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进化的谜:自然是如何选择的? 精选

已有 7969 次阅读 2010-6-4 09:22 |个人分类:进化漫谈|系统分类:科研笔记|关键词:进化论| 进化论

"I cannot doubt that during millions of generations individuals of a species will be occasionally born with some slight variation, profitable to some part of their economy. Such individuals will have a better chance of surviving, and of propagating their new and slightly different structure; and the modification may be slowly increased by the accumulative action of natural selection to any profitable extent.”  -----Darwin

"Each new variety or species, when formed, will generally take the place of, and thus exterminate its less well-fitted parent. This I believe to be the origin of the classification and affinities of organic beings at all times-----Darwin

"The life of wild animals is a struggle for existence.” ----- Wallace.

In: Darwin, C. R. and A. R. Wallace. 1858. On the tendency of species to form varieties; and on the perpetuation of varieties and species by natural means of selection. Journal of the Proceedings of the Linnean Society of London. Zoology 3: 46-50.

在1858年林奈学会的论文中,Darwin和Wallace提出了“自然选择”理论。以自然选择为重要组成部分的进化论的出现意义非凡,它改变了人们对世界的认识。以群体遗传学为基础的现代综合进化论进一步完善了自然选择理论。但一直到现在,有关自然选择的争论依然不断。

Darwin和Wallace认为具有更多“适应变异”的生物个体能更好的存活下来,或者说,具有适应性状的生物被选择。这里的表述应该是:具有适应性状的个体选择。实际上,很多人在提到自然选择时,会用这样的表述:生物为了适应环境,所以进化出了适应性状。此种表述在某些研究论文中也有出现。这样的表述是有问题的,因为不管什么时候,生物是不会有“目地”的,只能“被动的”被环境选择与否。

目前的自然选择和进化理论应该包含四个基本原理,1)变异:生物种群中的个体存在表型、生理或行为上的变异或多样化(自然选择能发生的前提);2)遗传:后代更像它们的亲代而非其他不相关的个体(遗传确保了性状的延续性);3)差异生殖力或适应度:在特定的环境中,某些个体比其他个体更容易存活并产生更多的后代(具有“有利”性状的个体被选择);4)突变:新的可遗传变异总是不断的产生(新的性状的来源)。

按照群体生物学或现代综合进化论的观点,如果群体内某些个体具有选择优势的性状(实际上在这里,已经默认了“自然选择”),比如具有可以躲避天敌的保护色,比如在某种气候变化事件中更能适应干旱的气候,那么群体及后代中这类生物个体的比例将逐渐增加,并可能发展出适应新的环境的生物群体(或新物种)。作为解释的,群体遗传学认为随机的遗传突变保持了生物群体的变异和遗传多样性,从而使得群体具有应对或适应不同环境变化(或选择压力)的能力。

举个例子,大家都知道“拟态”和“保护色”,拟态在昆虫中很常见(枯叶蛾、竹节虫等,这些昆虫常常像它们寄生的植物,或者其他昆虫种类),保护色最有名的例子可能是雷鸟。一般的解释是生物为了躲避天敌而进化出这样的性状。我们基于群体生物学可以这样理解:某种生物的群体中最初具有两类个体,一类具有拟态或保护色,所以能躲避天敌而存活几率更大,这类性状的产生是由于遗传突变;另一类不具有此类性状,因此逐渐被淘汰。那么,进化的结果是形成了我们现在看到的具有拟态或保护色的群体,以及相应的遗传特征库。但这并没有解释,在此类性状演化的最初阶段,群体中为什么会存在具有拟态或保护色的个体?

 

(一种蚜虫,长的非常像其寄主植物冷杉的叶子)

应该不会是大自然的定向选择,大自然不会聪明到一开始就选择各式各样的性状让生物备用。那么可能的解释是遗传突变,并且是可以遗传的突变。群体遗传学中的突变,应该对应于达尔文在1857年所说的“occasionally born with some slight variation”。但,为什么随机遗传突变会导致昆虫产生那么像植物叶子等的拟态,以及像环境或其他物种的保护色?也就是说,我们知道“自然选择”确实会作用于有利性状并促进生物的进化,但我们可能不知道这些有利性状如何产生。将遗传学基础与特定形态或行为性状的最初演化直接联系起来的理论仍然欠缺。或者说,群体遗传学领域应该提供更多的证据来让人们相信“随机遗传突变”或“其他随机事件”如何产生那些性状。

我们是否可以想一些很“荒谬”的想法,比如:1)昆虫因为吃了植物,所以长得和植物很像,拟态只是附带的利益;2)雷鸟吃了不同季节的食物,所以形成了换羽的周期,保护色只是附带的利益。不知道是否已经有人验证过这样的想法错了。

我们或许要充分肯定“随机事件”在生物进化中的作用。大自然中很多进化现象的机制是难以捉摸的。就像不能想象昆虫为什么会变的像植物的叶子,谁能想象某类昆虫众多物种与其体内共生细菌如此紧密的关系是如何进化的。细菌进入这类昆虫祖先的体内时,只可能是随机事件吧。一些细胞器如线粒体的形成,可能也是这样。但把“随机性”作为某种进化机制来理解时,很多人又会觉得缺少科学性。所以科学理论是什么,也值得好好琢磨琢磨。

科学理论总是用隐喻性的语言,让后人不断的揣摩、挖掘、争论、发展其内涵,自然选择和进化论尤其如此。从逻辑上来说,“自然选择”要想解释生物的进化应该这样包含这样三个要素:1)自然选择为什么会发生;2)具有适应性状的生物被选择;3)这些适应性状是如何演化来的?第一点应该很好理解,不管机制如何,生物就是被环境选择的;现代综合进化论已经解释了第二点,很多研究证明了这样的过程。但第三点,可能仍然是生物进化的谜,有很多需要我们理解的。拟态或保护色只是一个例子,当我们考虑众多其他的生物学现象时,存在同样的疑惑,那些进化的根本机制或驱动力到底是什么。或许,是自然界复杂调控网络中的某些作用力;也或许,追溯到根本,都很简单,是随机事件。



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