达尔文如果活到现在，他要重新构思《物种起源》了

2022-03-10 17:32:37 来源：科普中国

看过电影《普罗米修斯》的人，会对剧中的一个镜头印象深刻：那些“工程师”（制造人类的外星巨人）在喝下一杯黑色“液体”后，身体立马发生分解，身体的DNA随着河流和地球上的有机物融合，DNA重组，于是地球上的各种生命就这样诞生了。

电影《普罗米修斯》剧照，图源自网络

电影在一开始就传达了一个基本的信息：DNA可以塑造各种生命。

可对很多还没接触过现代生命科学的人——比如达尔文本人——来说，这是一个很新鲜的视角。

毕竟达尔文的生命世界，和我们所认识的样子，还相差很远。

达尔文的进化论，缺了些什么？

达尔文的《物种起源》在整个生命科学史上拥有举足轻重的地位，我们从小就接触了这样的教育：生命是可以进化而来的。这是唯物主义启蒙的一个重要信息。

然而，如果达尔文生活在现在，他应该会对进化论产生怀疑。因为在他的研究里，进化是没有方向的，一切都靠“天意”，这就是说，每一个物种对自己的命运是无法掌握的。

《解码40亿年生命史》内页插图

由于时代限制，他的观点缺少了遗传学和古生物研究证据，导致解释不了生物的许多器官的演化。因为达尔文一开始就为从一个物种到另一个物种的演化预设了漫长的过渡阶段——只要时间够久，物种的形态终将会成为现在的样子。

这也是为什么在很长一段时间内，科学家们都热衷在全球发现物种，以求补充这些生物之间的关联。但当时已被发现的物种并不能帮助人们找到所有的关联，于是人们又大力热衷于化石的发掘和研究，从过去寻找关联。

可逐渐地，化石也不能满足研究需要了。

从化石到DNA，生命的探索的新画卷

当化石研究进展到细胞层面，甚至是DNA层面，人们发现生命起源似乎有新的解释：

达尔文不了解DNA，也不了解细胞的运作方式，更不了解在胚胎发育过程中遗传物质如何构建了躯体。

如果从DNA角度去研究生命起源和进化，达尔文的很多观点既能得到很好的印证、补充，也会收获质疑甚至是推翻。

因为DNA的发现充分说明，在个体的生命出现之前，生命的所有信息都已经写好并储存完毕，生命所体现的就是DNA中的生命信息。

举个例子，天使（如果真的存在这种生物的话）之所以拥有翅膀，他们并不是凭空突然长出翅膀，而是他们的细胞里已经有翅膀的DNA存在了。相似地，当水生动物想要去陆地生活时，并不是到了陆地才进化出肺部，而是在水里的时候，就已经拥有肺的结构了，这才能让它们拥有去陆地的可能。

肺鱼既有鳃也有肺。当水中溶解的氧气无法满足需要时, 它们像人类一样，利用肺呼吸空气。另一种鱼没有肺但有鱼鳔，用于增加浮力

对于DNA研究，哪怕是同一个基因，由于不同的突变位置，造就的生物形态也不一样。比如，控制鱼类、老鼠和人类身体结构的竟然是同一基因的不同版本。

于是人们会关注胚胎形态，从形态上发现位置的差异。比如海鞘，尽管其最终的形态和人类大相径庭，但是它在胚胎发育过程中还保留着和脊椎动物的祖先相同的特征——大大的脑袋，通过前后摆动尾部来推动身体前进。在它们体内，一条神经管沿着背部延伸，还有一条结缔组织棒（脊索）从头延伸到尾；它们的头后甚至还有鳃裂。

海螵鞘发育图

DNA之钥，打开了真正的进化大门

为了研究DNA对生物到底有多大的“变幻”作用，科学家们开展了很多艰辛的实验，产生了一些非常有趣的结果。

一个是NOTCH2NL基因的发现。

加利福尼亚的一个团队比较了人类和恒河猴的大脑类器官，并列出了所有差异。

在培养皿中，人脑类器官形成了人类独有的皮质区域，而猴脑类器官则没有。研究人员研究了这种组织形成时激活的基因。有一个基因在所有人类细胞中都有表达，但在猴脑组织中则没有。尽管这个基因的名称NOTCH2NL十分拗口，但它与人类演化的故事关系密切。

当荷兰团队拿到人类的NOTCH2NL基因并将其插入小鼠的基因组中时，这项研究的科幻性越发增强了。他们制造了一个人鼠嵌合体，该小鼠大脑皮层长出了更多的脑细胞，就像人一样。

图源：pixabay

一个是通过玉米显性基因的表现，发现只要控制“跳跃基因”，那么基因突变是可控的。

麦克林托克了解了玉米内部基因发生突变的位置和时间，她追踪了每个玉米粒上的不同颜色的斑点。她查看每个玉米粒上的突变，然后在每个玉米穗的上千个玉米粒上重复这一观察。她发现，色彩突变是可以重复打开和关闭的。可笑的是，由于她是位女性，在以男性主导的时代，她的关于“跳跃基因”的发现仅被认为是“关于玉米的怪事”。

图源：pixabay

直到1977年，其他实验室在细菌和小鼠（实际上是他们实验过的所有生物）中也发现了跳跃基因的证据。麦克林托克也直到1983年才获得了诺贝尔生理学或医学奖。

这些跳跃基因，可以自我复制并插入基因组的任何位置，只要接管这类基因，我们就能实现真正的“进化”。

而现实中经常被提及的“基因突变”其实更多的是遗传信息缺失导致的变异，并没有成为生物为了适应环境进行更好的“进化”，往往都是往变糟的路上越走越远，所以有些奇怪的生物灭绝了。

这样一说，《山海经》里的怪物可能都是存在过的。

蝾螈中的生命密码

经过大量艰辛的试验和多次对标后，科学家们终于从拥有较大胚胎和易于观察的蝾螈上取得了令人欣喜的重大进展。更多的“进化的钥匙”就隐藏在这些“萌物”体内。

比如，蝾螈通过在变态发育阶段改变发育的速度（提前停止或者减缓），造就了各种夸张的器官和形态。

再比如，某些蝾螈的DNA数量可以是其他物种的5-10倍。有些蝾螈和青蛙的遗传物质比人类都要多25 倍，这个数据让人们发现了过多复制的“无意义的DNA”片段。

人们通过蝾螈的染色体剪纸对生命史中遗传发明有了新见解。科学家大野乾假设，这种冗余意味着一个基因可以保持不变以维持原有功能，而另一个基因拷贝可以发生改变并获得新的功能。新的基因可以飞速产生，对生产者来说几乎不用付出任何代价。

除了可爱的蝾螈，还有很多有趣的实验发现和故事：有通过细菌基因组的工作机制来研究编码蛋白质的基因和控制基因活性的分子开关，还有许多物种通过丧失特征（退化）来实现演化等，可谓大开眼界。

生命科学本就是不断发展的科学。早些年，经过华达尔文、赫胥黎、胡克等科学家的努力，生命科学的大厦才初具雏形。我们站在当今的时代，通过全能视角来评判达尔文，本身就有失偏颇。