進(jìn)化論也在進(jìn)化（一）

淺草

我們對(duì)進(jìn)化的理解始于達(dá)爾文“適者生存”的自然選擇學(xué)說。這一學(xué)說解釋了為什么某些個(gè)體能夠生存下來，而另一些卻被淘汰。接著，遺傳學(xué)解釋了其背后的機(jī)制：生物體的變化是由基因突變引起的;突變是隨機(jī)的，沒有方向性的;自然選擇像一雙看不見的手，選擇出最能適應(yīng)環(huán)境的個(gè)體。

現(xiàn)在，事情正在再一次發(fā)生變化，遺傳學(xué)、表觀遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和其他領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)，正不斷地豐富這個(gè)迄今最偉大的學(xué)說，并為其增添新的復(fù)雜性。

1、基因并不能決定一切

1990年，一個(gè)國際合作的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開展了一項(xiàng)雄心勃勃的研究計(jì)劃。他們打算對(duì)整個(gè)人類的基因組進(jìn)行測(cè)序，以確定33億個(gè)堿基對(duì)的順序，我們知道，正是這些DNA上的堿基負(fù)責(zé)編碼我們身上的每一種蛋白。人們以為這項(xiàng)工作最終會(huì)把人之為人的秘密揭示出來，所以對(duì)其抱著巨大的希望?？紤]到我們物種的復(fù)雜性，預(yù)計(jì)人類的基因組里至少包含10萬個(gè)基因。

這個(gè)名為“人類基因組計(jì)劃”的項(xiàng)目在2003年就公布了結(jié)果，比計(jì)劃提前了兩年。但它揭示出的結(jié)果卻有些出人意料：人類的基因大約只有2.2萬個(gè)，比原先設(shè)想的少了很多，而且與其他哺乳動(dòng)物相比，人類在基因數(shù)量上并沒有什么優(yōu)勢(shì)。

與此同時(shí)，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，人類基因的這份“藍(lán)圖”并不能說明我們的一切。因?yàn)檫@些基因，在我們身上并不是都起作用的，有的活躍，有的處于休眠狀態(tài);即使活躍的，也有活躍程度上的差別;所以，盡管一條DNA所包含的基因不變，但仍可以以無數(shù)不同的方式表達(dá)，就好比一架鋼琴，憑著26個(gè)鍵，可以彈出無數(shù)美妙的樂曲。所以，不是基因組中基因的數(shù)量，而是不同基因通過“活躍/休眠”形成的組合的豐富性，創(chuàng)造了生命的復(fù)雜性。

過去有一種論調(diào)，說基因決定我們的一切。但我們對(duì)遺傳學(xué)了解得越多，就越清楚“基因決定論”（即基因單獨(dú)決定我們的命運(yùn)的說法）是一個(gè)神話。對(duì)于一組給定的基因，基因本身沒變，但自然環(huán)境可以激活某些休眠的基因，也可以關(guān)閉某些活躍的基因，從而產(chǎn)生多種可觀察的特征（即表現(xiàn)型）。北極狐的毛色隨季節(jié)而變化，捕食者的存在使得水蚤長出一個(gè)保護(hù)性的頭盔和脊椎，都是這方面的例子。

即使是社會(huì)環(huán)境的變化也會(huì)促成基因表達(dá)的轉(zhuǎn)變。例如在胡蜂中，當(dāng)蜂王去世后，最年長的工蜂會(huì)把自己變成新的蜂王。但它并不是唯一做出這一回應(yīng)的個(gè)體。事實(shí)上，當(dāng)蜂王去世時(shí)，所有工蜂體內(nèi)的基因表達(dá)都會(huì)發(fā)生暫時(shí)性變化，就好像它們?cè)跔?zhēng)奪遺產(chǎn)繼承權(quán)一樣。

這些變化發(fā)生時(shí)，基因本身沒變，改變的是表達(dá)方式，而這一改變，又是環(huán)境作用的結(jié)果。遺傳的這種可塑性和靈活性，是種群和物種生存的關(guān)鍵。

2、進(jìn)化能力也可以學(xué)習(xí)

標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)化論告訴我們，進(jìn)化是盲目試錯(cuò)的過程：大自然制造出大量性狀不同的個(gè)體，然后交付環(huán)境，由環(huán)境決定它們的生死，只留下最適合環(huán)境的個(gè)體。

但是，假如進(jìn)化是盲目的，地球上的生命是如何在38億年的時(shí)間里進(jìn)化出如此美麗、復(fù)雜的生物的？拿眼睛來說吧。眼睛是那么精巧復(fù)雜，只要一個(gè)“零件”出錯(cuò)，整部“機(jī)器”就報(bào)廢。單靠盲目試錯(cuò)，怎么能“組裝”出這么精巧的裝置？比如說，視網(wǎng)膜好不容易進(jìn)化出來了，可惜晶狀體還沒有，那么視網(wǎng)膜還是一點(diǎn)用處都沒有，將被大自然作為無用之物拋棄，一切都要從頭再來。只有等包括晶狀體、視網(wǎng)膜在內(nèi)的整只眼睛進(jìn)化出來，證明對(duì)生存有用，才能被保存下來。假如決定一只眼睛有用的條件有10項(xiàng)，那么這10項(xiàng)必須全部滿足才行。假如是由工廠加工，在生產(chǎn)流水線上一項(xiàng)一項(xiàng)完成是不難的，但現(xiàn)在卻是盲目地試錯(cuò)呀，這個(gè)成功的概率實(shí)在太小了。以往進(jìn)化論給出的答案是，自然界中大量的隨機(jī)突變一直在發(fā)生，進(jìn)化的時(shí)間又如此漫長，所以通過盲目的試錯(cuò)產(chǎn)生任何精巧復(fù)雜的東西都不足為奇。

但也有人對(duì)此不服。比如，與達(dá)爾文幾乎同時(shí)提出進(jìn)化論的英國博物學(xué)家華萊士，就求助于某個(gè)超自然的神靈，譬如說智慧的造物主。他說，就好比精巧的鐘表離不開鐘表匠的精心設(shè)計(jì)，必定有一個(gè)智慧的造物主在有序地引導(dǎo)地球生命進(jìn)化。這種觀點(diǎn)在歷史上叫“智慧設(shè)計(jì)論”。但智慧設(shè)計(jì)論太接近神創(chuàng)論，長期以來不被科學(xué)界接受。

人類基因組計(jì)劃揭示的結(jié)果是，人類的基因遠(yuǎn)比設(shè)想的少。

由于遺傳的可塑性，在胡蜂中，當(dāng)蜂王去世時(shí)，最年長的工蜂會(huì)把自己變成新的蜂王。

有沒有更好的回答呢？最近，英國生物學(xué)家理查德·沃森等人提出一個(gè)很有新意的觀點(diǎn)。他們說，地球上的進(jìn)化在最初可能是盲目的，但經(jīng)過數(shù)十億年，已經(jīng)變得聰明起來了。換句話說，進(jìn)化能力是可以通過學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)來提高的。

讓我們先來解釋一下何謂“進(jìn)化變得更聰明”。前面提到，進(jìn)化是一個(gè)試錯(cuò)的過程。如果試錯(cuò)在任何時(shí)候都是盲目的，那當(dāng)然，進(jìn)化一點(diǎn)都不聰明，其盲目亙古如斯。但如果試錯(cuò)具有一定的選擇性，我們就說“進(jìn)化變得更聰明”。拿動(dòng)物前、后肢的進(jìn)化為例。我們知道，每一種動(dòng)物的前后肢長度是有一定比例關(guān)系的，不符合這個(gè)比例關(guān)系就容易被大自然淘汰。但大自然事先并不知道這一比例關(guān)系，它只能通過大量的試錯(cuò)來選擇。如果前、后肢的進(jìn)化彼此不相干，兩者長度的組合那么多，試錯(cuò)的范圍就太大了。但如果前、后肢的進(jìn)化是相關(guān)的，偏離正常比例太遠(yuǎn)的組合壓根兒不出現(xiàn)，那么試錯(cuò)范圍就大大縮小。我們說，這種情況下，進(jìn)化變得更聰明，更高效了。

那么，進(jìn)化為什么可以學(xué)習(xí)，又是怎么學(xué)習(xí)的呢？沃森等人的靈感來自大腦科學(xué)。

學(xué)習(xí)本質(zhì)上并不神秘。我們知道，大腦是由神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，學(xué)習(xí)涉及到調(diào)整神經(jīng)元之間的連接（加強(qiáng)或削弱），當(dāng)一個(gè)連接被使用次數(shù)越多，就越牢固。

一個(gè)生物體上的基因也形成類似的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。最近的一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，每一個(gè)基因并不是單獨(dú)發(fā)揮作用的，它的活動(dòng)受到其他基因的調(diào)控;生物體的一個(gè)特征，往往取決于許多基因的共同作用;這些基因的共同作用，形成一張錯(cuò)綜復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò);而自然選擇對(duì)于如何選擇建立一張最有效的基因網(wǎng)絡(luò)（像建立一張神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣，哪些基因應(yīng)該參與，哪些基因之間的聯(lián)系需要加強(qiáng)或削弱，等等）有決定權(quán)。

還是以動(dòng)物前后肢的進(jìn)化為例。假如決定前肢長度的基因?yàn)锳，決定后肢長度的基因?yàn)锽，在多次試錯(cuò)之后，因?yàn)樽匀贿x擇青睞那些A和B已建立起聯(lián)系的基因網(wǎng)絡(luò)，所以那些A和B沒建立聯(lián)系的基因網(wǎng)絡(luò)就被淘汰了。這樣，就大大地縮小了試錯(cuò)的范圍。由此，我們可以說“進(jìn)化變得聰明了”。

考慮到基因之間有著網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)系的這一特征，沃森和他的同事們建立了一個(gè)電腦模型來模擬自然選擇。不出他們所料，進(jìn)化就像人工智能一樣，可以通過學(xué)習(xí)，強(qiáng)化最佳的嘗試，來使自己變得“聰明”。而且這種能力的獲得，不必求助于超自然的神靈，是自然發(fā)生的。

進(jìn)化并非是一味盲目的;進(jìn)化可以通過學(xué)習(xí)，擁有某種智慧的特征;這就比較滿意地回答了本文最初那個(gè)問題——“地球上的某些生命何以能進(jìn)化得如此復(fù)雜、精巧？”（未完待續(xù)）