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人类的小特殊之进化篇

作者 李承珉(朱平组)  

  《变形金刚》中大黄蜂曾经很不解的问,为什么人类做了这么多错事还要帮他们。“因为人类还年轻,还需要学习”。这是擎天柱的回答。不知到是否真有这样一位善良宽容的汽车人在某个角落默默注视着,但这句台词,放在科学界,一定会引起深深共鸣。我们真的太过年轻。

  两百多万年的演化史,不足万年的文明历程,和四十亿年的地球比起来,固然是短暂的不值一提。我们对这个世界的心态,也如同初生小孩一样,朝气蓬勃勇敢无畏,却又那么自恋自大,自命不凡。年轻人总爱炫耀自己有多厉害,他们深信这个世界是为自己存在。就像我们人类一直视自己为世间最高贵的物种,即便是最谦逊博学的哲人,也从来丝毫不掩饰自己生而为人的自豪之情。“惟天地万物之母,惟人万物之灵”,东方的《尚书》如是记道。“人为宇宙的精华,万物灵长”,西方的莎士比亚也如是说着。1973年哥白尼诞辰五百周年纪念会议上,天文物理学家布兰登卡特提出了著名的人择原理,正是这种优越感最深刻的体现:这个世界为什么是这样,因为它若不这样,问出这个问题的我们便不会存在。

  可是,人类真的有我们想象的这么独特么?

  弗洛伊德曾有一段伤感而尖锐的结论:科学史上重大的革命,都是在将人类自大的支柱,一根根推翻。这样的革命,他举了三个例子。第一个,来自哥白尼伽利略和牛顿。他们将我们从世界中心的美梦中惊醒,地球,不过宇宙一微末尘埃,而我们,其实是在一颗偏远恒星的小小行星上流浪漂泊。第二个,来自达尔文。从此再没有所谓创世第六日,我们也不是神以自己模样造的子民,而是生命演化出来的结果。最后一个,是指的弗洛伊德自己。他的精神分析,让人类重新审视自己本性与情感,开始承认无意识思维在我们所谓的高尚的行为中的重要作用。

  这些都是我们熟知的故事,曾经不可一世的教会,已低下高傲的头颅。反进化论的人依然存在,但达尔文的思想已经在20世纪占据主流。弗洛伊德的争议从未间断,但再不喜欢他的人也不否认他是一个伟大的人物。只是弗洛伊德定义的这种革命,还没有充分反映其他学科比如地质与古生物学带来的影响。而且,科学一直在发展,而我们的反思,也一直在继续。

  天择说风靡全球的时候,人们总爱提到一个词汇,叫做进步。进化,几乎是进步的代名词。1897年12月,在天津出版的《国闻汇编》上刊出了严复翻译的《天演论》,一时之间,神州震动。适逢甲午战败,亡国灭种危机萦绕在每个有识之士心头。物竞天择适者生存的观点一下让中国知识界如获至宝,变法图强的口号响彻中华。而彼时的西方正是工业文明开疆拓土的鼎盛时期,把进步神化为整个社会生活的教条与意义。那个时期的大思想家都很欣赏达尔文的理论,在他们眼中,这正是对追求进步完美的支持。实际上,进化这个名词,并不是达尔文提出来的,而是由社会学家Herbert Spencer的提倡,才成为生物学的用语。

  有什么理由不是这样子呢,生命是从简单到复杂从低级到高级,一点一点在进步嘛。人类,正是这种趋势下进化出来的目前最高级的存在。虽然我们到来之前,地球已存在那么久远,但是,自太古第一个细菌诞生,就意味着终有一天,拥有最完美的生命形式的人类会必然产生,接管这个蔚蓝色星球。这是很多进化论的崇拜者的想法,他们依然以一种人类的主观思维去理解物竞天择。“一个细胞开始进化的动力/是因为需要有人30亿年后/来爱你”。这首独属理科生浪漫的情诗,是复旦大学2014年三行情诗大赛的优秀作品。将我对你的爱情起源拓展三十亿年,任谁都会热泪盈眶。但是,这一切,又何尝不是人类的自我陶醉与自作多情呢!亲,那个细胞怎会知道在三十亿年时空之后,会有一个我,还能遇见你呢?这是用整个宇宙分子数作分母也不一定能表示出的奇迹啊!

  在如今的人类学与动物学诸多领域,主流的学者们都已经摒弃进步的说法,国内也在更多的将evolution翻译成演化,而非进化。实际上达尔文本身就是反感进化就是进步的说法的。1872年在他给古生物学家Alpheus Hyatt的信中,他写道“经过很长的思考,我始终无法使自己相信在自然界,会存在这种天生的进步趋势”。他在《物种起源》里提到的天择说,仅仅是适者生存。自然环境的变化,会作用于这块区域内的生物,能适应这种变化的基因突变会让该生物取得更多的竞争优势,存活繁衍。但是,在一个区域取得的优势,不代表会在其他地方也会获得优势,取得优势的也不一定就是最强的。比如可能曾经有一种突变的始祖马,它获得了速度更快身体更强的能力,但对食物的消耗也随之增加。结果正好赶上了大饥荒,然后它们就被淘汰了,能力不如它们的反而活了下来。实际上始祖马演化至今,只剩下了现代马这一支。在很多古生物学家眼中,现代马不仅不是进化成功的代表,反而是失败的产物。其次,也不一定是说只有趋于复杂的进化才会获得竞争优势。变得更简单有效,也可以更好更快的繁衍出更多的后代,从而打败竞争对手。虐原虫就是一个很好的例子,它的生存主要靠寄生宿主内部吸食血液或已消化的食物,运动和消化器官已无必要。而,定义高级低级,简单复杂,本身就是很容易偏见的事。更高级更复杂,不代表就进化的更成功。人类一直引以为傲的意识与思考能力,就一定是比占了动物种类80%没有复杂神经系统的节肢动物更成功么?我们拥有的这种所谓更高级的能力,完全有可能在未来将整个人类社会毁于一旦。但这些几亿年来一直活得好好的节肢动物们,一定会继续或者会更加活得好好的,当人类不复存焉。

  所以自然选择,只是一个简单的物理化学过程,遵循着我们现在已知和尚未知晓的规律,让数十亿甚至百亿的物种诞生演化,却又让其中的99%灭绝消失,直至形成今日的地球生态圈。它不应该有目的性也不可能有预见性。所谓的让生物日趋进步完美的趋向,可能只是我们人类强加给它的假象。虽然生物的复杂性确实在增加,但这是它带来的必然结果吗?生活在今日的细菌,和35亿年前的细菌比起来,并没有变得更加复杂。科学家们尝试过观察很多物种的演化也在尝试使用计算机模拟,想要弄清,复杂性,还有形态,多样性,究竟是一个怎样的演化趋势,能用什么样的数学模型来描述这种趋势和背后的机制。

  从细菌开始,到人类出现,地球上的生命可以说是你方唱罢我登场,一出出的热闹精彩,也一出出的寂寞荒凉。我们能接触看到的场景越来越多,能了解的历史也越来越深。但想理直气壮的作一个简单的归纳也越来越难。比如如何定义生物的复杂性,就是个极有挑战的问题。有人提出从基因数的多少来看。从原核到真核,基因数量确实大体上有增加的趋势。但是最新数据显示,我们人类只有两万个基因,比我们数量高的物种多了去了。Dan McShea在演化复杂性领域是一个先驱级人物,在1996年曾给出一个相对客观全面的答案。他认为复杂性的定义应该考虑四个方面。第一个是不同的物理零件(physical parts)的数量,比如基因,细胞和组织的数量。第二是这些零件间的不同的互相作用的数量。第三个是在一个原因等级规范体系(causal specification hierarchy)里的层次数.这个原因等级体系比较拗口,他是Piclett等人在1987年提出的一个理论。第四是在给定的时间空间尺度里,不同零件及零件间相互作用的数量。简而言之,就是考虑不同的部分的数目还有这些部分所具有的功能。不管对复杂性如何做出定义,有两点应该是大家共通不会质疑的。一是,在演化史上,复杂性量度的平均值是在增加的。二,则是我们人类应该是目前已知物种中,复杂性最高的。如果将复杂性定义为横轴,我们便处于此轴最右端。虽然我们并没有曾经想象的与其他生命那般不同,但我们确实有些不同。那想要更好理解,我们人类在整个地球生命史中的地位,我们就需要一个好的纵轴来描绘出一个曲线函数。该已什么作为纵轴呢?我想,概率,或者频率,会是一个好的选择。

  这一百年来,人类对概率和与之相关的统计,有了翻天覆地的新认识。最初,概率的引入,可能是那些聪明绝顶的学者作出的妥协。他们发现有些事情没法完全的预测,只好去计算它发生的可能性。但是他们有很多人觉得,之所以只能计算概率,是因为掌握的资源不够。比如抛掷硬币,如果能精确知道那一刻的所有分子的信息,那就可以得到准确的正还是反的结果。后来,人们开始意识到,世界是充满了不确定性的。概率,可能就是这个世界的一种本质。尤其量子力学和统计力学的兴起,蝴蝶效应和混沌现象的发现,科学家们开始广泛质疑曾经在人类思维中根深蒂固的决定论。后文还会讲到,生物学尤其遗传学和表观遗传的发展,也对这种思潮推波助澜。无论是科学问题,还是现实生活,概率观都是非常好的认识本质的方法。在论文中,因果这样的词汇也变得越来越谨慎,人们更愿意采用相关性这样的描述。因为,影响一件事情的因素可能非常之多,关系非常复杂,尤其生命科学和社会科学领域,想准确理清每个因素的作用是很困难的事情。但是使用概率的眼光与方法会带来很大的便利。概率本身的计算也是很复杂的,但是它的分布,却惊人的美妙简单。比如有上帝公式之称的高斯分布函数,也就是我们最为熟悉强大的正态分布。

  图一:生命复杂性之分配(图片来自Stephen Jay Gould著作《壮阔的生命》)

  如果完全视演化为一随机事件,那么生物的复杂性也肯定会随着时间增加。这就和著名的醉汉行走是一样的原理,他可以向左,亦可向右,走到哪一个位置的概率,可以由正态分布函数计算出来。这个醉汉只要一直再走,他就可能会走到右边很远的地方。这正是概率观里的一种想法,曾有一个很有意思的假设,有那么一只猴子在键盘上随机敲字,只要时间对它无限,那它一定可以敲出一本莎士比亚的书。所以只要时间够长,复杂性高的物种是一定会出现的。那么演化是不是完全随机的呢,我们可以说基因突变是完全随机的,但演化,不能这么简单的看。首先,地球上诞生的第一个生命,肯定是最简单的,接下来的演化,只有可能比它复杂。这就好比上面说的醉汉,他的左边是有一堵墙的,所以一开始只能向右,这就有了个方向性。其次我们得考虑自然选择,只有能适应这个环境的突变才会遗传下来。这里就加了一个选择过滤。这个选择过滤会不会对生物演化产生偏向以及什么样的偏向,这是个很难说的问题。在科研界,它已经吵了几十年,依然没有结论。目前主要分为两派,一为驱动(driven)派,他们秉持传统的观念,认为自然选择有偏爱复杂的趋势;另一为消极(passive)派,认为自然选择没有偏爱,复杂性增加的原因是和醉汉会向右走的原理是一样的。所以争论的焦点,是复杂性的增加是一个有预谋的还是纯偶然的事件。这是个很本质的问题,但很难回答,因为依据现在的资料与研究,大家看到的生物圈全局的曲线都大体一致。如图一所示。这是古生物学的泰斗Stephen Jay Gould在他那本著名的《生命的壮阔》中的描绘的复杂性的频率分布图。这张图并不能完全区分出复杂性的增加是否受到推力还是说纯粹的自然向右延伸(虽然Gould本身是消极派的最有权威的人物之一)。就好比警察看到了一起杀人事件,他判断不出杀人者是故意还是无心的。虽然结果都是受害人死了,但是搞清故意还是无意,还是相当重要的。

  图二:两种模式(图片来自Stephen Jay Gould著作《壮阔的生命》)

  这二十多年来学者们一直在努力区分这两种趋势,一个简单的办法是,找到一个远离左墙的地方的点,看看它的演化复杂性是怎样的。如果是驱动的,那应该是图二中左边所示,消极的趋势则应该是右边的样子。但是考虑到即使是驱动模式,如果驱动力很弱,那它和消极模式的差别其实是很小的。而且大家用的观察方法不一样,所以并没有得到非常好的结果。2011年Olaf Sporns的小组利用计算机模拟的办法,给出了一个折中的观点:自然选择对于演化复杂性是在短时间内是一种驱动的模式,但是这种驱动,是即可能向右,即复杂性增加,也可能向左,即复杂性减少,甚至可能会维持复杂性稳定不变的。这些都要看当时的自然环境是一个怎样的变化。比如某物种开始在洞穴黑暗中生活,那么它们的眼睛会退化从而减少复杂性。如果该物种本身已经很稳定的适应环境,那它向左向右的的可能性都会被自然选择抑制。在这三种驱动的混合作用相互抵消下,从长时间的尺度来看,自然选择对于演化复杂性便表现出消极的模式,即如同醉汉无规行走那般没有方向性。所以按这个解释,这两种模式都是对的,只是一个尺度问题。

  纵然对自然选择的作用存在争论,有一点却是大家共通的认识,那就是大自然充满了随机不可预测性。1971年著名的法国生物学家Jacques Lucien Monod写了本影响很大的哲学著作《Chance and Necessity》,他在书中阐释的关于演化是无数历史随机意外相互作用的观点,已经广为接受。2001年Sean B. Carroll在nature上对演化复杂性多样性写了篇很全面的综述,便是以“chance and neccessity"作为篇名。所以无论什么样的理论都改变不了一个事实,人类,完全是演化中偶然的产物。如果6500万年前那颗小行星没有撞击地球,如果当初那一支小小的原人没有存活下来,如果走出非洲的祖先经历更多的意外,那么今天的我们都将不可能存在。三十亿年来任何一个小小的差异,都有可能将进化带入另一个途径。将地球的时间倒带重来,再出现我们今天这样的结局几无可能。从这一点上来说,人类确实得到了上天的眷顾,所以我们对造成这一切的大自然充满敬畏,又哪敢妄自尊大觉得自己是天命所归呢?

  在人类诸多优越感里,有一点是很难动摇的,那就是我们是这个星球的主宰。虽然我们也曾对大猩猩的手语能力惊讶,对蜜蜂的舞蹈赞叹,对蚂蚁的社会结构刮目相看,但是这都是一种上位者对下位者的欣赏。即使我们知道蚂蚁已经存在了两亿年,数量也至少在人类10倍以上,但是我们很多时候依然在用蝼蚁的眼光打量着它们。但可惜,有一样更微小的生命,我们已经越来越不敢小觑了,那就是细菌。

  从复杂性的频率分布图上我们已经看出,细菌处于频率最大的位置。我们知道细菌数量一定很多,但是能多到什么程度呢?上世纪七十年代人类在深海裂缝处发现不依赖光合作用的细菌时,那只是它们给人类带来的第一个刺激。再后来是油田,然后是地底深处。只要有水的地方,不管温度多高环境多恶劣,它们都能生存。1992年Tom Gold在美国国家科学院院刊上曾经非常保守的估计,全部地下细菌的总质量约2乘以10的14次方吨。超过目前地表上全部动植物的总和。这就是说,细菌不尽独立的写下了整个地球前20多亿年的生命史,而且现在依然是生命体系中最重和最重要的部分。是的,最重要的。今日的地球,可以没有人类没有动物,甚至可以没有植物,但没有了细菌,生态圈是没法循环没法再存在的。细菌除了拥有地球上最强大的化学能源利用能力,它们的生命力也让所有物种望尘莫及。科学家们把英国德文郡比尔村海岸最普通的细菌放到国际空间站外部的太空环境中553天,理论上所有石灰岩中的水分都已气化,但这些细菌,依然存活了下来。虽然地球这样地表的条件非常难得,所以像动植物这样的生命形式很难出现在其他星球。但考虑到我们这个太阳系至少有10个星体(包括举行行星的卫星)有可能拥有和地球一样的内部环境,以细菌如此变态的适应生存能力,我们完全可以大胆推断,细菌其实存在于这个星系的许多角落的。甚至可能是宇宙中最好的生命模式的代表。所以,到底是谁在真正的统治着这个星球?当然,细菌才不会跟我们争论这样的问题,但是我们是真的很有必要收回这样的自大。

  年轻的小孩总会做着征服天下保卫和平的英雄梦,但所有的的小孩都会长大,会发现自己并没想象的那么厉害那么重要。我们人类,何尝不是呢。我们一度以为世界是为我们服务的,就像那句经典的“五步之内必有解药”,太过典型的人类中心主义思想。大自然塑造了我们,我们却总觉得大自然是自己可以征服的对象。有点像青春期小孩的叛逆,更像一个无知少年牛逼哄哄的幻想。如今面对满目疮痍的环境,依然在为人类科技狂热自豪的我们,应该沉淀下来好好反思自己,怎么用一颗虔诚的心认真看待世间万物,怎么重新认识我们的地位我们的不同,怎么学会做一个成熟内敛不狂妄也不自卑的种族。

  学习,是人类最值得欣慰的品质。就像擎天柱说的,我们需要学习的还有很多,但是希望人类的好运依然能持续,愿我们的反思与学习,还不晚,愿浪子能终于悔悟时,尚未白头。