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重新进化

2020年7月2日  来源:祖先的故事 作者:理查德·道金斯 提供人:huangtang13......

美国理论生物学家斯图尔特·考夫曼(Stuart Kauffman)在1985年发表的一篇文章中很好地提出了这个问题:

突显我们目前的无知的一个办法就是提问,假如进化从早期真核细胞已经形成的前寒武纪重来一次,那么10亿到20亿年后生物可能会是什么样?假如这个实验可以重复无数次,那么什么样的生物特性会重复出现,什么样的特性则很罕见,哪些特性容易进化,哪些则困难一些?我们目前有关进化的思考的一个主要缺陷在于,这没有引导我们提出这些问题,而实际上相关的答案可能对生物预期特性产生深远的洞见。

我特别喜欢考夫曼的统计思想。为了探求生命的法则而非特定生命的局部特征,他设计的不只是一个思想实验,而是一系列思想实验的一个统计学样本。考夫曼之问与科幻故事中有关其他星球的生命可能会是什么样的疑问类似,除了其他星球上起始条件和最后盛行的条件不同。在一个巨大的星球上,重力会施加一整套新的选择压力。如蜘蛛大小的动物无法像蜘蛛一样拥有细长的肢体(重量会将之压折),而是需要粗壮的立柱支撑,比如树桩一般的象腿。相反,在一个更小的星球上,如大象般的动物将形体柔弱,能够像跳蛛一样在物体表面跳跃滑过。这些有关躯体构建的预期适用于高重力世界和低重力世界的所有统计对象。

重力是一个行星的给定条件,生命对其没有影响。同样,其环绕恒星的距离,决定日照时长的自转速度,自转轴倾角(在一个像地球一样有着近圆形轨道的星球上,这是季节的主要决定因素),都不受生命的影响。像冥王星那样有着椭圆轨道的行星,与中心恒星距离的巨大变化是决定季节性的更显著因素。一个卫星或多个卫星的存在和它们的距离、质量以及轨道都通过潮汐作用对生命发挥着微妙但强大的影响。所有这些因素都是给定的,不受生命影响,因此在考夫曼理论实验的依次重启中都被当成常量对待。

早期的科学家把气候和大气的化学成分也当成既定条件。现在我们知道大气中,尤其是高浓度的氧气和低碳成分是受到生命影响的结果。所以,我们的理论实验必须考虑一种可能性,即进化不断运行过程中大气在生命形态进化的影响下可能发生变化。因此,生命会影响气候,甚至是主要的气候周期,例如冰期和干旱期。我已故的同事威廉·汉密尔顿,一个正确过很多次以至于我们不能忽视的人,提议说云和雨本身就是微生物适应的结果,以便帮助微生物的传播。

目前据我们所知,地球最本质的运动不受地表生命的影响。但是,在众多重启进化的理论实验中应该承认地壳运动以及由此发生的大陆位置变动事件。一个有趣的问题就是,连续进行的考夫曼进化重启思想实验中,火山爆发、地震以及来自外太空的撞击事件是否应该被假定为不变呢?如果我们设想一个足够大的重启进化的统计样本,那么可能明智的做法是把地壳构造和太空冲击当作一个可以达到平衡的重要变量。

我们应该怎样着手回答考夫曼之问呢?如果进化的“磁带”重启足够统计学意义的次数,生命会怎样?我们立刻就会意识到一大堆难度日益增加的考夫曼之问。考夫曼选择把进化时钟重设在真核细胞由细菌成分组装而成的时候。但是我们可以设想再早两个宙,在生命起源之初重启这个过程。或者走另一个极端,我们可以在更晚的阶段重启时钟,比如说在1号共祖那里,在我们与黑猩猩分道扬镳的时候,并且提出问题:既然生命已经抵达1号共组,那么重启进化之后人类是否还能进化出直立行走、扩充的大脑容量、语言、文明和棒球等。这两个极端之间,既有哺乳动物起源的考夫曼之问,也有脊椎动物起源的考夫曼之问,还有其他方面。

抛开纯粹的臆测,生命的真实历史是否为我们提供了一种自然的考夫曼实验来引导我们?是的,确实如此。在朝圣旅程中我们遇到了多个这样的自然实验。在那些“幸运”的地理隔绝区域,澳大利亚、新西兰、马达加斯加、南美,甚至是非洲,为我们提供了进化中重要事件的近似重演。

在恐龙消失后很长一段时间内,当哺乳动物展示出它们大部分的进化创造力时,这些大陆板块相互隔离,同世界的其他部分分离。虽然这种隔离并不彻底,但是足以培育出马达加斯加的狐猴和非洲兽总目古老且多元的发展。至于南美洲,我们已经发现三种经过长时间隔离而独立的哺乳动物类群。澳大利亚为这种自然实验提供了最佳的条件——它的隔离在大部分时间内近乎完美,而且那里的哺乳动物起始于一种非常小的,单一的有袋类动物。在这些已经发现的自然试验中,新西兰独具特色,这一时期它是被鸟类而非哺乳动物占据的。

当我关注这些自然实验时,多数时候给我留下深刻印象的是,相似的进化会在允许重来一次的情况下再现。我们已经看到这种相似,如袋狼与狗,袋鼹与鼹鼠,袋鼯与飞鼠,袋剑齿虎与剑齿虎(胎生哺乳动物中的多种“伪剑齿虎”)。这些差异也富有启发。袋鼠是跳跃瞪羚的替代者。在进化进程路线的后期,双足跳跃可能与四足飞奔一样快。但这两种步态有本质区别,主要体现在整体解剖结构上。我们推测,在这两种方式的原始分支点,一个支系沿着双足跳跃的方式进化,还有一支完善了四足飞奔。正如发生的一样,也许起初只是出于偶然,袋鼠跳跃,而瞪羚四足行走。我们现在对这些分化下游的不同产物感到惊奇。

哺乳动物彼此几乎在同一时间但在不同的大陆上经历了独立的进化辐射。恐龙灭绝留下的空白给了它们自由进化的空间。而恐龙在它们的世代也有相似的进化辐射,尽管有明显的疏漏——比如,为什么似乎没有“鼹鼠”恐龙的存在,我无法得到相关答案。在此之前,还有其他许多类似的情况,在似哺乳爬行动物中尤为明显,也都在相似的类型范围内达到过顶点。

我做讲座时总是尽量在结束时回答一些问题。目前为止最常见的问题是,人类可能进化成什么?我的对话者总是认为这是一个新鲜而独创的问题,而每次我的心都沉了下去。任何谨慎的进化学家都会回避这个问题。你无法详细地预测任何物种未来的进化,除了回答就统计而言,大多数物种已经灭绝了。但是尽管我们不能预测任何物种的未来,比如说2 000万年以后,但是我们能预测将会存在的生态类型的大概范围。那时会有食草动物和食肉动物,食草的和食嫩叶的、食肉的、食鱼的以及食虫的。这种食谱自身的预测预示着2 000万年后仍会有符合相应定义的食物。食嫩叶的动物的存在预示着树木将继续存在。食虫动物的存在则预示着昆虫或者其他小的细腿无脊椎动物的存在——比如都嘟(doodoo),这个术语词借自非洲。在各个种类中,食草动物、食肉动物等,都会有一定的规模。那里将会有跑的、飞的、游水的、爬树的以及打洞的。这些物种不会完全跟我们现在看到的一样,或者说与在澳大利亚或南美进化的平行物种、恐龙的近似动物,甚至更早期的类似哺乳动物的爬行类近似动物也不一样。但是会有一些相似的种类,以某种相似的方式生存。

假如在接下来的2 000万年里发生了堪比恐龙大灭绝的巨大灾难和种群灭绝,我们可以预期生态类型会从新的进化起点开始,并且——尽管我在第10会合点预测的是啮齿动物——但可能很难猜测今天动物种类中的哪些会提供这样的起点。一幅维多利亚时代的漫画(见下图)显示,鱼龙教授在一具来自遥远轮回的过去的人类头骨上演讲。如果在恐龙时代,在鱼龙教授讨论它们灾难性的结局时,它应该很难想到它们的地位将被当时很小、无足轻重、夜行食虫的哺乳动物的后代取代。

鱼龙再现。亨利(Henry de la Beche)的这幅漫画讽刺了当时查尔斯·莱伊尔的一种观点,认为地球上气候和相关的野生动物的周期性变化将导致未来禽龙将再次漫步于丛林,而鱼龙将重现在海洋中。注意鱼龙教授讲台下的人类头骨。

不可否认,所有这些都只是关于新近的进化,并非如考夫曼设想的那么长期的重演。但是这些新近的进化当然也可以教会我们一些有关进化的固有重复性的知识。如果早期进化与晚期进化的路线相似,那么这些线索就可能累积成普遍的原则。我觉得,我们从恐龙灭绝以来的近期进化中所领悟的规则,至少可能回溯到寒武纪都是好使的,也可能可以回溯到真核细胞起源的时候。我有一种预感,在澳大利亚、马达加斯加、南美、非洲和亚洲的哺乳动物平行进化可能为回答更古老起点的考夫曼之问提供了一种样板,比如他选择的真核细胞起源作为起点。比这个里程碑事件更早的,就没有把握了。我的同事马克·里德利在《孟德尔的恶魔》一书中怀疑真核细胞起源是一个概率很低的事件,甚至比生命起源自身更加不可能。受马克的影响,我猜测大多数起始于生命起源的进化重演思想实验不会进入真核细胞体系。

我们不必像澳大利亚的自然实验一般依赖地理隔绝来研究趋同进化。我们可以设想,这个进化思想实验不是在不同地理区域的相同起点进行,而是在不同起点开始重演——很有可能在同一个地理区域:毫无关联的动物表现出的趋同进化告诉我们,这种进化与地理隔绝毫不相关。据估计,“眼睛”在动物界已经独立进化了40~60次。这启发我在《攀登不可能的山峰》一书中写下了《通往光明的四十条路》一章。在这本书中我引用了我的朋友——苏塞克斯大学的迈克尔·兰德(Michael Land)教授(动物眼睛比较学研究的权威)的观点:眼睛的9种独立的光学成像机制,每一种都经历了多次进化。承蒙他好意,本书将其绘制的示意图重印如下,其中分开的峰顶代表眼睛的独立进化。在这幅图中,兰德教授会把反例放在哪里呢?这实在是好得难以置信,就好像出自一个动物学家的梦境。2015年《自然》杂志出版了一组微小结构的细节图,看起来像一种脊椎动物或者一只章鱼的诱人的相机式眼睛,却属于一种单细胞生物,是一只双鞭毛虫。我们在第38会合点遇见了双鞭毛虫,你也许还记得它们是夜晚迷人潮水发光的原因。拥有漂亮眼睛的是双鞭毛虫的一个子群,叫涡鞭毛藻科(Warnowiaceae)。

通往光明的四十条路。迈克尔·兰德绘制的关于眼睛进化的图景。

传统的动物学知识认为,一个正常的单细胞生物不可能制造装配一个包括透镜(L)和视网膜(r)的精细眼睛。视网膜被认为是由多个细胞组成的,每个细胞被图像的不同部位激活。一个单细胞生物怎么能拥有视网膜呢?好吧,还记得混毛虫的故事吗?混毛虫将成千上万的细菌整合进了它的细胞壁,每一个都扮演着游动的鞭毛角色。其他被劫持的细菌(或“志愿者”)在细胞内执行其他功能。正如我们在历史性大会合中指出的那样,我们所有的真核细胞都有一种这样的细菌:线粒体。我们看到植物细胞也有另一种细菌,以叶绿体的形式为它们进行光合作用。你可能还记得,双鞭毛虫利用了被劫持的植物细胞(一种红藻)进行光合作用,而这种红藻本身也是凭借劫持的细菌进行光合作用的,类似于俄罗斯套娃。根据《自然》杂志的报道,这些都是涡鞭毛藻眼睛的构建材料。据说和“透镜”连在一起的“角膜”是由线粒体构成的,而“视网膜”由它们劫持的藻类细胞集合而成。

不可能形成的精细眼睛。人们在一种单细胞涡鞭毛藻(Erythropsidinium)中发现了由共生组分构成的眼睛状结构。图中标作“L”的结构据称可能是充当透镜的,而标作“r”的结构可能是视网膜。引自Govelis等人[43]

似乎没有任何强有力的证据表明这些微小的生物能够真正看到图像。如果真有传统意义上的视网膜,那么它的图像就需要经过某些类似神经系统的处理,而我们所知道的神经系统是由许多细胞组成的。不过,像混毛虫和涡鞭毛虫这样的单细胞生物真是让我们大开眼界……瞧瞧这个星球!

至少在这个星球上,生命看起来几乎是毫不节制地渴望进化出眼睛。我们可以自信地预测,考夫曼的统计样本将会在眼睛上达到顶峰。不仅仅是上文所说的,也可能是像昆虫、对虾或三叶虫那样的复合眼,以及像我们或乌贼那样的照相机似的眼睛,有色觉、调节焦点和光圈的机制,还很可能是如同帽贝那样的抛物面反射式眼睛,或者是如鹦鹉螺那样的针孔眼睛,这种软体动物像现代的菊石,生活在漂浮的壳内,我们曾在第26会合点相遇。如果宇宙中的其他行星上有生命,那么根据我们在这个行星上所知道的相同的光学原理,也有可能会有眼睛。制作眼睛的方法就这么多,我们所了解的生命可能已经把它们全都找出来了。

我们也可以对其他的适应性进化做同样的统计。回声定位——发出声音脉冲并通过精确的回声时间来导航的技巧——已经进化了至少四次:在齿鲸、油鸱、洞穴金丝燕以及最著名的蝙蝠(在蝙蝠中,它可能已经独立进化了两次)。虽然不像眼睛的进化次数那么多,但也足以让我们认为,如果条件合适,它就会进化出现。也很有可能,如果重新进化,会再次发现同样的特有规律:在困难面前展现相同的技巧。同样地,我将不再重复以前的书中的观点[44],只是简单地总结一下我们可以预测的进化的重演。反复进化出现的回声定位都应该使用非常高频的叫声,因为它比低频有更好的细节分辨率。至少一些物种的叫声很可能是可以调频的,每次叫声都会有频率的变化,这样可以提高精确性,因为每个回声的早期部分与后期都显著不同。用于分析回声的计算装置很可能(在潜意识中)利用了多普勒效应,因为在任何有声音的行星上都必然普遍存在多普勒效应,而蝙蝠将其运用得非常老练。

我们怎么知道像眼睛或回声定位这样的东西是独立进化的呢?观察家系图即可。油鸱和洞穴金丝燕的亲戚们都不能采用回声定位。油鸱和洞穴金丝燕各自独立地发展了洞穴生活方式。我们知道它们进化出这种能力与蝙蝠和鲸鱼的方式不同,因为周围的旁系家属并不具备这种能力。不同种类的蝙蝠可能已经多次独立进化出了回声定位,不过我们不知道究竟是多少次。一些鼩鼱和海豹掌握了粗略的技能(有些盲人也学会了)。翼龙会吗?既然夜间飞行是一种很好的生活方式,而且那时候蝙蝠还没出现,因此也是有可能的。鱼龙也是如此。它们看起来很像海豚,大概以相似的方式生活。由于海豚大量使用回声定位,在海豚存在之前的日子里,推测鱼龙也这样做是合理的。由于没有直接的证据,我们必须保持开放的心态。有一点反对的证据:鱼龙有着非凡的大眼睛——这是它们最显著的特征之一——这可能意味着它们依赖视觉而不是回声定位。海豚的眼睛相对较小,它们最显著的特征之一是喙上的圆形瓜状隆起,作为一个声波“透镜”,像探照灯聚焦光束一样聚焦声波。

趋同进化并不仅仅发生在可见的层面上。如你所料,也有分子趋同的例子。在某些情况下,这可能意味着两个不同的分子进化出类似的化学功能。但是,在越来越多的例子中,人们发现一个基因或蛋白质的实际序列是趋同的。典型的例子是一种消化酶——溶菌酶,它在反刍的牛和吃叶的猴子之间表现出了意想不到的相似性。但是一个更全面的例子再次来自回声定位领域。哺乳动物内耳有一种令人着迷的声音放大机制,在这种机制中,特定的毛细胞以与传入声音的频率相同的方式振动。驱动这种振动的马达是一种叫作压力素(prestin,也译“快蛋白”)的蛋白质。上海的刘阳[45]和她的同事,以及来自伦敦玛丽女王大学(Queen Mary University)的合作者,推断出一种不同哺乳动物压力素分子的进化树。表面上看,海豚和其他齿鲸的压力素分子和蝙蝠的分子归为一类。

尽管《河马的故事》令人惊讶,但分类学家绝对相信海豚并不是蝙蝠的一种。这些动物看上去归于一类,是因为鲸鱼和蝙蝠都以相同的方式独立地改变了压力素分子,其原因也是相同的:为了更好地处理声呐分析所必需的高频声音。在压力素分子中总共有14个单独的氨基酸显示了这种趋同进化。

不仅仅是压力素如此。来自玛丽女王大学的研究小组对22种哺乳动物的2 000种基因进行了研究,寻找那些误将蝙蝠和海豚归于一类的因素。他们在基因组的200个地方发现了趋同的蛋白序列,它们主要与听力相关,但也有与视觉相关的基因。这一令人惊讶的发现暗示了视觉和听觉之间有趣的进化关系。从蛋白质编码的区域之外看调控基因转录开关的DNA区域,可能也很有趣。我们可能期望这些调控序列也表现出趋同性;事实上贾森·加仑特(Jason Gallant)、林赛·特雷格(Lindsay Traeger)及其同事最近揭示了一些趋同进化的电鱼(我们在《鸭嘴兽的故事》中讲过这些鱼,包括鳗鱼、鲶鱼、鳐鱼等)基因组中存在此类序列。随着越来越多的基因组被公开,通过对DNA序列进行仔细的计算机比对,这种研究无疑是有前景的。

像其他任何动物学家一样,我可以在脑海中搜索我的动物数据库,然后得出一个大致的估计,来回答这样的问题:“X独立进化了多少次?”更系统的统计将是一个很好的研究项目。据推测,一些X会给出“很多次”的答案,比如眼睛,或者“几次”,就像回声定位一样,其他的“只有一次”,甚至“从来没有”,尽管我不得不说,很难找到这样的例子。并且这些差异可能会很有趣。我怀疑我们找到了一些潜在的进化途径,生命是“渴望”被延续下去的。其他的途径有更多的“阻力”。在《攀登不可能的山峰》一书中,我设想了一个包含全部生命的巨大博物馆,包括真实的和想象的,博物馆的走廊向很多方向延伸,代表进化的变化,同样既有真实的也有想象的。其中一些走廊开阔,几乎令人心动。其他的则被那些不可能的障碍阻挡住了。进化不断地沿着简单的走廊跑下去,偶尔,出乎意料地,跨越了一个障碍。当我讨论“进化能力的进化”时,我总会使用“渴望”和“不愿”这两个词。

现在让我们快速地检验那些值得统计的,能够回答X已经进化了多少次的例子。毒刺(通过尖尖的管子在皮下注入毒液)至少独立进化了十次:水母和它们的近亲、蜘蛛、蝎子、蜈蚣、昆虫[46]、软体动物(螺)、蛇、软骨类(刺鳐)、硬骨鱼(石鱼)、哺乳动物(雄鸭嘴兽)和植物(刺荨麻)等。可以打赌,毒液,包括皮下注射,会在进化过程中一再出现。

用于社会交往的声音已经独立地出现在鸟类、哺乳动物、蟋蟀和蚱蜢、蝉、鱼和青蛙中。电场定位——弱电场的导航,已经进化了好几次,正如我们在《鸭嘴兽的故事》中所看到的那样。可能后来使用电流作为武器的生物也是如此。在所有的世界里,电的物理性质都是一样的。我们可以断定,生物在不断进化的过程中,还会使用电作为导航和进攻的手段。

真正的扑翼飞行,而不是被动滑翔或跳伞,似乎已经进化了四次:昆虫、翼龙、蝙蝠和鸟类。各种各样的跳伞和滑翔已经进化了很多次,可能独立进行了数百次,而且很可能是真正飞行的先驱。这样的例子包括蜥蜴、青蛙、蛇、飞鱼、乌贼、猫猴、有袋动物和啮齿动物(两次)。我敢下重注赌滑翔者肯定还会出现在重启的考夫曼进化中,而只会在真正的扑翼飞行者身上押一个合理的金额。

喷射推进可能已经进化了两次。头足类软体动物,如乌贼,就是以这种方式高速运动。我能想到的另一个例子同样也是软体动物,但它的速度不快。扇贝大多数时候生活在海底,但偶尔也会游泳。它们有节奏地打开和关闭它们的两个壳,就像一对快板。你可能会认为(我会)这将会把它们推向相反的方向。事实上,它们会向前移动,就像在水里咬着前行一样。这怎么可能?答案是,这些开合的动作会将水从铰链背后的一对缝隙中泵出。这两架喷气机推进了这只动物的“前进”。这个效果如此反直觉,几乎有些滑稽。

那些只进化了一次,或者根本就没有进化的东西呢?正如我们从《根瘤菌的故事》中了解到的那样,在被人类工艺发明之前,一个真正的带有自由旋转轴承的轮子似乎只在细菌中进化了一次。语言也只在我们的进化中才出现。这就是说,是眼睛进化出现频率的四十分之一。令人惊讶的是,很难想象这些“好点子”只进化过一回。

我把这个挑战留给了我在牛津大学的同事——昆虫学家兼博物学家乔治·麦加文,他列出了一个很好的列表。但与那些已经进化了很多次的列表相比,仍然是一个简短的列表。在麦加文博士的经验中,放屁甲虫是独一无二的,它们混合了化学物质以制造爆炸。这些成分是在不同的腺体中制造和保存的。当受到威胁时,它们会被喷射到甲虫尾部附近的一个空腔里,在那里它们会爆炸,迫使有害的(腐蚀性和高温)液体通过定向的喷嘴喷向敌人。这个例子是神创论者所熟知并推崇的。他们认为,由于中间状态会爆炸,所以很难循序渐进地进行进化。我在皇家学院圣诞演讲中展示了这一论点的错误,该演示在1991年的BBC电视节目中播出。我戴着第二次世界大战头盔,请紧张的观众离开后,我混合了氢醌和过氧化氢,这是爆炸所需的两种成分。什么也没有发生,它甚至没有变热。爆炸需要催化剂。我逐渐提高了催化剂的浓度,热气逐渐增大,达到了令人满意的高峰。在自然界中,甲虫提供了催化剂,并且在进化的过程中逐步、安全地增加了剂量,这是毫无困难的。

麦加文的下一个例子是射水鱼,它属于射水鱼科(Toxotidae)。它有个独门绝技,能够远距离发射“导弹”把猎物射下来。它靠近水面,朝高处的昆虫吐口水,把它撞到水里,然后吃掉。另一种可能具有“击倒”本领的捕食候选者是一种脉翅目昆虫的幼虫——蚁狮。像许多幼虫一样,它们看起来和成年的时候不一样。蚁狮长着巨大的下颚,估计是很好的恐怖电影演员。每只蚁狮都潜伏在沙子里,面前是自己挖的一个锥形陷阱。它挖坑的时候,从中心向外猛烈地移动沙子,造成坑边的锥形滑坡,而物理定律会帮忙塑造这个锥形结构。猎物,通常是蚂蚁,掉进坑里,从陡峭的山坡滑落到蚁狮的嘴里。这种捕猎方式与射水鱼的捕猎方式的相似之处是,猎物并非只是被动地掉下来。它们会被沙子等微粒撞击到坑里。然而,蚁狮的捕猎技巧不如射水鱼喷水那样精准,射水鱼是通过聚焦的双眼瞄准猎物的。

花皮蛛科(Scytodidae)的喷液蜘蛛又有点不同了。没有狼蛛的速度和网蛛的网,喷液蜘蛛会把一种有毒的胶状物喷到猎物身上,将其固定,然后爬过去把猎物咬死。这与射水鱼的捕食技巧不同。各种各样的动物,例如有毒的眼镜蛇,吐口水都是防御性的,而不是为了抓捕猎物。流星锤蜘蛛(Mastophora)可能是另一个独特的例子。据说它会向猎物(飞蛾,被蜘蛛合成的一种雌性飞蛾的假气味吸引)投掷一枚“导弹”。这种“导弹”就是一团丝,附着在一根丝上,蜘蛛像拉索一样旋转着(或拉着),然后卷回去。据说变色龙可以把“导弹”吐在猎物身上。这种“导弹”是舌尖的增厚部分,舌部的(更薄的)部分有点像连接鱼叉的那根绳子。舌头的尖端在技术上是弹道的,这意味着它是自由的,不像你舌头的尖端。然而,在这方面,变色龙并不是唯一的。一些火蜥蜴也会把舌头的末端扔向猎物,与变色龙不同,它们的导弹包含了部分骨骼,就像被夹在你的手指间的瓜子一样被发射出去。

麦加文的下一个一次性进化的候选者是个美丽尤物。它是潜水的钟形蜘蛛(Argyroneta aquatica)。这种蜘蛛的生活和捕猎完全是在水下进行的,然而与像海豚、儒艮、海龟、淡水蜗牛和其他已经回到水中的陆地动物一样,它需要呼吸空气。但与其他所有的流亡者不同的是,潜水蛛建造了自己的潜水钟。它把丝(丝是任何蜘蛛解决问题的通用方案)纺成一个容器附在一个水下植物上。蜘蛛会飞到水面上,就像一些水虫一样,用体毛裹住一层空气。但与这些虫子携带着空气四处游走一样,蜘蛛会把空气带入潜水钟,在那里释放以补充空气供给。蜘蛛坐在潜水钟里观察等候,把抓到的猎物储存在那里,并饱餐一顿。

麦加文的“一次性进化”的冠军典范是一种非洲马蝇(Tabanus)的幼虫。在非洲,可以预见这些幼虫生活栖息的水池最终会干涸。幼虫把自己埋在泥和蛹里。成蝇从干硬的泥土中钻出来,飞出去吸血为生,并最终在雨季来临的时候将卵产在水塘里。被埋的幼虫对于可预见的危险是脆弱的。泥浆干涸的过程中会开裂,裂缝有将幼虫的避难所撕裂的风险。理论上,如果它能以某种工程方式为任何接近它的裂缝提供一种绕开的方法,那么它就能自救。而它确实以一种非常奇妙和独特的方式实现了这一目标。在把自己埋在蛹里之前,它先螺旋地向下钻,然后,它又以相反的螺旋回到了表面。最后,它直接潜入了泥中两个螺旋之间的中心,这是它的安乐窝,它在这里度过艰难的岁月,直到雨季的回归。现在,你们明白这意味着什么了吗?幼虫被包裹在一个泥柱中,它的圆形边界在预先挖掘的螺旋洞中被削弱了。这意味着当一条裂缝穿过干燥的泥土时,如果它到达柱状体的边缘,就会从边上绕过去,而不会直接穿过中间的柱面,幼虫因而幸免于难。这就像邮票上的穿孔,防止你把邮票撕开。麦加文博士认为这个独特的技巧是这个马蝇属独一无二的天才设计[47]

有没有什么好想法是从未经过自然选择的进化呢?据我所知,在这个星球上,没有任何动物进化出一个器官来传播或接收无线电波来进行远距离通信。火的使用是另一个例子。人类的经验表明它有多么强大。有些植物的种子需要火来发芽,但我不认为它们的用途与电鳗使用电的道理是一样的。对金属骨骼的使用是另一个例子,除了在人类的人工制品之外,它从来没有进化出现过。这可能是因为没有火很难实现这个目标。

这种比较练习,将那些进化很多次的事件加起来,并与前面讨论的地理比较一起做时(很少如此),也许能帮助我们预测这个星球以外的生活,以及猜测考夫曼思想实验在进化重新运行中的可能结果。也许不是放屁甲虫的爆炸或射水鱼的水弹,但我们对眼睛、耳朵、翅膀和带电器官都有积极的期待。

从已故的斯蒂芬·杰伊·古尔德手中接过衣钵的那些生物学家认为,所有的进化,包括后寒武纪的进化,都是非常偶然和幸运的,不太可能在考夫曼重演中再次出现。古尔德独立演示了一遍考夫曼思想,称之为“重放进化的磁带”。在第二次重新上演的时候,任何类似人类进化的机会都被普遍认为是极其渺茫的。古尔德在《奇妙的生命》一书中非常令人信服地表达了这个观点。正是这种正统观念引导我在我的开篇章节中小心翼翼地做了自我否定的告白,也引导我去进行我的逆向朝圣之旅,现在它则引导我告别那些还在坎特伯雷的朝圣同伴,并独自返回。然而……我一直在想,这种虚张声势的正统做法是否已经走得太远。我在评价古尔德的《满屋》时,为不受欢迎的进化论中的进步观点进行了辩护:不是朝向人类的进步——达尔文的禁区——而是至少在可预测的方向上取得了进步。就像我将要说的那样,像眼睛这样复杂的适应能力的积累,特别是和想象中一些奇妙的进化产物结合在一起的时候,强烈地暗示着一个进步的版本。

趋同进化还激发了剑桥地质学家西蒙·莫里斯的灵感,他的著作《生命的解决方案:孤独的宇宙中不可避免的人类》与古尔德的“偶然事件”的观点正好相反。莫里斯有意将其副标题写得近乎文学化了。他真的认为,人类进化的重演会导致人类再次出现或者出现与人类极其接近的生物。而且,对于这样一个不受欢迎的论点,他提出了一个大胆而勇敢的案例。他反复强调的两个证据是趋同性和约束。

包括这一章在内,趋同性在本书中一次又一次地与大家见面。类似的问题需要类似的回答,在很多情况下,不仅仅是两三次,而是几十次。我认为我对趋同进化的热衷非常狂热,但我遇到了莫里斯这个同党,他展示了一系列惊人的例子,其中很多我以前从未见过。尽管我通常通过援引相似的选择压力来解释趋同现象,但莫里斯补充了他的第二个证据——约束。生命的物质,以及在胚胎发育的过程中,特定问题的解决方案只会有有限种可能。给定任何特定的进化开始所处的状态,拓展思路也只有有限的几种方法。因此,如果一个考夫曼实验的两组重演实验遇到了类似的选择压力,那么发育的约束将会促使形成相同解决方案的倾向增强。

你可以看到一个技术娴熟的倡导者如何运用这两种解释来捍卫大胆的信念,即重新运行的进化将很有可能趋向进化出一个大脑、两足行走、两只灵巧的手、照相机般前视的眼睛和其他的人类特征。遗憾的是,这只在这个星球上发生过一次,但是我想它总得有第一次。我承认,莫里斯对昆虫进化的可预测性的类似案例给我留下了深刻的印象。

昆虫的特征定义如下:带关节的外骨骼,复眼,典型的六条腿步态,总是三足落地从而形成一个三角支撑(两条腿在同侧,一条腿在另一侧),从而保持平衡;通过体侧特殊的气门经气管吸入氧气;而且,在完善进化的特性列表上,重复进化——至少12次独立地进化——出了复杂的社会群居体,如蜜蜂。这些不是都很奇怪吗?所有这些难道都是生命大乐透的一次性大奖么?并非如此,所有的这些都是趋同进化的结果。

莫里斯列举了他的清单,其中每一项都在动物界的不同部分进化了不止一次,在很多情况下是很多次,包括在昆虫世界里独立发生的几次。如果自然发现要单独进化出昆虫的组成部分是很容易的,那么这一整大群生物都再进化一遍就不是那么难以置信了。我被莫里斯的信念吸引,我们应该停止把趋同进化看作一种绚丽夺目的稀罕物,无须在发现它时惊叹不已。也许我们应该把它看作一种常态,发现例外的情况才是令人惊讶的时候。例如,真正的句法语言似乎是我们这个物种所独有的。也许这会是重新进化出来的双足智慧动物所缺少的东西?

在本书开篇的《后见之明的自负》一章中,我听从了警告,反对寻找进化的模式、节奏或理由,但我说了我会谨慎地打打擦边球。在《主人归来》这一章里,我得以有机会洞察生物向前进化的整个过程,并看看我们能做些什么。所有进化的目的都是为了产生智人的观点被完全否定了,在我们的逆向之旅中,我们所看到的一切都无法支持这个观点。即使莫里斯也声称,如果进化一遍一遍进行,那么进化出类似于我们这种动物也只是几种结果中的一种,另外的结果可能是出现其他的物种,例如,昆虫。

真细菌

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