“进化论”的进化史在我们短暂的一生中

今天,我们人类的科技达到了前所未有的高度，航天器扶摇而上，深潜仓鱼游海底。但除了向外部拓展认知的疆域，人类也在不断地向内拷问自己：我从哪里来？我们人类和地球上的其他生命何以一起走到了今天呢？

作者 | 林梅

在我们短暂的一生中，几乎看不到物种发生变化。所以，人类一度以为生物的性状是静止的。然而，从地球上出现第一个单细胞之前，生命就开始了复杂漫长的进化过程。地球生命的进化之流时而壮丽恢弘，时而宁静悠扬，它的起源、辐射、灭绝和复苏如同一部交响乐的不同乐章，而乐章的舞台，就是我们赖以生存的蓝色星球。

进化论的先行者——拉马克

拉马克（Jean Baptiste Lemarck，1744-1829）早在1809年就在《动物学哲学》里系统地阐述了他的进化学说。他相信物种是由简单到复杂进化的，书中提出了两个法则：一个是用进废退，一个是获得性遗传。这是什么意思呢？简单来说，环境的改变会引起动物习性的改变，习性的改变会使某些器官经常使用而得到发展，另一些器官不经常使用而退化，在环境影响下所发生的定向变异，即后天获得的性状是能够遗传的。

拉马克（图片来源：wiki）

比如，拉马克认为，长颈鹿的祖先原本脖颈很短，但是为了吃到树枝高处的叶子，不断的伸长脖子去够，而这样的特征通过遗传，才形成了今天长颈鹿的长颈。

其实，拉马克最大的贡献在于他是演化论的支持者，但是拉马克的观点与当时占统治地位的物种不变论产生了很大的冲突，导致他一生遭受了很多的打击和不幸。

科学在等待一个机会，为拉马克平反。

自然选择的奠基人——达尔文

年少时期的达尔文一直对学校的神创论那一套表示厌烦，对自然界的神秘充满了好奇。1859年，他经过20多年研究，出版了《物种起源》。在这部书里，达尔文通过大量的证据旗帜鲜明地证明了“进化论”的思想，将全新的科学的生物进化思想展现于世人，推翻了“神创论”和物种不变的理论。

按说，这下拉马克该平反了吧？不，他还是不幸沦为了坏科学的代表。因为，虽然都支持演化论，但是他与达尔文的核心思想有着本质的区别。

达尔文的进化论中,核心思想是“自然选择”。在一两百年前的当时，孟德尔老先生的豌豆实验还没整出结果，沃森和克里克的父辈都还没出生，人们对遗传的分子学机制完全不清楚。但是，达尔文在长期的观察中形成了自己的关于进化内在驱动力的解释。他认为，拉马克那种“长颈鹿‘为了’吃到更高的树叶努力伸长脖子，所以一代代传下去，有了长脖子”的所谓内力，并不靠谱，真正的原因是，一个物种群体里，个体之间会有微小差异，有利的特性，会使个体更好的生存和繁殖，提高了这些个体适应环境的能力，进而更有可能寻找到配偶产生后代，而这样的特征有可能遗传给后代；而不适应环境的特性，则会对个体的生存繁衍产生不利影响，从而减少了他们后代的数量，这样的特征有可能较少的出现在后代中。久而久之，遗传变异+自然选择，形成了进化的内动力。

达尔文的学说之所以被世人广泛接受，是因为他提出了大量的可信证据。

比如，对于古生物研究来说，最直接的证据是化石。化石是保存在岩层中不同地质历史时期的生物遗体、遗物或遗迹。化石是生物演化历史的明证，起初，达尔文发现了各种已经灭绝动物的化石，还有其他一些很难鉴别的不知道是什么生物的化石。达尔文坚信，如果能找到种群发展过程的过渡类型化石，就是生物演化过程的铁证，可以告慰达尔文的是，过去的一百多年间，有相当多的过渡类型化石被找到，比如最著名的始祖鸟化石以及最近二十年发现的许多身披羽毛的恐龙，它们既有恐龙的特征，又有鸟类的特征，我们可以推断，鸟类是由恐龙进化而来。

此外，还有一些比较胚胎学、解剖学、地质、地理等方面的证据。比如，人们发现，不同种类的动物胚胎在初期十分相似，这表明这些这些动物来源于同一祖先。

脊椎动物与人的胚胎发育过程比较（图片来源：《生命乐章——生物进化》，山东科学技术出版社）

孟德尔的遗传学和综合进化论

在达尔文发表物种起源的几乎同一时代，奥地利植物学家格雷戈尔·孟德尔便将对豌豆的杂交试验结果写成了论文，并在达尔文去世后，引起了世人的重视。这些遗传规律在高中生物中就是大家所熟悉的显性和隐形遗传因子那一套，根据这套理论，人们可以预测何种性状在何种条件下会以何种概率出现。同时，这套理论也提到了“突变”的概念，也就是说，进化有可能是跳跃性的。

孟德尔豌豆杂交实验中所用的七对相对性状（图片来源：网络）

上世纪二十年代到四十年代，进化论的研究达到了一个前所未有的新高度，很多科学家都用自己擅长的方式完善着进化论，孟德尔的突变论和达尔文的渐进演化论达到了前所未有的统一。

比如，上世纪二十年代，英国数学家兼生物学家罗纳德·费希尔、英国遗传学家约翰·霍尔丹和美国生物学家休厄尔·赖特，用精确的数学语言描述遗传因子在物种演化中的作用；三十年代，美籍俄裔遗传学家西奥多修斯·杜布赞斯基、美籍德裔动物学家恩斯特·迈尔和美国古生物学家乔治·辛普森，也都从各个角度对达尔文的进化论做了论证和补充，孟德尔和达尔文的理论自此达到空前统一。

1942年，《Evolution: The Modern Synthesis》一书出版，综合进化论得以完整阐述，值得一提的是，这本书的作者英国生物学家朱利安·赫胥黎是托马斯·赫胥黎的孙子，而托马斯·赫胥黎就是当年达尔文进化论的坚定支持者、《进化论与伦理学》（其中一部分被翻译成中文，即著名的《天演论》）的作者。当年，赫胥黎因为支持进化论而饱受神创论者诘难，现在，世人终于明白，进化本身没有任何超自然的神力主宰，一切都可以用科学解释。

这场争论的结束，让小墨想到爱因斯坦一句话：“自然界最不可理解的是，它居然是可以理解的。”

表观遗传学能否为拉马克平反？

故事远没有结束，人们还是想知道，生命区别于非生命的本质是什么？那些所谓遗传因子微观载体到底是什么呢？

上世纪五十年代，DNA双螺旋结构的发现为人类打开了分子生物学的大门，它的发现者不仅获得了诺贝尔奖，更将永载于人类史册，因为DNA分子结构的发现，科学上无论如何高估其意义都不为过。不说现在我们所有与生物有关的科学和技术都以此为基础，即便在当时，人们知道了DNA是控制遗传性状的基本单位，而DNA的突变是群体内变异的基础，正是DNA的多样性，决定了物种的丰富性。同时，双螺旋遗传物质的发现，也进一步证明了，地球上的生命有一个共同的起源。

话说到这里，你以为可怜的拉马克就要彻底被扫入故纸堆了吗？错了，他可能在等待一个新的时机重生。这个时机或许就是，表观遗传学。

在DNA双螺旋结构被发现的同一年，爱丁堡大学的发育生物学家康拉德·沃丁顿发现，处于胚胎发育阶段的果蝇在受到一些外部环境影响的情况下会发育出不同的翅膀结构，并且这种性状改变会遗传给此后所有的后代，然而后代的基因型却没有发生改变。为此，沃丁顿创造了“表观遗传学”（Epigenetics）一词，用来描述经典遗传学所不能解释的现象。虽然当时人们并不明白隐藏在这种现象背后的分子机制，但还是能看出，这似乎就是拉马克学说里所谓的“获得性遗传”。

如今，表观遗传学的精确定义是：在不改变DNA序列的前提下，能够调节DNA功能、决定基因表达或关闭的，可遗传的分子生物学因素。也就是说，表观遗传学研究的是由DNA序列改变之外的因素引起的可遗传的变化，显然，拉马克的遗传学说很可能都属于表观遗传。

近十几年来，大量的研究证实了表观遗传学的存在。比如，小鼠对于电击的恐惧会遗传到它的孙辈。

将秀丽线虫（C. elegans）做模式生物，研究由环境变化（饥饿）引起的Transgenerational Inheritance的机理，结果显示，给予饥饿刺激的线虫，给予饥饿喂养的线虫的第三代表现出了较饱足喂养线充第三代明显长寿（图片来源：CELL）

对这些获得性遗传，生物的基因密码并没有改变，为什么性状会遗传给后代呢？科学家研究了其中的分子学机制，总的来说，这可能是因为，从DNA到蛋白质的表达过程中，有太多步骤可能会对最后的表达结果产生影响，虽然基因序列本身没有变化，但是DNA甲基化、乙酰化，RNA甲基化，小RNA的调控，组蛋白的修饰，染色质的重塑等，这些都会对最终的结果产生影响。这就好比虽然遗传密码没有改变，但是负责管理、调控、修饰这些密码的指令体系在特定情况下发生了改变，那么会影响生物及其后面若干代的这一性状。

现在的我们，或许稍稍可以超脱拉马克与达尔文的历史局限，我们现在知道，遗传是受多种因素影响的，经典遗传学和表观遗传学共同作用、相互交织，这些复杂的作用为生命创造出了足够丰富多彩的性状，供自然选择来进行“挑选”——他们共同为生命演化提供着驱动力。

（感谢中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古生物学家周忠和院士和王敏副研究员的大力支持）

本文转自公众号"墨子沙龙(ID:MiciusSalon)"