有各种普遍的残忍现象,这成了维多利亚时代的“神义论”需要面对的当务之急。雌蜂在活的昆虫(如毛毛虫)体内产卵,它们首先会用针刺仔细地逐个刺每一个神经节,其方式虽令猎物瘫痪,但仍保持活的状态。猎物必须保持活的状态,以为里面寓居的姬蜂幼虫提供鲜肉。而幼虫的工作,则是按明智的顺序,小心地吃掉其内脏器官。它首先吃掉脂肪组织和消化器官,把重要的心脏和神经系统留在最后(这是维持毛毛虫的生存所必需的)。达尔文如此尖锐地想知道,什么样“仁慈的设计师”才会想到这样一种主意?我不知道毛毛虫是否也会感到疼痛。我虔诚地希望它感觉不到疼痛。但我明白,自然选择如果可以更经济地完成工作,而致其行动瘫痪,那么它在任何情况下都不会采取任何步骤平息它们的痛苦。

  在狩猎过程中母狮子通常比较尽力,但一般是雄狮获得“大份额的猎物”。

第十三章 生命以此观之,何其壮哉

  热力学第二定律指出,尽管能量既不能被创造也不能被毁灭,但(须在一个封闭系统中)它会变得越来越不能做有用的功:这就是所谓的熵增加。“功”包括一系列事情,比如向上抽水,或与之等效的从大气层的二氧化碳中提取碳原子用于植物组织。
  宇宙中几乎所有的能量,都在从能够做功的形式逐渐降级到不能做功的形式。这是一种削平,一种调和,最终整个宇宙都会达到一种均一的、(真正的)平静的“热寂”。

  自然选择是一个“逆转不可能性的泵”:一种产生“统计学上的不可能的事物”的过程。它有组织地抓住了少数令其得以生存的随机变化,在长得无法想象的时间里,一点一滴地把它们积累起来,直到进化终于爬上了不可能性与多样性之山巅,这些山峰的高度和范围似乎没有极限,我把这种比喻性的山峰称为“不可能之山”。
  生命进化出了巨大的复杂性,这仅仅是由于自然选择在局部把它从统计学上的“不可能”驱向了“可能”。而这之所以有可能实现,端端是因为源自太阳的不断的能量供应。

  我们现在看见的进化支,是善于进化的生物分支。在进化支选择中,不成功的进化支走向了灭绝,或者未能使自身多样化以迎接各种挑战——它们便败落并且毁灭了。

附录 否认历史的人

  作为一名生物学教师,我发现自己悲惨地对于另一项来自“欧洲晴雨表”的调查结果感到“宽慰”,这项调查揭示了大量英国人(19%)认为地球绕太阳转一圈需要一个月。这个比例在爱尔兰、奥地利、西班牙、丹麦均超过 20%。令我惊讶的是,他们究竟认为“年”是什么?为什么季节会这样规律性地交叠更替?难道对自己的世界具有的这一显著特点的缘由,他们竟然不感到好奇?我们看起来正在直面一种对科学的广泛无知,这当然很糟糕,但至少还好过因怀有绝对的偏见而反对某一具体科学(即进化科学),似乎土耳其就是这样(不禁可以猜想到一些伊斯兰教国家的情况)。甚至不可否认,在美国的情况也会如我们在盖洛普和皮尤调查中所看到的那样。
  2008 年 10 月,约 60 位美国高中学校教师在亚特兰大埃默里大学的科学教育中心会面。一位老师报告说,当学生们被告知要学习进化时,他们“号啕大哭”。另一位老师描述,当他开始在课堂上讲述进化时,学生们是如何尖叫着喊道“不要!”另一个报告说,小学生们强烈要求知道:鉴于进化“只不过是个理论”,为什么非要学习进化。还有老师描述,教会训练学生带着针对性问题到学校来提问,从而破坏教学。位于肯塔基州的创世博物馆是一个慷慨的资助机构,它致力于高水平地否认历史。在这里,孩子们可以骑在带马鞍的恐龙模型上,这不仅仅是一些小小的娱乐,它传递的信息是明确而毫不含糊的——恐龙是最近的存在并且曾和人类和平共处。它是由免税组织“创世记的答案”经营的。美国纳税人正在资助科学谎言和错误的教育。