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    獲得性遺傳的前世今生

    2015-07-13 01:11:55林子明
    海峽科學(xué) 2015年12期
    關(guān)鍵詞:肝吸蟲(chóng)獲得性遺傳

    林子明

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    獲得性遺傳的前世今生

    林子明

    福州市耀隆化工集團(tuán)

    該文簡(jiǎn)述蘇聯(lián)偽科學(xué)代表李森科的發(fā)跡史,由李森科分析獲得性遺傳的前世今生。獲得性遺傳最初獲科學(xué)界承認(rèn),后被否定,今又臨重新審視并承認(rèn),爭(zhēng)議尚未結(jié)束。該文認(rèn)為,正是由于達(dá)爾文進(jìn)化論在解釋生物進(jìn)化上遇到困難,給獲得性遺傳的重生造成契機(jī)。文中所舉例子均涉基因主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的定向突變。主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的基因定向突變不限于細(xì)菌,在非常時(shí)刻,也適合環(huán)境劇變下的高等動(dòng)物,這可以解決達(dá)爾文進(jìn)化論的解釋困難。達(dá)爾文進(jìn)化論要向新的高度發(fā)展,需要與獲得性遺傳互補(bǔ)。

    獲得性遺傳 達(dá)爾文進(jìn)化論 基因突變

    1 禍起春化實(shí)驗(yàn)

    1929年,蘇聯(lián)一個(gè)名叫李森科的農(nóng)技員得知,他的父親去年埋在雪地里過(guò)冬的大麥種子,用在今年春天播種,結(jié)果意外地取得了好收成。這件事引起了他的注意,據(jù)此他提出了作物栽培的“春化理論”。他先是受到蘇聯(lián)農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)、世界著名遺傳學(xué)家瓦維洛夫的重視。瓦維洛夫無(wú)微不至地關(guān)懷他,撥款支持他的試驗(yàn),要求農(nóng)科院在全國(guó)各地的實(shí)驗(yàn)站推廣,幫他設(shè)立專(zhuān)門(mén)研究所,推薦他參加遺傳學(xué)、育種學(xué)的學(xué)術(shù)會(huì)議,提名他作為科學(xué)獎(jiǎng)金和蘇聯(lián)科學(xué)院通訊院士的候選人……接下來(lái)斯大林也注意到了這個(gè)年輕人,三天一指示,大力培養(yǎng)。春化實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行,李森科已經(jīng)扶搖直上,不到十年,竟成為掌管蘇聯(lián)農(nóng)業(yè)、蘇聯(lián)遺傳學(xué)的最高負(fù)責(zé)人……下面的事地球人都知道,李森科恩將仇報(bào),上演了一幕現(xiàn)實(shí)版的“農(nóng)夫與蛇的故事”。瓦維洛夫原要為國(guó)家打造棟梁之才,卻不料造出一個(gè)科學(xué)界頭號(hào)政治殺手。李森科主政蘇聯(lián)農(nóng)業(yè)科學(xué)那幾年,正逢斯大林1937年、1948年兩次大肅反,三大科學(xué)界(農(nóng)學(xué)、生物學(xué)及其分支遺傳學(xué))被李森科一伙整得一蹶不振,其中遺傳學(xué)界更是重災(zāi)區(qū)中的重災(zāi)區(qū)。這里我們摘引方舟子一段對(duì)當(dāng)時(shí)歷史的評(píng)述,科學(xué)泰斗瓦維洛夫1943年在監(jiān)獄中餓死。“他的死標(biāo)志著遺傳學(xué)在蘇聯(lián)的終結(jié),從那時(shí)到現(xiàn)在,蘇聯(lián)、‘獨(dú)聯(lián)體’沒(méi)有出過(guò)一位值得一提的遺傳學(xué)家。大批遺傳學(xué)家先后被逮捕,有的被處決,有的死于獄中。如果不是因?yàn)榈绿K戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)而轉(zhuǎn)移了蘇聯(lián)政權(quán)的注意力,蘇聯(lián)遺傳學(xué)家們?cè)缫驯悔s盡殺絕。”后人評(píng)述,蘇聯(lián)糧食產(chǎn)量為什么幾十年一直不能提高到沙皇時(shí)期的水平,一是因?yàn)楸┝r(nóng)業(yè)集體化,二是不懂得應(yīng)用世界各國(guó)早已推廣的遺傳育種技術(shù),如多倍體、自交系、輻射育種等,這其中,李森科難脫其咎。

    一切都是從“春化法”開(kāi)始,這個(gè)“春化”到底是何方神圣,直至把蘇聯(lián)農(nóng)業(yè)科學(xué)攪得如此凄慘?

    “春化”,就是讓作物——例如小麥、大麥、甜菜、馬鈴薯、玉米的種子,下種前放在冷凍、潮濕的環(huán)境中擱置一段時(shí)間,然后種植。這沒(méi)什么奧秘,同西方那些復(fù)雜的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)相比差太遠(yuǎn)了。這樣做難道就能提高產(chǎn)量?

    當(dāng)時(shí)有人對(duì)“春化法”這樣解釋?zhuān)簼駶?rùn)種子并加以冷凍,等于強(qiáng)制種子脫離休眠狀態(tài)而進(jìn)入發(fā)芽準(zhǔn)備,作物的生長(zhǎng)期無(wú)形提前了,收獲季節(jié)的霜凍可以躲過(guò),所以“春化”的功能主要是“保產(chǎn)”而不是增產(chǎn)。但李森科對(duì)此另有一套解釋。

    這里要提到李森科一個(gè)根深蒂固的觀念:環(huán)境可以鍛煉生物,生物從環(huán)境鍛煉中獲得的性能,可以遺傳給下一代。所謂“春化”,不是“春化”,那是“挨凍”鍛煉。還可以有別的鍛煉?!拔覀円呀?jīng)可以通過(guò)定向改變環(huán)境而快速改變生物體的性質(zhì)”(李森科語(yǔ))。堅(jiān)持鍛煉好幾代,新品種誕生,那時(shí)就不需要鍛煉了。事實(shí)上,李森科不但做春化試驗(yàn),還做“燕麥變小麥”、“小麥變黑麥”、“春小麥與冬小麥互變”的試驗(yàn),還宣揚(yáng)自然界存在“松變白樺”、“松變?cè)粕肌?、“榆?shù)變槐樹(shù)”等驚世駭俗闕詞,宣傳此類(lèi)觀點(diǎn)的長(zhǎng)篇論文《科學(xué)中關(guān)于物種的新見(jiàn)解》(1950年)、《農(nóng)作物遺傳性定向變異的理論基礎(chǔ)》(1963年)竟然能夠得到最高領(lǐng)袖斯大林、赫魯曉夫的高度評(píng)價(jià)。

    可是西方科學(xué)家按捺不下了,他們紛紛發(fā)聲:“你胡搞些什么呀?你這一套不就是‘獲得性遺傳’嗎?它早在50年前就被拋到科學(xué)垃圾堆中去了!”

    2 “獲得性”不能“遺傳”

    生物在環(huán)境影響下后天獲得的“性狀”(外形特征、器官特征、行為特征等)叫“獲得性”。生活中我們??吹剑橙藷挾?,把身體煉耐寒了;某人練舉重,把肌肉練強(qiáng)壯了;某人經(jīng)常打籃球,把個(gè)子練高了,這就是“獲得性”?!矮@得性”能不能傳給下一代呢?法國(guó)科學(xué)家拉馬克講過(guò)一個(gè)家喻戶(hù)曉的科普故事,長(zhǎng)頸鹿本來(lái)脖子并不長(zhǎng),就是普通的鹿,因?yàn)閹装偃f(wàn)年前草原的草變少、樹(shù)增多,為了活命,長(zhǎng)頸鹿只得拼命踮腳尖、硬伸長(zhǎng)脖子去吃樹(shù)上的葉子、一代代掙下來(lái),就把脖子掙長(zhǎng)了。后來(lái)奧地利的孟德?tīng)?、摩爾根、德?guó)的魏斯曼等人通過(guò)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論,生物的遺傳性狀取決于染色體內(nèi)攜帶的遺傳物質(zhì)(孟德?tīng)柗Q(chēng)為“遺傳因子”、魏斯曼稱(chēng)為“種質(zhì)”、摩爾根稱(chēng)為“基因”),親代受控于遺傳物質(zhì)的性狀,子代能夠遺傳;而親代受環(huán)境作用(比如鍛煉)產(chǎn)生的性狀,子代不能遺傳。通過(guò)冬泳、舉重?zé)挸龅哪秃刭|(zhì)、強(qiáng)健體能等,影響不到遺傳物質(zhì),子代一點(diǎn)繼承不到。同理,李森科搞的那些試驗(yàn),即使真讓作物獲得抗寒性能或高產(chǎn)性能(后來(lái)證實(shí)沒(méi)有效果),下一代作物也無(wú)法繼承。魏斯曼曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn):將雌、雄老鼠尾巴切斷后,讓其互相交配來(lái)產(chǎn)生子代,而生出來(lái)的小鼠都有尾巴。再將又切斷尾巴的子代互相交配產(chǎn)生下一代,再生下來(lái)的老鼠也仍然有尾巴。他一直重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)一直至第二十二代,其子代仍然是有尾巴的。由此初步否定了后天獲得性狀能夠遺傳。

    1953年,克里克(英國(guó)物理學(xué)家)、沃森(美國(guó)生物學(xué)家)發(fā)現(xiàn)DNA的結(jié)構(gòu),這是20世紀(jì)人類(lèi)科學(xué)具有里程碑意義的重大事件。DNA是地球所有生物共有的遺傳物質(zhì)。它是一個(gè)大分子,有兩條長(zhǎng)長(zhǎng)的互相纏繞的鏈,鏈上有千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)核苷酸(種類(lèi)有4種),可以排列變化無(wú)窮的不同序列??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),在DNA長(zhǎng)長(zhǎng)的核苷酸序列中,有一些特殊的片斷,它們像是被編碼的,能指揮制造氨基酸,合成蛋白質(zhì),直到完成組織器官的制作。它們被冠以各種名稱(chēng),如“DNA有意義的片斷”、“DNA的編碼片斷”、“攜帶遺傳信息的DNA片斷”、“具有指令功能的DNA片斷”。其實(shí)片斷來(lái)片斷去,它的正確學(xué)名就叫“基因”。

    基因拴在DNA鏈條上,是怎么做到指揮制造氨基酸合成蛋白質(zhì)等等呢?原來(lái),它把自己作“模版”,在鏈外復(fù)制自己的單鏈拷貝——RNA,RNA代替基因到指定位置指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。

    由于蛋白質(zhì)是組成生物體的重要成分,生物體的性狀主要是通過(guò)蛋白質(zhì)來(lái)體現(xiàn)的。因此,基因?qū)π誀畹目刂剖峭ㄟ^(guò)RNA控制蛋白質(zhì)的合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

    有趣的是,合成蛋白質(zhì),有的一個(gè)基因就能指揮,有些則需要非常多的基因配合,甚至在不同時(shí)間配合。比如,在什么地方合成蛋白質(zhì),合成什么蛋白質(zhì),什么時(shí)候開(kāi)始,什么時(shí)候停止(否則生物體長(zhǎng)成怪物了),這都需要很多基因通力合作。但高級(jí)動(dòng)物的DNA上,大部分都是沒(méi)有意義的核苷酸排列,能作為基因使用的編碼片斷不是很多(人類(lèi)DNA序列上只有1.2%片斷是基因)。基因與基因之間,隔著長(zhǎng)短不等的“非編碼DNA”,這時(shí)如何拷貝RNA呢?難道把“精華”、“糟粕”都拷下來(lái)?不是,RNA“懂得”剪接。它拷下全部序列,再將“非編碼DNA”剪除掉,再拼接。這樣首尾相接的,就是有意義的指令組合了。

    打個(gè)比方,RNA是可以在細(xì)胞環(huán)境中自由行動(dòng)的“代基因”,它是基因的“信使”,代行基因的功能①。

    1958年,DNA的發(fā)現(xiàn)者克里克提出“分子中心法則”——分子層面有信息從DNA流向RNA,RNA流向蛋白質(zhì)的渠道;沒(méi)有反向流動(dòng)的渠道②。他這樣解釋?zhuān)驗(yàn)楹怂幔―NA、RNA)和蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)完全不同,在核酸分子之間的生命信息傳遞通過(guò)堿基配對(duì)而實(shí)現(xiàn)。但從核酸到蛋白質(zhì)的信息傳遞在現(xiàn)存生物細(xì)胞中都需要通過(guò)一個(gè)極為復(fù)雜的翻譯機(jī)構(gòu),這個(gè)機(jī)構(gòu)是不能進(jìn)行反向翻譯的。如果需要使信息從蛋白質(zhì)向核酸轉(zhuǎn)移,那么細(xì)胞中應(yīng)有另一套反向翻譯機(jī)構(gòu),而這套機(jī)構(gòu)在現(xiàn)存的細(xì)胞中是不存在的。這意味著外界信息可以影響蛋白質(zhì),但影響不到RNA,更影響不到DNA,更談不上引起基因突變。“分子中心法則”基本上宣告了獲得性遺傳壽終正寢。

    獲得性遺傳被驅(qū)逐出科學(xué)大門(mén)已經(jīng)幾十年了,但近年來(lái),新的科學(xué)事實(shí)不斷被發(fā)現(xiàn),“獲得性”好像又有了進(jìn)門(mén)資格,我們已經(jīng)聽(tīng)到了它在“門(mén)外”的陣陣“敲門(mén)聲”。

    可是許多次“敲門(mén)”不是它自己敲的,是達(dá)爾文進(jìn)化論(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“進(jìn)化論”)義務(wù)替它敲的。

    進(jìn)化論的中心內(nèi)容是什么,許多人會(huì)回答“物競(jìng)天擇”,即“個(gè)體變異,自然選擇,優(yōu)勝劣汰,適者生存”。這自然正確,但除此之外,進(jìn)化論還有一些敘述,是達(dá)爾文本人反復(fù)強(qiáng)調(diào)的。在《物種起源》一書(shū),達(dá)爾文寫(xiě)道:“如果有人能證明所有存在的器官不是由無(wú)數(shù)的、漸進(jìn)的、微小的變化而來(lái),我的理論就徹底崩潰了?!倍?0世紀(jì)進(jìn)化論最堅(jiān)定的捍衛(wèi)者、英國(guó)生物學(xué)家道金斯說(shuō):“進(jìn)化是一個(gè)試錯(cuò)的過(guò)程?!闭沁@些過(guò)分的強(qiáng)調(diào),把進(jìn)化論推入尷尬的處境。

    3 說(shuō)不盡進(jìn)化論

    3.1 化石

    沒(méi)有過(guò)渡動(dòng)物的化石。舉例來(lái)說(shuō),在蝙蝠和它的鼠鼩樣的祖先之間應(yīng)該有過(guò)渡動(dòng)物,在鯨魚(yú)和它的羊駝樣的祖先之間也應(yīng)該有過(guò)渡動(dòng)物。可是至今找不到顯示是過(guò)渡動(dòng)物的化石。從大的方面說(shuō),細(xì)菌類(lèi)進(jìn)化到海綿類(lèi),海綿類(lèi)進(jìn)化到魚(yú)類(lèi),魚(yú)類(lèi)進(jìn)化到兩棲類(lèi),兩棲類(lèi)進(jìn)化到爬行類(lèi),爬行類(lèi)進(jìn)化到哺乳類(lèi),更應(yīng)該有許多過(guò)渡動(dòng)物??墒亲赃_(dá)爾文逝世后100年來(lái),六大類(lèi)動(dòng)物化石不斷發(fā)現(xiàn),應(yīng)有盡有,寒武紀(jì)前連細(xì)菌都有化石留下來(lái),寒武紀(jì)中的軟體動(dòng)物甚至連腸道、肌肉都完整保存下來(lái);可是古生物學(xué)界沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)中間動(dòng)物的化石。要打破這個(gè)困局,其實(shí)有個(gè)簡(jiǎn)單的方法,那就是承認(rèn)地球生物有過(guò)幾次“跳躍式”的進(jìn)化過(guò)程,但是承認(rèn)“跳躍”,就得面對(duì)生物基因突變問(wèn)題,整個(gè)化石斷層,說(shuō)明不是小范圍、個(gè)別的突變,而是大范圍、整體的突變。地球生物基因?yàn)槭裁磿?huì)“整體突變”?唯一解釋得通的原因就是環(huán)境發(fā)生了劇變,于是你不得不承認(rèn)環(huán)境能夠影響DNA(盡管機(jī)制未探明),這也等于承認(rèn)獲得性遺傳是客觀事實(shí)。

    3.2 眼睛

    5.44億年前(寒武紀(jì)以前),地球只有單細(xì)胞動(dòng)物和少量的低等多細(xì)胞動(dòng)物,這些動(dòng)物沒(méi)有眼睛,只有感光斑。5.43億年前,伴隨寒武紀(jì)生命一聲爆炸,幾十個(gè)門(mén)類(lèi)的復(fù)雜動(dòng)物“涌了出來(lái)”,其中有6個(gè)門(mén)類(lèi)的動(dòng)物突然進(jìn)化出了復(fù)雜的眼睛。

    眼睛包括幾十種精密、細(xì)微的生理結(jié)構(gòu),“……光線首先通過(guò)眼睛外面的防護(hù)層角膜,再穿過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)的瞳孔,到達(dá)自動(dòng)控制的晶狀體,晶狀體將光匯聚在視網(wǎng)膜后,視網(wǎng)膜上一億三千萬(wàn)視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞產(chǎn)生,將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖,電脈沖通過(guò)視神經(jīng)以驚人的速度傳向大腦……”③

    眼睛包含幾十項(xiàng)錯(cuò)綜復(fù)雜的生理機(jī)能,“……光子投射到視網(wǎng)膜上,使緊貼視網(wǎng)膜的視紫紅蛋白形狀發(fā)生變化,從而形成變位視紫紅質(zhì),變位視紫紅質(zhì)因一種被稱(chēng)為激酶的蛋白而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),經(jīng)過(guò)化學(xué)變化的視紫紅質(zhì),又與一種阻導(dǎo)蛋白相連以防止視紫紅質(zhì)產(chǎn)生更多的傳導(dǎo)蛋白。在這個(gè)過(guò)程中,任何一種變化都是以后變化的原因,也是以前變化的結(jié)果,缺少其中一項(xiàng),我們的眼睛就什么也看不到了……”④

    眼睛數(shù)量眾多錯(cuò)綜復(fù)雜的生理機(jī)能、細(xì)密精微的生理結(jié)構(gòu),能否依靠“無(wú)數(shù)的、漸進(jìn)的、微小的變化”進(jìn)化出來(lái)?不能。很簡(jiǎn)單,“無(wú)數(shù)的”進(jìn)化,只有最后一次才有清晰的視覺(jué),高等動(dòng)物不是細(xì)菌,可以靠霧蒙蒙的視力生活在漫長(zhǎng)的歲月中!要解釋“眼睛疑難”其實(shí)也很簡(jiǎn)單,那就是承認(rèn)眼睛從無(wú)到有經(jīng)歷了一次突然進(jìn)化(寒武紀(jì)開(kāi)始的那100萬(wàn)年),可是眼睛為什么突然進(jìn)化,而且遍及到各個(gè)動(dòng)物門(mén)類(lèi)?除了用當(dāng)時(shí)生物的基因發(fā)生了突變,沒(méi)有任何別的原因可以解釋。眼睛歸根結(jié)底也是基因的“制造物”。高等動(dòng)物涉及“造眼”的基因可能達(dá)幾百上千,它們?cè)绮蛔兺聿蛔?,寒武紀(jì)那100萬(wàn)年就突變了。唯一能解釋的原因又是環(huán)境,實(shí)際上地球多次生命爆炸、生物涌現(xiàn)(寒武紀(jì)是其中最大的一次),都伴隨著前頭環(huán)境劇變?cè)谙?。不是冰川降臨,就是火山頻頻爆發(fā),或者小流星撞擊。在非常的時(shí)刻,環(huán)境引發(fā)生物基因突變,等于說(shuō),在非常的時(shí)刻,存在獲得性遺傳這個(gè)事實(shí)。

    3.3 寄生蟲(chóng)

    有種叫“刺血槍”的微小的肝吸蟲(chóng),一生充滿了艱辛和神秘。首先,它是羊腸中的一粒小不點(diǎn)的卵。這卵粘在羊便上被排泄出來(lái),被一種專(zhuān)喜歡吃羊糞便的蝸牛吃掉。在蝸牛腹內(nèi),這些卵會(huì)孵化成幼蟲(chóng)。但是肝吸蟲(chóng)幼蟲(chóng)無(wú)法在蝸牛腹中長(zhǎng)大,回到羊肚子中生活是它們最終的目標(biāo)。現(xiàn)在蝸牛將幼蟲(chóng)排泄出來(lái)了,這次,它們的外表包著一層粘乎乎的東西,一些早就守候在蝸牛身邊的螞蟻匆忙吞掉了這團(tuán)東西。這些螞蟻認(rèn)為蝸牛粘乎乎的排泄物是不可抗拒的美餐。被螞蟻吃掉后,刺血槍的幼蟲(chóng)們開(kāi)始分工,一路(主力隊(duì)伍)開(kāi)拔至螞蟻的腸內(nèi)在那里耐心等候,一路(特遣隊(duì))進(jìn)入螞蟻的頭部感染螞蟻的大腦。腦部受感染的螞蟻會(huì)干一些糊涂的事,這種事頭腦清醒的螞蟻決不會(huì)去干:黎明時(shí)分它們會(huì)爬到一種草葉的頂部凝望滿天星星,這種羅曼蒂克對(duì)肝吸蟲(chóng)家族的生命延續(xù)太重要了!因?yàn)槔杳髡茄虺圆莸臅r(shí)間。羊本來(lái)是不吃螞蟻的,但羊卻十分愛(ài)吃這種草葉,……肝吸蟲(chóng)終于又回到羊肚子中來(lái)了,一首繁雜的交響曲磕磕碰碰總算演奏到了終曲。肝吸蟲(chóng)幼蟲(chóng)們?cè)谘蚋怪新墒?,交配,產(chǎn)卵,接著重新開(kāi)始這個(gè)精致的生命循環(huán)⑤。

    讓我們多花點(diǎn)篇幅談這個(gè)肝吸蟲(chóng)。因?yàn)樗腥ち?。有人說(shuō)這有什么神秘?受生物本能指使而已。其實(shí),最神秘的地方正是“受本能指使”。本能是什么?本能就是不經(jīng)大腦指揮,生而知之。讓我們從動(dòng)植物的“行為基因”講起。1970年代,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了DNA鏈上的一種基因,叫“行為基因”。在行為基因調(diào)遣下,很多低級(jí)動(dòng)物能作出模式化的復(fù)雜行為,這就是所謂“本能”。按本能行動(dòng)的動(dòng)物,就像被線牽了的“提線木偶”,而“提線人”,就是行為基因。簡(jiǎn)單本能如動(dòng)物求偶、鳥(niǎo)類(lèi)遷徙、魚(yú)類(lèi)洄游、蜜蜂舞蹈指示方向等等只需少數(shù)行為基因調(diào)遣,復(fù)雜本能就可能需要非常多的行為基因控制,像肝吸蟲(chóng),既會(huì)輪番讓羊、蝸牛、螞蟻吞食,又會(huì)兵分兩路感染螞蟻大腦,讓它患上精神病,黎明時(shí)分還爬上草葉看星星,如此錯(cuò)綜復(fù)雜,必須有多少行為基因聯(lián)合控制?

    沒(méi)有資料說(shuō)肝吸蟲(chóng)(包括其它生物)的那些負(fù)責(zé)制造蛋白質(zhì)的基因也能充當(dāng)行為基因。盡管個(gè)別的可能會(huì)兼職⑥,行為基因主要是獨(dú)立的另一系列。有學(xué)者稱(chēng),實(shí)驗(yàn)表明,DNA序列中那些長(zhǎng)長(zhǎng)的“非編碼序列”,隱藏了許多行為基因?!胺蔷幋a序列”并不是真的“非編碼”⑦。

    今天達(dá)爾文進(jìn)化論與時(shí)俱進(jìn),已經(jīng)發(fā)展為“新達(dá)爾文主義”。新達(dá)爾文主義有個(gè)觀點(diǎn),自然選擇不是選擇生物個(gè)體,不是選擇生物群體,不是選擇生物種群,而是選擇生物的基因。生物適者生存,其背后是基因適者生存。新達(dá)爾文主義的生物進(jìn)化沒(méi)“生物”什么事,它下的定義是:基因突變+自然選擇=生物進(jìn)化。

    因此,不論什么基因,一樣接受自然選擇的“鑒定”,一樣經(jīng)歷進(jìn)化路線。讓我們假想一次這樣的場(chǎng)景,我們向肝吸蟲(chóng)的小小行為基因發(fā)出“達(dá)爾文之問(wèn)”,其問(wèn)答情況可能是這樣:

    我們:你們是進(jìn)入肝吸蟲(chóng)之后,開(kāi)始“漸進(jìn)的、微小的、試錯(cuò)的”進(jìn)化呢,還是在進(jìn)入很早之前,就已經(jīng)開(kāi)始“漸進(jìn)的、微小的、試錯(cuò)的”的進(jìn)化?

    基因:我們沒(méi)有在進(jìn)入之前微小進(jìn)化,我們也沒(méi)有在進(jìn)入之后微小進(jìn)化,我們是進(jìn)入肝吸蟲(chóng)那一刻,一步到位,整體突變!”

    我們:為什么不按“微小”的進(jìn)化?萬(wàn)一突變錯(cuò)了呢?進(jìn)化論的“試錯(cuò)”路線不是更穩(wěn)妥?

    基因:唉!你這人真不開(kāi)竅,讓我來(lái)給你們描繪一下“試錯(cuò)”會(huì)出現(xiàn)什么場(chǎng)景好嗎?注意看下面,“行為基因”就是說(shuō)我。

    行為基因已經(jīng)進(jìn)入肝吸蟲(chóng)體內(nèi)了,它剛開(kāi)始進(jìn)化,功能不全,“線”牽錯(cuò)了,結(jié)果肝吸蟲(chóng)沒(méi)進(jìn)入羊的身體,進(jìn)入馬的體內(nèi)去了,粘著馬糞的它,蝸牛不愛(ài)吃,于是……肝吸蟲(chóng)絕種了。

    現(xiàn)在行為基因又進(jìn)化一點(diǎn)了,功能仍然不理想,“線”還是牽得不好,有點(diǎn)進(jìn)步,肝吸蟲(chóng)倒是進(jìn)入羊的身體了,但它不去感染螞蟻的大腦,卻去感染螞蟻的觸須、四肢(六肢)、腸道、皮膚什么的……試錯(cuò)嘛,這愚蠢的行為害得肝吸蟲(chóng)當(dāng)場(chǎng)絕種,根本沒(méi)有改錯(cuò)機(jī)會(huì)。

    行為基因繼續(xù)進(jìn)化,“牽線”的本領(lǐng)高了一點(diǎn),這次肝吸蟲(chóng)“懂得”要感染螞蟻的大腦,但不懂得要“兵分兩路”,幼蟲(chóng)大多跑到螞蟻的大腦,剩下的則在螞蟻體內(nèi)亂跑,螞蟻被折騰死了,于是……肝吸蟲(chóng)又絕種了。

    行為基因還在進(jìn)化,功能更全了,也懂得兵分兩路,也懂得感染螞蟻大腦了,但“藥物的成分掌握不好”,結(jié)果……螞蟻半夜就起身,半夜2點(diǎn)爬到草葉的頂端,還有的晚上8點(diǎn)、有的早上9點(diǎn)、有的中午12點(diǎn)……,總之沒(méi)有一次對(duì),都不是羊吃草的時(shí)間,于是肝吸蟲(chóng)……又絕種了。

    這個(gè)名單要多長(zhǎng)就可以有多長(zhǎng),可以弄到宇宙天荒地老。

    以上三個(gè)例子(化石、眼睛、肝吸蟲(chóng)),用邏輯分析,最后的結(jié)論都是進(jìn)化只能是跳躍式的。微小的進(jìn)化不可能,要么絕種,要么器官不能用。也許達(dá)爾文進(jìn)化論該解釋的是“演化”!進(jìn)化的正途是“跳躍”。當(dāng)然這些暫時(shí)只是邏輯推導(dǎo),獲得性遺傳能不能被承認(rèn),最終還得需要科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

    4 那些證實(shí)“獲得性遺傳”的實(shí)驗(yàn)

    4.1 草履蟲(chóng)遺傳實(shí)驗(yàn)

    草履蟲(chóng)表面有一種特異蛋白質(zhì),并且只能有一種類(lèi)型的特異蛋白質(zhì)。如果提高草履蟲(chóng)的生長(zhǎng)溫度數(shù)小時(shí),再恢復(fù)原有溫度,可使特異蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種形式的特異蛋白質(zhì),新形式的特異蛋白質(zhì)可以代代遺傳下去⑧。

    4.2 枯草桿菌遺傳實(shí)驗(yàn)

    枯草桿菌依靠細(xì)胞壁來(lái)維持它的桿狀性狀,當(dāng)將細(xì)胞壁去除后,在特定的生長(zhǎng)條件下,它們就會(huì)變成大小不等、形狀各異的無(wú)壁細(xì)菌體,這些無(wú)壁細(xì)菌體不但可以繼續(xù)繁殖,而且其后代也是無(wú)細(xì)胞壁的⑨。

    4.3 藍(lán)綠藻遺傳實(shí)驗(yàn)

    藍(lán)綠藻是一種具有生物固氮能力的植物。它的固氮酶由H、D、K三種基因組成。在通常情況下,D、H兩個(gè)基因靠在一起,而K基因與它們之間則隔著一段由12000個(gè)核苷酸組成的DNA(脫氧核糖核酸)序列。當(dāng)環(huán)境沒(méi)有氮源時(shí),它的DNA上的這12000個(gè)核苷酸會(huì)被切下,“使K、D、H基因緊挨在一起形成一個(gè)獨(dú)立的操縱子,此時(shí)固氮酶就開(kāi)始顯示活力,藍(lán)綠藻體內(nèi)的生物固氮‘機(jī)器’才開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。”⑩

    類(lèi)似的還有“駢連體遺傳實(shí)驗(yàn)”、“眼蟲(chóng)藻色素體遺傳實(shí)驗(yàn)”、“噬菌體傳導(dǎo)遺傳實(shí)驗(yàn)”等。以上實(shí)驗(yàn)從不同角度證實(shí)了獲得性能夠遺傳。但是意義(至少筆者這樣認(rèn)為)并不是特別重大。具有重大意義的是以下這幾個(gè)實(shí)驗(yàn):

    4.4 凱恩斯實(shí)驗(yàn)

    1988年(之前),分子生物學(xué)家凱恩斯設(shè)計(jì)了一個(gè)奇妙的實(shí)驗(yàn)。他們選擇一種有缺陷的大腸桿菌菌株,該大腸桿菌由于分解乳糖的基因有缺陷,不能利用環(huán)境中的乳糖作為食物,必須供給其他種類(lèi)的糖才能使它們正常地生長(zhǎng)和繁殖。這種大腸桿菌的每一代都有同樣的缺陷。不過(guò),這些細(xì)菌也存在通過(guò)偶然突變讓基因恢復(fù)分解乳糖功能的可能性,但頻率很低。凱恩斯將大腸桿菌分成幾組,分別放入只含乳糖不含其它糖的細(xì)菌培養(yǎng)基中,放置時(shí)間是:當(dāng)天放,一天以后放,二天以后放,三天以后放……246a

    奇跡出現(xiàn)了,細(xì)菌剛開(kāi)始時(shí)奄奄一息,隨著時(shí)間過(guò)去,少數(shù)細(xì)菌開(kāi)始活躍,說(shuō)明這部分細(xì)菌發(fā)生了突變,接著是更多細(xì)菌開(kāi)始活躍,對(duì)比各個(gè)培養(yǎng)基,越早與乳糖接觸的,246a突變的細(xì)菌出現(xiàn)越多?。

    4.5 細(xì)菌的天然的基因工程

    1994年,另一些分子生物學(xué)家,仍然用大腸桿菌放在乳糖培養(yǎng)基中做實(shí)驗(yàn),這次大腸桿菌不是分解乳糖的基因有缺陷,而是根本失去了這個(gè)基因。但它還有自我挽救的余地,在它的質(zhì)粒上,有一段利用乳糖的基因。不過(guò)不幸的是,質(zhì)粒上的這段基因中間多了一個(gè)堿基,使基因?qū)嵸|(zhì)上處于無(wú)效狀態(tài)。

    如果細(xì)菌能把這個(gè)堿基給刪除掉,那它就能活下去。但刪除掉堿基的基因往往會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用(等于發(fā)生基因突變了),影響細(xì)菌的生理功能,甚至造成死亡。所以,凡是出現(xiàn)了刪除的地方,細(xì)菌往往又會(huì)調(diào)用專(zhuān)門(mén)的蛋白質(zhì)工具設(shè)法把它們給補(bǔ)齊。刪除工作基本上是隨機(jī)進(jìn)行的,而且修復(fù)也是隨機(jī)的,帶有很強(qiáng)的偶然性。也就是說(shuō),既要設(shè)法刪除掉多余的堿基,又要盡力阻止細(xì)菌的修復(fù)系統(tǒng)不要再把被刪除掉的堿基給補(bǔ)齊。這兩者都“太難了”?!暗?xì)菌就真的做到了。它們利用自己天然的基因工程技術(shù),啟動(dòng)復(fù)雜的基因重組程序,其中涉及一系列的重組蛋白,最終成功地把那個(gè)多余的堿基刪除,然后再在那個(gè)位點(diǎn)降低修復(fù)工作的效率,或者不修復(fù),這樣就得到了能利用乳糖的正?;颍 闭麄€(gè)細(xì)菌因此活了下來(lái)?。

    4.6 “互救信息”增強(qiáng)細(xì)菌的抗藥性

    細(xì)菌受針對(duì)性的抗菌素作用一般情況下全部死亡,但用的次數(shù)多了,個(gè)別細(xì)菌會(huì)發(fā)生突變,獲得抗藥性,這部分細(xì)菌就會(huì)繁殖開(kāi)來(lái),取代原來(lái)無(wú)抗藥性的細(xì)菌。

    但《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道了這樣一個(gè)事實(shí):細(xì)菌的抗藥性與其它細(xì)菌的“教唆”有關(guān)。“數(shù)學(xué)物理學(xué)家艾倫·帕森斯和生物學(xué)家理查德·西爾在實(shí)驗(yàn)室中分別培育了兩個(gè)細(xì)菌群落,一個(gè)置于普通的營(yíng)養(yǎng)物中,另一個(gè)置于含抗生素的食物中,在兩個(gè)群落中間用一道塑料屏障隔開(kāi)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中科學(xué)家觀察到,最初,接觸抗生素的細(xì)菌開(kāi)始死亡,但是幾個(gè)小時(shí)后,這些奄奄一息的細(xì)菌又逐漸恢復(fù)活力。他們發(fā)現(xiàn),這種現(xiàn)象只有在空氣流通時(shí)才會(huì)發(fā)生,而當(dāng)兩個(gè)群落之間完全隔離開(kāi)時(shí)(原文如此,可能指搬開(kāi)或用更嚴(yán)密的屏障隔離),接觸抗生素的細(xì)菌將完全死亡。為此他們猜測(cè),這些細(xì)菌可能是利用散發(fā)到空氣中的分子相互溝通的。”?

    4.7 貝利·海爾的研究發(fā)現(xiàn)

    2002年9月,美國(guó)《分子進(jìn)化雜志》刊登了洛克菲勒大學(xué)分子進(jìn)化學(xué)家貝利·海爾(Barry Hall)的發(fā)現(xiàn)?!柏惱ず柡退耐峦ㄟ^(guò)比較不同細(xì)菌株系中OXA β-內(nèi)酰胺酶基因的序列重建了這個(gè)基因家族的進(jìn)化史?!監(jiān)XA β-內(nèi)酰胺酶基因是這樣一種基因,它對(duì)消滅沙門(mén)氏菌和葡萄球菌的抗菌素有抗性。“研究人員發(fā)現(xiàn),這些基因是分三次獨(dú)立的時(shí)機(jī)跳到質(zhì)粒上的。用隨時(shí)間推移自然發(fā)生的遺傳變異的數(shù)目來(lái)估測(cè)這三次事件何時(shí)發(fā)生,研究人員確定,其中兩次轉(zhuǎn)移發(fā)生于幾百萬(wàn)年前?!?

    幾百萬(wàn)年前!那時(shí)候沒(méi)有人類(lèi)更沒(méi)有抗菌素,細(xì)菌是怎么“預(yù)見(jiàn)”幾百萬(wàn)年后人類(lèi)會(huì)發(fā)明針對(duì)它的抗菌素,因而提前準(zhǔn)備了抗性基因。

    這真是“提早的獲得性遺傳”!不過(guò)也未免提得太早了吧。

    以上七個(gè)實(shí)驗(yàn)都從不同角度證實(shí)了獲得性遺傳,為什么說(shuō)前三個(gè)沒(méi)有重大的意義,而后四個(gè)意義特別重大呢?倒不是因?yàn)椴萋南x(chóng)等基因沒(méi)有發(fā)生突變(后面的藍(lán)綠藻、眼蟲(chóng)藻、噬菌體等都有基因突變),不是嚴(yán)格的獲得性遺傳。而是因?yàn)檫@些都是單細(xì)胞生物的實(shí)驗(yàn),對(duì)解釋高等動(dòng)物的進(jìn)化沒(méi)有幫助。

    就算高等動(dòng)物也像眼蟲(chóng)藻一樣基因發(fā)生了突變,那又怎么樣,它從此就有了新性狀?或者,它從此發(fā)展成一個(gè)新種?

    1968年,日本遺傳學(xué)家木村資生提出基因突變“中性理論”?!爸行岳碚摗钡闹饕^點(diǎn)(或說(shuō)發(fā)現(xiàn))是:(1)生物的基因發(fā)生突變是極罕見(jiàn)的現(xiàn)象(2)如果發(fā)生了突變,其中絕大多數(shù)的突變既無(wú)益,也無(wú)害。(3)在極少數(shù)有害或有益的突變中,有害的突變個(gè)數(shù)要超過(guò)有益的突變個(gè)數(shù)。

    有了木村“中性理論”,進(jìn)化大部分成了扔骰子的事,原來(lái)是“適者生存”,現(xiàn)在變成“幸運(yùn)者生存”。有人說(shuō)達(dá)爾文進(jìn)化論面對(duì)的最大難題不是化石斷層、眼睛怎么形成等等,而是中性理論。

    為什么這么說(shuō)呢?細(xì)菌、單細(xì)胞生物“不怕中性原理”,它的基因無(wú)論發(fā)生什么突變,無(wú)論發(fā)生的個(gè)數(shù)是多么稀罕,它都有后代把突變繼承下去,靠分裂它就能繁殖后代。這時(shí)自然選擇就來(lái)幫助它了。如果它的突變是適合生存的,它的種群會(huì)越來(lái)越擴(kuò)大,而其它沒(méi)突變的種群就被淘汰了。

    可是高等動(dòng)物沒(méi)有這種幸運(yùn),它遇到“配偶困難”。突變發(fā)生率是那么低,其中有益的突變又是“低中之低”,再找一只同樣發(fā)生“有益突變”的配偶更是低上乘低。假設(shè)非洲有100萬(wàn)只猿,其中一只雄猿某天什么基因發(fā)生了突變?,束縛聲帶的什么韌帶從此變松了,它突然有了講話能力,這是天大的“有益突變”。可是這有什么用?除非雌雄雙方DNA的同點(diǎn)基因發(fā)生同樣突變,才能讓下一代繼承這種基因突變。它要到哪里找“發(fā)生同樣突變”的雌猿作配偶,好把講話能力(不是現(xiàn)實(shí)的講話能力,是潛在的講話能力)遺傳給下一代?也許亞洲某個(gè)山谷正有一只這樣的雌猿,它怎么碰得到??中性原理和“配偶困難”?使有益的基因突變沒(méi)有機(jī)會(huì)積累(眼睛進(jìn)化同樣遇到這個(gè)問(wèn)題),那怎么為高等動(dòng)物增加新性狀,怎么形成新種??

    因此才說(shuō)后四個(gè)實(shí)驗(yàn)意義重大。凱恩斯實(shí)驗(yàn)、細(xì)菌的天然的基因工程實(shí)驗(yàn)都顯示,基因在環(huán)境壓力下不是盲目隨機(jī)突變,而是主動(dòng)做出適應(yīng)環(huán)境的定向突變。

    如果本文4.4、4.5小節(jié)實(shí)驗(yàn)顯示基因在適應(yīng)環(huán)境上有“主動(dòng)”的一面,那么在4.6、4.7小節(jié)中,這個(gè)“主動(dòng)性”又在提升了,基因會(huì)“互相聯(lián)絡(luò)”,基因還有“預(yù)見(jiàn)性”。

    我們不得不用“智慧”一詞解釋上述這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,明知說(shuō)下去就有陷入“李森科薩滿教”的危險(xiǎn)??墒侨绻@不是智慧,那什么才叫“智慧”?

    可是這一切跟解釋高等動(dòng)物進(jìn)化、化石斷層、眼睛形成等等有什么關(guān)系?關(guān)系是這樣的,既然全世界的基因都一樣?,如果細(xì)菌的基因能感受環(huán)境的壓力(抗菌素等等),高等動(dòng)物的基因一樣能。如果細(xì)菌的基因能主動(dòng)做出適應(yīng)環(huán)境的定向突變,高等動(dòng)物的基因一樣作出。這里的前提必須真正的環(huán)境壓力。當(dāng)全球面臨冰川降臨、全球火山頻發(fā)、小流星撞擊地球時(shí),高等動(dòng)物的基因就在“短時(shí)間”定向突變了。非常時(shí)刻的基因突變甚至涉及全球生物圈。這時(shí)“中性原理”就失效了?!芭渑祭щy”也不存在了。魚(yú)類(lèi)到兩棲類(lèi),爬行類(lèi)到哺乳類(lèi)的進(jìn)化等等,可能就在那時(shí)突然發(fā)生,匆匆結(jié)束。

    5 結(jié)論

    (1)獲得性遺傳只有在真正環(huán)境壓力下才發(fā)生。

    (2)達(dá)爾文進(jìn)化論解釋種內(nèi)演化還是正確的,比如為什么海島上都是短翅膀昆蟲(chóng)(海風(fēng)把長(zhǎng)翅膀的昆蟲(chóng)都吹到海里去了,短翅膀的昆蟲(chóng)更容易傳宗接代),為什么工業(yè)地帶的飛蛾都是黑色的(淺色的容易被天敵發(fā)現(xiàn),黑色變異的飛蛾更容易傳宗接代)。但不適合解釋“跨種”進(jìn)化。達(dá)爾文進(jìn)化論的進(jìn)一步發(fā)展,需要與獲得性遺傳互補(bǔ)。

    (3)獲得性遺傳被“平反”了,那李森科不是“對(duì)了”?否!獲得性遺傳與李森科猶如“化學(xué)”與“煉金術(shù)”之別。撇去他是惡人這一點(diǎn),他搞的那一套都是人為的假的環(huán)境壓力,對(duì)基因沒(méi)有作用。正如上文四個(gè)重要實(shí)驗(yàn)顯示,基因能“感受”,有“預(yù)見(jiàn)”,而且“互相聯(lián)絡(luò)”。當(dāng)然這些用語(yǔ)只是“臨時(shí)用語(yǔ)”,將來(lái)如何用科學(xué)的語(yǔ)言代替這些“臨時(shí)用語(yǔ)”,有待未來(lái)科學(xué)的發(fā)展。

    注釋?zhuān)?/h2>

    ①這只是比方。盡管通過(guò)堿基配對(duì),但不是雙鏈那樣的配對(duì)。RNA和DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)還是有小差別。其一,RNA核苷酸的氫氧根沒(méi)有脫氧,而DNA核苷酸的氫氧根脫了氧,其二,RNA含有堿基有三個(gè)與DNA相同,一個(gè)是DNA沒(méi)有的。物理結(jié)構(gòu)上,DNA序列含幾億幾十億核苷酸,RNA序列只有幾百幾千核苷酸;DNA是螺旋形雙鏈,RNA是直鏈、單鏈,區(qū)別較大。

    ②通過(guò)“逆轉(zhuǎn)錄”機(jī)制,信息可以從RNA傳向DNA,病毒感染人體走的就是這條路線。

    ③馬中:摘譯美國(guó)《讀者文摘》(刊于上世紀(jì)80年代《科學(xué)畫(huà)報(bào)》)

    ④網(wǎng)文:博學(xué)于文,作者:筑思以行,2009-06-25。

    ⑤娜塔莉·安吉爾(美),《野獸之美》,時(shí)事出版社,第131頁(yè)。

    ⑥比如基因在決定植物花型的構(gòu)造時(shí)有所謂“ABC模型”,即A基因只決定萼片,A基因和B基因同時(shí)作用決定花瓣,B基因和C基因同時(shí)作用決定雄蕊,C基因本身決定表皮。

    ⑦任扶搖. 我們身上的絕大部分DNA都是垃圾嗎?[N]. 紐約時(shí)報(bào) 2015-04-11。

    ⑧此例草履蟲(chóng)的突變性狀能遺傳,但DNA結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變,不算嚴(yán)格的獲得性遺傳。

    ⑨此例枯草桿菌的突變性狀能遺傳,但DNA結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變,不算嚴(yán)格的獲得性遺傳。

    ⑩藍(lán)綠藻以及下例噬菌體等DNA結(jié)構(gòu)都有改變,且突變性狀能遺傳,符合嚴(yán)格的獲得性遺傳的定義。

    ?《生物進(jìn)化的新線索》,張尚宏編纂,湖南教育出版社,1997年版,第87-92頁(yè)

    ?、?《進(jìn)化論的重生》,文/洪塵無(wú)跡,天涯社區(qū)2013年4月6日

    ?《科學(xué)家找到細(xì)菌抗藥性原因——細(xì)菌之間能傳遞“互救信息”》,《科技日?qǐng)?bào)》2013年4月29日

    ?關(guān)于有益突變之難,可參考美國(guó)生物化學(xué)家貝希(Behe, M. J)《達(dá)爾文的黑匣子》一書(shū)第111—112頁(yè),此處以血液凝固的生物化學(xué)機(jī)制為例,計(jì)算一個(gè)蛋白(TPA)產(chǎn)生的可能性,算出的幾率為10--18,至少需要100億年才能發(fā)生,所以貝希說(shuō):“很可惜,宇宙沒(méi)有時(shí)間等待”。

    ?、?這一段所有觀點(diǎn)取自英國(guó)華裔學(xué)者蘆笛所著的《再談進(jìn)化論》。

    ?還有一種可能性,這只雄猿找普通的雌猿配對(duì),生下的后代再跟其它普通猿配對(duì),一代代下去,含講話基因的猿會(huì)不會(huì)逐漸多起來(lái)?不會(huì)。遺傳學(xué)有所謂哈代·溫伯格定律(遺傳平衡定律)。這種隱形講話基因的猿與整個(gè)種群比永遠(yuǎn)是極少數(shù),而且遇各種不測(cè),還有絕種可能。

    ?基因種類(lèi)成千上萬(wàn),為全球生物共用。細(xì)菌的(只是代號(hào),不代表真正基因名稱(chēng))A基因,也是大象的A基因,也是玫瑰花的A基因。基因的數(shù)目不同、種類(lèi)不同、調(diào)控機(jī)制不同,造成了生物的區(qū)別。

    [1] 笑蜀. 蘇聯(lián)遺傳學(xué)劫難紀(jì)實(shí)[M]. 廣州: 廣東人民出版社, 2009.

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    [5] (美)貝希. 達(dá)爾文的黑匣子[M]. 北京: 中央編譯出版社, 1998.

    [6] (美)詹腓力. 審判達(dá)爾文[M]. 北京: 中央編譯出版社, 1999.

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