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1859年11月达尔文的《物种起源》一书出版,此书成为19世纪最具争议的著作,到今天,书中的人多数观点为科学界所普遍接受,但仍有部分观点没有被认可,以下第一篇文章是对达尔文《物种起源》的重温;第二篇文章是当今某些生物学家的新发现:有些新物种的起源不能用《物种起源》的观点进行解释。
几年前,一家著名科学杂志将阅读达尔文的《物种起源》列为一个人在有生之年必做的百件大事之一,以体验科学天才的重要理论给人的心灵带来的特别震撼。天才的达尔文在他生活的那个时代提出了一种全新的激进看法,即生命形式会随着时间和空间改变。
对于21世纪的读者来说,这部15万字的巨著似乎过于冗长。但事实上,作为一位思维清晰的思想家,达尔文从人们所熟悉的家养动物——农场动物说起,直到一些鲜为人知的动物,由浅入深地描述了动物的进化过程。
《物种起源》是在匆忙中完成的。达尔文原本计划的篇幅更大,但当他发现当时英国的另一位博物学家华莱士的一些想法与他随《小猎犬号》探险返航归来后正在酝酿形成的理论竟然不谋而合时,便匆匆出版了《物种起源》。为此,达尔文一再向读者致歉:因匆匆完成,漏掉了许多东西,他要尽余生之力来填补其中的空白。尽管这样,《物种起源》仍然给科学界带来了巨大的震撼。
如果说《物种起源》就像是作者匆匆写给读者的一封封信。那么在一个半世纪之后的今天,以下对《物种起源》的重温就好比是一幅幅明信片,向读者简略勾勒达尔文理论中的一道道风景。
第一章 家养动物的进化
在本章中,达尔文以驯养家畜为例,探讨变异的原因和选择的原则。
自农民们有意识地培育驯化家畜的某些特征开始,他们就在不知不觉中成了最早的进化论者。人类有意识地进行物种选择的力量是巨大的。大约16000年前,中国人开始对狗进行驯养。狗的祖先是狼,在今天,狼和狗都属于犬属。但从那时开始,狗已经发生了巨大的变化。养狗者无情地淘汰掉那些不符合要求的品种,培育出种类繁多的品种。
大多数犬类品种的培育时间不到400年。在达尔文的童年时代,犬的种类不超过15种,而到《物种起源》发表时,已经上升到50种,现代犬的种类更是达到400种左右。今天的许多犬类品种在不到30代的时间里就能获得新的显著特征,有时单一的基因突变就有可能诞生一个新的品种。
爱尔兰猎狼犬高达1米,体重相当于30只奇瓦瓦狗,两种狗在体形上的巨大差异却只源于单一基因的不同。不过,大多数品种的差异往往涉及到多个基因。犬类品种培育者往往会对某种优良品种的特点有选择性地进行培育。
不同品种间的杂交往往能培育出优良的后代,比如欧洲灰狼与农家驯养的狗杂交。狗在短短几十年时间里的世系演化历史是达尔文主义的一个有力佐证。
第二章 自然环境动物的进化
在本章中讨论个体间的差异,强调种内的可变异性,正是由于这种差异性和可变异性,自然选择才成为可能。
大自然中充满了变化。迄今为止已得到确认的动物品种有180万种,毫无疑问还有许多物种有待于我们去发现。而我们对于生命王国中的其他领域了解更少,许多动植物的栖息地至今未能得到很好的勘查。科学家在大西洋、太平洋、波罗的海、地中海和黑海提取水生微生物样本并进行分类研究,结果发现了成千上万种新的微生物品种。这一事实证明,地球生物圈中存在着大量我们未知的生命形式。
生物的多样性令达尔文为之着迷,他意识到新的物种通常是从现有的物种变异产生的,而现代遗传学揭示了新物种变异产生之惊人程度。通过种内变异。自然选择促进发展了特殊环境下的特殊的特性。占据两个不同空间或时间的同一个物种。有可能演变成两种无法进行基因交换的生命形式,即变成两个完全不同的物种。
有时,在生存压力和不断变化的生存环境下,物种之间的界限也会产生变化或变得不稳定。例如,北美的红狼和山狗,这两种动物之间存在明显的区别,它们虽然世代居住在同一个地方,却一直保持着各自的特性。可近年来,由于人类活动的影响,它们之间的差距已被迫拉近,并已开始产生杂交后代。对于它们来说。阻碍基因共享的障碍并没有完全隔绝它们,在一定的时机和条件下。两者有可能重新合而为一。
第三章 生存竞争
本章描述了物种在有限资源条件下的生存竞争。
只要给予一定的时间,所有物种都拥有大量增加种群数量的潜能。但通常由于食物缺乏、疾病传播、遭遇被捕食的厄运,以及缺乏安定的栖息地等原因,大自然未能给予它们充分发展的时间和机会。达尔文那个时代的大部分人都否认存在这样的生存竞争。现在生存竞争的理论已被普遍接受,但我们常常会忘记这种生存竞争的无情程度。
例如,大约有400万只宠物狗与人类家庭舒适地生活在一起,而在一些轻视狗的文化中,数以百万计的野狗成群结队地到外流浪,被迫成为食腐动物,过着悲惨的生活。而曾经在世界各地的森林中自由漫步的狼,它们的栖息地也因人类活动受到破坏。如今欧洲的狼只剩下几千头,如果得不到有效的保护,这一物种也许很快就会从地球上消失。狼与野狗的运气都不太好,它们面对的是大自然中最难对付的敌手:人类,所以它们都要在生存竞争中付出代价。
第四章 生存能力和繁殖能力的继承
本章解释了对生存能力和繁殖能力的继承是如何形成千差万别的自然界的。具有生存能力和繁殖能力的物种存活下来,而那些生存能力差的和繁殖能力低的物种则被淘汰。从这一代到下一代发生改变是进化和新种形成的原因。
第五章 影响变异的力量
本章探讨了自然选择中影响变异的各种力量。
一万年前,北美大部分地方都被冰层覆盖着,随着冰川后退,出现了低丘、小湖泊和淙淙溪流等复杂的地面景观。渐渐地,棘鱼从海洋迁移到湖泊,它们发现了两种截然不同的生存小生境,适应了两种不同的生活方式。在湖泊里,大部分食物都在开阔的水体中供它们任意取食,棘鱼的体形在这里变得更加纤细,它们也更擅长于游泳。而在溪流里,浅浅的水底是棘鱼觅食的好去处,它们变得强壮而坚韧,这样才有足够的力量在水底挖掘食物。虽然这两种生活在不同环境中的棘鱼并没有成为截然不同的两个物种,但它们都喜欢逗留在自己的栖息地,互相之间也不产生杂交关系。棘鱼在面对生存环境的挑战时,自然选择的法则一直在起作用,只有那些能够通过生存考验的个体,才有机会将它们的遗传基因传递下去。
正如达尔文所认识到的那样,延续下一代需要通过两种考验:首先是能够活下去,第二是能够成功地繁殖后代,由此便产生了所谓的“雌雄淘汰”。许多物种的雄性不得不通过竞争去获得雌性的注意和青睐,而雌性为后代选择优秀的父亲也会付出代价。这种“雌雄淘汰” 竞争导致生物体结构产生一些奇异的演变,如孔雀的尾巴可起到吸引异性的作用,但孔雀尾巴本身不但对孔雀的生存没有任何帮助,反而是个不利的障碍。这就是生存竞争的法则,这种为吸引异性而付出的代价相当昂贵。
某些物种在延续后代和死亡风险之间很难达到理想的平衡点。在特立尼达岛,生活着一种虹鳉鱼。这种世界上最受欢迎的观赏鱼之一有着极为美丽的花尾巴,因此又被称为孔雀鱼、虹彩鱼。在一些溪流中,雄性孔雀鱼身上长有吸引雌鱼的鲜艳亮丽的橙色斑点。而在另外一些潜伏着许多凶恶捕食鱼类的溪流中,雄性孔雀鱼的色彩在进化过程中变得非常暗淡,但如果将它们迁移到没有天敌的溪流中,短短几代时间内,它们身上亮丽的斑点又会重新出现。这种现象充分显示了生存竞争中“雌雄淘汰”的巨大力量。
第六章 动物器官的进化
达尔文理论认为,动物的器官有的复杂而完美,有的则完全是多余的累赘。
从哺乳动物的耳朵可以一瞥进化的鬼斧神工。乍一看,模样精致的耳朵就像工程师设计的完美艺术品。鱼能够接收水中的声波,它们的身体本身就是一个简单的压力传感器,而水则是一种很好的传导压力的导体。爬行动物和鸟类在外部世界和耳朵感觉神经细胞之间有一块听小骨,而进化程度较高的哺乳动物则有三块听小骨,因而它们辨音听声的效率更高。
哺乳动物的耳朵只是动物为适应新的、不同的环境而对身体结构不断修改完善、不断进化的例子之一。当哺乳动物的祖先出现时,其耳朵结构开始占据其他结构的地方——上下颌骨相连的位置发生移动,为中耳的两边听骨腾出了位置。所以,如今我们用来听声音的地方却是我们祖先用来咀嚼的地方。化石揭示了动物在世代演替中,中耳结构逐步完善的整个进化过程,显示了自然选择的神奇力量。
当时的达尔文对于遗传基因一无所知,所以关于遗传的章节是本书最薄弱之处。而在遗传学和进化论已成为当代生物科学的重要分支的今天,科学家业已证明,活跃在鱼的感觉系统和人类耳朵中的基因是相同的。
第七章 动物行为的进化
本章阐述了动物行为是如何进化的。
狗一直被用来狩猎,其中一些具有特殊能力者,比如擅长跟踪猎物、追逐猎物、为主人叼取猎物的狗,则被选择作为优良品种培育下一代。这段进化的历史仍然活生生地体现在如今的一些良种犬的本能中。如像英国种的博德牧羊犬,会将羊群收拢赶到一起,却不会撕咬它们;一些专门用来控制体形较大较凶猛家畜的狗,能够制服发狂冲撞的斗牛。那么,像这样的特征,真的也能通过选择而进化演变吗?
答案是肯定的。20世纪50年代,俄罗斯研究人员发现,经过严格地选择性育种及驯化,野生银狐在几代之内就开始向人类摇头摆尾,喜与人类为伴,甚至它们的外观也发生了一些改变,比如皮毛上新出现了一些斑点,耳朵也变得松软下垂。经过30代的培育,这些野生银狐完全被驯服,它们的大脑似乎也与身体的其他部分一样迅速地发生着演变和进化。
第八章 物种的不同特性
在本章中,达尔文阐述了是什么原因保持了物种的不同特性。
物种保持各自的特性,是因为它们生活在不同的地方,而且由于遗传基因的原因,大多数物种之间的壁垒是不能逾越的。对两种墨西哥鱼类进行的实验表明,物种之间的不同特性,有时只是一点小小的改变。
生活在溪流里的剑尾鱼身上长有美丽的黑色斑点,而生活在附近其他河道里的剑尾鱼虽然看上去样子差不多(只是雄鱼身上没有斑点),却有一条长长的尾巴。这两个种类的鱼在野生环境中从来没有过种间杂交,但在实验室环境里,在研究人员的诱导下却能跨越这道屏障,杂交后的品种身上长有斑点,生存状态也要好得多,至少在养鱼池里看起来是这样的。不过,它们的下一代有可能蒙受险恶的命运——小斑点最后变成致命的黑色肿瘤。更可怕的是,这些长有癌细胞的雄鱼却备受雌鱼的青睐。
DNA研究表明,细胞中含有“分子刹车”和“加速器”,可告诉细胞何时开始分裂,何时停止分裂,何时死亡,而在杂交鱼中这种“刹车”控制装置会失灵,来自一个亲本物种的“加速器”基因会拒绝对来自另一个亲本物种停止分裂的命令作出响应,结果,第二代杂交鱼就可能会死于癌症。有理论认为,导致这些鱼出现问题的过度活跃的基因,与导致人类皮肤癌的基因几乎是一样的。
第九章 中间品种的缺少
在本章中,达尔文叙述了中间品种的缺少情况,并解释了为什么古生物群的世系会出现许多空白。
第十章 地质记录的不完整
本章阐述了从化石到活着的生命形式之间的连续性。
地质记录是世界历史这本“书”中的很少几页中的寥寥数行,而且在很大程度上是非常不完整的,因为软体动物很少能在岩石中保存下来,至多只有身体的某些零散部分保存下来。然而,从达尔文的时代开始,世界各地发现了大量的化石,达尔文曾为地质记录不足以支持他的理论而担忧,现在看来他过于悲观了。
达尔文当时只能根据岩石风化的程度估计每一地质层的大致年代,而我们今天可以利用同位素年代测定法直接判定化石的年龄和进化历史。地球上最早的生命形式可一直追溯到30多亿年前,恐龙灭绝发生在约6500万年前,这类重大历史事件的年代测定相当完善。喜马拉雅山脉中有许多化石,这些化石都是海洋生物死亡后形成的(很久以前,喜马拉雅山脉的许多山峰曾是古地中海的洋底)。在这些化石中,包括大鲸鱼的祖先。所有鲸类动物最早祖先的骨骼化石在约5000万年前的海床上被发现,它们属于一种长有四条腿和一条尾巴的生物,生活在岸上,模样有点像海豹,只是耳朵结构非常独特,如今只在鲸鱼身上有这样的结构。
大约100万年之后,出现了一种“能游泳会行走的鲸”,看起来像3米长的水獭;又一个100万年过去,这种动物的鼻孔转移到了口吻部,骨盆移离了脊椎;又过去了5个100万年,海洋里出现了四肢退化到极小、身体极长的海洋哺乳动物。
接下来是大规模的分道扬镳。蓝鲸的祖先及其近亲——所有的从水中过滤微小生物的海洋庞然大物——它们的嘴里开始进化出巨大的过滤筛,而尖利的牙齿只存在于早期的鲸类动物中和今天的虎鲸中。科学家最近对海洋沉积层的研究还揭示了海豚和鲸是如何分道扬镳的,并提供了有史以来地球上最大海洋生物的完整历史。
这同时也给予了鲸类动物在哺乳动物家族中应有的位置,而鲸的归属在不久以前还相当模糊。鲸类动物最早的祖先与最后进化为河马的动物很相似。鲸鱼虽然看起来很特别,但却是一个大家族的成员,这个大家族包括河马、猪、长颈鹿和牛等。DNA分析可追溯到岩石中的记录。利用现代生物技术,科学家在不到半个世纪的时间里,已经揭开了 鲸鱼的整个进化历史。
第十一章和第十二章 古生物的演替与地理分布
达尔文在这两章中论证了地质地理和气候变化对于生物进化和演替的重要性,解释了我们如今所看到的地球生命的地理分布状况。
企鹅令人着迷。企鹅的种类在17至20种之间(企鹅的分类取决于不同的分类方法)。企鹅种类繁多,形态各异,有南极庄重优雅的皇企鹅,澳大利亚可爱的仙企鹅,其他一些企鹅则分布在新西兰、南非、南美洲和加拉帕戈斯群岛。企鹅是鸟类。DNA分析显示,企鹅与信天翁是近亲,但企鹅不会飞行,那它们是如何迁移分布到世界各地的呢?
最古老的企鹅化石出现于6500万年前的恐龙灭绝大灾难之后不久,它们是如今所有种类企鹅的祖先,生活在新西兰南部和南极洲的玛丽·伯德地,当时这两地相隔不到1500千米,这些企鹅祖先的翅膀在那时已几乎完全退化。化石记录及DNA分析都表明,企鹅的地理分布和蔓延都与约35万年前开始的冰川前进和后退事件相吻合。一系列的冰河时代使得南极不适宜继续居住,当冰川延伸时,企鹅向南方迁移,冰流驱赶着一些企鹅向西和向东迁移,在靠近赤道的地方定居下来。
经过1000万年的冰河期,然后地球变暖、变冷、再变暖,企鹅也随着冰原边缘一直撤退到遥远的南方,一路上在地球各处的寒冷水域边留下了一些群体。在之后漫长的岁月里,这些分散在世界各地的企鹅群体独自面对不同环境的挑战,形成了我们今天所看到的种类繁多的企鹅。
第十三章 特种分类
达尔文在本章中讨论了如何以物种进化为线索,对地球物种进行分类。
达尔文认为,正如了解物种的过去是认识物种的现在之关键,对物种胚胎的研究也是物种分类的一个关键。动物在生长过程中,会形成适应环境的各种特点和形态。因此,对动物胚胎形式进行比较,更容易发现生物体之间的深层关联。
达尔文花了整整8年时间对藤壶进行研究,当时人们对这种海洋生物几乎没有什么了解,只有一个模糊的概念,认为它与螃蟹、昆虫或其他节肢动物之间有亲缘关系。成年藤壶的形态各有不同,海滨常见的藤壶是人们所熟悉的,而寄居在蟹体内的藤壶则像一株巨大的真菌。无论这两个种类的藤壶在形体上是如何的不同,它们的胚胎却非常相似,并且与海洋中的龙虾、螃蟹和其他节肢动物的胚胎也很相像,只是相像的程度比不上不同种类的藤壶之间的相似程度。许多成年后看起来根本不同的生物,通过胚胎能够揭示它们之间的深层联系,表明它们曾有过共同的祖先,通过进化演变,渐渐成为不同的物种,而它们的一些相同之处则保留在了胚胎之中。
达尔文时代的物种分类方法主要是通过肉眼观察,或在显微镜下进行观察,而现代遗传科学则以基因为进化单位,揭示了几十年前还几乎是一个未知世界的整个生命王国的奥秘。
与发现所有动物与蘑菇之间存在着亲缘关系相比,发现鲸与长颈鹿之间的亲缘关系只是一个小小的惊喜。单细胞王国中的古细菌在外表上与今天的细菌虽然相似,但它们的结构和生活方式却是完全不同的,在生命的早期时代,古细菌甚至有可能与细菌合作,为今天世界上所有的植物和植物提供了有核细胞。
第十四章 为什么会有这么多不同的物种
达尔文在本章中揭示了一个“所有奥秘中的奥秘”:为什么会有这么多不同的物种?
在《物种起源》问世一个半世纪之后,可以肯定,达尔文几乎说对了所有的事情,进化理论如今已不再“仅仅只是一种理论”,就像科学领域内的所有其他学科一样,它为我们提供了一个如何看世界的逻辑方式。在达尔文的这部伟大著作中,揭示的不仅仅是动物世界和植物世界的奥秘。还有我们人类自身的奥秘和人类起源的奥秘。
达尔文从一大堆看似毫无关联的事实中,揭示了其互相之间的必然联系,建立并统一了现代生物学,而现代心理学、现代生态学等都能从达尔文的巨著《物种起源》中找到各自的起源。在一个半世纪后的今天,进化论之于我们理解生命的重要性,就如引力之于宇宙研究的重要性。
达尔文在《物种起源》的结束语中说道,地球生命从最简单的生命形式进化为如今这个美丽而神奇多彩的多样化生命世界,是非常伟大和奇妙的,而这个进化过程仍然在继续进行着。
几年前,一家著名科学杂志将阅读达尔文的《物种起源》列为一个人在有生之年必做的百件大事之一,以体验科学天才的重要理论给人的心灵带来的特别震撼。天才的达尔文在他生活的那个时代提出了一种全新的激进看法,即生命形式会随着时间和空间改变。
对于21世纪的读者来说,这部15万字的巨著似乎过于冗长。但事实上,作为一位思维清晰的思想家,达尔文从人们所熟悉的家养动物——农场动物说起,直到一些鲜为人知的动物,由浅入深地描述了动物的进化过程。
《物种起源》是在匆忙中完成的。达尔文原本计划的篇幅更大,但当他发现当时英国的另一位博物学家华莱士的一些想法与他随《小猎犬号》探险返航归来后正在酝酿形成的理论竟然不谋而合时,便匆匆出版了《物种起源》。为此,达尔文一再向读者致歉:因匆匆完成,漏掉了许多东西,他要尽余生之力来填补其中的空白。尽管这样,《物种起源》仍然给科学界带来了巨大的震撼。
如果说《物种起源》就像是作者匆匆写给读者的一封封信。那么在一个半世纪之后的今天,以下对《物种起源》的重温就好比是一幅幅明信片,向读者简略勾勒达尔文理论中的一道道风景。
第一章 家养动物的进化
在本章中,达尔文以驯养家畜为例,探讨变异的原因和选择的原则。
自农民们有意识地培育驯化家畜的某些特征开始,他们就在不知不觉中成了最早的进化论者。人类有意识地进行物种选择的力量是巨大的。大约16000年前,中国人开始对狗进行驯养。狗的祖先是狼,在今天,狼和狗都属于犬属。但从那时开始,狗已经发生了巨大的变化。养狗者无情地淘汰掉那些不符合要求的品种,培育出种类繁多的品种。
大多数犬类品种的培育时间不到400年。在达尔文的童年时代,犬的种类不超过15种,而到《物种起源》发表时,已经上升到50种,现代犬的种类更是达到400种左右。今天的许多犬类品种在不到30代的时间里就能获得新的显著特征,有时单一的基因突变就有可能诞生一个新的品种。
爱尔兰猎狼犬高达1米,体重相当于30只奇瓦瓦狗,两种狗在体形上的巨大差异却只源于单一基因的不同。不过,大多数品种的差异往往涉及到多个基因。犬类品种培育者往往会对某种优良品种的特点有选择性地进行培育。
不同品种间的杂交往往能培育出优良的后代,比如欧洲灰狼与农家驯养的狗杂交。狗在短短几十年时间里的世系演化历史是达尔文主义的一个有力佐证。
第二章 自然环境动物的进化
在本章中讨论个体间的差异,强调种内的可变异性,正是由于这种差异性和可变异性,自然选择才成为可能。
大自然中充满了变化。迄今为止已得到确认的动物品种有180万种,毫无疑问还有许多物种有待于我们去发现。而我们对于生命王国中的其他领域了解更少,许多动植物的栖息地至今未能得到很好的勘查。科学家在大西洋、太平洋、波罗的海、地中海和黑海提取水生微生物样本并进行分类研究,结果发现了成千上万种新的微生物品种。这一事实证明,地球生物圈中存在着大量我们未知的生命形式。
生物的多样性令达尔文为之着迷,他意识到新的物种通常是从现有的物种变异产生的,而现代遗传学揭示了新物种变异产生之惊人程度。通过种内变异。自然选择促进发展了特殊环境下的特殊的特性。占据两个不同空间或时间的同一个物种。有可能演变成两种无法进行基因交换的生命形式,即变成两个完全不同的物种。
有时,在生存压力和不断变化的生存环境下,物种之间的界限也会产生变化或变得不稳定。例如,北美的红狼和山狗,这两种动物之间存在明显的区别,它们虽然世代居住在同一个地方,却一直保持着各自的特性。可近年来,由于人类活动的影响,它们之间的差距已被迫拉近,并已开始产生杂交后代。对于它们来说。阻碍基因共享的障碍并没有完全隔绝它们,在一定的时机和条件下。两者有可能重新合而为一。
第三章 生存竞争
本章描述了物种在有限资源条件下的生存竞争。
只要给予一定的时间,所有物种都拥有大量增加种群数量的潜能。但通常由于食物缺乏、疾病传播、遭遇被捕食的厄运,以及缺乏安定的栖息地等原因,大自然未能给予它们充分发展的时间和机会。达尔文那个时代的大部分人都否认存在这样的生存竞争。现在生存竞争的理论已被普遍接受,但我们常常会忘记这种生存竞争的无情程度。
例如,大约有400万只宠物狗与人类家庭舒适地生活在一起,而在一些轻视狗的文化中,数以百万计的野狗成群结队地到外流浪,被迫成为食腐动物,过着悲惨的生活。而曾经在世界各地的森林中自由漫步的狼,它们的栖息地也因人类活动受到破坏。如今欧洲的狼只剩下几千头,如果得不到有效的保护,这一物种也许很快就会从地球上消失。狼与野狗的运气都不太好,它们面对的是大自然中最难对付的敌手:人类,所以它们都要在生存竞争中付出代价。
第四章 生存能力和繁殖能力的继承
本章解释了对生存能力和繁殖能力的继承是如何形成千差万别的自然界的。具有生存能力和繁殖能力的物种存活下来,而那些生存能力差的和繁殖能力低的物种则被淘汰。从这一代到下一代发生改变是进化和新种形成的原因。
第五章 影响变异的力量
本章探讨了自然选择中影响变异的各种力量。
一万年前,北美大部分地方都被冰层覆盖着,随着冰川后退,出现了低丘、小湖泊和淙淙溪流等复杂的地面景观。渐渐地,棘鱼从海洋迁移到湖泊,它们发现了两种截然不同的生存小生境,适应了两种不同的生活方式。在湖泊里,大部分食物都在开阔的水体中供它们任意取食,棘鱼的体形在这里变得更加纤细,它们也更擅长于游泳。而在溪流里,浅浅的水底是棘鱼觅食的好去处,它们变得强壮而坚韧,这样才有足够的力量在水底挖掘食物。虽然这两种生活在不同环境中的棘鱼并没有成为截然不同的两个物种,但它们都喜欢逗留在自己的栖息地,互相之间也不产生杂交关系。棘鱼在面对生存环境的挑战时,自然选择的法则一直在起作用,只有那些能够通过生存考验的个体,才有机会将它们的遗传基因传递下去。
正如达尔文所认识到的那样,延续下一代需要通过两种考验:首先是能够活下去,第二是能够成功地繁殖后代,由此便产生了所谓的“雌雄淘汰”。许多物种的雄性不得不通过竞争去获得雌性的注意和青睐,而雌性为后代选择优秀的父亲也会付出代价。这种“雌雄淘汰” 竞争导致生物体结构产生一些奇异的演变,如孔雀的尾巴可起到吸引异性的作用,但孔雀尾巴本身不但对孔雀的生存没有任何帮助,反而是个不利的障碍。这就是生存竞争的法则,这种为吸引异性而付出的代价相当昂贵。
某些物种在延续后代和死亡风险之间很难达到理想的平衡点。在特立尼达岛,生活着一种虹鳉鱼。这种世界上最受欢迎的观赏鱼之一有着极为美丽的花尾巴,因此又被称为孔雀鱼、虹彩鱼。在一些溪流中,雄性孔雀鱼身上长有吸引雌鱼的鲜艳亮丽的橙色斑点。而在另外一些潜伏着许多凶恶捕食鱼类的溪流中,雄性孔雀鱼的色彩在进化过程中变得非常暗淡,但如果将它们迁移到没有天敌的溪流中,短短几代时间内,它们身上亮丽的斑点又会重新出现。这种现象充分显示了生存竞争中“雌雄淘汰”的巨大力量。
第六章 动物器官的进化
达尔文理论认为,动物的器官有的复杂而完美,有的则完全是多余的累赘。
从哺乳动物的耳朵可以一瞥进化的鬼斧神工。乍一看,模样精致的耳朵就像工程师设计的完美艺术品。鱼能够接收水中的声波,它们的身体本身就是一个简单的压力传感器,而水则是一种很好的传导压力的导体。爬行动物和鸟类在外部世界和耳朵感觉神经细胞之间有一块听小骨,而进化程度较高的哺乳动物则有三块听小骨,因而它们辨音听声的效率更高。
哺乳动物的耳朵只是动物为适应新的、不同的环境而对身体结构不断修改完善、不断进化的例子之一。当哺乳动物的祖先出现时,其耳朵结构开始占据其他结构的地方——上下颌骨相连的位置发生移动,为中耳的两边听骨腾出了位置。所以,如今我们用来听声音的地方却是我们祖先用来咀嚼的地方。化石揭示了动物在世代演替中,中耳结构逐步完善的整个进化过程,显示了自然选择的神奇力量。
当时的达尔文对于遗传基因一无所知,所以关于遗传的章节是本书最薄弱之处。而在遗传学和进化论已成为当代生物科学的重要分支的今天,科学家业已证明,活跃在鱼的感觉系统和人类耳朵中的基因是相同的。
第七章 动物行为的进化
本章阐述了动物行为是如何进化的。
狗一直被用来狩猎,其中一些具有特殊能力者,比如擅长跟踪猎物、追逐猎物、为主人叼取猎物的狗,则被选择作为优良品种培育下一代。这段进化的历史仍然活生生地体现在如今的一些良种犬的本能中。如像英国种的博德牧羊犬,会将羊群收拢赶到一起,却不会撕咬它们;一些专门用来控制体形较大较凶猛家畜的狗,能够制服发狂冲撞的斗牛。那么,像这样的特征,真的也能通过选择而进化演变吗?
答案是肯定的。20世纪50年代,俄罗斯研究人员发现,经过严格地选择性育种及驯化,野生银狐在几代之内就开始向人类摇头摆尾,喜与人类为伴,甚至它们的外观也发生了一些改变,比如皮毛上新出现了一些斑点,耳朵也变得松软下垂。经过30代的培育,这些野生银狐完全被驯服,它们的大脑似乎也与身体的其他部分一样迅速地发生着演变和进化。
第八章 物种的不同特性
在本章中,达尔文阐述了是什么原因保持了物种的不同特性。
物种保持各自的特性,是因为它们生活在不同的地方,而且由于遗传基因的原因,大多数物种之间的壁垒是不能逾越的。对两种墨西哥鱼类进行的实验表明,物种之间的不同特性,有时只是一点小小的改变。
生活在溪流里的剑尾鱼身上长有美丽的黑色斑点,而生活在附近其他河道里的剑尾鱼虽然看上去样子差不多(只是雄鱼身上没有斑点),却有一条长长的尾巴。这两个种类的鱼在野生环境中从来没有过种间杂交,但在实验室环境里,在研究人员的诱导下却能跨越这道屏障,杂交后的品种身上长有斑点,生存状态也要好得多,至少在养鱼池里看起来是这样的。不过,它们的下一代有可能蒙受险恶的命运——小斑点最后变成致命的黑色肿瘤。更可怕的是,这些长有癌细胞的雄鱼却备受雌鱼的青睐。
DNA研究表明,细胞中含有“分子刹车”和“加速器”,可告诉细胞何时开始分裂,何时停止分裂,何时死亡,而在杂交鱼中这种“刹车”控制装置会失灵,来自一个亲本物种的“加速器”基因会拒绝对来自另一个亲本物种停止分裂的命令作出响应,结果,第二代杂交鱼就可能会死于癌症。有理论认为,导致这些鱼出现问题的过度活跃的基因,与导致人类皮肤癌的基因几乎是一样的。
第九章 中间品种的缺少
在本章中,达尔文叙述了中间品种的缺少情况,并解释了为什么古生物群的世系会出现许多空白。
第十章 地质记录的不完整
本章阐述了从化石到活着的生命形式之间的连续性。
地质记录是世界历史这本“书”中的很少几页中的寥寥数行,而且在很大程度上是非常不完整的,因为软体动物很少能在岩石中保存下来,至多只有身体的某些零散部分保存下来。然而,从达尔文的时代开始,世界各地发现了大量的化石,达尔文曾为地质记录不足以支持他的理论而担忧,现在看来他过于悲观了。
达尔文当时只能根据岩石风化的程度估计每一地质层的大致年代,而我们今天可以利用同位素年代测定法直接判定化石的年龄和进化历史。地球上最早的生命形式可一直追溯到30多亿年前,恐龙灭绝发生在约6500万年前,这类重大历史事件的年代测定相当完善。喜马拉雅山脉中有许多化石,这些化石都是海洋生物死亡后形成的(很久以前,喜马拉雅山脉的许多山峰曾是古地中海的洋底)。在这些化石中,包括大鲸鱼的祖先。所有鲸类动物最早祖先的骨骼化石在约5000万年前的海床上被发现,它们属于一种长有四条腿和一条尾巴的生物,生活在岸上,模样有点像海豹,只是耳朵结构非常独特,如今只在鲸鱼身上有这样的结构。
大约100万年之后,出现了一种“能游泳会行走的鲸”,看起来像3米长的水獭;又一个100万年过去,这种动物的鼻孔转移到了口吻部,骨盆移离了脊椎;又过去了5个100万年,海洋里出现了四肢退化到极小、身体极长的海洋哺乳动物。
接下来是大规模的分道扬镳。蓝鲸的祖先及其近亲——所有的从水中过滤微小生物的海洋庞然大物——它们的嘴里开始进化出巨大的过滤筛,而尖利的牙齿只存在于早期的鲸类动物中和今天的虎鲸中。科学家最近对海洋沉积层的研究还揭示了海豚和鲸是如何分道扬镳的,并提供了有史以来地球上最大海洋生物的完整历史。
这同时也给予了鲸类动物在哺乳动物家族中应有的位置,而鲸的归属在不久以前还相当模糊。鲸类动物最早的祖先与最后进化为河马的动物很相似。鲸鱼虽然看起来很特别,但却是一个大家族的成员,这个大家族包括河马、猪、长颈鹿和牛等。DNA分析可追溯到岩石中的记录。利用现代生物技术,科学家在不到半个世纪的时间里,已经揭开了 鲸鱼的整个进化历史。
第十一章和第十二章 古生物的演替与地理分布
达尔文在这两章中论证了地质地理和气候变化对于生物进化和演替的重要性,解释了我们如今所看到的地球生命的地理分布状况。
企鹅令人着迷。企鹅的种类在17至20种之间(企鹅的分类取决于不同的分类方法)。企鹅种类繁多,形态各异,有南极庄重优雅的皇企鹅,澳大利亚可爱的仙企鹅,其他一些企鹅则分布在新西兰、南非、南美洲和加拉帕戈斯群岛。企鹅是鸟类。DNA分析显示,企鹅与信天翁是近亲,但企鹅不会飞行,那它们是如何迁移分布到世界各地的呢?
最古老的企鹅化石出现于6500万年前的恐龙灭绝大灾难之后不久,它们是如今所有种类企鹅的祖先,生活在新西兰南部和南极洲的玛丽·伯德地,当时这两地相隔不到1500千米,这些企鹅祖先的翅膀在那时已几乎完全退化。化石记录及DNA分析都表明,企鹅的地理分布和蔓延都与约35万年前开始的冰川前进和后退事件相吻合。一系列的冰河时代使得南极不适宜继续居住,当冰川延伸时,企鹅向南方迁移,冰流驱赶着一些企鹅向西和向东迁移,在靠近赤道的地方定居下来。
经过1000万年的冰河期,然后地球变暖、变冷、再变暖,企鹅也随着冰原边缘一直撤退到遥远的南方,一路上在地球各处的寒冷水域边留下了一些群体。在之后漫长的岁月里,这些分散在世界各地的企鹅群体独自面对不同环境的挑战,形成了我们今天所看到的种类繁多的企鹅。
第十三章 特种分类
达尔文在本章中讨论了如何以物种进化为线索,对地球物种进行分类。
达尔文认为,正如了解物种的过去是认识物种的现在之关键,对物种胚胎的研究也是物种分类的一个关键。动物在生长过程中,会形成适应环境的各种特点和形态。因此,对动物胚胎形式进行比较,更容易发现生物体之间的深层关联。
达尔文花了整整8年时间对藤壶进行研究,当时人们对这种海洋生物几乎没有什么了解,只有一个模糊的概念,认为它与螃蟹、昆虫或其他节肢动物之间有亲缘关系。成年藤壶的形态各有不同,海滨常见的藤壶是人们所熟悉的,而寄居在蟹体内的藤壶则像一株巨大的真菌。无论这两个种类的藤壶在形体上是如何的不同,它们的胚胎却非常相似,并且与海洋中的龙虾、螃蟹和其他节肢动物的胚胎也很相像,只是相像的程度比不上不同种类的藤壶之间的相似程度。许多成年后看起来根本不同的生物,通过胚胎能够揭示它们之间的深层联系,表明它们曾有过共同的祖先,通过进化演变,渐渐成为不同的物种,而它们的一些相同之处则保留在了胚胎之中。
达尔文时代的物种分类方法主要是通过肉眼观察,或在显微镜下进行观察,而现代遗传科学则以基因为进化单位,揭示了几十年前还几乎是一个未知世界的整个生命王国的奥秘。
与发现所有动物与蘑菇之间存在着亲缘关系相比,发现鲸与长颈鹿之间的亲缘关系只是一个小小的惊喜。单细胞王国中的古细菌在外表上与今天的细菌虽然相似,但它们的结构和生活方式却是完全不同的,在生命的早期时代,古细菌甚至有可能与细菌合作,为今天世界上所有的植物和植物提供了有核细胞。
第十四章 为什么会有这么多不同的物种
达尔文在本章中揭示了一个“所有奥秘中的奥秘”:为什么会有这么多不同的物种?
在《物种起源》问世一个半世纪之后,可以肯定,达尔文几乎说对了所有的事情,进化理论如今已不再“仅仅只是一种理论”,就像科学领域内的所有其他学科一样,它为我们提供了一个如何看世界的逻辑方式。在达尔文的这部伟大著作中,揭示的不仅仅是动物世界和植物世界的奥秘。还有我们人类自身的奥秘和人类起源的奥秘。
达尔文从一大堆看似毫无关联的事实中,揭示了其互相之间的必然联系,建立并统一了现代生物学,而现代心理学、现代生态学等都能从达尔文的巨著《物种起源》中找到各自的起源。在一个半世纪后的今天,进化论之于我们理解生命的重要性,就如引力之于宇宙研究的重要性。
达尔文在《物种起源》的结束语中说道,地球生命从最简单的生命形式进化为如今这个美丽而神奇多彩的多样化生命世界,是非常伟大和奇妙的,而这个进化过程仍然在继续进行着。