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探索进化生物学的学术联系 精选

已有 5110 次阅读 2016-5-25 10:51 |个人分类:管理生物学/Management-Biology|系统分类:人物纪事

探索进化生物学的学术联系

――记生物学家韦斯特-埃伯哈德的进化生物学探索之路

李升伟/编译

[题记]从对群居性黄蜂的研究开始,玛丽··韦斯特-埃伯哈德(Mary JaneWest-Eberhard)花费了她整个学术生涯来探索社会行为与发育可塑性之间的进化关系。

 

2003年,玛丽··韦斯特-埃伯哈德发表了《发育可塑性与进化》一书,这本书是她许多年来对发育生物学和进化之间联系进行沉思和观察的心血之作。早在40年前,当韦斯特-埃伯哈德还是密执安大学的一名热情认真的动物学大学本科生的时候,就已经播种下了这本书的思想“种子”。

1961年,作为一名大学低年级学生,韦斯特-埃伯哈德在听了后来成为她的博士生导师的昆虫学家理查德·亚历山大(Richard Alexander)的一堂课后,撰写了一篇研究论文,谈及蜜蜂在飞舞中进行通讯的进化问题。

蜜蜂们为了向它们的群体或配偶告知关于花蜜和水源的方向和距离的信息,会像成散开横队的骑兵一样,在空中摇摆舞蹈,划出一个“8”字外形。在深入研究昆虫运动的过程中,韦斯特-埃伯哈德无意中发现了一篇关于半翅目昆虫运动问题的密执安大学学位论文。这位学生观察到放置于一个迷宫内的臭虫会交替地向左和右转,他称之为“细枝行为”,因为它使得昆虫可以到达一个分杈的细枝的一端。韦斯特-埃伯哈德提出,蜜蜂在进行摇摆舞蹈的时候就进行了这种细枝行为,这为古代表型被使用在一个新的背景中提供了例证。

尽管她的这篇论文从来没有正式发表过,韦斯特-埃伯哈德在她的专著中运用这篇本科生研究论文来证明这样的观点:新的表型可以通过改造现有的基因表达模式而产生。韦斯特-埃伯哈德说:现在,通过分子生物学研究和行为的比较研究,人们已经很好地建立了功能性行为产生新行为的重新布置机制。

作为一名昆虫学家、进化生物学家和理论生物学家,韦斯特-埃伯哈德的学术生涯致力于将一些以前被认为不相关联的数据和概念综合在一起。她说:“当我将一些人们通常并不连接在一起的事物连接在一起的时候,我总是激动万分。”

在书中,韦斯特-埃伯哈德谈论了科学是如何养育了她一生的学术好奇心,谈到了她是如何独立建立自己的思想、以及她是如何坚持在别人没有注意到的地方建立学术联系。

韦斯特-埃伯哈德的学术之路

充满好奇的童年韦斯特-埃伯哈德回忆起童年时,当一家人围坐在餐桌边时总是有活跃的讨论,她的父母鼓励他们的孩子说出他们的思想。她说:“在成长过程中,我的父母从不介意孩子们提出问题,总是认真地对待我的问题。他们鼓励我们的好奇心,鼓励我们参加家庭讨论。他们不是科学家,但是,他们为我的好奇心驱动的科学研究打下了基石,这是基础科学最基本的东西。”
   
昆虫学基础工作。在高中时期,韦斯特-埃伯哈德就非常喜欢户外活动,她参加了昆虫学项目小组(叫做4-H俱乐部),学习如何用别针钉住昆虫并制作标本。
   
具体的概念和联系。在密执安大学期间,作为一名成绩优秀的学生,韦斯特-埃伯哈德选修了亚历山大的动物学课程,这位老师是位充满广泛学术好奇心的昆虫学家。她说:“他的不同之处在于,教会我们概念思维,而不是大量地强调记住事实。”当韦斯特-埃伯哈德需要一份兼职工作时,她来到了大学动物学博物馆内的办公室找亚历山大帮忙,“我告诉他我在4-H俱乐部期间的昆虫学项目,很可能,那帮助我得到了在博物馆的工作,这对我的学术生涯是非常重要的。”
   
适应于生物学。在动物学博物馆,韦斯特-埃伯哈德感到与生物学家们交往得很愉快,比起她最初崇拜的人文科学家们来更为适应。田野生物学家们脚踏实地的工作态度给予了她很好的影响,并使她决定主修动物学。她说:“作为一名认真的来自中西部的学生,我曾经在人文科学班上有过令人沮丧的经历。我发现在这些圈子里充满了世故和伪造,而对于来自密执安东南一个小镇的我来说,这些却是缺乏的。但是,当我置身于生物学家们中间时,我感到了舒适和愉快,我的好奇心和所提出的问题总是被他们看作积极的东西而认真对待。”

韦斯特-埃伯哈德的工作

观察黄蜂。在密执安大学,在亚历山大的指导下,韦斯特-埃伯哈德攻读动物学博士学位。她在她本科研究课题的基础上加以扩展,研究黄蜂中的马蜂属的社会行为。她的野外工作包括从蜂卵到成年黄蜂进行跟踪,观察个体和群体发育问题。韦斯特-埃伯哈德说:“我感兴趣的是,不同的蜂群个体是如何形成不同的社会角色的。”

机遇。在她就读于研究生院的第二年夏天,韦斯特-埃伯哈德认识了一位讲西班牙语的学生、她以前曾经帮助过他的英语学习,在实验室报告的写作中了解到,他是哥伦比亚卡利市河谷大学生物学系主任。在他的安排下,她在哥伦比亚做了一个夏季的热带马蜂研究野外工作。韦斯特-埃伯哈德说:“到热带地区做研究一直是我梦寐以求的事情。”由于大多数研究人员是男性,女性在野外旅行中只有有限的选择。“女性使事情变得复杂。人们认为我随同一组男人进入野外是不合适的,那将需要一套独立的帐篷,整个旅行的气氛也将改变。于是我决定自己做一次热带野外旅行,这是一次非常大的冒险,但是在那时这是我唯一的选择。在哥伦比亚的那5个月对于我来说是非常激动的日子,在此之前我还没有坐过飞机呢,我还不得不从零开始学习西班牙语。”
   亲缘选择韦斯特-埃伯哈德还在哥伦比亚的野外的时候,W.D.汉密尔顿(W.D. Hamilton)发表了他重要的关于亲缘选择的论文,其中包含了革命性的提议认为:那些有利于一种生物体的遗传学近亲生殖成功的进化策略可以改善整个家族或谱系的生殖适合度,即使是牺牲该生物体个体自己。韦斯特-埃伯哈德说:“亲缘选择成为了上个世纪进化生物学中最重要的理论之一。在她的博士学位论文中,她使用了汉密尔顿的理论框架,比较了密执安和哥伦比亚群居性黄蜂的社会行为。通过她的野外工作,她提供证据证明:那些影响社会援助的成本和效益的非遗传性、环境性因子是亲缘选择的一个主要部分。韦斯特-埃伯哈德观察到,群体成员之间的行为差异不仅受到遗传学差异的影响,而且还因此而形成了它们的营养和社会关系。
   
教育方法。1967年,韦斯特-埃伯哈德进入哈佛大学,与昆虫学家和昆虫生态学家霍华德·伊万斯(HowardEvans)合作进行博士后研究,他们共同编写了《黄蜂》一书,这是一本关于孤栖和群居性黄蜂物种的综合性进化研究文献。她说:“就外语和科技写作来说,我在密执安大学所受的训练比起我看到的哈佛研究生的训练要严格很多。但是,哈佛是个令人激动的地方,因为有非常多重要的工作等着你去做。在哈佛的比较动物学博物馆,有着大量的博物学研究热情,还有伊万斯、埃德·威尔逊(Ed [E.O.] Wilson)、恩斯特·迈耶(Ernst Mayr)和其他令人鼓舞的进化生物学研究学者工作在那里。”
   
从实践到理论。在完成了她的博士后研究后,韦斯特-埃伯哈德和她的丈夫威廉·埃伯哈德(William Eberhard),一位她在哈佛认识的生物学家,一起回到了热带国家,先是到哥伦比亚卡利,然后去哥斯达黎加。她继续研究进化和社会行为的发育问题,具体研究雌性黄蜂在一个蜂群内是如何担负确定的角色的。在卡利10年间,韦斯特-埃伯哈德开始拓展她对黄蜂的研究,从对亲缘选择理论与昆虫社会行为进化的关系研究,走向了从总体上对环境介导性多态性和社会选择问题进行研究。
   
扩展达尔文的思想。在《物种起源》一书中,达尔文建立了他的自然选择理论,其中只是简单地述及了性选择的思想,在十多年后《人的后裔》一书中他加以了详尽的讨论。韦斯特-埃伯哈德说:“性选择与社会互动有关,无法用自然选择来解释,如同孔雀的羽毛,严格来说是为了赢得一位配偶。”她的观点扩展了达尔文理论,认为性选择隶属于更大的社会选择范畴,包括了昆虫之间的社会竞争,如用信息素和其它信号来传递攻击性,还有幼鸟们还会骄傲地鸣叫、展示它们明亮的脸庞和喙嘴来竞争鸟儿父母的注意。韦斯特-埃伯哈德说,与孔雀的羽毛一样,这些都是在一个社会群体中,生物体用来竞争引起注意的性状。
   
创造的自由。1979年,韦斯特-埃伯哈德和她的家庭一起搬到了哥斯达黎加,在哥斯达黎加大学她以史密森热带研究学会的科学家身份工作直到去年她退休为止。她说:“将思想与证据联系在一起要花很多时间,由于这个史密森学会的职位,我才有可能完成了我已经做了的工作,它给了我时间思考,不用分心去写作资助申请书,也没有不得不发表许多短论文的压力。”
   
灵活性。一些韦斯特-埃伯哈德的近期发表作品证明了生物体应答于它们的环境的能力是如何可以影响它们的遗传学进化的。韦斯特-埃伯哈德说,由环境刺激和材料影响的趋异性发育通路涉及到不同的基因表达模式,并且“正是表达基因受到了选择”。对这种概念的思考导致韦斯特-埃伯哈德写作了她2003年出版的关于发育可塑性与进化的专著。该书综合了分子的、生理学的、形态学的和行为的证据来论断:进化大多数是通过已经建立的表型或性状的改造而发生的,而不是通过新突变的一种积累。

从理论到实践。“我对进化生物学的贡献是将理论上的概念与数据融合在一起。我一直不是一个纯粹的理论家。只有当理论能够被检验并应用到自然中真实的生物时,我才会对纯粹的理论感兴趣。”
   
新的方向。几年前,韦斯特-埃伯哈德被邀请做一个关于成年人肥胖症的胎儿成因的大会发言。从那时起,她变得对医学研究人员提出的一种将胎儿营养与成年人肥胖症和糖尿病联系起来的理论感兴趣。现在,她正在研究人类进化,研读糖尿病和肥胖症的医学文献。“当代肥胖症的进化解释有一些重要的缺陷,我正在试图弥补它们。这又是一次机会来做出一些新的联系,这是令人激动的。同样令人激动的是,这个话题对于减轻人类痛苦、控制公共卫生成本,尤其是在发展中国家来说,是很重要的。”

韦斯特-埃伯哈德的为人处事

人权。许多年来,韦斯特-埃伯哈德就一直是美国国家科学院、工程院和医学会人权委员会的活跃成员。她说:“表达的自由是科学的一个基本要求,这个委员会致力于处理全球范围内这种权利受到侵害的事例,有时,一些从来没有主张过暴力的同行会受到令人震惊的对待。”据韦斯特-埃伯哈德称,该委员会安静地工作着,有时还是非常有效地工作,以推进释放那些良心囚犯的同行,他们之所以被关押,是因为他们所持的政治或宗教观点不能为他们的政府所容忍,经常受到了极端和不公正的虐待。
   
独立的为人方式。“我能够与亚历山大一起工作的原因之一是他真正地鼓励独立的思考。可能在某种程度上来说这是一种性格的缺陷,但是我宁愿自己为某些事情工作,因为我喜欢这样的自由:建立和做出我自己的结论。”
   
个人化的亲缘选择。韦斯特-埃伯哈德说:“一直以来,我都是追求独立的,但是同时,我从其他人那里得到了许多帮助。”在她第一次到卡利的野外旅行期间,以及当她和研究热带节肢动物的丈夫及他们的孩子们定居在哥伦比亚和哥斯达黎加期间,她的父母都不断地来探望她和她的家庭。“当我要离开家出远门去参加学术会议的时候,他们常常就会来陪伴我丈夫和孩子们。有时我会在外面工作一段时间,他们就会在这段时间里一直呆下去。他们喜欢这样,这对我是一种极大的帮助。”
   
从学生到校订者。“我写出的每种作品,我丈夫都会加以阅读。他对我的工作会加以严格的批评,我已经完全形成了对他的依赖。有趣的是,当他还是哈佛的一位研究生时,还是我教会他如何写作的,因为那时他还没有受到我已经受到的如何写作科技论文的训练。现在,他发表的作品已经远远超过了我!”

学术成就

   将野外观察工作与重要的进化概念联系起来,如:亲缘选择、性选择、物种形成和新适应性性状的起源。

·      从群居性黄蜂的野外工作中,将动物的社会行为与进化、尤其是与亲缘选择理论结合起来。

·      在性和社会选择与进化之间建立联系,证明了社会行为可带来竞争优势。

·      建立了遗传学适应(genetic accommodation)的认识,也就是生物体对它们所处环境变化产生应答的能力是重要的,是在一个群体内预先存在的遗传学变异基础上导致渐变的一种适应性进化机制的一部分。

·      2003年出版了著作《发育可塑性与进化》,将生物体的发育与进化的遗传学理论联系了起来,影响了生物学家们对进化的认识。

[资料来源:The Scientist]

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附件:(原文)

10-Connecting the Dots.doc



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