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原文在这里作者:Christine Kenneally, 译者:anselmwang

译者简介:计算机phd在读,科研适应不良症患者。翻译篇科普文章想重新找回对科 学的热情。

要是大自然最精密的创造只是“就那么出现了”呢?“进化”观念的新转折引起了Christine Kenneally 的好奇心。

孟加拉雀是一种家养鸟类,它以其漂亮的羽毛而被人类驯养了几个世纪。孟加拉雀的颜色通常是白色、黑色和褐色的不同组合。但有一种特别漂亮的品种,其羽毛是银色的。它为人称道的特点还有它爱交际、与人友好相处的性格和它那复杂的鸣唱。但是,令人奇怪的是,在野生环境中与它最相似的近缘种白腰文鸟和它大不相同,白腰文鸟的叫声简单、可预测,性情也非常的害羞和胆小。为什么因为漂亮的颜色而被驯养的鸟雀,发展出了其他一些精致的特征呢?

解答孟加拉雀之谜为解决生物学中更一般的问题带来了曙光,这个问题是:自然是怎么创造复杂事物的?我们倾向于认为进化是一场野蛮的竞赛,而行为的复杂性是这场竞争中被锤炼出来的辉煌战略。在跑道上,奔跑者努力超过可怕的气候、凶猛的病毒和饥饿的捕食者。在一切的幕后,DNA不断的复制并匆忙地变形,沿着突变DNA所开辟的道路,某些个体获得了异乎寻常的能力,这使得它们在这场奔跑中取得了竞争优势。可是,如果生物并不以这种方式进化呢?如果大自然最复杂的创造并不是如此辛苦的点滴积累,而更多的来自于一场随意的异想天开呢?

在Terry Deacon看来,与其说复杂性是适应环境的结果,不如说它更多的源于懒惰和幸运。Deacon是生物人类学和语言学方面的知名学者,他目前在加州伯克利大学工作。他对自然选择很感兴趣,但他不关心自然选择能够做什么,反而很好奇一个不经历自然选择的物种会发生什么。他相信,自然选择的缺席以一种重要但不为人知的方式推动着进化过程。事实上,他声称当选择的压力消除时,基因组开始漫无边际的散步,而一组无法预知、引人入胜且相互作用的效应开始展现。他相信这些效应不仅仅包括孟加拉雀的歌声,还包括我们人类的某些特别的身体和精神方面的属性,如我们的技术才华和语言天赋。如果这是真的,那么咱们也许得换个角度看待人类了:从适应环境的角度来看,与其说咱们是进化的顶峰,Deacon认为咱们更像退化的猿猴。

Charles Darwin第一个在他的大作《物种起源》中提出自然选择的概念。当基因变异造成动物在身体和行为方面发生变化,而这种变化又影响了动物生存和延续基因的能力时,自然选择就发生了。某些基因变异有着积极的作用,其它的一些变异可能杀死其携带者,或影响其携带者的后代生存和繁殖的能力。严酷的气候、稀少的食物和无情的捕食者可以使大量个体失去生命,只有那些最适应这一切的个体才能活下来。因此,自然选择的压力越强大,某一物种与它的生态位的适应程度越高。

那么,当压力消失时会发生什么呢?你也许会认为,缺少了进化动力的物种会老老实实的待在原地不变。并不是这样,Decon说。动物继续变化着,因为基因永无休止地变异着。不断被改写的基因为自然选择提供了丰富的差异化素材,自然选择从中挑选胜利者和失败者。当选择的力量降低时,清除不合格者的过程也变得不那么苛刻。这时,一种称作基因漂移的过程开始了。基因的各种变异都丰富起来,拥有各种各样不同特征的生物都得以生存和繁衍。有些老的特征消失可能会消失,有些新的特征又无缘无故的出现,只是因为,它们都无关生死。

Deacon说,这个过程解释了孟加拉雀的歌声。当这种鸟在人类环境中成长时,那些令野生文鸟歌声保持简单的压力都消失了,这些压力包括寻找配偶、觅得食物和寻求庇护等。当影响歌声的基因变异发生时,因为无碍生存,它们被延续了下来。因此,孟加拉雀的歌声比野生文鸟的歌声多出了许多音符,也有了更难以预测的旋律和某种语法。除此之外,野生文鸟的歌声是固定不变的,而孟加拉雀必须通过学习、更多地通过大脑来创造和控制歌声。驯养拓宽了生存的瓶颈,这可以解释为什么雀鸟的歌声发生了变化,可是,为什么这歌声变得更复杂而不是更简单了呢?

Deacon说,从一般生物的发展过程来看,从幼年到成熟的旅程可以视为一系列约束的叠加。基因被表达,身体变得完善,大脑学习并适应,整个个体最终完成整合进入成年。他说,当越来越多的基因被表达,它们的效果也相互叠加起来,个体开始“分化”,变成了一个更加特殊的生物。但是放松的选择弱化了分化过程。“这种放松使得变异可以修改某些基因,或让另外一些失去活性,使得这些基因都不再承载过去所具有的特殊功能。”关键问题是:当生物的基因不再彼此分化,与这些基因相关的特征也一样——从直接的身体表现到复杂的大脑的功能都是如此。“它们变得更加灵活了”,Deacon说,“换句话说,它们变得更不特殊了。”

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Terry Deacon的“不劳而获”理论正在挑战我们关于复杂的特征如何形成的想法。

向歌曲进发

正如Deacon所见,当施加于文鸟的选择变弱时,某些基因对于大脑发展的严格控制被打破了,对歌曲结构施加的神经控制也相应的放松了。当这些变化发生时,大脑的其他部分就有机会影响歌曲的发展和歌唱了。这些影响,一个接一个的让歌曲变得易受大脑感知的影响,例如鸟类对环境的经验。结果是,通过学习而不是根据与生俱来的本能,歌曲变得更加灵活、复杂。

这种“不劳而获”的分析听起来似乎违反直觉,可是Deacon的想法最近得到了计算机模拟实验的支持。这个实验由英国爱丁堡大学的Graham Ritchie和Simon Kirby完成。他们用软件模拟了一个种群,种群中每个个体的生存依赖于它们能够识别其他个体的鸣唱,结果种群发展出了简单不变的歌声。在另一个代表驯养环境的实验中,实验者放松了对于歌声的选择压力,允许每个个体自由选择伴侣而不考虑它们的歌声。结果,这些个体(或者说“实验对象”)发展出了更加复杂和多变的歌声,不同代的歌曲之间又有许多创新和变化。

“人们通常不会注意到的一件趣事是:放松的选择使得扰动非常容易积累下来,从而破坏已有的功能。”Deacon说。“放松的选择可以造成迅速的改变。相比之下,很难通过它积累出一个特殊的让生物变得更好的改变,在这点上,自然选择做得更好。”

驯养并不是降低选择压力的唯一途径。气候、生物食谱和竞争者/捕食者的变化,都可能降低选择压力。Deacon指出一类非常普遍的选择压力降低的情形,那就是当一种生物迁移到一个没有竞争者的环境中。那时,所有的个体都自由的繁殖,基因漂移在塑造这个种群的基因库的过程中扮演了更大的角色。

“这个现象最令人印象深刻的一个例子,”Deacon说,“是原始人类在旧大陆上的迅速扩张,第一次在170万年前的直立人时期,另一次在距今8万到6万年前的智人时期。”这些扩张也许是人类进化的重要时期,去分化过程使我们的基因组做好准备,使我们令人惊叹的行为复杂性成为可能。

然而,放松选择最迷人的形式发生在一种生物主动的抵御自然选择时。这种被称作Baldwinian进化的现象在我们种群的进化过程中扮演了特别重要的角色。例如,在石器和烹饪方面的技术创新使得我们的祖先无须再咀嚼难咬的蔬菜和肉食,这改变重构了我们的外貌。“大的磨牙、厚厚的牙釉,结实的脸部和颚部结构和强壮的颚部肌肉都被彻底削弱了。”Deacon说。接着,农业让食物变得更可口,这降低了自然选择对我们的消化系统提出的要求。随着消化变得更容易,更多的能量可以被用于别的目的,特别是建立和运作一个更大的大脑。我们的祖先一次又一次的使用增强了的认知能力发明出越来越多的技术和文化方面的创新,这些创新又进一步帮助他们抵御了自然选择的压力。

从这个角度来说,放松的选择是包括自然选择在内的更广义的进化动力的一部分。放松的选择允许物种发展出丰富的特征,而随后的自然选择进一步雕琢了这些或其他在新的进化舞台上变得举足轻重的特征。例如,Deacon相信在工具上的每一次创新都放松了对某些特征的要求,又加强了对其他无法预料的特征的选择。

对Deacon来说,人类语言是这种进化动力最引入注目的复杂成果。像孟加拉雀的歌声一样,语言很复杂,语言由后天习得,在不同的个体与文化间,语言的使用方式存在不同,同时,它涉及大脑的许多部分:当我们说话时,许多独立的神经部件必须协同工作。

Deacon相信语言之所以能够产生是由于文化和技术发明减轻了我们祖先所面临的选择压力,就像驯养减轻了对雀鸟的选择一样。Deacon提出,就像雀鸟的歌声一样,我们祖先原始的喊声从严格的基因控制下被解放出来,其他神经系统都开始不同程度的参与语言的构造,语言之门打开了。

人类婴儿的牙牙学语是这种理论的一个例子。牙牙学语的婴儿发出的噪声包含了人类语言中所有可能存在的声音,而不管他们的父母说什么语言。与那些在情绪紧张时发出声音的动物不同,婴儿在放松的时候才嘟嘟囔囔的。Deacon说,发声不受限制,是语言形成的整个故事的一部分。语言全部的复杂性都是由于基因在放松的选择下失去了它们的特殊功能。

其他研究人员并不这么热衷于将目光从自然选择上移开。“也许Deacon是对的,放松的选择在人类进化中扮演了重要的作用,但是很难想象我们可以找到什么与之相关的证据”,来自加州斯坦福大学的人类学家Richard Klein说,“我认为在‘走出非洲’的背后,对于认知和交流的某些方面的积极选择起到了重要作用。”

在罗得岛普罗维登斯的布朗大学,语言学家Philip Lieberman认为基于放松选择的解释完全没有必要。他说:“Deacon引证的所有促成了人类智能的因素,都可以通过达尔文的自然选择进化出来。”你可能并不觉得奇怪,Deacon的观点正掀起波澜,特别是考虑到他对于人类进化过程的彻底颠覆。他不仅改变了我们对于“什么是复杂”的观念,他还颠倒了一些我们关于自身的基本假设。与其说人类是“基因提升的猿”,他建议我们把自己想成退化的种族,与在生存斗争中被锻造相比,我们许多引以为豪的属性是我们在进化的死胡同中混日子的时候出现的。

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当技术创新抹去了我们祖先所承受的选择压力时,语言就出现了。Deacon说:“与其说咱们是遗传上更加进步的猿猴,不如认为我们是一个退化的物种。”

硕果累累的变化

降低的选择压力使得有些基因被毁坏,这些基因不必完全无误的工作了。有些时候这种退化会造成未知的重大后果:有些特征被保护而不受选择影响,其他特征可能更敏锐的感受到选择的压力。结果是,不可思议的进化创新开始了。以维他命C的故事为证据,大约在3500万年前,我们的灵长类祖先停止食用昆虫,反而吃了不少水果。能够从食物中获得大量维他命C意味着个体不需要自己合成了。今天,如果吃不上足够的VC,我们都会死亡。

我们仍然拥有一个叫做GULO的基因,在其他哺乳动物体内这种基因负责合成维他命,但是我们的版本已经变化太多以至于失去了原来的功能。它随机的远离了自己的工作,因为它不再被自然选择绑在原位,加州伯克利大学的Terry Deacon如是说。

然而,Deacon说,由于我们的祖先失去了自身合成VC的能力,他们寻找和消化水果的能力变得至关重要。那些在这种活动中取得成功的人就可以活得更长,产生更多后代,因而使得那些帮助他们更好的获得维他命的遗传特征被广泛传播开。据Deacon认为,这种机制或许能部分解释三色视觉的进化,这种视觉使得我们可以感受到很宽的光谱。牙齿和消化能力的变化也可以由这个机制来解释,这些变化已经成为我们种群的特征。

解放的基因

当自然选择退居幕后,一个或一组基因不再被要求完成它们原本的特殊工作了。这种事情的发生,常常是因为一个基因在繁衍的过程中被偶然地备份了。也许这种备份不能让个体变得更适应环境,但只要备份不影响个体的生存,它们就会被一代代的传下去。以后的某一天,备份部分可能发生变化,也许还有了新功能,如果进化同时又变得严酷,这些新的功能也许能对物种取得进化上的胜利起到积极作用。

基因备份形成了一种生物学意义的头脑风暴——基因原材料被不断地创造出来,这种头脑风暴的结果可以从基因组中观察到。一个常见的结果是原始基因的功能被分解并扩散到新的基因中去。许多基因家族,包括用于建立和主导身体各部分功能分化的HOX基因家族,都是在远古的意外备份中产生的。有些时候一个基因的备份次数影响到外部特征。用于生成淀粉酶的人类基因就是这样,淀粉酶的功能是分解淀粉。在有些种群的个体中,这种基因的拷贝数比其他种群的个体多,前者就更容易消化淀粉(Nature Genetics卷39页1256)。这只是故事的开始,当进化继续时,有些额外的备份退化了,还有一些演变出不同于原始基因的功能。

Christine Kenneally是《The First Word: The search for the origins of language》一书的作者。

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17 Responses to “【小红猪】仿佛来自虚空”

  1. fwjmath说道:

    我留意到了一个词:维他命~~~
    所以问问:anselmwang是来自南岭以南么?~~~

    顺便沙发~~~

  2. 松涛说道:

    我是板凳。。。哈哈哈哈。。。鸟类的进化和其他物种也是一条路上来的。

  3. 桔子帮小帮主说道:

    翻译得好啊,大家没有注意到是计算机同学翻译进化么……
    我觉得对人类学语言的引申解释得很有意思。

  4. windyao说道:

    楼主,有一个小问题。
    译文:
    “是原始人类在旧大陆上的迅速扩张,第一次在1700万年前的直立人时期,另一次在距今8万到6万年前的智人时期。”
    原文:
    is the rapid expansion of hominids into most of the Old World, first with Homo erectus at 1.7 million years and then again with Homo sapiensbetween 80,000 and 60,000 years ago.

    应该是170万年,而不是1700万年吧。

  5. sunny0302说道:

    翻得真好!进化的问题的确很复杂,我个人认为进化论不能解释一切。想起了六人行里面Ross和Phoebe的争论。

  6. cs说道:

    标题很好,又让人想起那篇Grothendieck 传记

  7. renard说道:

    我怎么就联想到如果毕业压力的约束减小就会让我每天的生活更丰富多彩呢,嘻嘻
    另外,插图so cool~~

  8. 小姬说道:

    作为一个退化了的物种,我平时要全身心放松地看松鼠会的文章,这样能够吸收更多的知识。

  9. thxrd说道:

    进化论的补充

  10. destinio说道:

    如果"走出非洲"的理论正确,那么直立人的进化跟我们有关系吗?

  11. anselmwang说道:

    有这么多人看!!而且还有表扬!谢谢桔子认真修改,谢谢找bug的朋友,谢谢大家。开心的不行,我决定过两天再认领一篇。

    To fwjmath:
    俺地理特别差,专门查了一下。我不在南岭以南,其实我一直都不知道vitamin的正确写法是啥,所以让输入法帮我决定了。。。

    To renard:
    如果没有毕业,我就是世界上最幸福的人啦。不是最幸福的phd。

  12. 陆压说道:

    遗传漂变不是很通常,而且作为选择的基础么?选择压力不同自然会有不同的结果,而人们对婉转丰富叫声的喜爱自然也是一种压力。另外,习得和复杂的策略,莫非不是更大(?)的选择压力的结果?

  13. isaac830830说道:

    有点shocked...

  14. 黑太说道:

    人们更愿意喜欢那些叫声好听的。

    虽然对于鸟儿自身的个体生存能力根本没什么意义。

    这也是压力

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