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达尔文也许是最有名的生物学家之一。关于他的进化论,可能很多人还记得高中学过的一些要点:过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存。我们甚至可以很自如地用进化论来解释身边从创业环境到恋爱结婚等等一些列社会现象。

进化论真的这么简单好用吗?那么,达尔文发表《物种起源》之后的二百年来,演化生物学家究竟在忙些什么呢?

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在科学松鼠会和安城文化沙龙合作的讲座中,密歇根大学演化生物学博士卢平(微信公众号:卢平的神奇生物)告诉我们大自然通过演化创造出神奇生物的过程比我们想的还要神奇。

趋同进化和趋异进化

关于某一个物种的神奇之处,你可能跟我一样,在“物种日历”、《动物世界》之类的地方碎片化地学习了很多。看得越多,可能越会困惑:同样叫“达尔文雀”或者“加拉帕戈斯雀”,但为什么几个相近的物种长得不一样?为什么同样叫“鼹”,有的跟大象是近亲,有的却跟老鼠是近亲呢?为什么很多我们常见的哺乳动物都能找到一个跟它对应的有袋的动物呢?

这就要说到演化的两种模式了:趋同演化和趋异演化(辐射演化)。就像这两个名字一样,趋同演化就是两个物种,因为他们碰巧处在类似的生态位(生活环境、饮食习惯等等综合因素确定一个生物在生态环境中的位置),尽管他们来自不同的祖先,生活在两个“平行世界”,但是却可以拥有相似的外表。于是,在掌握DNA测序技术之前,人们看脸给生物命名时,就经常会出现这种张冠李戴的错误。(由于拉丁学名是由属名加物种名,而属名可以纠正,所以不会出现这种问题。)趋同演化是脸盲患者的重灾区。

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而趋异演化则是同一个祖先物种选择了不同生活方式,渐行渐远,最终分道扬镳形成多个物种。

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演化的要素

物种的特性能够一代一代地传承是基于 DNA 的信息,而代际间的变化也是因为 DNA 携带信息的突变。卢平把突变叫做“演化之源”。

DNA 在复制的过程中会出现错误,这些“错误”就是突变。

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有了这些演化所需要的材料,环境就可以用它看不见的手来进行“选择”。“选择”便是“演化之手”。

很难想象,这么细微的变化是怎么产生复杂器官的。放到几亿年的维度,一切就有了可能。比如,眼睛一开始只是一个感光点。慢慢变成一个有弧度的“杯具”,便可以感受光源的方向。这样一点一点积累下去,便有了现在复杂的生物。

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可是天有不测风云。恐龙再好的基因也抵不过小行星撞击地球。这种小概率随机事件被称为“漂变”。

讲到这里,现场有人提出,小行星撞地球究竟是选择还是漂变呢?因为小行星撞地球确实是小概率事件,但是有些生物灭绝了是因为不适应撞击后的环境。大家讨论了一会儿以后决定,小行星撞地球的瞬间死掉的生物应该算是“漂变”,之后由于地球环境改变而死掉的物种算是“选择”。

“适者生存”,那么怎样才算“适者”呢?“适合度(fitness)”就是我们的“演化之尺”。适合度约等于可育后代的数量。说到这里,不妨想一想,你对人类的适合度做了正面还是负面的贡献?

演化的平衡和物种的策略

人类比单细胞生物高级吗?答案是否定的。我们只是拥有不同的生存策略。

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对于个体较小的生物,它们拥有庞大的种群数量和频繁的代际更替,所以有大量丰富的突变并且可以迅速在代际间积累,竞争也很激烈。所以它们的进化以选择为主导。而对于人类和其它哺乳类动物,相对于单细胞生物而言,竞争和选择的强度没那么大。这些进化就以漂变为主导。

有趣的是,因为这个原理,在低等生物的基因组中少量存在的“垃圾序列”却大量存在于人类等高等生物基因组中。

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沙龙现场有同学用密码学的原理解释了这个现象。在密码中加入大量冗余信息可以防止信息被篡改。这也是为什么高等生物纵使拥有复杂的基因组也能保持性状稳定。

身边的生态和演化

就像不要以为自己的生存策略比其他生物高级一样,也不要以为自己很了解他们。与其把淡水生物放生到海水中置于它们死地,不如保护它们的家园,让它们自由地生活。

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流浪猫狗由于被人类驯化,误入自然界后,也会破坏生态平衡。

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环境一旦破坏,再恢复就难了。美国虽然有大量来自欧洲的疣鼻天鹅,本土的黑嘴天鹅却一度濒临灭绝。

一千个人有一千种演化论的使用方式

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伟大的理论不止能为大学在几百年间持续创造 Ph.D. 岗位,更能启发其他领域和普通人的生活。工学院的沙龙听众看到了变异中存在的信息传递和密码学;医学院的听众看到了癌细胞在体内的变异和选择;而对于大多数听众而言,又学到了一个让他们为自己或者单身朋友的终身大事操心的新词:fitness。

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3 Responses to “科学松鼠会走进美国 | 达尔文之后的演化学家,都在干些啥?”

  1. 匿名说道:

    无用之用 灰常0.618 N 失眠的水母 人工智障

    国庆快乐

  2. 郑瑞飞鸿说道:

    祝大家国庆快乐! ! !

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