贵阳分部广州分部
网站地图联系我们所长信箱建议留言内部网English中国科学院
 
 
首页概况简介机构设置研究队伍科研成果实验观测合作交流研究生教育学会学报图书馆党群工作创新文化科学传播信息公开
  科学普及
  您现在的位置:首页 > 科学传播 > 科学普及 > 科普动态
告别达尔文?
2009-12-03 | 作者:张维 | 【 】【打印】【关闭

  今年是科学巨匠达尔文诞辰200周年和《物种起源》问世150周年,在人类已经跨入21世纪门槛的时候,恐怕没有哪一件事比起达尔文和他的进化学说更让人犹豫和彷徨,那就是对达尔文学说是否说bye-bye

  这得从20世纪80年代末的一项重要发现说起,当时在中国云南澄江地区发现了寒武纪早期化石动物群,这一产于5.3亿年的化石动物群,它的多样性令世界震惊:从最简单的多细胞动物到结构复杂的脊索动物无所不包。随后通过十余年的努力,古生物学家们得出了“寒武纪生命大爆炸”的结论,初步认定澄江动物群囊括了分属于40多个高级生物类别的80多种不同的生物,且目前的发现和研究还在继续中,《纽约时报》等国际著名新闻媒体早已将中国澄江动物群的发现列为20世纪最惊人的发现之一。


澄江动物群

  这一发现的亮点却闪烁在另一领域,发现本身连同20世纪其它相关的研究成果向传统进化论提出了有力挑战,因为按照达尔文学说,生物是缓慢地渐进式地演化的,即从简单到复杂、从低等向高等,照此推理,在遥远的寒武纪,生物只能存在简单的、低等的类型,不可能出现象澄江动物群那样的多样和复杂,一个问题尖锐地摆在世人面前:生物到底是不是在进化?它们是按照达尔文描述的模式在进化吗?

1、达尔文学说的精髓


科学巨匠-达尔文

  在达尔文之前,人们普遍认为世界是上帝创造和主宰的,万物一经出现就不再改变。但达尔文从物种起源和生物进化着手,提出了渐变的概念。他认为大千世界用不着上帝或神来主宰和安排,自然的力量就能解释现有的一切。达尔文参加了长达五年的环球科学考察,亲手收集了大量有关生物进化的珍贵资料,形成了较为完整的思想体系。他从三个方面描绘了生物界的演化。

  第一是生存斗争与自然选择。达尔文指出,自然界所有生物都有高速率增加的倾向,产生的个体往往超过可能生存的数目,为了繁衍后代,一方面高速率增加个体,一方面又要与有限的生存条件(如空间、食物等)发生矛盾,因而出现大比率的死亡,这就是生存斗争。达尔文揭示了在生存斗争中动植物彼此之间错综复杂的关系。由此引出了自然选择的概念。自然选择的重要结果是适者生存。

  第二是性状分歧和物种形成。达尔文认为,在自然界中,通过自然选择,生物个体之间在结构习性上差别越大,对环境的适应越是有利,也就越有益于繁衍出更多的后代,并占据更多的空间。这样就导致从原来的一个物种逐渐演变为若干个变种、亚种,乃至不同的新种,整个生物界就是这样壮大和发展起来的。性状分歧与物种形成具有必然的因果关系。

  第三是变异和遗传。达尔文通过对家养状态下动植物的观察发现,野生岩鸽经过驯化后可以培育出上百种不同的家鸽,人们可以根据自己的需求使这些动植物出现一系列的特征变化,要保留这些变异,必须经过一个缓慢的过程,达尔文把变异区分为一定变异和不定变异,并总结了变异的规律。

  达尔文的思想集中体现在他的著作《物种起源》里,这本书有一半的内容是对以往进化论者观点的总结和延伸,另有一半的内容表达了达尔文的新思维。应当承认,达尔文进化学说的产生具有重大意义,因为在19世纪中期,生物科学还处于较低的水平,遗传学尚未建立,生态学正在萌芽,细胞刚刚被发现,达尔文得到这些认识是极其宝贵的。进化论的提出是一场思想革命,它改变了人们的传统观念,带来了全新的理念和认识。

2、再揭进化的奥秘  

  然而,人类对自然界的认识是没有止境的,达尔文的进化学说伴随生物科学的发展也不断显露出缺陷和矛盾,对生物进化领域中的许多问题,达尔文在当时不可能全部回答,也不可能完全正确回答。生物到底是怎样进化的?自然选择是不是进化的唯一模式?为了丰富和进一步完善生物进化理论,在达尔文身后的一百多年来,人们又在认识上完成了一系列的突破。这些认识从多角度、多方位描述了生物进化现象,一步步逼近生物进化的真髓。

生物进化的层次   目前人们已经认识到生物进化至少表现在两个层次:以生物个体为进化基本单位的微进化(microevolution)和以种以上的分类群为进化单位的宏进化(macroevolution)。微进化是生物多样性的来源,宏进化反映物种的纵向演化。在达尔文那里,微进化与宏进化还没有被区分和认识,进化现象似乎仅仅局限在物种内。在达尔文时代及其后的很长一段时间,人们在讨论进化时都把生物个体作为进化的基本单位,比较解剖学家和古生物学家现在都已经意识到,在宏进化这一层面,物种以上的较大变异很难用达尔文的渐变模式来解释。在今天看来,这也正是达尔文学说的缺陷之一。尽管认识生物界最直观、最具体的对象是生物个体,但生物进化的表现形式不仅仅是微小变异的积累。

绝灭与进化的关系   在物种这一层次,绝灭最显而易见,在几十亿年的地球发展史中,新种出现老种消失已是不争的事实,这种绝灭被视为常规绝灭(normal extinction),有些科学家也把常规绝灭称做背景绝灭(background extinction)。物种以上分类单位在短时间内整体消失是另一种绝灭现象,这种绝灭被称为集群绝灭(mass extinction),即生物大绝灭。集群绝灭构成了生命史上大规模的物种替换。集群绝灭由于涉及高级分类群(如纲、目、科等),其绝灭原因要复杂的多。但集群绝灭的范围和影响面之广令人震惊。大量物种(如恐龙类)在相对较短的地质时间内完全消失,大大超过常规绝灭的速率,其结果是,地球上生物种类的大量更替,新的生物集群取代了老的生物集群,这种崭新的变化是渐进、缓慢式生物进化难以实现的。

进化的突发性和自发性   科学家们认为地球在38亿前生命就开始诞生,在其后漫长的岁月中,生命都处于原始、低等状态(如菌藻类生物)。进入寒武纪,海底生物突然爆发式地活跃发展起来,出现了多种多样的动物门类,由此又发展到今天丰富多彩的生命世界。地球早期生命演化过程的突发性被形象地称为“寒武纪生命大爆炸”,它代表了生物进化的又一种模式。据古生物学家研究,澄江动物群形成时间在100-300万年之间,在这样短的地质时间内,完整记录了动物群突发性的进化过程,其结果用达尔文渐进式缓慢演化模式是难以解释的。类似澄江动物群这种自主、跃进式的生物进化现象,还有“埃迪卡拉大爆发”、“三叠纪生命大爆发”和“早第三纪生命大爆发”等等,生命大爆发式的进化非同寻常,进化和生物多样性(物种形成)可以不经过自然选择和生存竞争。

分子进化研究的新发现   20世纪五十年代以来,随着分子遗传学的兴起,为分子进化研究提供了新的领域。研究发现,所有生物的基因在历史上一直都以稳定的速率积累着突变,从而确立了中性突变在生物进化中的重要作用。主要表现在,生物在分子水平上的大多数突变是中性或近似中性的,它们没有优劣之分,也没有适应或不适应之分,因此自然选择对它们不起作用;其次,这种突变可通过遗传漂变被固定下来或者消失,由突变提供的进化原料是偶然的,进化的方向和途径也由几率决定,也就是说,完全由生物分子的自由组合决定,而与周围环境无关;再次,中性突变的速率等于分子进化的速率,每一生物大分子在任何生物中其速率是大致恒定的,而与种群大小、物种的寿命、生殖能力无关,也与周围的环境无关。这就从根本上动摇了自然选择对进化的决定性作用。

生物界的协同发展   20世纪中期生态学研究获得了飞速发展,生态系统的研究成果告诉我们,自然界的任何物种或个体都处于一定的生态系统中,生态系统内的生物物种与种群之间、生物与环境之间的复杂关系,构成了相关的进化背景。所以,某一物种和种群的进化与同一生态系统内的其它物种或种群保持着协同关系,从而形成该生态系统内生物和种群的最佳组合。植物学家们发现,生活在同一地区的植物,种类越多,植物总体上的生长趋势越兴旺;生物在食物链中的相互依存关系,也很好地说明了生物界协同发展的关系。因此,不能因过分强调生存竞争而忽略了协同发展。自然界中的生物,既相互竞争、制约,又相互协同、受益。

3、是否抛弃达尔文学说

  应该说,达尔文提出生物进化理论是建立在大量的地质学、生物学的实地资料收集,以及广泛的科学考察基础之上的,具有很强的说服力。达尔文提出生物进化理论,吸纳了前人的宝贵经验和认识,并且找到了解释生物进化的一把钥匙──自然选择,这从根本上改变了人们对客观世界的认识。当然,进化论的提出也不是达尔文一个人的功绩,在他之前,布丰、拉马克、以及和他同时代的莱伊尔、华莱士、赫胥林等都宣传并信奉生物进化思想,生物进化论的确立是许多人共同探索和努力的结果。

  我们也应该看到,限于当时的认识水平,达尔文学说中还有很多推测和猜想的成分,加之达尔文借用了当时流行的哲学、经济学中的术语来阐释自己的理论,特别是吸收了马尔萨斯在《人口论》中提出的一些论据,使他的理论越过了生物学的门槛,这更为那些无孔不入的人提供了攻击进化学说的机会。应该说,今天的生物进化学说是建立在达尔文学说基础之上得到发展的,没有达尔文的进化思想,就不会有人们对生物进化现象的深入探讨和更深层次的研究。进化论在今天早已是科学界的一个共识,人类应该在达尔文学说的基础上,进一步丰富和完善生物进化理论。

  早在达尔文学说自问世之初,就经历了来自科学界本身和科学界之外的种种责难。《物种起源》出版后的第二年,就发生了生物学家赫胥林与威尔伯福斯主教之间的著名辩论,当大主教以轻蔑的口吻质问赫胥林,究竟是他父亲还是母亲一方来自猴子这一祖先时,赫胥林坦然答道,他不以父亲或母亲任何一方来自猴子祖先感到耻辱,相反,倒是那些对问题缺乏真正的了解,却还做着无知漫骂的人应该感到羞愧。尽管赫胥林的据理力争为人们当时普遍接受进化论扫除了障碍,其后有关达尔文进化学说的论争却从未停止过。回顾历史,没有哪一种学说曾经象达尔文进化论那样面对过那么多的反对者,遭受过那么多的误解和歪曲,经历过那么长久的论争,形成了如此深远的影响。


西方讽刺达尔文的漫画

  当前西方涌现了一种全盘否定达尔文学说的倾向,科学界内部的学术论争在科学界外引起了负面效应,一些不了解科学或对科学一窍不通的人打出了“审判达尔文”的旗号,这使人自然联想起百多年前围攻达尔文学说的战火硝烟。进化论问世以后,神创论并没有因为科学界对进化论的普遍接受而退出历史舞台,而是无时不刻借助进化论的缺陷和一些所谓“证据”来为神讨回它的地位,神学与异教已不再用非理性的或粗俗的言行来维护自己的地位,他们也在“研究科学”,设法证明科学与它们倡导的理论是一致的。当人们今天缅怀这位科学巨匠并承认他对科学界影响的时候,应当同时也树立起一种信心,他们不应对达尔文及其进化论说bye-bye,相反,更应该拿出百倍的勇气去捍卫它,继续丰富和发展生物进化理论,从而最终破解这一千古科学之迷,认识自然界、认识人类的自身。

 
地址:北京市朝阳区北土城西路19号 邮 编:100029 电话:010-82998001 传真:010-62010846
版权所有© 2009- 中国科学院地质与地球物理研究所 京ICP备05029136号 京公网安备110402500032号