无尽的领域
在生命的历史中,五年只是一瞬间。但是对于我们人类来说,五年却占很大一部分。《演化的故事》在2001年首次出版,那时的生命与今天已非常不同。我们今天的谈话充满了专名和通名博客、基地组织这些词在五年前还未出现。五年中科学也取得了巨大的进步。我们对自然世界有了更多认识,从干细胞到其他恒星系里的行星。我们也掌握了更多关于生命如何演化的知识,这要感谢2001年以来数以万计新发表的科学论文。
这些关于演化论最激动人心的最新研究成果,正是建立在我写在本书中的那些成就的基础之上:从早期的生命演化到物种大量灭绝,从雄性和雌性的共同演化到寄主和寄生物之间的军备竞赛。但是对我来说,这部作品中最令人印象深刻的是书的最后一部分:人类的演化。它之所以激动人心是因为它与我们休戚相关。
在2001年,人们已经清楚地知道,与人类最接近的生物是黑猩猩和倭黑猩猩(bonobo)。这种认识,是基于20世纪90年代对人类和其他动物DNA片断的研究而出现的。科学家比对这些片断,得出了一个演化树,并确定了哪个分支最接近我们自己。这些研究也使科学家可以估算出我们的祖先从什么时候脱离其他猿类。在数百万年中,突变以一种大致有序的步伐积累在物种的DNA上。因此,科学家通过比较从一个共同祖先演化而出现的不同物种,来阅读分子钟。在人类和黑猩猩的案例中,科学家估计他们共同的祖先生活在500万年到700万年前。
但是如果这个分子钟是正确的,那就意味着史前人类学家有很多事情要做。在2001年,已知最古老的原始人类这个物种在演化树上属于我们自己短短细细的那枝是一种被称作拉密达地猿(Ardipithecus ramidus)的物种。在埃塞俄比亚发现的它的化石,已有440万年之久。如果分子钟是对的,那这个化石事实上可能也不算多古老,原始人类可能在那之前的250万年前就出现了。
当《演化的故事》首次出版时,那250万年是一个巨大的空白。但是就在这五年中,这个空白已经由三种不同的原始人类物种填补了。在2004年,发现拉密达地猿的那个研究小组在埃塞俄比亚同一地点发现了一种更古老的物种。他们把它命名为卡达巴地猿(Ardipithecus kadabba),这个物种生活在570万年前。同时,在肯尼亚,另一个古人类学家研究小组发现了670万年前的化石,他们称之为图根原人(Orrorin tugenensis)。而在荒无人烟的撒哈拉大沙漠,第三个研究小组发掘出了保存极好的第三个物种的头骨,据估计这个物种大约生活在距今600万到700万年前。他们将这一物种命名为乍得沙赫人(Sahelanthropus tchadensis)。
这些发现提供了一个关于演化生物学家如何创造和检验假说的案例。按照五年前得到的DNA证据,人们预计古人类学家应该发现时间在大约500万到700万年之间的人类化石。人们甚至可能会预言那些化石会在非洲出土。因为,所有超过200万年的原始人类化石都来自非洲,就像离原始人类、黑猩猩、倭黑猩猩的化石最近的物种都是来自那里的一样。这两个预言都被证明是正确的。
然而,科学发现并不仅仅是要证实旧的假说,它们也引发关于自身的新争论。一些科学家认为这些新的原始人类化石是早期物种巨大的多样性的第一条线索。这些科学家认为,生命树上的原始人类分支原本有一个浓密的基础,但其中很大一部分都由于物种灭绝而被砍掉了。另一些研究者认为并非如此。他们认为原始人类的演化并不那么繁茂,而且他们将地猿(Ardipithecus)、原人(Orrorin)、沙赫人(Sahelanthropus)归于同一个属。对于他们来说,原始人类的这一分支应该看起来接近于一条直线。
另一个对于新化石的疑问是,第一个原始人类看起来是什么样子?早期的原始人类直立起来可能跟黑猩猩一样高,而且大脑尺寸也跟黑猩猩相同(是我们现在大脑的三分之一)。但是他们在一个重要方面可能已经和黑猩猩以及其他现存的猿有所不同了:他们可以直立行走。原始人类的大腿骨被认为已经可以稳固地支撑自己上半身的重量了。对沙赫人的认识仅仅来自头骨,但这也给我们提供了他们是两足动物的线索。这一线索来自头骨底部通常是脊髓通过的孔,也就是枕骨大孔(foramen
magnum)。枕骨大孔的位置反映出现存的各种猿类的行走方式。黑猩猩采用后背前倾的方式用关节支撑行走,所以它们的枕骨大孔位于头骨的背部。人类用后背直接支撑自己的头部来直立行走,因此人类枕骨大孔的位置在头骨的底部。沙赫人的枕骨大孔的位置和人类的很接近,可以支持他们直立起来。换句话说,在原人动物化石显示的时代,他们可能已经直立行走了。因此,行走方式的演化可能是把原始人类与其他猿类区分开来的首要变革因素。
当古人类学家在非洲搜寻有关人类演化的化石线索时,其他科学家开始研究我们的DNA。他们的研究由于2001年人类基因组的公布而分外引人注目。相比从前只能关注少数的DNA片断之外,科学家现在已能够分析全部的30亿个编码。他们也能够将人类的基因组和上百个其他物种的基因组进行比较,包括老鼠、鸡、斑马鱼,以及黑猩猩。既然这些物种都是生命树上的一枝,那么科学家就能够通过比较不同的基因组来发现我们基因的历史。
这一新的研究使我们更加明确黑猩猩是与我们最接近的物种。在相当长的片断中,这两个基因组几乎是完全一致的。大部分情况下,这些片断承载着制造蛋白质编码的基因。更值得一提的是,人类和黑猩猩还共有一些相同的破损基因。
关于破损基因最显著的例子之一来自我们的鼻子。所有的哺乳动物都有数以百计的基因来制造鼻子神经末端的气味接收器。这些基因因意外复制而演化。当单个基因成为两个时,起先这两个基因是为同一个气味接收器编码的。但是其中一个发生了突变,改变了接收器获得气味的能力。如果接收器因突变而能力变差,自然选择便倾向于删掉这个基因。但是在某些情况下,突变使接收器获得了捕捉新气味分子的能力,扩展了哺乳动物的嗅觉。经过上百万年的时间,这一过程使负责为气味接收器编码的基因变成了一个庞大的家族。
老鼠、狗和其他哺乳动物都非常依赖它们的嗅觉,几乎所有与之相关的基因都正常工作。但是黑猩猩和人类的大部分气味接收器基因都有缺陷。它们完全无法形成接收器。科学家基本上同意这些突变基因积聚在我们的基因组中是因为古代猿在演化过程中越来越少用到它们的鼻子,而更多地依赖它们的眼睛,因此,黑猩猩和人类共享一个由共同祖先留下来的奇怪遗产:破损基因。
从化石到基因,过去的这五年,我们置身于雪花般纷多的新证据中,证明我们和猿有共同的祖先证明我们是演化的产物,和地球上所有其他的有机物一样。但是这一消息显然没有传到犹他州参议员克里斯·巴塔斯(D.Chris Buttars)那里。在2005年,巴塔斯在《今日美国》上发表了他的意见:演化论,声称人类是由其他物种演化而来的,这一理论的漏洞比用钩针编织的浴缸还多。
不顾科学家在过去五年所描述的所有新化石更别说早些时候发现的数千件原始人类化石巴塔斯竟断然声称并没有任何科学的化石证据把猿跟人联系在一起。他甚至都没有提到藏在DNA中的人类演化的证据。显然他的反驳根本不值得回应。
2005年,当巴塔斯发起了一场要求改变犹他州生物教学课程的运动后,他引起了全国的关注。他希望老师不要把演化论作为今天物种多样性的唯一可行的科学解释。他希望学生同样也能够学到他所谓的神的设计。
巴塔斯还并不是很清楚神的设计的意思。根据《盐湖论坛报》的报道,巴塔斯相信上帝是造物主,但是他的创造物在自己的物种内部发生了演化。
巴塔斯在报纸上说:我们有不同的狗和猫,但是你从没见过狗猫。
就算不管狗猫到底是什么,我们也不难得知巴塔斯的脑子里在想些什么。在《演化的故事》中,我描述了在20世纪80年代神创论是如何在法院遭到惨重失败的。法官认识到创世科学(creation science)事实上是一种宗教,因而它没能在课堂中占领一席之地。一些创世论者打算把很多他们的旧理论重新包装,不再明确提到宗教,而是赋予它们一个新的名字:智慧设计论(Intelligent design)。1989年,智慧设计论的鼓吹者们出版了《关于熊猫和人》(Of Pandasand People),他们打算将这本书作为九年级学生的教材。像西雅图发现研究院(Discovery
Institute of Seattle)这样的机构,开始宣称智慧设计论是一种切实可行的演化论的替代理论。 1999年,堪萨斯州管理?员会的保守派成员严肃认真地对待了这一想法,并决定起草修改州教育标准。这种修改可能引起对于演化论的怀疑和不确定。在某些情况下,他们其实就是把演化论从标准中整个剥除了连同对地球年龄以及宇宙大爆炸理论的讨论一起。他们的提案引起了全球的关注,并有可能导致了创世论者联盟成员在2000年的几次落败。
然而,故事并没有在这里结束。在下一轮的选举中,管理?员会曾经往回摆动,但接着又再次被推向前。2005年10月,堪萨斯州教育?员会最终通过了他们新的教育标准。这一修改其实已经延伸到了演化论之外,而变成重新定义科学本身。原先,堪萨斯州的标准是科学是人类为在周围世界中观察到的事物寻求自然之解释的一种行为这一定义被几乎所有的主流科学家组织所认可。但是新标准不再将科学限制在自然界。教育?员会将科学重新定义为一种运用观察、检验假说、测量、实验、逻辑论证和理论建设的手段,为获得对自然现象更充分的解释,而进行不断地调查的系统化方法。关于世界的超自然解释在科学中获得了一席之地至少是在堪萨斯州。
在过去的五年中,其他州也尝试过停止或至少减少在公立学校中关于演化论的教学内容。而2004年10月,宾夕法尼亚州多佛尔市的一个乡村学校则更进一步,开始推行智慧设计论。当地的教育?员会给他们的新科学课程加上了这样的说明:学生将意识到在达尔文理论和其他演化理论之间的分歧/问题,这些其他理论包括智慧设计论,但并不仅限于此。
教育员会还要求老师在多佛尔市所有的生物课堂上大声宣读一种声明,即:演化论只是一种理论,而不是事实。这混淆了事实和理论两者的本质。
智慧设计论是一种不同于达尔文观点的关于生命起源的解释。声明中继续说道,如果学生试图了解智慧设计论到底包括什么,《关于熊猫和人》一书为他们提供了了解这种观点的途径。所有的理论都一样,学生应该被鼓励持有一个开放的心态。
多佛尔的科学教师对这样的决定感到惊讶,他们拒绝宣读声明。管理者不得不进行干涉。当学生问起在智慧设计论背后是怎样的一个设计者时,管理者告诉他们这得回去问他们的父母。 两个月后,多佛尔地区学校的11名家长提起诉讼,认为这样的声明违反了美国宪法第一修正案,因为它象征了不被允许的宗教之建立。而教育员会反驳说,他们并没有这种意思。学校首席顾问理查德·汤普森(Richard
Thompson)说:多佛尔市教育?员会所做的一切,都是为了让学生能够看到科学界正在进行的如火如荼的论战。
……
卡尔·齐默
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