要夸大新分子系列解读技术带给分类学家的武库里的额外能源很难。不是所有在动物体内的分子语句都被译解了,而只是那些可以走进"图书馆"并在里面逐词逐句、注意措辞地查阅一只狗、一只袋鼠、一只多刺的食蚁动物、一只小鸡、一条毒蛇、一只蝾螈、一条鲤鱼甚至人类的血红蛋白语句。不是所有的动物都有血红蛋白,但是有其他蛋白质,例如组蛋白,其中的一个版本存在于每种动物和植物中,并且其中很多能在"图书馆"中被找到。这些不是模糊的衡量手段,像腿的长度、头盖骨的尺寸,它们的尺寸随着年龄和标本的健康程度、甚至衡量者视力的好坏而改变,都是同一种语言中相同语句的不同的、罗嗦的可选版本,它们可以并列放置,彼此对比就完全和挑剔的希腊学者比较同一本福音书的两张羊皮纸那样仔细。DNA系列是所有生命的福音书文件,而且我们已经学会了如何去破译它们。
分类学的基本假设是相近的同源动物将比较远的有更相似的特定分子语句。这被称为"吝啬原则"。吝啬是经济上节俭、节约的别名。假如给出一系列动物,它们的语句已经知道了,比如说8种动物被列在前一个语句中,我们的任务是发现所有可能的树形图中哪部分与那8种动物连接是最吝啬的。最吝啬的树形图就是按假设来讲,它是"经济上最节俭吝啬的"树形图,即在进化的变化中字符改变最小、趋同性最小。我们在纯粹可能性的基础上可以假设趋同性的最小量。如果大量的分子进化是中性的,两种没有关联的动物就不可能达到相同的序列,也就是达不到字符对字符、字母对字母的相同。
试图找到所有可能的树形图,这在计算上会有困难。如果有三种动物需要归类的话,那么可能的树形图就只有三个:A和B连线排除C;A和C连线排除8;B和C连线排除A。如果有很多动物要归类,你也可以按照这样的计算方法,当然可能的树形图就会不断地增加。当只有4种动物需要归类时,总共可能的同源动物树形图的数目还可以控制,只有5。这花不了计算机很多时间来计算出谁是最吝啬的5个。但是如果有20种动物需要归类,我想可能的树形图的数目是820079453263789559375(82亿兆)(参看图9),当今最快的计算机也要花l00亿年的时间,大约是宇宙的年限,才能找到这20种动物可能的最吝啬的树形图。
而我们的分类学家常常需要组建多于20种动物的树形图。
尽管分子分类学家是第一个画出这么多树形图的,但是发展出更多、更大数目的树形图这个问题早已经潜伏在非分子分类学内了。非分子分类学家通过直觉简单地回避了这个问题。在所有可能的树谱中,很多可以被立即消掉--例如数百万的将人类和蚯蚓的关系摆在比人类和黑猩猩的关系还要接近的树谱。分类学家不用费事地去考虑那些同源动物关系明显荒唐的树图,而是直接找出那些不太违反他们先入为主概念的少数树图。这样做相对合理,尽管可能有把确实是最吝啬的树图排除在考虑之外的风险。计算机也能被设定程序来制造捷径,而且发展大数目的问题也能迎刃而解。
分子信息如此丰富,以至于我们能一遍又一遍地给不同的蛋白质做分类。我们可以用从一个分子的研究中得出我们的结论,作为我们在研究另外一个分子的基础上得出的结论的验证。如果我们怀疑蛋白质分子透露的信息是被趋同性混淆了,我们可以立即通过查看其他蛋白质分子来检验。趋同性确实是一种特殊的巧合。这种巧合就在于即使它们曾经发生过,它们再次发生的可能性很小,更不可能第三次发生。找到了越来越多的单独的蛋白质分子,我们仍然不能去除这种巧合。
例如,在新西兰一个生物学小组的一项研究中,给ll种动物分类,用了5种不同的蛋白质分子分别用了5次实验。ll种动物分别是绵羊、恒河候、马、袋鼠、耗子、兔子、狗、猪、人类、母牛和黑猩猩。主要思路是用一种蛋白质先把这种动物的关系树图画出来。然后再看看用不同的蛋白质是否能得出同样的树图。从理论上来说,如果进化论不是真实的,5种蛋白质的每一种可能给出一个完全不同的"关系"树图。
所有ll种动物的5种分子系列都能在"图书馆"查到。对ll种动物,有654729075种可能的关系树图要考虑在内,因而不得不采用通常的捷径。对5种蛋白质分子中的每种,计算机都可以打印出最吝啬的关系树图,这为在这种动物之间找出正确的关系树图提供了最好的猜测。我们所希望的最接近的结果是所有的5种估计的树图容易识别。靠单纯的运气得出这种结果的可能性微乎其微:十进制点后面有3个零。如果我们不能得出如下完美无缺的结论也不应该感到惊讶:一定量的趋同性进化和巧合性都是可以预料的。如果没有衡量不同树图之间的一致性的物质手段的话,我们就该感到忧虑了。事实上,这5种树图被证明不易识别,它们十分相似。所有5个分子表明人类、黑猩猩和猿猴彼此接近方面是一致的;但一些不一致的地方表明动物不是最接近这个组:血红蛋白B表明狗是;血纤维蛋白肽B证明耗子是;血纤维蛋白肽A表明一个包含耗子和兔子的组是;血红蛋白A证明耗子、兔子和狗是。
人和狗有一个确定的共同祖先,和耗子有一个另外的共同祖先。这两个祖先在历史上某个时期真实地存在过。其中一个存在的时间比另外...个要早些。因此,或者是血红蛋白B、或者是血纤维蛋白肽B在估计进化关系时是错误的。我们期待着一定数量的趋同性和巧合性。如果我们真的和狗是接近的话,从血纤维蛋白肽B来看,就意味着我们和耗子汇聚在另外一点;如果我们真的接近于耗子的话,从血红蛋白肽B看来,这意味着我们和狗汇聚于另外一点。我们得出结论是:通过观察另外的分子看两种中哪种更相似。我不穷究这个问题:观点已经给出了。
我曾经说过,分类学是生物学领域里最难对付的恶劣角色之一,斯蒂芬?库德用"名字和污秽"形容它的特点最为妥贴。分类学家似乎对思想派别充满激情,这是一种我们在政坛或者经济领域所能见到的激情,但在科学领域我们通常见不到这种激情。很明显,每个分类派别的成员认为他们是倍受围攻的难兄难弟,就像是早期的基督徒那样。我首次意识到这个问题是一个熟识的人告诉我脸色发白、垂头丧气的某某(名字无关紧要)已经走入进化枝学的时候。
下列对分类学几个学派的思想的描述可能会令这些学派的成员感到恼火,但不会比他们习惯性的互相攻击惹恼彼此更甚,因此不会造成不适当的伤害。基于他们的基本逻辑,分类学家分成了两大阵营。一方面认为分类学的目标是发现进化的相互关系,他们坚定不移。对他们来说(对我也是)一个好的分类树图是一张进化关系的家谱图。当你做分类时,你会使用所有所能支配的方法去尽量猜测一种动物和另外一种动物的关系亲近程度。很难给这些分类学家取一个名字,因为这个明显的名字"进化的分类学家"已经被一个次一级的学派占用了,他们常常被称为"种类学家"。就此程度来说,我写这一章是从一个种类学家的观点出发的。
还有很多分类学家以不同的方式进行着他们的研究,而且有一定的依据。尽管他们可能同意从事分类研究的最终目的是发现进化关系的奥秘,但是他们坚持把分类实际和理论分离--惘设的进化理论--一种通往相似模式的分类理论。这些分类学家凭自身的能力研究相似的模式。他们预先并不估计这种相似的模式是否是由进化的历史导致的,或者相近的相似关系是否是由于相近的同源动物关系。他们更喜欢只用相似性来构建他们的分类学。
这样做的一个优点是,如果你对进化论有任何疑义的话,你可以用相似性的模式来检验。如果进化是正确的,动物之间的相似性就应该符合某种可以预测的模式,尤其是分等级的嵌套这种模式;如果进化论是错误的,天知道我们应该期盼着什么样的模式,但是我们没有明显的理由期待着嵌套式分等级模式的成立。如果假设进化论贯穿你的分类过程,这个宗派认为,你就不能使用你的分类工作的结果支持进化论的正确性:那么,这个争议将会是循环的了。如果任何人非常严肃地怀疑进化论的正确性,这个争议将有压力了。我们再一次地很难给这个分类派别找到一个合适的名称。我称他们为"纯相似衡量者"。
种族学家,这类分类学家公开地试图发现进化关系,在思想上又分成了两大派系。他们是进化枝学家和"传统的"进化论分类学家。前者遵循维力亨尼格著名的《种族系统学》书中放弃的原则,而进化枝学派又被分支所困扰。对他们来说,分类学的目的是找到次序,在进化史中血统彼此分离出来的次序,并不关心从节点处开始这种血统多么显著或者微小地改变了。后者(不要轻视这个名称)区别于前者的地方主要在于他们不把进化的分支种类作为惟一的考虑对象。他们还考虑在进化过程中发生的所有的变化量,而不限于分支。
进化枝学家认为,关于有分权的树图正是他们的工作的开端。他们理想地试图记下所有他们研究的动物的可能分权树图(只限于有两个分权的,因为每个人的耐心是有限的)。正如我们在讨论分子分类学时所见到的,努力地想把很多动物归类是很困难的,因为可能的树图的数量变得像天文数字一样大。幸运的是我们有一些捷径和可行的近似方案,这就意味着这种分类法在实际上可以做到。
假如,针对这个争议,我们试着把鱿鱼、青鱼和人类这3种动物分类。有3种可能、有两个分权的树图:
?鱿鱼和青鱼关系更接近,人类是组外成员;
?人类和青鱼关系更接近,鱿鱼是组外成员;
?鱿鱼和人类关系更接近,青鱼是组外成员。进化枝学家会依次观察这三种可能的树图并选择出最合适的。
怎么辨认最合适的树图呢?基本上来讲,是共同点最多的两种动物能被归到一起的那种树图。我们给第三种与另外两种的共同点最少的动物命名为"组外"成员。在以上树图中,第二个树图最被看好,因为人类和青鱼比鱿鱼和青鱼或鱿鱼和人类有更多的共同点。鱿鱼是组外成员是因为它与人类或者青鱼没有太多的共同点。
事实上,问题并不像数数共同点的数量那么简单,因为某些共同点被故意忽略了。进化枝学家想给予近期发生的特征以特殊的重视,例如古代从第一类哺乳动物身上遗传下来的特征对给哺乳动物分类是没有用处的。他们用来决定某特征是否是古代遗传过来的方法是有趣的,但谈论这些就偏离了本书的主题了。这一步的关键是,至少在原则上是进化枝学家考虑所有可能把他们研究的动物联系起来的分权树图,并且选择一个正确的树图。真正的进化枝学家对他们认为分权树图或者进化分枝图是家谱图、是进化的同源动物的近源关系的家谱图这点确信不移。
如果推到极端,分权本身带来的困扰就能给出一个奇怪的结论。理论上讲,一个物种可能在每一个细节上与它的血缘关系较远的同源动物是相同的,同时与它的血缘关系较近的同源动物有天壤之别。例如,假设有两种十分相似的鱼种,我们称它们为雅各布和以扫。它们生活在3000万年前。这两个物种繁殖了数代子孙,一直存活到现代。以扫的后代停止了进化,就是说它们继续生活在深海里而没有进化。结果就是以扫的现代子孙和以扫是完全相同的,因此它们和雅各布十分相似。雅各布的后代进化了,也养育了很多后代。它们最终进化成为了所有现代的哺乳动物。但是雅各布的一支血统的后代也在深海停止了进化,并且它们现代的后代也生活在深海,这些后代还是鱼类,因此和以扫的后代十分相似以至于它们很难被区分开。
我们如何给它们分类呢?传统的进化分类学家可能认识到原始的雅各布和以扫的深海后代有惊人的相似,会把它们归为一类。而严格意义上的进化枝学家则不会这么分类。雅各布的深海后代看起来很像以扫的深海后代,至少它们应该是关系相近的哺乳动物,它们和哺乳动物共同的祖先生活在更近的现代,即使比它们和以扫的后代更稍微接近现代。因此,它们必须和哺乳动物一起被拿来分类。尽管这看起来很奇怪,但是从个人角度讲,我能把这当平常事看待。这至少是十分符合逻辑的,也是十分清楚的。当然,进化枝分类和传统的进化分类都有优点,我不在乎人们如何给动物分类,只要他们能清楚地告诉我他们是如何分类的。
现在让我们再来看看另外一个主要的派别,纯相似衡量者。他们又可以分为两大派。当他们分类时,这两个分派一致把他们实际的研究和进化论分割开了。但是,他们的分歧在"实践"上。一个分派的分类学家有时被称为"表现型分类法学家",有时被称为"数字的分类学家"。我称他们为"平均距离衡量者"。另外一个分派称他们自己为"改变的进化枝学家"。这是个很差的名字,这是说他们已经不是进化枝学家了。当朱利安?赫胥黎引进进化枝这个术语时,他十分清楚、明确地给进化的分枝和进化的祖先下了定义。一个进化枝是所有有机生物起源于某个特定的祖先的一个系列。既然"改变的进化枝学家"的要点是要避开所有进化论和祖先的观点,他们就不能明智地称他们自己为进化枝学家了。他们这样做的原因是有来历的:他们开始时是真正的进化枝学家,在继续使用进化枝学的一些研究方法同时又抛弃了他们的基本哲学和理性。我想我不得不称他们为"改变的进化枝学家",尽管我很不情愿这样做。
平均距离衡量者拒绝在分类过程中使用进化论(尽管他们都相信进化论)。他们一贯坚持的是他们都不认为相似模式有必要是完全分权的、分等级的。他们努力引进一种能够揭示一种分等级的模式,如果真有这样的模式存在的话,但如果没有,他们就不会这么做。他们竭力地想向自然询问:自然是否是按照等级组织起来的。这不是一项容易的工作,而且,要达到这个目的没有现成的方法。至少这个目的对我来说似乎是必须抛开先入为主的僵局思想。他们的方法常常很复杂,要用数学方法,而且像对给非生物,例如岩石、建筑遗址分类一样给有机生物分类。
他们通常从给他们所能衡量的动物开始。你必须对如何破译这些衡量手段了如指掌,但是我不打算深入探讨这个问题。最后的结果是所有的衡量手段联合起来产生一个每种动物和另外一种动物的相似性的索引(或者它的反面,不同点的索引)。如果愿意的话,事实上你能够使这些动物实现可视化,就如同太空中的很多点,耗子、鼠类动物、大颊的鼠类等可能在太空中某一部分被找到:在另一部分更遥远的地方可能有更小的点,这个点由狮子、老虎、豹子、印度豹等组成。当它们大量的特征被汇拢时,太空中任意两个点之间的距离是衡量这两种动物的相似程度的媒介。狮子和老虎之间的距离很小,耗子和鼠类动物之间的距离同样很小,但是耗子和老虎之间、或者鼠类动物和狮予之间的距离就很大。这种把特征汇聚到一起的工作通常要求助于计算机才能完成。动物分布其上的太空有点像生物形态岛,但是"距离"反映的是身体上相似而不是基因上相似。
计算出了一种动物和另外一种动物之间的平均相似性(或者距离)后,计算机下一步就要设计出扫描距离/相似性的程序,并且竭力使它们符合一种分等级的组成群模式。不幸的是,总是有很多关于究竟采用哪一种计算方法来寻找群的矛盾。没有哪种方法是明显正确的,而且每种方法不一定都给出相同的答案。更糟糕的是,有可能某些计算机的方法在希望"看到"分等级安排的群中"热心过度",即使这些群并不存在。近来,距离衡量派或者"数字上的分类学家"变得有些落伍了。我的观点是:正如流行时尚一样,落伍不过是暂时的阶段,这种"数字上的分类学家"也决不会轻易被取消。我预测它会再流行。
另外一个纯理论衡量者的学派,自称自己为"改变的进化枝学家"。"嵌套"正是主要从这个学派内部来的。我将不会按照俗套从真正的进化枝学派内部起追溯它们的历史。在他们潜在的哲学下,改变的进化枝学家与另外一个纯理论的衡量者学派有更多的共同点,这另外一个学派就是常常被称为"种族学"或者"数字上的分类学"的,也就是在平均距离衡量者的主题下讨论过的。他们的共同点帚不根押讲似诊拖入分娄的宣际中士.尺管文不全给进化论思想本身带来的敌意。
改变的进化枝学家与真正的进化枝学家在他们的很多实际方法上有共同点。两者都认为分类是从分权的树图开始的。两者都指出了某些特征对分类的重要性,另外一些对分类是无用的。他们在理性上有所区别,并且区别对待。像平均距离衡量者,改变的进化枝学家并不打算找到家谱。他们只是寻找单纯相似的树图。他们与平均距离衡量者都同意把是否相似的模式反映了进化史的问题公开化。但与平均距离衡量者不同的是,他们至少在理论上更愿意让自然告诉他们自然是否是按照等级分布的,而改变的进化枝学家假设自然是按照等级分布的,有一种公理、一种信仰伴随着他们,事物都是要被归入等级的(或者相对等地被归入嵌套的套中),因为分权的树跟进化枝没有关系,也没有必要把它运用于生物。根据改变的进化枝学家倡导的理论,他们的方法不仅能运用于给动物、植物分类,而且能运用于给石头、行星、图书馆的书和青铜年代的罐子分类。换句话说,他们可能不同意我在图书馆对比中阐述的进化论是分等级分类的惟一坚实根基的观点。
平均距离衡量者衡量每种动物与另外一种动物之间的距离。在这里,距离"远"意味着"不相似",距离"近"意味着"相似"。只有这样,在计算出一定数量动物的相似性的平均索引后,他们开始竭力破译在分权的、群中有群的分等级或"树形图,,的结论。改变的进化枝学家却像真正的进化枝学家曾经做的那样,在一开始就把群的观念、分权思想引入理论中,像真正的进化枝学家,他们至少在原则上将以写下所有可能的分权树图作为开端,然后选择一个最合适的图。
但是,当他们考虑每个树图的时候,他们谈论些什么呢?每个树图与世界上哪种猜想的情况对应呢?对于一个真正的进化枝学家、一个维力亨尼各的追随者来说,答案是非常明确的。每l5种可能的树图统一4种动物,代表着一个可能的家谱。在这统一4种动物的l5种可能的家谱中,有且只有一个家谱图是正确的。动物的祖先确实在世界上有生存的历史。8种动物的达到定点的所有3535种可能的家谱中,3534种是错误的。只有一种代表了历史的真实性。要确定哪一种才是正确的不是很容易,但是真正的进化枝学家至少能够确定哪种不比另外剩下的正确。在进化论世界中,对于改变的进化枝学家来说,那l5种(或者3535或者别的)可能的树图和那惟一正确的一种树图对应什么呢?正如我的同事和以前的学生马克?瑞德利在他《进化论和分类》一书中指出的那样,答案也没有什么特别的。改变的进化枝学家拒绝让祖先的观念进入他的考虑范围,"祖先"对于他们来说是个肮脏的词汇。另一方面,他坚持分类是分杈的、分等级的。所以,如果5种(或者l3535种)可能的分等级的树图不是祖先历史的家谱图,那它究竟是什么呢?没有什么可以解释的,只是吸引了一些有糊涂思想的唯心主义的古代哲学家,他们或者认为世界是分等级地组织起来的;或者认为世界上的万事万物都有它的对立面,像神秘的"阴"和"阳"。他们不能再具体深入地探讨了。改变的进化枝学家要在非进化论领域内做出强烈而清楚的论断当然是不可能的,像"在统一了6种动物的945种可能的树图中只有l/945是正确的,剩下的都是错误的"这样的论断他们是作不出来的。
对进化枝学家来说,为什么祖先是一个肮脏的词汇?不是(我希望)他们不相信存在任何祖先。如果只在实际分类中涉及到这个问题,也无可非议。因为没有进化枝学家会真的把有血有肉的祖先画在家谱上,尽管传统的进化论分类学家有时候这么做。所有派别的分类学家把真实的、被观察到的动物之间的关系视为同源动物关系,这是一种形式。这完全讲得通。不明智的是继续这种观点并避讳使用祖先的观念、在采用分等级的分权树图作为你分类的基础时避讳使用祖先的语言。
最后,我几乎忘记了分类学中改变的进化枝学派最古怪的方面。不满于一种近乎完美的明智想法,这种想法是来自分类实际的进化论和祖先的猜想,这种猜想与种族学派的"距离衡量者"相同,一些改变的进化枝学家已经走到顶点,并且得出进化论本身一定有问题的结论!事实太奇怪了,以至于我们不能确认:一些最主要的改变的进化枝学家表示了对进化论思想本身的实质性敌意,尤其对达尔文进化论的敌意。他们中的两人,来自纽约美国自然博物馆的G.纳尔逊和N.普拉尼克走得得太远,以至于这么写"达尔文主义......简而言之,已经被测试过,并且被证明是错误的。"我很想知道这个"测试"是什么,而且我也很想知道纳尔逊和普拉尼克采用哪种理论、如何解释达尔文主义解释的现象,特别是适应性这个复杂的问题。
任何进化枝学家都是忠于自己所创造的学说。我认为他们都过度地沉醉于生物学分类学的思想中。如果他们忘掉进化论,尤其在考虑分类时决不使用祖先的观念的话,他们能把分类做得更好。同样地,一个学神经细胞的学生可能觉得思考进化论没有帮助,而神经学的专家同意他的神经细胞是进化的产物,但他不用他的研究中的这个事实。他需要知道更多关于物理和化学的知识,但是他相信达尔文主义与他每天的神经脉冲研究毫无关系。这是一个可辩解的立场--{尔不能理直气壮地说,因为你在每目的某一个科学分支的实际领域内不必用到某个理论,那个理论就是错误的。除非你对你自己的科学分支的重要性有显著的、前景宏伟的判断。
即使那样,也是不符合逻辑的。一个物理学家当然用不着达尔文主义来研究他的物理学。他可能认为和他的物理学相比,进化论是琐碎的东西。从这个观点出发,在他看来,达尔文主义对科学来说也是无足轻重的。但是他不可以不理智地由此判断达尔文主义是错误的。而这就是改变的进化枝学派的领导者主要干的,"错误的"正是纳尔逊和普拉尼克使用的字眼。他们的词汇已经被扬声器--我在前一章已经提到过的--拾起来,而且结论已经被公开考虑。他们已经在信仰上、在创造文学方面为自己赢得了一席之位的荣誉。当一个改变的进化枝学家在我的大学里做一次客串演讲时,他赢得了本年度比其他客串演讲更多的听众!真是难以置信,不知道为什么。
毫无疑问,所有像"达尔文主义......是已经被测试并且发现是错误的"之类的评价,都是出自一座受众人崇敬的国家博物馆内的几位德高望重的生物学家之口,这对创造说的坚持者来说无异于酒和肉,对其他对犯错误很感兴趣的人也是如此。这就是我叨扰我的读者,不厌其烦地论述改变的进化枝学派的根本原因所在。正如马克?瑞德利更温和地说的那样,以纳尔逊和普拉尼克在所著的那本书中认为达尔文主义是错误的观点看来,谁又能猜想出他们只是这个意思:祖先物种很难摆进进化枝分类中?当然,很难阻止严格意义上的祖先的确认,有一个很好的例子可以不妨一试,但首先必须申明:鼓励其他人得出绝对"没有任何祖先"是使语言误入歧途和出卖真理。
现在我不得不出门到花园里刨刨坑,或者傲点别的。