第一章 只是一个理论?第二章 狗、牛和白菜第三章 报春花的宏进化之路第四章 安静与缓慢的时间第五章 就发生在我们眼前第六章 缺失的环节?你说的“缺失”是什么意思?第七章 缺失的人们?不再缺失第八章 你自己在9个月内就做到了第九章 大陆方舟第十章 亲缘关系树第十一章 历史,写满我们的周围第十二章 军备竞赛和“进化的神义论”第十三章 生命以此观之,何其壮哉.18
当然我们不能排除这个可能性,即可能曾出现其他机器语言,但含有该机器语言的生物现今已经灭绝了——这与我提到过的小怪菌具有同等意义。并且,物理学家保罗·戴维斯(Paul Davies)合理指出,我们并没有深刻地观察,来了解是否现今仍然存在尚未灭绝的小怪菌(当然,他没有用这个词),暗藏于我们行星里一些极端的堡垒中。他也承认这是不太可能的,但是他主张——在我们的星球上彻底地搜寻小怪菌要比去其他星球上搜寻容易和便宜得多(这个思维多少有点像一个人在路灯下寻找他的钥匙,而不是去他丢钥匙的地方找——因为路灯下比较亮)。与此同时,我不介意表明我个人的预期,那就是:戴维斯教授不会发现任何东西,在地球上,所有现存的生命形式都使用同样的机器代码,都源自一个祖先。
“随着这颗行星依照固定的万有引力定律运转不停”
人类在理解统治我们生活的周期之前,就已经意识到它们很久了。最明显的周期就是昼/夜周期。物体漂浮在太空中,或按照万有引力定律围绕其他物体运动,都具有绕自轴自转的自然倾向。有例外,但我们的行星不属于这种例外。如今,地球的自转周期是24小时(它曾经转得更快),当然,我们对它的感知就是昼夜交替。
由于我们生活在一个相对大质量的物体上,我们认为引力主要是一种把所有东西拉向该物体中心的力量,我们感知为“落下”。牛顿最早理解到引力具有一种普遍效应——让全宇宙中的天体保持围绕另外的天体(在半永久性的轨道上)运动。我们感知为随着地球绕日运转而来的年度性季节变化[119]。因为我们行星的自转轴相对于绕日运转的轴,是倾斜的,所以当我们所居的半球向日倾斜的半年,我们就感觉到较长的白天和较短的夜晚,那段时期的高潮在夏季。在另外的半年中,我们感觉到较短的白天和较长的夜晚,在其最盛期我们称之为冬季。在我们所在半球的冬季,即便阳光能照到我们,其角度也很小。这种倾角使得冬季的一束阳光要比夏季的同样一束阳光照射到更大的面积。这样,在接收端,每平方英寸接收到的光子就较少,也就感到较冷。每片绿叶接收到的光子少了,就意味着光合作用也弱。较短的白天和较长的夜晚,也有同样的效应。我们的生活被周期所统治——四季循环、日夜交替;这正如达尔文和他之前的《创世记》所说:“大地存在之时,稼穑、寒暑、冬夏、昼夜就会永不停息。”
万有引力调节周期,同时也意味着调节生命,尽管这比较不明显。地球不像其他行星那样拥有众多较小的卫星,地球碰巧仅有一个大卫星,我们称之为月球。月球之大可以凭借自身就发挥一种显著的引力效应。对此,我们主要体验为潮汐周期:这不仅仅是指相对迅速的周期,即每日的潮起潮落,也指相对缓慢的周期,即每月一次的大潮和小潮,它是由太阳的引力效应和月球每月运行的引力效应之间的交互作用所引起的。这些潮汐周期对于海洋生物和沿海生物尤为重要,人们甚至夸张地怀疑,是否我们海洋祖先的某些物种记忆就存留在我们每月的生殖周期中。这也许有些牵强,但却能引发一项有趣的思索——如果没有环绕地球运行的月球,生命将会怎样地不同?对此,甚至有人提出,如果没有月球,生命便不可能存在(再一次地,这一观点在我看来是不对的)。
如果我们的行星不绕地轴自转会怎么样?如果它像月球朝向我们那样,永久地保持一面朝向太阳,那么白日永驻的半球将是一个炙热的地狱,而黑夜永驻的半球将寒冷得让人无法忍受。生命可以在两者交界的昏暗的不毛之地,或深埋的土壤之中存活吗?我对于生命能在如此不利的条件下起源表示怀疑,但如果地球自转速度逐渐减慢,直至停止,这将给予生物足够的时间去适应,至少一些细菌会成功存活——这应该是可信的。
如果地球自转,但其自转轴不是倾斜的,将会如何?我怀疑这样也不能排除生命形成的可能性。冬夏的循环将不复存在。夏季和冬季这种状态将与纬度和高度的效应有关,而不再与时间有关。居住在两极附近及高山之巅的生物,将经历永恒的冬季。我不理解为什么这就排除了生命形成的可能性,当然如果没有了季节,生命便会索然无趣。生物的迁徙,或它们在一年中特定的时间段进行繁衍,或落叶或换毛,再或冬眠,这些都将失去其动机。
如果行星根本不是围绕一个恒星运转的,生命的形成将完全成为不可能。如果不能围绕一个恒星运转,行星就只能在虚空中疾驰——这个虚空是温度接近绝对零度的黑暗太空,这个独自疾驰的星球不断远离能量源,远离这种使得生命能够短期而局部地逆转热力学趋势的物质。达尔文所说的“依照引力定律运转不停”,不仅仅是对“时间流逝不停而且漫长得令人难以想象”采用的诗意表达。
在围绕一个恒星的轨道里运行,是一个天体与能量源保持相对固定距离的唯一方式。在任何一个恒星附近(我们的太阳就是一个典型)都存在一个被光与热所笼罩的有限区域,在这儿,才可能有生命的进化。随着你远离恒星进入太空,这个适宜生存的地带也按照著名的平方反比定律迅速缩小。这就是说,光与热的减少不与行星到恒星的距离成正比,而是与距离的平方成正比。我们可以很容易地理解为什么会是这样。让我们想象以一个恒星为中心,半径不断增加的许多同心球体。恒星向外辐射的能量落在这个球体的内部,被这个球体每平方英寸的内部区域所“分享”。球体的表面积和半径的平方呈正比(ESK)[120]。所以,如果球A到球B的距离变为两倍,那么同样数量的光子就被一个是原来面积4倍的区域所“分享”。这就是为什么水星和金星作为太阳系最内部的两个行星是如此炙热,然而处于外围的行星,例如海王星和天王星,则是寒冷而黑暗的,虽然仍不像外太空那么寒冷与黑暗。
热力学第二定律指出,尽管能量既不能被创造也不能被毁灭,但(须在一个封闭系统中)它会变得越来越不能做有用的功:这就是所谓的熵增加。“功”包括一系列事情,比如向上抽水,或与之等效的从大气层的二氧化碳中提取碳原子用于植物组织。正如我已在第十二章所清楚讲述的:只有注入能量到系统中,这些壮举才能得以实现(如电能驱动水泵,或太阳能驱动绿色植物中糖类与淀粉的合成)。一旦水被泵到山顶,接下来它会趋向于流向山下,这样水向下流产生的一些能量就可以被用来驱动一个水车,水车的机械能再带动发电机产生电能,电能又可以驱动一个电动机将水泵回山顶——但只能泵回一些!尽管能量从未被毁灭,但总是有一些能量会流失。永动机是不可能实现的(这样说并不武断)。
对于生命的化学过程,在植物中,由太阳驱动的“上山型”化学反应,将碳元素从空气中提取出来,于是碳元素可以燃烧,并释放它的一些能量。我们能够真切地以烧煤炭的形式来燃烧碳元素,你可以认为它是一种存储的太阳能,这是曾在石炭纪或者其他过去年代中存在过,而现已死去很久的植物,它们作为太阳能板,将储存的能量遗留下来。再或者,能量也可能经过一种比实际燃烧更加可控的方式释放。在不论是植物、食草动物还是食肉动物的活细胞内,太阳制造的含碳化合物都在“缓慢地燃烧”。不是像字面上的意思,迸发形成火焰,而是它们将能量投入到耐用的涓涓细流中,在那里能量能够以一种可控的方式做功,来驱动“上山型”化学反应。(但是)不可避免地,一些能量以热量的形式损失了——如果不是这样,我们早就有永动机了,然而这是不可能的(我们已经重申过太多次了)。
宇宙中几乎所有的能量,都在从能够做功的形式逐渐降级到不能做功的形式。这是一种削平,一种调和,最终整个宇宙都会达到一种均一的、(真正的)平静的“热寂”。但是,当宇宙作为一个整体,向其不可避免的热寂迅速下降、疾驰的时候,有一个余地可以让少量能量驱动小局部系统走向相反的方向。来自海洋的水以云的形式升腾到空气中,接着云中的水沉降到山顶,在那里,水汇成溪水和河流,向山下流去,而这可以驱动水车和发电站。使水上升(从而驱动发电站的涡轮)的能量来自太阳。这并没有违反热力学第二定律,因为能量是不断地由太阳输入的。在绿色叶片中,太阳能也在做同样的事情,即驱动化学反应局部地“向上”(上山型)进行,从而产生糖类、淀粉、纤维素和植物组织。最终,植物死亡,或者被动物吃掉。被捕获的太阳能通过许多的级联反应,或者通过一条长而复杂的食物链,获得了向下滴流的机会,终于由细菌或者真菌降解的植物(或者延长食物链的动物)。或者,其中的一些能量被封存在地下,先变成泥炭,再变成煤炭。但是,朝向最终热寂的总趋势是永远不会逆转的。在食物链的各个环节,还有在细胞中通过的每一个涓流级联反应,一些能量最终被降至无用状态。永动机是……好吧,重复得够多的了,但是我不会为引证而道歉,正如之前我在至少一本书中已引用的,即阿瑟·艾丁顿爵士(Sir Arthur Eddington)就该话题的绝佳表述:
如果某人向你指出,你所喜爱的宇宙论与麦克斯韦(Maxwell)方程不一致——这对于麦克斯韦方程可能也不妙。如果发现它与观察所得相矛盾(这有可能是缘自实验员做事笨手笨脚),但如果你的理论被发现违背了热力学第二定律,我就不能给你任何希望了。除了在最深的耻辱中崩溃,别无选择。
当神创论者说进化论违背热力学第二定律时(他们经常这样说),他们只不过表明了他们不懂这个定律(我们已经知道他们不懂进化)。没有违背定律——因为有太阳!
不论我们谈论的是生命,还是水升腾入云然后再落下,整个系统最终都依赖于来自太阳的稳定能量流。来自太阳的能量为生命提供了能源,这并不违反物理和化学定律(肯定也从未违反热力学第二定律);反而是利用了物理和化学的定律,尽其所能地产生了复杂多样和美丽惊人的结果,但也使人们产生了一种奇异幻觉,让人们认为这在统计学上不可能,而是故意设计的。这个幻觉如此地强大,它甚至愚弄了我们最伟大的头脑,长达数百上千年——直到查尔斯·达尔文横空出世。自然选择是一个“逆转不可能性的泵”:一种产生“统计学上的不可能的事物”的过程。它有组织地抓住了少数令其得以生存的随机变化,在长得无法想象的时间里,一点一滴地把它们积累起来,直到进化终于爬上了不可能性与多样性之山巅,这些山峰的高度和范围似乎没有极限,我把这种比喻性的山峰称为“不可能之山”[121]。自然选择这种“逆转不可能性的泵”驱动着活的复杂性登上了“不可能之山”,这在统计学意义上相当于太阳能把水送到了一座普通山峰的顶端。生命进化出了巨大的复杂性,这仅仅是由于自然选择在局部把它从统计学上的“不可能”驱向了“可能”。而这之所以有可能实现,端端是因为源自太阳的不断的能量供应。
“从这样一个简单的开端”
关于进化启动后它如何运作的问题,我们的所知远远超过了达尔文。但是在进化最初如何启动的问题上,我们知道的并不比达尔文多很多。本书是一本关于证据的书,而我们还没有关于“在这颗行星上进化的启动”这一重大事件的证据。它可能是一个极为罕见的事件。它只需要发生过一次,而且据我们所知,它确实也只发生过一次。甚至有可能在整个宇宙中也只发生过这一次(尽管我对此表示怀疑)。基于纯粹的逻辑而非证据,我们可以指出一点:达尔文说“从这样一个简单的开端”是很明智的。“简单”的反面是“统计意义上的不可能”。在统计意义上不可能的东西,不会自发地发展形成:这正是“统计意义上不可能”的意思。这个开端必须是简单的,而“通过自然选择的进化”仍然是我们已知的从简单开端得出复杂结果的唯一过程。
达尔文没有在《物种源始》中论述进化是如何开始的,他认为这个难题超越他所处时代的科学范畴。在之前我引证的那封写给胡克的信中,达尔文继续写道:“现在考虑生命的起源,纯粹是毫无价值的;一个人还不如去考虑‘物质的’起源问题。”他并没有排除这个难题终将被解决的可能性(确实,关于起源的难题现大都已被解答了),只是要等到遥远的未来:“一段时间过后我们终会看到由‘黏液、原生质等’产生的一种新动物。”
针对这一问题,弗朗西斯·达尔文在他编辑的父亲书信集中,插入了一个脚注来告诉我们:
我父亲曾于1871年就同样的主题写道:“虽然人们常常说第一个生命体产生的所有条件都具备,也一直存在着,但是假设(哇!多么重大的一个假设!)我们可以设想在一些温暖的小池中,有着各种各样的氨盐、磷酸盐,配以光、热、电等,由化学反应形成的蛋白质化合物准备进行一些更加复杂的变化,可是在当前状况下它们很快就会被吞噬和吸收了(于是不会形成生命),但这种情况在生命形成之前不应该发生。”
查尔斯·达尔文在此展现了两个相当不同的内容。一方面,他展示了关于生命可能如何起源的唯一推测(即那个著名的“温暖的小池”的段落)。在另一方面,他使我们从对旧事再现于眼前的希望中醒悟。即使现今仍存在着“第一个生命体的产生条件”,但任何这种新产物都将“立即被吞噬和吸收”(大概是被细菌,我们现今有好的理由补充上这一点),“但这种情况在生命形成之前不应该发生”。
达尔文写出上面这段话的7年之前,法国微生物学家路易·巴斯德(Louis Pasteur)在索邦(Sorbonne)神学院的一次讲座中说,“自然发生说将永远不会从这个简单实验的致命一击中恢复过来。”巴斯德展示的这个简单实验就是“与微生物隔绝的肉汤不会变质”,这与当时大众的预期恰恰相反。
神创论者不时引用“巴斯德的展示”,作为对他们有利的证据。其错误逻辑如下:“现在从来没有观察到过自然发生。因此,生命起源是不可能的。”达尔文在1871年的陈述恰恰被设定为对这种错误逻辑的回击。很显然,生命的自然发生是一个十分罕见的事件,但这一定曾发生过——不管你认为最初的自然发生是自然事件还是超自然事件,它都必然真的发生过。而关于生命起源的这件事有多么罕见,这是我要进一步探讨的有趣问题。
俄国的奥巴林(Oparin)和英格兰的霍尔丹(各自独立地)最早对思考生命可能是如何起源的这种事情作出了认真尝试,他们一开始就否认了产生第一个生命体时的条件仍在我们身边。奥巴林和霍尔丹指出早期的大气层与现今的很不一样。尤其那时候的大气层没有游离氧,于是这种大气层被化学家们神秘地称为“还原性”(reducing)大气层。我们现在都知道大气层中的游离氧是生命的产物,特别是植物的产物——显然,生命出现的原始环境中根本没有自由氧。氧气作为污染物甚至作为一种毒气,涌入大气层,直到自然选择塑造的生命依靠这些东西而茁壮成长,而且确实没了氧气生命还会窒息。“还原性”大气层激发了这一针对生命起源难题的最著名的实验,探究生命起源的化学家斯坦利·米勒(Stanley Miller)把烧瓶中装满了简单的物质,它们冒泡、激闪着运行了仅仅一个星期,就产生了氨基酸和其他的生命先驱。
达尔文的“温暖的小池”与由它所激发的米勒的神秘配方,现今经常被竖为靶子,加以摒弃,以此来抛砖引玉。事实上现在还没有占主流的共识。有人提出了几个有卓见的观点,但是任何一个都没有决定性的证据指明自己正确无误。在之前的书中,我留心于各种有意思的可能性,其中包括格雷汉姆·凯恩斯–史密斯(Graham Cairns-Smith)的无机黏土晶体理论,以及最近一个十分流行的观点,即生命最初产生的环境条件类似于现今“嗜热性”细菌和古菌地狱般的栖息地,其中一些“嗜热性”细菌和古菌在沸腾的热泉中茁壮成长和繁殖。当下,大多数的生物学家都倾向于“RNA世界理论”(RNA World theory),其中的原因我认为很有说服力。
我们没有关于制造生命的第一步是什么的证据,但我们确切知道一定有过这一步。不管经历了怎样的一步,总是启动了自然选择。在那第一步之前,只有自然选择才能达成的一类改善是不可能存在的。这就意味着这关键的一步是指“经过一些未知的过程后一个自我复制实体的出现”。自我复制过程引起了一群实体的出现,它们为了能被复制而彼此竞争。然而,没有完美的自我复制过程,这个群体不可避免地会变得富有多样性,而如果在种群中的复制体中产生了变异体,并且它具备取得成功的必要条件,那么它将会占据优势地位。这就是自然选择,只有在最初自我复制的实体出现后,它才会启动。
达尔文在他那“温暖的小池”一段中推测,生命起源的关键事件可能是蛋白质的自发产生,但这在达尔文提出的许多观点中,是最不被看好的一个理论。这并没有否认蛋白质对于生命极其重要。我们在第八章看到,它们具有十分特别的性质,能够自身卷绕成三维的物质,而这精确的形状是由它们的一维氨基酸序列所特异决定的。我们也看到了这种精确的形状赋予了它们高度特异性,来催化化学反应,并有能力万亿倍地提高一些特异性反应的速度。酶的特异性使生物化学反应得以进行,而蛋白质在它们能承担的形状范围内,像是无限灵活的。而这就是蛋白质所擅长的。它们的确非常非常擅长此道,达尔文提及这点是十分正确的。然而有一些事情,是蛋白质相当不擅长的,这也是达尔文所忽视的。蛋白质在自身复制方面完全没有希望。它们不能制造自身的复制品。这就意味着:生命起源的关键一步不可能是蛋白质的自发产生。那么,它会是什么呢?
我们所知的最好的复制分子是DNA。在我们所熟识的高级生命形式中,DNA和蛋白质达成了完美的互补。蛋白质分子是杰出的酶,但却是差劲的复制者。DNA恰好相反。它没有卷曲成三维的形状,因而不能发挥酶的功能。它的结构不是卷曲起来的,相反它保持着展开的线性形状,这就使它成为理想的复制者以及氨基酸序列的指定者。蛋白质分子具有精确性是因为它们卷曲成“封闭”的形状,而不通过某种方式“暴露”它们的序列信息从而被抄录或“读取”。序列信息被深不可及地埋藏在卷曲的蛋白质中。但是长链的DNA的序列中信息是暴露的并且可以作为模板。
生命起源的“第二十二条军规”理论就是如此。DNA可以复制,但是为了催化反应过程,它需要酶。蛋白质可以催化DNA形成,但是它们需要DNA来指定正确的氨基酸序列。早期地球的分子是如何挣脱了这种束缚,从而使自然选择开始启动呢?于是RNA登场了。
RNA和DNA一样,属于同族的链式分子,都是多核苷酸。它也包含了数目和DNA相当的4个“字母”的密码子,而实际上它在活细胞内承载来自DNA的遗传信息,并将其运送至使用之处。DNA是建立RNA编码序列的模板。而蛋白质序列的建立需要RNA而不是DNA作为它们的模板。一些病毒根本没有DNA,它们的遗传分子是RNA,独立地负责将它们的遗传信息一代又一代地承载下去。
现在到了关于生命起源的“RNA世界理论”的要点部分。除了能够延展成一种合适的形态来传递序列信息之外,RNA还能够自我装配,就像第八章说的磁性项链一样,RNA能够形成三维形状从而具有酶活力。RNA酶的确存在,它们不如蛋白质酶那么有效率,但也可以发挥作用。“RNA世界理论”指出RNA是一种很好的酶,它们能够坚守阵地,尽到作为酶的职责,直到蛋白质进化到可以接替酶的工作,并且RNA也是一种很好的复制者,它们也算是坚守了职责,直到DNA进化出来。
我觉得RNA世界理论是可信的,并且我认为很有可能在数十年之后,化学家们将会在实验室中进行模拟,完全重建曾在40亿年前的重大关卡启动了自然选择的一系列事件。已经有人在这一正确的方向迈出了奇妙的步伐。
在离开这个主题之前,我必须再重复一下我早先作品中已提及的警告。我们实际上并不需要一个关于生命起源的易解的理论,甚至如果人们发现了一个特别易解的理论我们还会感到一些担忧!这个醒目的悖论来自这个著名的“人们都在哪”的问题,它是由物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)提出的。他的问题听起来蔚然成谜,费米的同事,即在洛斯阿拉莫斯实验室(Los Alamos Laboratory)的物理学家们,都充分理解其中确切的意思。为什么宇宙中其他地方的生物从来没有拜访过我们呢?如果没有亲自拜访,至少也应该有通过无线电信号拜访吧(这个可能性要大得多)。
根据合理估计,我们银河系中行星的数量超过10亿,而星系的数量大约为10亿。这就意味着,尽管有可能我们的地球是银河系中唯一存在生命的行星,若这是真的,那么在一个行星中出现生命的概率就不会大幅超过十亿分之一。因此,我们追寻的关于这个行星生命起源的理论断然不应是一个好理解的理论!如果它是,那么生命就应在银河系中寻常易见。也许生命是普遍存在的,在这种情况下,我们就需要一个易解的理论。但是我们没有证据表明生命还存在于地球之外,故而至少我们理应对一个看似费解的理论感到满足。如果我们严肃地看待费米的问题,那么“地球没有外星人来访”便可解释为“这是银河系中生命极其稀有的证据”,我们进而也应断然地期待——关于生命起源的易解的理论并不存在。我在《盲眼的钟表匠》一书中已就此展开了更为全面的论述,在这里就不展开了。我猜想,不管这值不值得借鉴(借鉴价值不高,因为有太多未知因素),即生命是十分稀有的,但是行星的数量却十分庞大(更多的行星一直在被发现),因而我们很可能并不孤独,宇宙中可能存在数以百万的生命之岛。不过,即便有数以百万的生命之岛,它们之间仍有可能相距甚远,以至于它们彼此之间即使通过无线电也几乎没有机会偶然相遇。悲哀地说,就实际情况来看,我们不妨可以说是孤独的。
“演化出了无穷无尽的、最美丽和最奇异的生命形式,并且这一演化过程仍在继续”
我不确定达尔文所说的“无穷无尽的”是什么意思。它可能是一种夸张修辞,用于加强对“最美丽”和“最奇异”的表述。我料想这是其中一方面。但是我更愿意认为达尔文表达了某些更有意的、特指性的“无穷无尽”。当我们回顾生命历史的时候,我们看到了一幅永不停歇、生机盎然的画卷。个体会死亡,种、科、目,甚至纲都会走向灭绝。但是进化过程本身似乎能恢复它那周期性的繁盛,新鲜性不会削弱,活力不会减退,一纪又一纪。
容我暂且回到我于第二章描述过的“人工选择的计算机模型”:计算机生物形态的“野生动物园”中容纳了模拟节肢动物(arthromorphs)和模拟软体动物(conchomorphs),它们展现了极其多样的软体贝类可能是如何进化的。在那一章,我介绍这些模拟生物来作为一个例证,以此说明,在足够的世代,人工选择如何进行和它是多么的强大。现在,我想要用这些计算机模型,实现一个不同的目的。
每当紧盯计算机屏幕培育生物形态的时候,我得到的压倒性印象是,不管是彩色的还是黑色的,当我培育模拟节肢动物时,(好像)永远也不会觉得厌烦。这有一种周而复始的新奇感。这个程序好像永远都不会“疲倦”,而它的使用者亦是如此。这个程序与我在第十章简要描述过的达西程序截然不同,在达西程序中,动物被描绘在虚拟的橡胶性平面上,然后其“基因”由数学方法牵引着,在该平面的坐标上移动。当利用达西程序进行人工选择的时候,随着时间的流逝,使用者好像就距离一个具有意义的参照点越来越远,接着就步入一个鄙陋不堪的真空地带;在这里,我们距起始点越远,结果就越没有参考意义。个中原因,我已做了暗示。在生物形态程序、节肢动物程序和软体动物程序中,我们利用计算机来等价一个胚胎发育的过程——在生物学上合理的三个不同的胚胎发育过程。与之相比,达西程序则根本没有模拟胚胎发育。正如我在第十章所解释的,它操控的是一种关于一个成体转变为另一个成体的畸变过程。胚胎发育机制的缺乏,使它不具备生物形态程序、节肢动物程序和软体动物程序所展现出的“创造性繁殖力”。而真实的胚胎机制是具有这样的“创造性繁殖力”的,这就是为什么进化产生了“无穷无尽的、最美丽和最奇异的生命形式”的起码的原因。但是我们能够超出这个最起码的范畴吗?
1989年,我在一篇名为《可进化性的进化》(The evolution of evolvabilith)的论文中提出,随着世代交替,不仅仅是动物们更擅长生存:而且动物们的世系也更擅长进化。什么叫作“擅长进化”呢?什么种类的动物擅长进化呢?陆上的昆虫纲和海中的甲壳纲,似乎可以在“演变为成千上万的物种”这一方面跻身榜首,它们划分并占据各自的生态位,并且在进化的光阴里恣意放纵地变换着服饰。鱼类亦是如此,它们展现了令人叹为观止的进化性分生力,此外还有蛙类,以及我们更熟知的哺乳动物和鸟类。
我在1989年的论文中提出的是:可进化性是“胚胎发育”的一种属性。虽然基因可凭借突变去改变某动物的形体,但是它必须经历一个胚胎发育的过程。一些胚胎发育能够更好地激发一些富有成效的基因方面的变异,以供自然选择,因而该生物可能就更擅长进化。“可能”这个词有些弱。在这里,我们难道不应该说“很显然,某些胚胎发育一定更擅长进化”吗?我认为正是如此。即便不太明显,但是我认为情况可以是这样:可能有更高级别的自然选择偏爱“可进化的胚胎发育”。随着时间的流逝,胚胎(发育)改善了其可进化性。如果存在这种“更高级别的选择”,那么它将会与普通的自然选择大相径庭,后者根据个体能顺利传递基因的能力对其进行选择(等价为根据基因塑造成功个体的能力对基因进行选择)。这个提高可进化性的更高级的选择,就是美国伟大的进化生物学家乔治·C·威廉斯(George C.Williams)所称的“进化支进化”。一个进化支即是生命之树的一个分枝,就像种、属、目、纲一样。当一个进化支(如昆虫纲)比其他的进化支(如须腕动物)可以更成功地在世界中扩增、变异与栖居,我们就可以说发生了“进化支进化”。(你也许没有听说过须腕动物这些生僻的蠕虫样生物,其默默无闻的原因之一就是:它们是一个不成功的进化支!)“进化支进化”并不意味着“分支们”要彼此竞争。昆虫不和须腕动物竞争,至少并不是直接地在食物、空间或者其他资源方面与须腕动物竞争。但是世界上充满了昆虫,却鲜有须腕动物,这令我们不禁要将昆虫的成功归功于它们所具备的一些要素。我揣摩是它们的胚胎发育因素导致其具有进化潜力(可进化)。在《攀登不可能之山》一书中标题为“千变万化的胚胎”这一章中,我对于由可进化性引起的特定要素提出了多种看法,其中包括对称性的限制,以及模块化架构,如分段的身体蓝图。
也许部分缘于其分段的“模块化架构”,节肢动物的进化支[122]擅长进化,善于在多个方向发生变异,善于使自己的种类多样化,并且善于抓住机会占据生态位。其他的进化支也能取得类似的成功,因为它们的胚胎被迫在多位面发生镜像发育过程[123]。我们看见的充斥于陆地或海洋的进化支,是善于进化的生物分支。在进化支选择中,不成功的进化支走向了灭绝,或者未能使自身多样化以迎接各种挑战——它们便败落并且毁灭了。成功的进化支兴旺发达,生出茂密的叶子,留在了谱系树上。进化支的选择听起来诱使我们想到达尔文的自然选择。但是,人们应该抵制这种诱惑,或者至少应该敲响警钟。表面上的类似非常可能把我们引入歧途。
“我们自身的存在”这一事实,太令人惊讶,几乎让人无法接受。另一个同样惊人的事实是:我们被一个丰富的生态系统包围,这个生态系统的组成部分有:和我们多少有些近似的动物、与我们相似程度小但是我们根本生存所需的植物,和与我们的远祖类似且我们死后都会腐烂变成的细菌。达尔文在理解“我们自身的存在”这一问题的高度方面走在了其时代的前列,也在悟出该问题的答案方面走在了时代前列。他还在认识到动植物及其他所有生物相互依存的问题上走在了时代的前列,这些依存关系中的复杂性绝对超乎想象。我们为何会发现自己不仅仅存在,而且周围还有如此复杂优美、无穷无尽、最美丽和最奇异的生命形式呢?
答案如下:唯有如此,别无可能——这是由于我们有能力注意到我们自身的存在,并有能力提出关于此事的问题。正如宇宙学家向我们指出的:我们能看到天空中的恒星,这并不是一个意外。可能存在“没有恒星的宇宙”,以及物理定律和常数导致原始氢平均分布而不会收聚为恒星的宇宙。但是却无人观赏这些宇宙——因为缺少了恒星,具有观测能力的实体就不会进化出来。生命至少需要一颗恒星提供能量。恒星也是铸造绝大多数化学元素的熔炉,若没有丰富的化学元素,生命就不会存在。我们可以逐条查看物理定律,然后对所有这些定律说同样的话:我们看到的并不是意外……
生物学也是这样。无论我们看哪里,毫不意外,我们几乎都能看到绿色。毫不意外,我们发现自己位于一棵枝繁叶茂的生命之树的一条细小树枝上;毫不意外,我们周围有许多其他物种,它们进食、生长、腐烂、游泳、行走、飞翔、挖穴、追猎、追逐、逃跑、以快取胜、以智取胜。没有数量至少是我们10倍以上的绿色植物,我们就没法获得能量;没有捕食者和被捕食者之间、寄生虫和宿主之间不断升级的军备竞赛,没有达尔文的“自然界的战争”,没有他所说的“饥饿和死亡”,就不可能存在能够看见事物的神经系统,遑论欣赏和理解事物。我们被无穷无尽的、最美丽、最奇异的生命形式所包围,这毫不意外——这是通过非随机自然选择的进化的直接结果——这是小镇里唯一的游乐、地球上最伟大的表演。
* * *
[115]达尔文告诉我们,他从英国人口学家托马斯·马尔萨斯(Thomas Malthas)那里衍生出自己关于“自然选择”的最初灵感。或许达尔文的这个特定措辞是由以下这些启示性段落促成的:“饥荒似乎是自然界最后的、也最可怕的资源。人口增长远远地强于土地为人类生产必需品的能力,人类必然发生各种形式的早死。人类的恶行是导致人口减少的能动因素。它们是毁灭军团的先锋,往往本身就能完成毁灭性工作。但如果杀灭人口的战争进行得尚不彻底,那么恶劣气候、流行病、瘟疫以及鼠疫,将以恐怖阵容横扫千百万人。如果这种恐怖的胜利尚不完全,巨大的饥荒也必将尾随而至,以减少世上食物的方式,砰然一击,剪灭人口。”(我的朋友马特·里德利唤醒了我对这一段落的注意。)
[116]但愿我会相信。
[117]宗教传统长久以来将生命定义为呼吸。“精神”(spirit)一词便是来自拉丁语中的“呼吸”(breath)。《创世记》里上帝首先创造了亚当,并向他鼻孔吹气注入生命。希伯来文中“精神”一词是“ruah”或者“ruach”(阿拉伯语中为“ruh”),意思亦即“呼吸”、“风”、“灵感”。
[118]这一术语于1907年由法国哲学家亨利·柏格森(Henri Bergson)自创。我始终铭记朱利安·赫胥黎关于火车必须由火车冲动(élan locomotif)推进这一讽刺性的推论。
[119]我像忍不住要挠痒痒或捂牙疼一般,总忍不住反复提到19%的英国人不知道何谓一年,并认为地球是一个月绕太阳一周(见附录中的调查)。即便那些知道一年是怎样计算出来的人,很大一部分也不知道季节是怎样产生的,他们带着疯狂的“北半球沙文主义”思想,认为我们在6月时距离太阳最近,在12月距离太阳最远。
[120]“Every Schoolboy Knows”——所有在校男生都知道(所有的在校女生也可以通过欧几里得的几何学来证明)。
[121]当克劳德·香农(Claude Shannon)发明信息测量学(它本身可以用来衡量统计上不可能发生的事件)的时候,他所发现的数学公式,正和前一个世纪路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzman)建立的熵的公式相同——这并非偶然。
[122]昆虫、甲壳类动物、蜘蛛、蜈蚣等。
[123]例如,千足虫腿部的基因突变会在两边都反映出来,也可能因重复而增加身体的长度。虽然这只是单突变,但胚胎发育的过程强制其在左右两边重复许多次。说一种约束的力量反而会增加某进化支的多样性,乍一听上去似乎是自相矛盾的。原因参见《攀登不可能之山》的“千变万化的胚胎”一章。
从1982年起,美国最著名的民意调查机构——盖洛普公司(Gallup)不定期地而又频繁地,针对如下问题进行了民意抽样调查:下面哪一项陈述最接近你对人类起源与发展的看法?
1、人类是几百万年以来,从较低级的生命形态发展而来的,但上帝指导了这一过程。(36%)
2、人类是几百万年以来,从较低级的生命形态发展而来的,但是上帝未参与这一过程。(14%)
3、上帝在1万年前左右创造了和现在形态差不多的人类。(44%)
我嵌入的百分数来自2008年的调查结果。其他年份的数字差不多是一样的,包括1982、1993、1997、1999、2001、2004、2006和2007年。
我对于仅14%的人勾选了第二个选项并不感到意外。第二选项的不幸缘于“但是上帝没有参与这个过程”这样的措辞——看上去是蓄意引诱信教者不假思索地反对它。而真正令人哀伤的是人们对第三选项的大力支持,44%的美国人完全否定了进化(不但否定没有上帝的进化,而且否定由上帝指导的进化),这暗示他们认为整个世界的年龄不会超过1万年(正如我先前已经指出的,已知世界的真实年龄是46亿年),这就好比他们认为北美洲的宽度小于10码。9年来的抽样调查中,第三项的支持率每年都高达40%以上。有两年的抽样中,它高达47%。超过40%的美国人否认人类是从其他动物进化来的,而且他们认为不仅是我们,还包括所有的生命,都是由上帝在过去的1万年创造的。可见这本书是必要的。
由盖洛普提出的问题关注人类自身,人们可能会说,这可能加大了感性的筹码,而使得人们很难接受科学的观点。2008年,美国皮尤论坛(the Pew Forum)发布了类似的但未特别论及人类的美国民意调查,其结果和盖洛普调查是完全相容的。提供的议题如下,同时也各自附有赞成者的百分比:
地球上的生命——
1、从时间一开始就以现在的形态存在了。42%
2、随着时间进化:48%
——通过自然选择而进化。26%
——由至高存在的指导而进化。18%
——进化但原因未知。4%
3、不知道。10%
皮尤设置的问题没有提及年代,所以我们不知道这明确排斥进化的42%之中,有多少人像盖洛普测验中的44%一样,也认为世界的年龄小于1万年。看上去很有可能,皮尤测验的那42%的人也会附和几千年的说法,而不是科学家们确定的约46亿年。那些认为地球上的生命已经以现今的形态存在了46亿年而没有丝毫变化的人,至少看上去与认为生命以现今的形态存在了几千年的人一样荒谬可笑,这显然是违反《圣经》的。
那英国的情况又如何呢?我们要如何比较?2006年,英国广播公司(BBC)的(相对)高端的科学纪录片系列——《地平线》(Horizon)[124],委托莫利调查机构(Ipsos MORI)在英国民众中进行调查。不幸的是,其中的关键问题设置不当。人们被要求对下列关于地球上生命起源与发展的理论或者解释,进行三选一。在每一个选项的后面,我都标明了选择它的人数百分比。
(a)“进化论”,即人类是几百万年以来从低级生命形态发展而来的,上帝没有参与这个过程。(48%)
(b)“神创论”,即上帝曾经在过去的1万年前的某个时间内创造了和现在形态差不多的人类。(22%)
(c)“智能设计论”,即用超自然力量的介入(如上帝)能最好地解释生物的某些特征。(17%)
(d) 不知道。(12%)
遗憾的是,这些选择没有列出某些人偏爱的选项,所以失去了很多拥趸。他们在(a)选项中没有给“但是上帝在这一过程中发挥了作用”留下余地。考虑到措辞中包含了“上帝没有在这一过程中发挥作用”,就不惊奇选择(a)的人数比例会低到48%了。选项(b)的百分比是22%,却是令人警醒地高,尤其在给出了荒唐的1万年(地球的)年龄限制时。并且,如果我们将(b)、(c)选项的百分比加在一起,将会得到偏向创世论的人们的百分比,即39%。这依旧没有高过美国的超过40%,特别要注意的是,美国的数字包括了年轻地球派的神创论者,而英国的(c) 选项下的39%大概包括古老地球派的神创论者。
莫利民意测验对英国的被抽样民众提出了一个关于教育的附加题。就同样的这三个理论,人们被问:是否应该在科学课上讲授它们。令人不安的是,所有人中,只有69%的人明确认为,“进化论”应该在科学课上讲授(这里就不苛求他们反对讲授某些形式的创造论或智能设计论了)。
另一个更加宏大的调查,是由民意调查机构“欧洲晴雨表”(Eurobarometer)于2005年开展的,它包括了英国但不包括美国。这个关于科学事务的意见与信仰的抽样调查在32个欧洲国家进行(其中包括土耳其——渴望成为欧盟成员的唯一一个穆斯林性质的国家)。表1显示了认同“我们现在所认知的‘人类’是由早期的动物物种演化而来的”这项陈述的人在不同国家的百分比。要注意,这比莫利调查中的(a)选项更为中立,因为它并没有排除上帝在进化过程中发挥作用的可能性。我根据认同这一陈述的百分比(即得出符合现代科学的正确答案的百分比),对各国进行了排名,冰岛85%的被调查人群像科学家们一样地认为,人类是由其他物种进化而来的;而持此观点的土耳其人则仅有微少的27%。土耳其是表中唯一一个大多数人表现出认为“进化是假的”的国家。英国排在第5位,13%的人强烈地否认进化论。美利坚合众国没有被包括在这次欧洲的抽样调查之中,然而美国人在这方面的认知仅仅强过土耳其,这一可悲的事实最近刚刚得到大量的曝光。
更奇异的是表2展示的结果,同样展示了有关“最早的人类和恐龙居住在同一时期”陈述的认知百分比。再一次地,我按照在该题中选“错误”这一正确答案的人数的百分比,对各国进行了排名[125]。结果土耳其又一次垫底了,整整42%的土耳其人认为最早的人类和恐龙并存;而和87%的瑞典人否认这种主张相比,仅仅30%的土耳其人打算否认它。我要遗憾地说,英国是处于下半部的,我们当中28%的人显然是从动画片《摩登原始人》(The Flintstones)中获取的科学和历史知识,而不是从任何教育资源中获取的。