◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.dropin.org)(xys-reader.org)◇◇ 　　科学、进化与神创论 　　美国科学院出版社2008年出版 　　编写：美国科学院、美国医学科学院 　　翻译：晓实 　　第一章 进化及科学的本质 　　支持生物进化的科学证据继续快速增长 　　一个半世纪以来，科学家一直在不断的搜集证据，以加深和拓宽我们对生物 进化的事实和过程的了解。研究的方面不仅包括进化是怎么样发生的，还包括进 化仍然在怎样进行着。 　　2004年，一组研究人员做出重大发现。在加拿大北部的海岛上，他们发现一 个四英尺长的动物化石，这个化石所具有的生物学特征介于鱼类和四足动物之间。 像我们所熟知的鱼一样，它拥有鳃、鳞、和鳍，它生命中的大部分时光也许是在 水里度过的。但它还有肺、灵活扭动的脖子、以及可以在浅水滩或陆地上支持身 体的强硬的鳍骨骼。 　　迄今为止的植物及动物化石的科学研究，已经就这种动物的生存环境积累了 大量的证据。大约3亿7千5百万年以前，今天位于加拿大努那福特（Nunavut）地 区的埃尔斯米尔岛（Ellesmere），属于一片潺潺溪流纵横蜿蜒的广袤平原。水 域的岸上生长着树、蕨类、及其它古代植物，从而为细菌、真菌、以及依赖腐败 植被为生的简单动物创造了良好的生长环境。那时，陆地上还没有大型动物，但 海洋里拥有各种各样的鱼，有些鱼种以生长在淡水浅滩及沼泽里的动植物为生。 　　古生物学家曾经发现过这种浅水鱼类的化石。它们的鳍骨比其它的鱼种更为 结实，也更为复杂。这样的骨骼也许有助于他们穿越被植物阻塞的通道，而且， 他们除了鳃以外，还有简单的肺。古生物学家还在较为年轻的沉积层里发现类似 鱼的动物化石，这种动物的部分时光也许是在陆地上度过的。它们被称为早期的 四足动物，他们的前后鳍都有所变化，类似于原初的四肢，他们还具有其它有助 于离开水域而生存的特征。但是，古生物学家还没有发现过浅水鱼和有肢动物之 间的过渡动物化石。 　　发现这个新化石的研究小组由一本教科书得知，加拿大北部有大约3亿7千5 百万年以前积淀的沉积石，这正是进化生物学预测浅水鱼向陆地过渡的时段。因 此，这个小组决定将研究重点放在加拿大北部。为了到达研究地点，研究人员必 须乘坐几个小时的飞机和直升机，而且，他们每年只能在降雪前的夏天工作两个 来月。在野外工作的第四个夏天，他们终于找到了预想中的化石。在一个山坡上 露出地面的岩层中，他们发掘出了被命名为“Tiktaalik”的动物化石。这是用 加拿大北部因纽特人的语言命名的，意思是“大淡水鱼”。“大淡水鱼”仍然拥 有许多鱼的特征，但它也具有早期四足动物的典型特征。更加重要的是，它的鳍 骨骼的构造类似于有肢动物的肢体，可以用来移动和支撑身体。 　　一个多世纪以来的进化生物学的研究成果预测，两栖类、爬行类、恐龙、鸟 类、以及哺乳类动物的祖先，是大约3亿7千5百万年以前由海洋登陆的早期物种 之一。“大淡水鱼”的发现为这一预测提供了强有力的支持。确实，我们自己手 臂和腿的主要骨骼的整体构造与“大淡水鱼”的类似。 　　“大淡水鱼”的发现，对于证实进化论的的预测当然非常重要，但它只不过 是每年众多发现中的一个例子罢了。这些发现不断地加深和拓宽我们对生物进化 论的科学理解。这些发现不仅来自古生物学的研究，他们还来自物理、化学、天 文学、以及生物学各个分支的研究。支持进化论的观察和实验结果汗牛充栋，绝 大多数的科学家对于进化是否发生过，或是否仍然在进行之中不再质疑，而只是 积极投身于进化过程的研究工作中。科学家们坚信，新的证据将像过去的150年 来一样，一如既往的支持进化论的基本构想。 　　生物进化论是现代生物学的中心原则 　　生物进化论的研究改变了我们对地球上生命的理解。地球上为什么有如此之 多不同的生物？地球上所有的生物如何构成一个完整的进化体系？进化论为我们 提供了科学的解释。它告诉我们，为什么有些外貌迥然的生物实际上有亲缘关系， 而有些外貌相似的生物却在进化树上遥遥相望。它为我们解释，人类是怎样在地 球上出现的，我们作为人种与其它哪些生物在进化上密切相连。它为我们揭示， 不同的人群之间有什么样的关系，我们是如何得到这些不同的特性的。它使我们 能够找到新的有效的途径，保护自己免受进化中的细菌和病毒的不断侵犯。 　　生物进化是指生物在多世代繁衍中的特性改变。在本世纪初遗传学开始发源 以前，生物学家对于从亲本至后代的特性的遗传原理一无所知。遗传学的研究表 明，可遗传的特性来自DNA，而DNA 从一个世代被传递到下一个世代。DNA含有称 为基因的片断，基因指导蛋白质的合成，而蛋白质则为细胞的生长和各种功能所 需要。基因还负责调节和控制单细胞的卵子发育成多细胞的生物体。因此，DNA 负责生物的形体和功能的延绵不绝的永世繁衍。 　　然而，后代并不永远和亲本一模一样。在任何一个物种里——包括人类—— 绝大多数生物个体都或多或少有些遗传特性的变异。在采取有性生殖的物种里， 每个亲本为后代提供一半的遗传信息，在精子细胞和卵子细胞融合后，后代从他 的亲本得到完整的遗传信息。两个亲本的DNA在后代的生物体内以新的方式结合 在一起。而且，在有性生殖和无性生殖的生物体（如细菌）中，DNA的世代传递 会引起称为“突变”的变化。 　　当生物体里的DNA发生突变以后，有几种可能的情况。突变可能导致对生物 体有害的特性变化，使得它和种群里的其他个体相比较，生存机会降低，或者产 生后代的机会降低。另一种可能是，突变对个体的生存或生殖没有任何影响。或 者，新的突变可能产生一个有益的特性，它使个体能够更好的利用环境资源，从 而提高生存和产生后代的能力。例如，一条鱼的鳍也许会稍有变化，而这种变化 有助于它更容易通过浅水滩（就像“大淡水鱼”的祖先一样）；一只昆虫也许会 获得不同于其他个体的颜色，使得更难于被捕食它的动物发现；或者一只苍蝇的 翅膀样式或求偶行为与众不同，使得它能够更加成功地吸引配偶。 　　如果突变提高个体的存活率，那么，这个个体有可能比群体内的其他个体产 生更多的后代。如果其后代继承了该突变，那么，具有有益特性的个体数量将一 代代地递增下去。这样，在时间的长河中，这个有益特性——以及决定此有益特 性的遗传物质DNA——将在这个生物种群里日益繁荣。与此相反，拥有不利甚或 有害突变的个体不大可能把它们的DNA传递给未来的世代，而由此突变导致的特 性将趋于日益稀少，或最终从种群里消亡。简而言之，进化是指在连续繁衍的世 代里，由个体组成的种群里的可遗传特性的变化。进化是指种群的进化，单独的 个体是不能进化的。 　　具有有益特性的个体的繁殖优势被称为“自然选择”，因为大自然“选择” 提高个体生存繁殖能力的特性。如果个体的突变特性降低它的生存繁殖能力，自 然选择还会降低此特性在种群里的分布。人工选择的过程与此相似，但这个过程 里的选择主体是人，而不是自然环境。人设法使动物或植物与理想的特性交配， 并加以选择。由于人工选择，我们才有了今天的各种家养动物，例如不同品种的 狗、猫、和马，以及植物，例如玫瑰花、郁金香、玉米等。 　　进化在生物种群里导致无分巨细的变化 　　进化生物学家在物种以内和物种之间都发现某些结构、生化过程和途径、以 及行为具有高度的稳定性。有些物种在数百万年的时间里，身体结构很少发生明 显的变化。在DNA分子水平上，有些控制对于细胞功能至关重要的生化反应的基 因，在即使关系遥远的物种之间都很少变化。 　　然而，在不同的时间坐标上，自然选择也能够产生迥然相异的进化效果。在 仅仅几个世代的区间以内（或者，根据某些文件的记载，甚至在一个世代以内）， 进化在个体内产生小规模的微进化改变。例如，许多致病细菌进化出更好的抵抗 抗生素的能力。如果一个细菌的遗传变异提高它忍受抗生素的能力，这个细菌将 得以生存，并产生更多的自身拷贝，而其它无抵抗能力的细菌则被抗生素杀死。 当导致肺结核、脑膜炎、葡萄球菌感染、性传播疾病、以及其它疾病的细菌对日 益增多的抗生素产生抗性时，我们则面临着严峻的挑战。 　　微进化的另一个例子来自生活在特立尼达岛上Aripo河中的虹鳉（一种色彩 艳丽的胎生小鱼）。生活在河流里的虹鳉无分大小年龄都被大个头的鱼捕食，而 生活在河流上游小溪里的虹鳉只是小个头鱼的捕食对象，小个头捕食者当然只能 吞食年幼的小虹鳉。河里的虹鳉成熟更快，个头更小，比溪里的虹鳉产生更多的 小个体后代，因为具有这种特性的虹鳉比大个头虹鳉更易于躲避捕食者。当把河 里的虹鳉置于原本没有虹鳉种群存在的小溪以后，它们在大约20代以后就进化出 了溪里虹鳉的特性。 　　遗传变化在进化过程中的长期累积能够产生新型的生物体，包括新的物种。 当物种以内的亚群长时期地进行亚群内交配时，通常就会形成新的物种。比如说， 物种以内的某个亚群由于地理分隔而与该物种的其他群体分开，或者，某个亚群 采用与种内其他个体不同的方式利用资源。当亚群内的个体相互交配时，与种内 其余个体相比较不同的遗传特性就得以积累起来。如果这种生殖分离长期持续下 去，该亚群内的个体可能不会对原初种群个体的求偶行为或其它信号做出反应。 最后，遗传差异积累到一定程度后，不同亚群之间的个体即使进行交配，也无法 产生可存活的后代。通过这种方式，现存物种能够持续不断的“萌生”新的物种。 　　在悠悠的进化长河中，新物种的不断形成能够产生与它们的祖先迥然相异的 生物体。虽然，每一个新物种都与产生它们的物种相似，但延绵不断的新物种的 形成将使它们与祖先的差异越来越大。当新的进化变异使得一个群体有能力占领 新的栖息地，或者以新的方式利用现有的资源时，这种与祖先的趋异性将会变得 异常剧烈。 　　现在，让我们来看一下有肢动物登陆以后四足动物继续进化的例子吧。当新 的植物种进化出来并覆盖地表以后，具有能够利用这种新的生存环境的特性的四 足动物随之进化产生。早期的四足动物是两栖类，它们在陆地上度过部分时光， 但它们仍然在水里或潮湿的环境里产卵。大约3亿4千万年以前具有羊膜的卵进化 产生，其结构具有坚硬的外壳以及附加的隔膜，使得胚胎能够在干燥的环境下生 存。这是爬行类动物进化史上的关键步骤之一。 　　早期的爬行类分裂成好几个主要的谱系。一个谱系产生爬行动物，包括恐龙， 还产生鸟类。另一个谱系产生哺乳动物，那大约是在2 亿到2亿5千万年以前。 　　从爬行类到哺乳动物的进化过渡在化石记录中有非常详细地记载。根据进化 过程而排列起来的化石形体拥有逐渐增大的大脑，更加特异化的感官，下巴和牙 齿适于更加有效地摄食和咀嚼，四肢逐步地由身体的侧面移向下面，雌性生殖器 官能够越来越好地支持胎儿的体内发育和营养。哺乳动物中许多生物学上的新颖 性恐怕都与热血的进化有关，与冷血的爬行类祖先相比较，这个特性使得哺乳动 物能够在更大的温度范围内更为积极地活动。 　　然后，在6千万至8千万年以前，一群称为灵长类的哺乳动物首次出现在化石 记录中。这些哺乳动物的手脚有抓物的能力，眼睛正对前方，大脑更为发达复杂。 这就是进化出古代和现代人类的谱系。 　　科学家根据经验证据解释自然现象 　　过去两个世纪以来，对进化论日渐加深的理解为科学的工作方式提供了无以 比拟的实例。科学知识和理解的积累来自于观察和解释的相互作用。科学家通过 观察自然世界和实验活动来积累信息。然后，根据实验和其它观察所得到的数据， 他们对所研究的系统做出解释，指出该系统在一般情况下是如何工作的。他们在 不同的条件下做进一步的观察和实验，对他们的解释加以验证。其他科学家对该 观察结果加以独立的证实，并进行进一步的研究，结果可能产生更加复杂的解释， 并对未来的观察和实验做出预测。通过这种途径，科学家对于自然界的特殊现象 不断地达到更加精确，更加全面的解释。 　　在科学的领域里，任何解释都必须基于自然发生的现象。自然动因原则上是 可重复的，因此，能够由其他人加以独立的验证。如果解释是基于某种自然现象 以外的主观意志，科学家既无法证实这种解释，也没有反驳的基础。任何科学的 解释必须是可测试的，那就是说，必须能够找到可能的观察结果支持它，同时， 还必须能够找到可能的观察结果来反驳它。一项解释的提出必须能够据此找到潜 在的反驳它的观察证据，不然的话，这项解释无法进行科学的测试。 　　由于观察和解释相互依赖，共同成长，因此，科学是一项积累性的活动。可 重复的观察和实验产生的解释，日益精确和全面地描述自然现象，而这些解释又 反过来建议新的观察和实验，其结果可以用来进一步验证和扩充解释。这样，由 于下一代科学家通常利用新技术，对他们前辈的工作结果加以修正、改进、和扩 展，科学的解释随着时间的推移而日益复杂精确，涉及面也日益宽广。 　　在科学的领域里，我们不可能绝对肯定地证明某种解释是完美无缺、无须修 正了。有些科学家提出的解释，后来被进一步的观察或实验证明是错误的。新的 科学仪器可能提供更为精确的观察数据，以证明现有的解释是不充分的。新的概 念导致的解释可能指出旧有的解释并不完全或者有所缺陷。我们过去所接受的许 多科学的概念，现在发现不是十分精确，或者只适用于有限的领域。 　　尽管如此，许多科学的解释已经被相当彻底地测试过了，新的观察结果或新 的实验分析不大可能对它们做出重大改变。科学家们已经广为接受这些解释，认 为它们实事求是地说明了自然世界。物质的原子结构、以基因为基础的遗传、血 液循环、行星运动的引力作用、通过自然选择的生物进化过程只是浩如烟海的科 学解释中的少数几例，所有这些科学解释早就以无可抵抗、无可辩驳的力量所证 实了。 　　科学并不是唯一的认知和理解的方式。但科学的认知方式不同于其它的方式 在于，它依赖于经验证据以及可测试的解释。由于生物进化论所解释的自然现象 也是宗教界所关注的中心，包括生物多样性的起源，尤其是人类的起源，因此， 自从查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·罗素·华莱士在1858年首次清楚的表述以后， 进化论一直是人类社会争议的中心。 　　进化证据与宗教信仰并行不悖 　　今天，众多的宗教派别承认生物进化在地球数十亿年的历史进程中，产生了 我们所熟知的生物多样性。许多宗教团体还发表声明，指出进化论与他们所信仰 的教义并行不悖。科学家和神学家都挥笔行文，雄辩地阐述过他们对宇宙史、对 地球上的生命史的敬畏和惊叹，指出他们不认为对于上帝的信仰和进化的证据之 间有任何冲突。那些拒绝接受进化论的宗教派别，通常倾向于对宗教教义的文字 作严格的字面上的解释。 　　科学和宗教基于人类经历的不同方面。在科学领域里，解释必须以观察自然 世界得到的证据为基础。如果科学的观察和实验与现存的解释相冲突，那么，该 解释最终必须加以修正，甚至完全放弃。与此相反，宗教信仰并不仅仅以经验的 证据为后盾，也不一定会由于相悖的证据而改变，而且通常涉及超自然的力量或 实体。由于超自然的实体不属于自然世界，科学无法对其进行研究。从这个意义 上来说，科学与宗教是平行的，他们以不同的方式关注人类对于外部世界的认知。 把科学与宗教置于相互冲突的困境中，并因此导致激烈的论战实在是风马牛不相 及。 （待续） (XYS20080109) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.dropin.org)(xys-reader.org)◇◇