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時空中的生命變奏

作者：梁前進《光明日報》（ 2021年11月25日 16版）

??日前，一則有關非洲象的研究引起了公眾的關注：調查發(fā)現(xiàn)，非洲象中無象牙的雌性個體增多了。研究人員猜測，這或許是人類盜獵象牙帶來的影響。雖然這一猜測還有爭議，但也讓大家意識到：地球上的生命形態(tài)遠非“完美”到難以改變的程度，演化一直持續(xù)著，此時此刻就在發(fā)生。人們不禁會問：人類活動會在多大程度上影響其他生物的演化？人類自身會向何處去？又應有什么作為？

　　生物演化的時間尺度

??生物的演變有緩速、中速和快速之分。

??緩者如活化石物種，可延續(xù)上千萬年，其同時代其他類群早已滅絕，獨有它們生存至今并適應現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境，形態(tài)、結構或生理變化很小。例如出現(xiàn)于寒武紀的腕足類動物海豆芽，經(jīng)歷5億多年的歷史未發(fā)生顯著變化，就是典型的“活化石”。

??馬是中速演變的代表。5600萬年前（始新世）在北美洲出現(xiàn)的始祖馬(始馬)個頭只有狗那么大，其背呈彎弓形而具有前三、后四的趾頭數(shù)；中間經(jīng)歷中馬、原馬、上新馬階段，在400萬年前出現(xiàn)了現(xiàn)代馬（真馬）——它四肢修長，體格高大，具單趾、硬蹄和流線型的軀體，能適應草原生活及遼闊環(huán)境中長途、快速奔跑等。

??進化快者如大洋洲的有袋類動物，它們出現(xiàn)于白堊紀，僅經(jīng)過五、六千萬年便發(fā)展出多種類型。參比這個速度可以看出，從爬行動物到鳥類、從猿到人，特別是人類的演化均屬于快速進化。

??以人類壽命的尺度來衡量，生物演化的速度確實稱不上快，一種性狀的出現(xiàn)到形成穩(wěn)定的遺傳，可能需要幾百年、幾千年，甚至千萬年。但從人類出現(xiàn)后，演化的速度大大提升了——人類的干預可以在千年尺度，甚至短短百年，顯著改變生物類型的多樣性。

??金魚的演化就是很好的例證。金魚起源于我國，于1502年傳到日本，于17世紀起出現(xiàn)在歐洲，之后出現(xiàn)在美國，隨后遍及世界各地。早在1954年，我國科學家陳楨就指出：任一金魚品系均可與野生的鯽魚雜交，產(chǎn)生具有正常繁育能力的后代。這意味著，金魚不是一個獨立的種屬，它的祖先很可能是鯽魚——不同物種之間會出現(xiàn)生殖隔離現(xiàn)象，很難繁育后代。

??日本科學家用金魚和野生鯽魚的血清沉淀反應驗證了這一結論——猶如“滴血認親”，其科學原理是抗原抗體反應。中國科學家也有類似的研究，福建農林大學教授張積森等就發(fā)表了在基因組學水平上證明金魚由野生鯽魚演化而來的研究成果——具體來講，金魚是由野生紅鯽和黃鯽經(jīng)一段人工養(yǎng)殖的過程而演變來的。從分類地位上講，金魚仍屬于鯽魚種，是該物種下的多種品種或品系。

??結合歷史來看，金魚的誕生和演化與人類息息相關。我國史料中金魚的最早記錄出現(xiàn)在晉朝時期，此后大量出現(xiàn)在唐、宋、明、清各朝代以及近、現(xiàn)代其他時期的文獻資料和繪畫藝術、陶瓷作品和詩歌詞等藝術作品中。鮮艷的紅色，是金魚馴化標志基因的產(chǎn)物。有史料記載，最早的紅黃金魚現(xiàn)身于南北朝時期的廬山地區(qū)，被視為珍品。隨著佛教由印度傳入我國，“放生”的習俗為金魚營造了良好的生存條件——金魚在民間鮮有飼養(yǎng)的數(shù)百年間，除了放養(yǎng)池外基本的生活條件是大自然，形態(tài)改變不大，怕人等野性沒有消失，主要類型是剛開始從野生鯽魚“脫胎”的金鯽魚。金鯽魚在自然界、放養(yǎng)池中進化，至南宋普及于民間，其背景是農業(yè)、手工業(yè)的快速發(fā)展。

??從金魚的例子可以看出，人類的活動可以增加物種的多樣性。這是因為人類的繁育能夠為物種提供適于中性變異的環(huán)境——進化理論中把對生存影響不大或沒有影響的變異稱為中性變異，是造成多樣性的動力之一。換句話說，這些由遺傳變異引發(fā)的多種多樣的身體結構和身體功能的改變(例如顏色、眼睛大小等變異)都不至于嚴重影響該物種的生存，因此，在人工營造的優(yōu)越環(huán)境下，生存競爭放緩，這些變化就有足夠的機會穩(wěn)定下來，甚至逐漸分化出不同的品種。與“純自然”的選擇不同，人工育種產(chǎn)生新類型可在一兩代或少數(shù)幾代就見效——雖然形成能在自然界自我延續(xù)的生殖隔離物種并不容易。

　　人類活動為演化“加速”

??金魚從出現(xiàn)到成為新品種，用了幾百年。但人類社會進入工業(yè)化后，隨著人口的增加、生活和生產(chǎn)能力的增強，人類對環(huán)境干預的力度和范圍迅速擴大，自然界生物物種更快地改變其演化秩序和格局的現(xiàn)象成了必然。

??19世紀中葉，英國曼徹斯特地區(qū)棲息于淺色樹干上的樺尺蛾，其淺灰類型因與環(huán)境色彩一致而不易被敵害（鳥類）發(fā)現(xiàn)。在此地建立工業(yè)區(qū)后，煙塵等污染物不斷進入林區(qū)，樺木樹干上的地衣死亡，露出深色樹皮，淺灰色樺尺蛾的體色與環(huán)境顏色反差驟顯，極易被天敵捕食，而原本數(shù)量很少的深黑色類型發(fā)展成了優(yōu)勢群體。這就是達爾文報道的著名的“工業(yè)黑化”現(xiàn)象。這一顯著演化格局僅僅在一百多年時間內形成?！肮I(yè)黑化”是達爾文基于自然選擇理論的生物進化論的典型實證，也恰好是人類發(fā)展（工業(yè)生產(chǎn)）融入自然環(huán)境、改變生物格局的典型例子。

??人類社會進入工業(yè)化后，生物類群的急驟變化在幾代人的時間跨度內即很明顯——穿山公路兩側懸崖上的烏鴉演化出將堅果拋在路上等待汽車碾壓后坐享果仁的行為能力，生活區(qū)附近的鳥類打破原有取材規(guī)律使用塑料繩等人造纖維構筑巢穴……這些例子都直接反映了人類影響下環(huán)境變遷與生物演變的關系。

??這種影響理論上說應是雙向的。但回顧歷史，我們不得不承認，很多影響是負面的，最嚴重的是物種類型的消失（滅絕）。在2012年世界自然保護聯(lián)盟發(fā)布的63837個被評估瀕危物種中，已滅絕的有801個，野外滅絕的有63個，嚴重瀕危的有3947個。

??一只名叫“喬治”的1米多長、90多千克重的象龜，被認為是平塔島象龜已知的最后一個個體，2012年死亡后，這一物種滅絕了。記載和研究表明，平塔島象龜驟減到只剩孤獨“喬治”，跟野山羊破壞島上的植被直接相關。根據(jù)分析，其種群數(shù)量下降主要發(fā)生在1788年~1868年間。其時為太平洋捕鯨期間，獵鯨者和定居者對食物資源進行過度開采，并引進外來物種（山羊、豬和嚙齒動物等），導致象龜?shù)穆押陀左w被大規(guī)模捕食，棲息地植被遭到毀滅性破壞。達爾文并沒有想到這一天。他曾于1835年到達加拉帕戈斯群島，地理隔離造就的生物類型巨大差異給他印象很深。離開時，他還曾把啃食完后剩余的龜殼扔進海里。

??但同樣的，人類也有望在一定程度上逆轉被擾亂的自然格局。在智利加拉帕戈斯國家公園的努力下，瀕臨滅絕的巨龜在2015年已經(jīng)恢復至約1700只，多樣性顯著增加。近年來，我國東北虎豹的保護在以北京師范大學科研團隊為代表的生物多樣化保護工作者的努力下，也已經(jīng)產(chǎn)生可喜的成就，虎豹數(shù)量大大增加；“互聯(lián)網(wǎng)+”新技術用于保護區(qū)的監(jiān)管，更顯示了我國生態(tài)保護科研的先進性。

　　人類的演化從未停止

??前面說了那么多其他生物，現(xiàn)在，我們說回到人類。人類演化是生物界最快的演化之一，這很大程度得益于大腦和智力的發(fā)展。

??早在19世紀，達爾文就提出了人猿共祖思想——人與現(xiàn)代的類人猿具有很近的親緣關系和共同的祖先。

??據(jù)推測，大約6500萬年前，一顆寬度達到大約16千米的巨大隕石撞擊墨西哥尤卡坦半島地區(qū)，長期的灰霾籠罩造成氣候改變、動植物死亡，地球上包括恐龍在內的三分之二動物物種滅絕。爬行動物時代結束了。原始的哺乳類動物迅速進化出較高等的類型。

??大約5000多萬年前，從快速進化的低等靈長動物原猴類中分化出高等靈長類(猿猴類，如獼猴、金絲猴等)。猿類演化到2600萬年～2800萬年前，產(chǎn)生了具有某些類人猿性狀的埃及猿,特別是后來的森林古猿（2300萬年～1000萬年前）在亞洲、歐洲、非洲都有分布。這些古猿均生活在樹林之中，以四肢行走，攀樹生活。在約1000萬年前至約380萬年或200多萬年前，產(chǎn)生了臘瑪古猿和南方古猿。南方古猿是最早的人種，此后經(jīng)歷能人、直立人發(fā)展到智人?，F(xiàn)代的人類種族就是晚期智人適應不同地區(qū)環(huán)境分化的結果。

??人類因祖先充分的樹棲生活，發(fā)展了立體視覺、相對直立的體軸、發(fā)達的四肢和可以對握的手指等，在偶遇環(huán)境巨變、林地退縮時已經(jīng)具備直立行走、靈活獲取生活資源的能力或潛能。生物的發(fā)育是一個有限潛能發(fā)揮的結果，人類的大腦、智力的發(fā)展與體格發(fā)育的幼態(tài)持續(xù)相協(xié)調——祖先幼年特征持續(xù)到人類的成年（通俗地講，就是成熟得比“兄弟”靈長類晚），使得智力等高級功能獲得較長期的發(fā)展余地（青春期很長）。

??人類文明出現(xiàn)以來，人類作為一個物種一直非常穩(wěn)定，甚至有人類的演化已經(jīng)“結束”的說法。但事實并非如此，人類一直在演化，其某些環(huán)節(jié)的演化速度甚至有所提升。

??若地球上發(fā)生巨大變化（如地殼運動等），大規(guī)模的生物絕滅（集群絕滅）就可能發(fā)生。原獨占鰲頭的強大物種的滅絕，就等于為后來適宜的物種騰出了生存位置（生態(tài)位）。這里包含了與達爾文所描述的物種漸變有別的“間斷性”生物進化現(xiàn)象。在這篇文章中我們沒有太多篇幅對其做過多討論。

??我們主要討論一下物種漸變。我們知道，影響生物進化的基本因素包括遺傳、變異和自然選擇等。生物體內遺傳物質（基因）的變化（突變）、適者生存的自然選擇作用、生物從一地遷往另一地以及小的隔離群體基因頻率飄忽不定的波動（漂變）等，都會影響生物進化的方向。如果基因的變化“不痛不癢”（即前面提到的中性變異)，不對生物生存形成威脅，那么它偶爾造成的新的生命形態(tài)或功能也有機會發(fā)展成為一種優(yōu)勢，這就是中性進化。

??人類進化其實一直在“不知不覺”中發(fā)生，人們已經(jīng)觀測到不少這樣的例子。

??例如，研究發(fā)現(xiàn)，越來越多的人手臂上多出了一條動脈。這條動脈叫正中動脈，它本來是胚胎循環(huán)中的重要血管，能將身體里的血液送到胚胎的前臂以及手部。大部分嬰兒在降生8周左右，正中動脈就會逐漸消失?？山粋€多世紀以來，保留這條動脈的成人卻在明顯增多——19世紀末期這種變異的發(fā)生率維持在10%左右，然而目前發(fā)生率已提高到了30%。有推測認為，這是適應了人類手部的動作越來越多、越來越精細，需要更多血液供應的發(fā)展趨勢。當然，這在很大程度上還是邏輯歸因，或是一家之言，對這一現(xiàn)象的遺傳基礎剖析還需深入。

??也有越來越多的人體內多出了一塊小骨頭——豆骨。這塊骨頭在膝蓋的后側，因為似乎用處不大，擁有的人并不多。資料顯示，20世紀初期只有11%的人膝蓋中有豆骨，而到了2018年就上升到40%左右。有推測認為，這可能是為了適應近百年中人類平均體重、身高不斷增加，導致體內骨骼承受更大壓力，需要更多骨骼來分擔的需求。也就是說，原處于“中性”地位的豆骨被重新選擇了。

??這些演化過程是好是壞，很難一概而論。就如豆骨，它的出現(xiàn)在分擔壓力的同時，也會造成膝蓋的受力失衡，加劇軟骨損傷，甚至誘發(fā)關節(jié)炎等問題。

??但可以肯定的是，人類的演化一直在發(fā)生著——環(huán)境的變化、人類自身的遺傳變異和生活方式的改變等因素，都會真實地作用在我們身上。

??根據(jù)“蓋雅學說”，地球演變的核心和主要調控者是生物，而在地球生物化學循環(huán)的核心要素中，人類的作用越來越具主導性。人類活動已具備改造自然的力量，這種改造又會反過來影響人類自己，我們需要采用合理的甚至有節(jié)制的方式參與自然建設。人類只有與自然界和其他物種協(xié)同演化、“合作共贏”才有機會良性發(fā)展下去。

??讓我們再回到那個終極問題：人類將如何演化？這里給不出肯定的答案，但你我手中有一定程度的主導權，至少是影響力。該怎么做？答案就在你我身上。

??（作者：梁前進，系北京師范大學生命科學學院教授）

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