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杨晗之

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生命演化可以重新来过吗

2012-09-18 15:00:57

如果我们能够让时光倒流,回到5亿年前,让地球生命演化过程重新来过,将会是什么样呢?还会有人类吗?还会有地球上现在的生物吗?让我们听听专家怎么说。

 

生命演化可以重新来过吗

文/王

我们熟知的达尔文生物进化论认为,地球生命在物种和形态上随时间的变化与自然选择有关,只有适应不断变化的自然环境的变种才有机会生存和繁衍。这样看来,历史上生命的演变谈不上是“进”还是“退”,生物进化论似乎更应该称之为“生物演化论”。

 

达尔文的理论摒弃了关于生命演化方向的描述。那么,生命演化真的没有方向性吗?如果让生命演化重新来过,会出现什么样的情景呢?

 

生命演化难重演

如果我们能够让时光倒流,回到5亿年前,让地球生命演化过程重新来过,将会是什么样呢?提出这一疑问的美国著名古生物学家史蒂芬·杰伊·古尔德认为,生命史可能不会重演,整个世界将大变样,甚至可能不会出现人类。也就是说,生命演化有着较强的随机性和偶然性,并不具有某种特定的方向。例如,基因突变的发生是不可预测的,而在有性生殖过程中基因的组合是随机的。

 

古尔德的观点属于正统的演化论范畴。然而,关于生命演化,人们的直观感受往往难以与上述观点相一致。在我们的感觉中,随着时间的推进,生命确实在不断向前发展。生命起源经历了从无机物到有机物,再到生物大分子体系,并最终形成原始细胞的漫长历程。早期生命都由单细胞构成,而现在的生物体可以包含数十万亿个细胞。从由单一类型细胞构成的单细胞生命到由120种细胞构成的哺乳动物,细胞的种类在不断增加。除此之外,大脑的容量也在不断扩大。在过去5万年里,人类通过艰苦劳动和自我创造更加速了这一趋势。那么,这是不是意味着生命在不断地朝着最优的方向进化呢?

 

古尔德和他的追随者们承认,地球生命的演化过程包含了一个生命的尺度、复杂性和多样性不断增长的过程。但是,他们不认为这是由于演化具有内禀方向性。相反,他们认为这只是假象。早期生命非常简单,随着变种的增加,一些有机体不可避免地变得更复杂。人们选择性地将注意力都集中在这些较复杂的变种上,从而坚信生命的演化是朝着进化的方向前进。

 

古尔德在他的经典著作《奇妙的生命》中写道:“生命并不是一个想当然的进化阶梯,它就像一处枝繁叶茂的灌木丛,不断被死神的镰刀肆意修剪。”灌木丛自身的自由随机生长属于演化,而最终逃过镰刀修剪的炼狱涅  而生的才是进化。古尔德还讽刺了人类的自大,认为人类只是一系列偶发事件的产物,并非进化的顶端。他甚至写道:“我们人类的出现只是生命演化过程中进化树上的意外产物,就好像圣诞树上华而不实的小摆饰。”

 

生命复杂性在增加

关于生物演化,一直存在着不同的声音。其中,一些科学家一直尝试重构生命演化前进方向的观念,并试图在理论上做出解释。他们希望能够证实古尔德的观点过于黯淡,一些特定类型的生物在演化过程中的进步并非出自偶然或来自想象,而是由物理学定律决定的必然事件。例如,美国威斯康星大学分子生物学教授肖恩·卡罗尔就认为,一些物种必然会向上发展。

 

持有生命具有特定进化方向观点的理论工作者,也认同生命复杂性的被动增长。不过,他们认为,存在使生命演化朝着生物复杂性上升方向发展的驱动力。通过定义某些客观条件来描述进化历程,或许可以用于解释进化发生的必然性。于是,他们试图确定一种重新审视进化的新方法。然而,这是出了名的仁者见仁、智者见智的难以界定的难题,具体如何计算进化的进展程度,取决于如何定义它。例如,更高的复杂性似乎对人类更有利,但对寄生虫类等许多生物而言,生存的关键在于减少复杂性。

 

对此,哈佛大学天体物理学家埃里克·蔡森提出了能率密度的概念,即测量体系当中单位时间单位质量内流过的能量。一颗恒星整体上能率密度约2尔格/(克·秒)(1尔格=10-7焦耳),远低于一棵室内植物的30006000尔格/(克·秒)。这看起来似乎很不合常规,但实际确实如此,因为恒星只是轻质气体组成的大气球。人体的能率密度则更高,大约在2万尔格/(克·秒)。人类社会同样也可以用此来描述。蔡森估计,原始狩猎-采集社会的平均能率密度为4万尔格/(克·秒),而现代工业社会则为200万尔格/(克·秒)。

 

蔡森认为,无论是行星、恒星、动物或是人类社会,能密率度普遍适用于所有有序系统的复杂性度量。而且,当用这些有序系统的能率密度与其在宇宙中首次出现的时间作图时,他发现图中的曲线很清楚地呈上升趋势,表明随时间增长复杂性程度总是在增加。

 

但是,热力学第二定律表明,世界不可避免而且不可逆地朝着无序的方向发展。这样看来,生命进化及其复杂性的上升是不应该发生的。然而,西班牙巴塞罗那大学物理学家米格尔·鲁比指出,热力学第二定律严格来说仅仅适用于实际几乎不存在的平衡系统。局部复杂性的提高不仅不违反热力学第二定律,相反它是该定律自身的要求,有序能够并且一定从混沌中自发产生。例如,地球由于受阳光照射,在地表会产生能量梯度。当能量梯度出现时,即便整个系统趋向于无序,仍然会出现一些复杂性增加的局部区域。因此,能量梯度成为热力学第二定律的一个后门,它允许生命从中产生并变得越来越复杂。

 

生命之路在何方

任何有关生物演化的理论都必须能对生物大灭绝事件的影响做出解释。各种难以预测的影响全球的突发事件的发生,对任何进化观点都会提出挑战。如果恐龙不是因为陨石撞击而灭绝,哺乳动物就没有机会“上位”,人类也不会出现。英国剑桥大学的古生物学家西蒙·莫里斯对上述偶然事件对生物进化的影响持反对意见。他认为,大灾变尽管延缓或加速了进化进程,但这种影响并不显著。即使致命的陨石安全地绕过了地球,由于冰期的出现,恐龙也只能多生存3000万年。寒冷的天气会使生活在热带地区以外的恐龙死去,这为温血的哺乳动物及鸟类开启更大的生存空间。而热带地区幸存的恐龙也迟早会被人类等后期进化出现的会使用工具的生物所猎杀。因此,不论出现什么样的大灭绝事件,生命演化的过程不会发生大的改变。灾害可能会使进化的脚步延缓甚至倒退,但随后的进化最终还是会再次发生。灾害也可能为新物种的出现提供机会并加速进化过程。不论是这两种情况的哪一种,其进化结果不会有什么本质上的差异,只不过时间上会有所改变。

 

上述观点如果能站得住脚,那么进化论将需要进行重大修改和扩充。一部跌宕起伏的生命发展史不仅是演化,更是进化。这将具有深远意义,因为进化不同于演化,它具有方向性。正如一粒橡树的种子会长成一棵大树,一个胚胎会变为一个幼崽。尽管它们最终的样子不能被完全预知,但一定是被严格约定的。这里的进化方向和自然约束并不包含任何人为设计和意图,自然进化的结果是复杂性的出现。更重要的是,如果将进化观点引入生物演化论,将会为我们对人类自身的存在提供新的视角。智力以及智力的产物(如语言、科技等)都将被视为宇宙演化的必然产物,而不是偶然事件。人类远非进化树上华而不实的装饰物,而更可能是物质世界变迁之路上需要的甚至不可或缺的一个重要环节。

 

总之,以现代生命科学和古生物学为支撑的达尔文生物演化论坚持认为,地球生物的现状是生命与环境协同演化的结果,没有特定的进化方向;一些反对者则声称,达尔文生物演化论的支撑体系描述的都是一些小范围内的事件,在大的时间和空间尺度上,生命演化是朝着以复杂性为特定方向的进化过程。地球生命的演化是否具有方向性?生命最终将走向何方?争论仍在继续。

 

 

 

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