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科學松鼠會走進美國:達爾文之后的演化學家,都在干些啥?

 昵稱535749 2018-10-02
發(fā)表于 2018-09-30 07:14 

達爾文也許是最有名的生物學家之一。關(guān)于他的進化論,可能很多人還記得高中學過的一些要點:過度繁殖、生存斗爭、遺傳變異、適者生存。我們甚至可以很自如地用進化論來解釋身邊從創(chuàng)業(yè)環(huán)境到戀愛結(jié)婚等等一些列社會現(xiàn)象。

進化論真的這么簡單好用嗎?那么,達爾文發(fā)表《物種起源》之后的二百年來,演化生物學家究竟在忙些什么呢?

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在科學松鼠會和安城文化沙龍合作的講座中,密歇根大學演化生物學博士盧平(微信公眾號:盧平的神奇生物)告訴我們大自然通過演化創(chuàng)造出神奇生物的過程比我們想的還要神奇。

趨同進化和趨異進化

關(guān)于某一個物種的神奇之處,你可能跟我一樣,在“物種日歷”、《動物世界》之類的地方碎片化地學習了很多??吹迷蕉?,可能越會困惑:同樣叫“達爾文雀”或者“加拉帕戈斯雀”,但為什么幾個相近的物種長得不一樣?為什么同樣叫“鼴”,有的跟大象是近親,有的卻跟老鼠是近親呢?為什么很多我們常見的哺乳動物都能找到一個跟它對應(yīng)的有袋的動物呢?

這就要說到演化的兩種模式了:趨同演化和趨異演化(輻射演化)。就像這兩個名字一樣,趨同演化就是兩個物種,因為他們碰巧處在類似的生態(tài)位(生活環(huán)境、飲食習慣等等綜合因素確定一個生物在生態(tài)環(huán)境中的位置),盡管他們來自不同的祖先,生活在兩個“平行世界”,但是卻可以擁有相似的外表。于是,在掌握DNA測序技術(shù)之前,人們看臉給生物命名時,就經(jīng)常會出現(xiàn)這種張冠李戴的錯誤。(由于拉丁學名是由屬名加物種名,而屬名可以糾正,所以不會出現(xiàn)這種問題。)趨同演化是臉盲患者的重災(zāi)區(qū)。

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而趨異演化則是同一個祖先物種選擇了不同生活方式,漸行漸遠,最終分道揚鑣形成多個物種。

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演化的要素

物種的特性能夠一代一代地傳承是基于 DNA 的信息,而代際間的變化也是因為 DNA 攜帶信息的突變。盧平把突變叫做“演化之源”。

DNA 在復制的過程中會出現(xiàn)錯誤,這些“錯誤”就是突變。

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有了這些演化所需要的材料,環(huán)境就可以用它看不見的手來進行“選擇”?!斑x擇”便是“演化之手”。

很難想象,這么細微的變化是怎么產(chǎn)生復雜器官的。放到幾億年的維度,一切就有了可能。比如,眼睛一開始只是一個感光點。慢慢變成一個有弧度的“杯具”,便可以感受光源的方向。這樣一點一點積累下去,便有了現(xiàn)在復雜的生物。

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可是天有不測風云。恐龍再好的基因也抵不過小行星撞擊地球。這種小概率隨機事件被稱為“漂變”。

講到這里,現(xiàn)場有人提出,小行星撞地球究竟是選擇還是漂變呢?因為小行星撞地球確實是小概率事件,但是有些生物滅絕了是因為不適應(yīng)撞擊后的環(huán)境。大家討論了一會兒以后決定,小行星撞地球的瞬間死掉的生物應(yīng)該算是“漂變”,之后由于地球環(huán)境改變而死掉的物種算是“選擇”。

“適者生存”,那么怎樣才算“適者”呢?“適合度(fitness)”就是我們的“演化之尺”。適合度約等于可育后代的數(shù)量。說到這里,不妨想一想,你對人類的適合度做了正面還是負面的貢獻?

演化的平衡和物種的策略

人類比單細胞生物高級嗎?答案是否定的。我們只是擁有不同的生存策略。

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對于個體較小的生物,它們擁有龐大的種群數(shù)量和頻繁的代際更替,所以有大量豐富的突變并且可以迅速在代際間積累,競爭也很激烈。所以它們的進化以選擇為主導。而對于人類和其它哺乳類動物,相對于單細胞生物而言,競爭和選擇的強度沒那么大。這些進化就以漂變?yōu)橹鲗А?/p>

有趣的是,因為這個原理,在低等生物的基因組中少量存在的“垃圾序列”卻大量存在于人類等高等生物基因組中。

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沙龍現(xiàn)場有同學用密碼學的原理解釋了這個現(xiàn)象。在密碼中加入大量冗余信息可以防止信息被篡改。這也是為什么高等生物縱使擁有復雜的基因組也能保持性狀穩(wěn)定。

身邊的生態(tài)和演化

就像不要以為自己的生存策略比其他生物高級一樣,也不要以為自己很了解他們。與其把淡水生物放生到海水中置于它們死地,不如保護它們的家園,讓它們自由地生活。

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流浪貓狗由于被人類馴化,誤入自然界后,也會破壞生態(tài)平衡。

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環(huán)境一旦破壞,再恢復就難了。美國雖然有大量來自歐洲的疣鼻天鵝,本土的黑嘴天鵝卻一度瀕臨滅絕。

一千個人有一千種演化論的使用方式

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偉大的理論不止能為大學在幾百年間持續(xù)創(chuàng)造 Ph.D. 崗位,更能啟發(fā)其他領(lǐng)域和普通人的生活。工學院的沙龍聽眾看到了變異中存在的信息傳遞和密碼學;醫(yī)學院的聽眾看到了癌細胞在體內(nèi)的變異和選擇;而對于大多數(shù)聽眾而言,又學到了一個讓他們?yōu)樽约夯蛘邌紊砼笥训慕K身大事操心的新詞:fitness。

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