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间断平衡,研究生课累人 精选

已有 7460 次阅读 2009-4-25 06:10 |个人分类:有关科学与教育|系统分类:教学心得|关键词:研究生,教课| 研究生, 教课

    这段时间没有怎么上网,除了平常的工作,多了一件事:给研究生上生物进化论的课。这件事很耗时间、很累人。我们三个人教这门课,我有九堂课,一堂75分钟,每周讲两课,再加一个半钟头的讨论/实验课。说起来课不算多,大概是很久没有教课了,备课感到很费劲。这种研究生的课没有教材,根据课的基本思路和自己对相关问题的看法来备课,可以有无数种教法。我不希望把自己做学生时的东西拿出来讲,所以要做大量的阅读,了解新的研究,让自己的讲课内容跟上时代,也能反映一种连贯的思路。还要给学生准备合适的阅读材料,准备讲课的ppt。浩瀚的文献,读不完的文章,从年初准备到这一、两个月的密集赶工和教课,算下来平均每堂课至少要花五天的时间来备,经常是读文献到半夜,睡在办公室。书到用时方恨少,事非经过不知难。希望下次再教会好一点。

    “间断平衡”,是奈尔斯·艾垂奇(Niles Eldredge)和斯蒂芬·杰·古尔德(Stephen J. Gould)1972年提出来的一个关于物种进化的模式,曾经在科学界内、科学和宗教界之间引起过激烈的争论。这是我一堂课的主要内容,也是讲宏观进化时要讲的内容。作为这门课的组织者,我本来是想请艾垂奇本人来讲这堂课的,自己也希望有机会听一遍这个伴随了他们两人一生的故事。2002年古尔德去世后,这个世界上大概没有人能比艾垂奇更能透彻地讲这堂课了。可惜等我去问艾垂奇时,他说他的时间早已在一年前就都安排满。我只好自己来讲这堂课。

    “间断平衡”是“punctuated equilibrium”的一种常见的中文译法。从实际含义上讲,译成“疾变平衡”也许更好。因为物种演化作为一个连续的过程,并没有间断,只是演化速率的相对变化。“间断平衡”的基本内容,是说物种在演变的过程中,常常会在一个相对很短的时间段中产生比较大的形态变化,形成新的物种。而新的物种一旦产生,又会在相对长的时间中保持形态的稳定,没有什么变化。现在来看这个学说,好像很简单。但实际上仍然有很多讲不清楚的机制。尤其是对一个物种为什么会长时间处于稳态(stasis),无论从基因、生态、生物地理、环境变化等等方面的研究看,都还不能很好的解释。但这就是科学。在阅读了大量文献后,我选择了一个简单的问题来讲这一课:“间断平衡”思想是怎么产生的?这几乎是回到零点的问题。我觉得在经历了多年的讨论后,了解这个思想产生的过程,比了解它的内容本身更重要。

    上个世纪七十年代,艾垂奇和古尔德都是哥大的研究生,导师是AMNH的诺曼·纽威尔(Norman Newell)。毕业后前者留在了博物馆做研究员,后者到哈佛去当教授。两个人在念书的时候,都对进化论和有关的内容感兴趣。他们刚好也赶上当时的AMNH在研究方向上的改变。在他们来之前,博物馆有关地学方面的工作都跟当时的地质填图、地层、石油等工业、商业活动有关。他们在馆里的时候,博物馆的研究开始转到以生物进化等科学问题为研究对象的方向上,这无疑对他们后来的学说发展产生了影响。

    “间断平衡”是1972年艾垂奇和古尔德两人在一篇合作文章中正式提出。但艾垂奇在1971的一篇文章中已经把相关的思想表现出来。在该文中艾垂奇还引了科腾(Kurten)1965年文章中的一段话:“这种情形意味着物种相对较快地形成,而一旦形成,则趋向于延续下去而没有任何变化。”这段话几乎概括了“间断平衡”的思想。但科腾的想法为什么就没有成气候?大概是他没有系统的阐述这个思想。

    艾垂奇和古尔德提出“间断平衡”时所使用的具体例证,基本上都是他们自己的研究工作内容。艾垂奇研究三叶虫,古尔德研究陆生蜗牛。他们当时使用的例子,现在看来都很简单,很难说是很充分。但他们觉得那些例子是渐变理论不好解释的,也意识到处于长期不变的物种,也是非常有价值的演化记录,这在过去通常被忽略了。尽管他们具体研究的例子不是那么起眼,但他们能从这当中看到一些更为重要的现象,这大概是“科研素质”的一种吧。 一个更重要的原因,是他们能认识到传统理论给人带来的习惯性思维。当一种思想处于主导地位时,受它影响的人会在研究观察中把什么现象都用这种思想来解释,而不能跳出这个框框、换个角度来看问题,因此难于有科学上的突破。
 
    他们两人除了自己的学业、研究外,也都有自己的爱好。古尔德对历史和哲学很感兴趣,这在72年文章的开篇中以及他以后的很多文字中都可以感觉出来。而艾垂奇最初学拉丁文,后来念了人类学,到研究生时学了古生物。他是个不错的小号手,常会参加一些爵士乐队的演出。同时他也喜好收藏19世纪以来的短号,现在家里有五百多支。他把短号的制做历史列成表,和三叶虫的演化表相对比,一个是人工设计的序列,一个是自然选择的变化。这是后话。

    他们72年的文章发表后,马上引起争论。我觉得这种争论是“间断平衡”得以发展起来的一个基本原因之一。没有一种学术的环境来对一种思想进行正、反两方面的争论,谁也“忽悠”不起来什么东西。但这种争论需要有真正的学术理念在里面。举一个简单的例子:反对“间断平衡”的人当中,金格里奇(Gingerich)是一个主要人物。他用自己研究的哺乳动物来作为渐变演进的例子,和“间断平衡”唱反调。古尔德和艾垂奇在1976发了一篇长文,回应各种反驳、支持“间断平衡”的看法。其中有相当一部分是反驳金格里奇的文字。他们在写文章前,写信给金格里奇,要他关于哺乳动物研究的一些测量数据,而后者明知他们俩会把这些数据用来反对他,仍然还是把所以数据给了那哥俩。古尔德和艾垂奇在他们的文中当然对金格里奇表示了由衷的感谢,然后是对他的研究例子一通猛批。

    对“间断平衡”的讨论一直没有断过,它对生物宏观演化思想的发展起到了很大的推动作用。多年以后,当古尔德回顾他们72年的文章时,感叹当时很多说法就像没有过脑子就出来,让他们后来不得不为自己的说法辩护而费了大劲。他们当时显然没有预料到自己提出的一个看法,会在后来引起这么大的风波。最近这三、四十年,在分子生物学、生物地理、生态学、古生物学和地球环境变化方面有大量的新研究,都和生物演化相关。艾垂奇和一帮观点相近的人在2005年的一篇文章对“间断平衡”进行了回顾,这已经是三十多年后的事了,但很多问题仍然没有解决。

    我第一次听说“间断平衡”,是在做学生时。那时一位中科院的老师在AMNH做访问学者,和诺曼·纽威尔合作。前者现在是中科院院士,后者已经去世。当年这位老师回国后给我们做了一个关于“间断平衡”的报告,我听得不明不白。后来一直在想这么简单的观点当时为什么不明白呢?后来才明白, 如果没有面上的了解,对一个点上的问题往往很难理解,因为一个点会牵扯一大片。再后来又明白,要说明白也许还太早了点。

    讲完这堂课时我对学生说: 我们大多数的研究,都是基于新发现而不是提出某种新思想,前者相对容易,后者相对难。发现固然是永恒的,但思想会给我们光芒。当初艾垂奇和古尔德哥俩只是两个学古生物学的学生,他们能接触到的科学信息,比你们现在要少得多。你们当中从学分子生物学、动物生态、系统发育、古生物学等等都有,也许你们的合作,也能产生一些好的科学思想。那要看各位的造化了,这可是课堂上没法教的。

    虽然很累,但最终自己还是学到了很多东西,很有收获。记一点教这堂课的心得,下面还有两周的课要打理。




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