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和文科生聊聊进化论:安邦宜守,乱世当变 精选

已有 7904 次阅读 2017-10-23 09:17 |系统分类:科普集锦

题记:

且夫天地为炉兮,造化为工,阴阳为炭兮,万物为铜。”      

当年东海桃花岛岛主东邪黄药师在临安府牛家村外的小树林中,见爱女鸳梦成空,叹声低吟此句。北侠郭靖的授业恩师马王神韩宝驹不明其意。他二哥妙手书生朱聪为他解说道:这是汉朝一个姓贾的人做的文章,说人与万物在这世上,就如放在一只大炉子中被熬炼那么苦恼。

噫!难怪人家都说中国古人只注重人间的伦理,不关心自然科学。贾长沙这诗明明在说天地造化与万物,黄岛主和朱二侠偏能扯到郭靖黄蓉和华筝的三角恋情上去。只恨我不能早生九百年,为韩宝驹韩三侠解释一下此诗的精义。

其实贾谊这诗是个什么意思呢?这意思实际上就是说,我们如今观察到的各种生物,它们的行为生理、鸡毛鸭血、都是在天地这个大炉子里面,在各种相互制约的力量的平衡作用下(阴阳为炭),经过自然选择(造化为工)细细打磨的结果。

贾谊悟到了这个道理后,本来是想把详解写在眉批里的,可是竹简的空白太小,写不下。还没等他劈竹子,制新简,三十三岁就鹤驾归西了,如同费马大定理的证明,因为“空白太小,写不下一样,空留后人叹惋。

直到两千年后,西哲达尔文氏才又重新悟到了天人化生、万物滋长的要道,于是披阅廿载,增版六次,纂成目录,分出章回,题曰《物种起源》。惜乎贾太傅英年早逝,夷人不解东学之妙处,遂使其名湮灭。古往今来,知贾谊乃进化论鼻祖者,唯拙作的读者而已。                                                                                      

花开花落,花落花开,达氏之后的一百六十年中,进化论大行其道,在生物学中开疆破土,打造出一个进化之外了无义的境界(俄裔美国生物学家杜布赞斯基有一句流传甚广的名言:“如果没有进化论,生物学中的一切都无法解释”)。在最近的几十年里,进化论更在医学,心理学,经济学,社会学,政治学,计算机科学,人工智能等诸多领域发展出了广泛的应用。

兄弟这一系列是想和文科白领,理科小资,在生活工作之余还想顺便关心一下诗和远方这些大而无用的东西的律师,医生,码农,中学老师,在校学生,历史教授,饭店经理,机电工程师,股票交易员……,用老妪能解的非专业语言,聊一聊进化论到底是什么,它的精义,近年来的发展,以及它无远弗届的应用。

依小弟之见,进化论不仅仅是书斋实验室的理论,而是存于蝼蚁稊稗,无处不在,至简至易的生命之道。

有水井处不一定有柳词,但是有生命处,一定有进化。

从细菌感染,癌症艾滋,到抚育幼儿,超市购物,从男情女悦,入孝出悌,到股票涨跌,民主选举,从后院番茄上的大青虫,到白宫川普恶斗希拉里,凡有生命活动处,便有进化论的用武之地。

本系列拟出32章。下面摘节第三章:

安邦宜守,乱世当变

隋唐年间,十八路反王中原夺鹿,最有望问鼎天下者莫过于大唐双龙寇仲徐子陵。这二人起于微贱,一路得遇诸多高人指点武学迷津,其中天下第一巧匠鲁妙子的点拨当是二人悟道进阶中重要一步。

鲁大师三十年苦思偶得的最大发现” 以一言蔽之就是,天机妙用在于一个“变”字,万物流转,千变万用,方有不息之生机,若变化终止,天地则了无生趣。

达尔文也是这么说的。有变化才有人与人之间的差异,有差异才有选择,有选择才有进化。若没有变化,就没有差异,没有差异,那还选什么,那进化也就停止了。

他老人家当时不知道这变化是如何产生的,因为他没有基因的概念。基因学祖师孟德尔曾经给他发过短信,但是达尔文至死也没点开看一看(其实,我觉得他就算打开了,也未必能看懂。达尔文的数学功底可能比美国学生还差。而孟德尔的著作需要一点点高中数学)。

如今的人们都知道了,所谓龙生九子,子子不同,这个“不同”大部分都是由基因变异而来(我们假设是孤雌生殖。如果考虑双性生殖,那这个“子子不同”还要考虑到基因的重组。以后专门有个系列讲两性生殖男女不同,这里只考虑基因变异)。那么基因为什么会变异呢?

原因就是两个字:错误。

错误推动进步。没有错误就意味着停滞。兄弟我这就讲讲错误如何推动进步。

基因是什么,估计现在连小学生都知道。我就不废话了。生殖细胞,精子和卵子,分裂的时候,基因要进行复制。一份要拷贝成两份。这样细胞里面的遗传物质,也就是决定你的身高体重毛色智力这些性质的信息,才能一份变两份。

如果这个拷贝100%的精确,一点错误都不出,那么龙生九子,不仅子子相同,而且每一个儿子也都和他妈一模一样。这种情况,我们就叫“克隆”。星球大战里的克隆人为什么叫“克隆人”?就是因为他们的每一个部件都是一模一样的。

一般来说,高等动物的基因复制的精确度很高,所以人很少会长出三只胳膊两个头来。低等生物比如细菌的精确度就很低。反正细菌也不在乎三只胳膊两个头,所以它进化就快,因为可以供选择的选项多(代价就是大多数个体都得死掉)。

即使是在高等生物里,基因的复制也不可能是100%精确的。要知道伤心总是难免的,错误也总是难免的。我们的细胞有一套超级高效率的机制,你可以想象成小机器人,不断的检查错误,修正错误,将出错率降至最低。根据我实验室的计算,在哺乳动物中,这种小机器人(大部分都是酶,一种你听了会头大的大分子生物催化剂)的效率高于99%,也就是99%以上的错误都会被纠正过来。

那还有不到1%呢?这个是绝对避免不了的。所以基因就会有各式各样的突变。

绝大部分的突变都是有害的。带有这种有害突变的生物个体,或者死了,或者是不能生育。不管是长不大自己死了,还是被环境杀死了(比如跑的太慢被吃了),还是不能生育,从进化的角度来看效果都是一样的:突变了的新基因不能留存在种群里。

但是,极少数的突变是有益的。

我前面两章的车轱辘话已经说过无数遍了,所谓“有益”与否,标准只有一个:能不能增加后代数量。(当然,如果要增加后代数量,你首先得存活下来,所以有助于你存活的基因一般来说也是有益的。一般来说,一般来说,一般来说,不是100%。不是跑得快就肯定有益。我下面一章专门讲为什么跑得快飞得高也许有害。)

新基因增加后代数量,那么携带这种新基因的人就越来越多,相较之下,没突变之前的老基因就越来越少,老基因就被淘汰了。用术语说,就是这个种群进化了。(其实严格的来说不应该叫新基因。有些是新基因,有些是新“等位基因”,但是这些名词对非专业人士没有意义,所以我就统称为新基因,有助于大家点赞。)

随便举个例子。昨天刚看的新闻:金鱼会“酿酒”。

我们人,还有你家的狗儿猫儿,都需要氧气。但是很多生物不需要。有些细菌在没有氧气的环境里进行新陈代谢,这种代谢的副产品是乙醇,也就是酒精。

我们人体的细胞在短时间内也能进行少量的无氧气代谢,但是我们细胞的无氧代谢副产品却是乳酸。这个乳酸,可不是“甜甜的酸酸的,有营养味道好”的娃哈哈酸奶。乳酸是有毒的,你的身体受不了。

但是金鱼却能在没有氧气的环境里生活五个月。为什么呢?据前些日子发表的一篇文章说,800万年前的一次基因突变,让金鱼的祖先获得一个基因,这个基因可以让金鱼在无氧的环境下,不产生乳酸,而产生乙醇。相比较乳酸,乙醇可以在体内积累到很高的程度而不至于死人(酒驾造成的车祸不算)。

这个故事本身没有什么大不了的。在小弟看来,这只不过是基因突变导致进化的千百万个故事里平平常常的一个。

我讲这个故事是要说明一个道理。

我估计,在很多生物体内,这种能造乙醇的基因突变可能都发生过。为什么在其他动物里,这种基因没有得以流传呢?

聪明的你,不妨关掉手机,闭上眼睛想一想。

主要的原因就是三个字:不需要。大多数动物都生活在有氧气的环境里,它要这么个基因干什么?而鱼类在水里,有时候氧气含量会低,尤其是冬天,所以,这样一个基因就“有益”。所以,有益与否要看环境。

举一个人类肤色进化的例子来进一步说明这个问题。

为什么当年欧洲都是白种人?因为浅色皮肤有好处。浅色皮肤有什么好处?好处是可以吸收太阳光。太阳光有什么用?太阳光可以帮助合成维生素D,维生素D有什么用?维生素D可以让你骨骼强健。(这叫逻辑链,不是我故意增加字数骗稿费啊。)

人类刚来到欧洲的时候,大多数都是黝黑肤色,但是也不排除有浅色的,因为差异总是存在的。但是在那个时候,浅色并没有什么“益处”。为什么呢?因为,那个时候人们的食物主要来自打猎,正所谓狩猎采集社会。猎物的肉里有足够的维生素D,所以,不需要浅皮肤吸收阳光来合成,所以,浅皮肤相比黑皮肤并没有什么优势,所以浅皮肤在人群中并不流行。

后来怎么了?

后来,我总算学会了如何去爱,可惜你早已远去,消失在人海。(好吧,这个算我用刘若英来骗稿费。)

后来,人类社会就逐渐的变成了农业社会,食物以谷物为主。农业社会当然有很多好处,可以促进后代的繁衍,比如食物可以存储,有了稳定的食物来源,而且促进人群之间的协作分工。但是农业社会也有很多坏处,比如,谷物里缺少维他命D。

很多考古证据都证明,早期农业社会的人的骨头都比较脆弱,牙齿也不健康。

上次说了,时变世变事亦变矣。由于环境变化了。浅色皮肤的好处就凸现出来了。这些人就能生育更多的后代,于是在下一代里更多的人有了浅皮肤,世代积累,人群就以浅色为主了。

当然这是肤色进化的说法之一。具体的原因肯定还有很多。总而言之,我就是想说,基因突变造成的个体差异总是存在的,至于这种新基因能不能流传开来,全看环境需不需要。


(为什么浅色皮肤反而容易吸收太阳光,这个道理比较复杂。简要的说就是黑皮肤所吸收的阳光大部分不能被细胞利用,因为聚集的黑色素会把大部分阳光吸走,所以白皮肤的细胞得到的阳光反而要多。不过,这个不是我要说的重点。重点在下面:)

现在我们设想一个安邦:一个长久以来风调雨顺,海晏河清,黄发垂髫并怡然自乐的环境。在这个环境里,一切因素,温度,水源,食物,被捕食的几率,等等等等,都在很长的历史时期里没有变化,很稳定。

在这个环境里,生物经过漫长的自然选择,所有“最适”的基因都已经被固定下来了,一切状态都达到了最佳程度。既然环境长期不变,那么任何基因的变化都会偏离这个“最适”状态。外界环境不变,基因变来变去就是自讨苦吃,所以凡是突变的新基因都不会流传。所以突变率就低。

我们再设想一个乱世:连年战争,朝不保夕,霜雹旱涝阴晴不定,吃了上顿没下顿。环境因素不停的变化,今年热,明年冷,今年旱,明年涝。在这样一个环境里,找不到一个“最适”的基因。黑毛好不好?白毛好不好?今年好,明年就说不上了。这种环境和国内的文玩市场一样,让生物莫衷一是。

这样一个环境就是上海滩十里洋场,是冒险家的乐园。如果基因守成不变,对种群来说就是死路一条。在今年的环境里“最适”的基因不一定能在明年的环境里流传。所以,如果一个种群的基因突变率高,那这个种群就有可能生存下去。乱变一通,各种可能性都试一试,大多数人可能都牺牲了,但是总有少数可以在新环境下繁衍后代。

这就是人们常说的,不要把鸡蛋放在一个篮子里。

这和金融投资有些像。如果市场稳定,那我就把钱都投到这里来,投到其他地方就是浪费了。如果一个篮子已经被时间证明是牢固的,那我为什么不把所有的鸡蛋都放进来呢?反之,如果市场难以预测,那我只能是碰运气了。既然要碰运气,那就只能是普遍撒网,希望总有一网能打到鱼。

人类的投资行为是我们自己可以控制的。那么在生物体内,谁来控制基因突变应该是多是少呢?

一切都是自然而然的。

刚才讲了,基因突变是由于复制出错。我们体内有小机器人(酶)来纠错。纠错效率越高,突变的程度越低。

这小机器人(酶)又是谁制造的呢?还是基因。

细胞内有专门的基因制造这种小机器人。有些人细胞内的基因造出来的小机器人纠错效率极高,兢兢业业勤于值守。有些人的基因就不行,造出来的小机器人懒政怠政颟顸拖沓。(这也是典型的个体差异)

颟顸拖沓的小机器人搞出来的基因突变太多。而前面说了,在桃花源里,任何变化都会偏离最佳状态,所以,带有颟顸拖沓小机器人的人就不能存活(或者不能生育),所以这种颟顸拖沓的小机器人基因慢慢的就被淘汰了。剩下的都是纠错能力极高的。

而在上海滩十里洋场,你兢兢业业勤于值守,搞法制教条主义,一点儿错都不出,结果搞出来的基因都是一样的,所有的鸡蛋都放到一个篮子里。遇到丰年,大家都好,遇到灾年,大家一起死。所以这种高效的小机器人是要不得的。久而久之,颟顸拖沓效率低的反而被保留下来了。

奇妙吧?!

这就是我在标题里说的,安邦要守成,乱世要变化。

我要讲的还不只是“好坏是相对的”这么个道理。我还想说,哪种小机器人流传不是生物自己决定的。你搞市场投资是你自己决定的。但是鸡鸭狗猪可不知道什么基因啊,酶啊,突变啊。大多数生物,连环境是稳定的还是变化的都不知道,所以它也不可能决定应该保留什么样的小机器人。

这完全是个自然过程。生物体把各种小机器人都呈现出来(个体差异),让自然挑选。有利于生育的,流传,不利于生育的,淘汰。

这个进化论就是“道”,无处不见,存于蝼蚁稻稗。

一个典型的例子就是癌症。

癌症是怎么回事?简而言之,就是一群细胞发生基因突变了。为什么突变了?原因有很多,其中一个原因是小机器人纠错效率降低。为什么效率降低?原因也有很多,其中一个原因是颟顸拖沓的小机器人占了多数。

为什么颟顸拖沓的小机器人在这种细胞里占了多数?

聪明的你,不妨关掉手机,闭上眼睛想一想。

原因就是癌症病人把自己的细胞暴露在一个不断改变的环境中(抽烟喝酒沥青雾霾,各种化学刺激,不断的外伤,等等等等),使细胞莫衷一是,不知道什么样的基因“最好”,如我们刚才所说,这种颟顸拖沓纠错效率低的小机器人就自然而然的占了上风。

就是这么个道理。

进化论,不会直接帮助人们治疗癌症,但是会帮助人们理解癌症。关于为什么人会得病,进化论有很多话说。进化论医学也是近年来很热门的一个领域,小弟也有一点点心得,后面会有几个章节专门介绍。

回过头来说金鱼。刚才我问为什么这个制造酒精的基因在金鱼体内留存下来,但是在其他生物体内没有保留呢?主要原因上面说了:不需要。

还有一个更深刻,在自然选择中无处不见的原因:凡事有利有弊,一阴一阳谓之道,有好处就必然有坏处。一个基因是否“有益”,是各方面力量权衡利弊以后的结果。

这个造酒基因的细节我不清楚,但是天道如此,所以我几乎肯定,它应该是有什么坏处。只不过对鱼类来讲,好处大过了坏处。

造酒基因我不懂,但是很多其他例子的细节我是知道的(否则我怎么给学生讲课,不讲故事坐而论道吗?)。下面一节,我就用这些例子,讲一讲这个“一阴一阳谓之道”。


本系列拟发目录表:



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本系列其他章节将在微信公众号“复眼视界”连载发表 (不是小弟本人的,而是出版社的公众号),敬请关注,谢谢!





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