在進化生物學家理查德·道金斯看來,每個人、每個生命體乃至每個基因組,都是一本書,是一份記載了已經消逝的世界的綜合檔案,也是一個對未來的預測模型——這就是“遺傳之書”。
理查德·道金斯是鉆研達爾文主義的杰出學者,更是寫進化論科普的老練作家,他憑借《自私的基因》成為過去半個世紀最知名、最成功的科學傳播者之一。
在他最新的著作《遺傳之書:寫在基因里的進化故事》(以下簡稱《遺傳之書》)中,道金斯展開了一幅浪漫又宏偉的畫卷:通過一個活生生的現代生物,解讀它遠古祖先所處的世界,同時也可以預測其后代將會如何生活。
“重寫”遺傳之書
道金斯非常擅長將復雜的科學概念轉化為具象隱喻,例如他曾將自然選擇對生命體的塑造比喻為從蜿蜒緩坡登上看似高不可攀的生命起源之山。在《遺傳之書》中,他也引入了一個重要的意象,用來比喻過去的環境在生命體及其基因中留下的印記:重寫本。
西方的古代典籍常常會有將后來的文字疊加在早期(被抹去的)文字之上的手稿,這就是重寫本。但“遺傳之書”“重寫”的特殊之處,在于過去的文字并沒有被完全抹去,而是被部分覆蓋,透過后來書寫其上的文字,可以對原始文字加以窺探。
生物有時會直接在身上顯現祖先的印記,有時會把整個身體變成融入環境的其他物體。棲息在莫哈韋沙漠的角蜥,皮膚顏色和花紋酷似沙子和小石頭,是對其祖先所生活的沙礫環境的生動描述;老虎的斑紋說明它生來就處于一個明暗相間、布滿垂直荊條的世界里;葉尾壁虎一如它的祖先那樣隱蔽在枯葉中,但它所模擬的落葉或許早在人類出現在地球上之前就已落下了。自然選擇將祖先世界凍結在了生物外表,這是它“遺傳之書”上最直觀易懂的部分。
但是道金斯想強調的是,自然選擇不會只針對動物的“外表”,每一個細節都對動物的生存至關重要,從內部器官、大腦行為回路到基因組,它們也都是對過去世界的描述,只是更隱晦,需要更復雜的解碼方式。
審視自然選擇的力量
重寫本中,是更古老的歷史遺產占上風,還是更接近表層的文本能凌駕其上呢?
研究這個問題的第一種方法,道金斯稱之為“逆向工程”。這是來源于工程師的方法,即根據已有的結果反推其設計目的,只不過動物身體是自然選擇的無意識的“設計”。逆向工程可以用來推斷那些動物無法為我們“所見”的方面,例如當我們只有化石時。
一些重要的滅絕物種的相關信息只能從牙齒化石中窺見一二。劍齒貓科動物有著一對可怕的匕狀犬齒,臼齒不是表面嚙合,而是像剪刀一樣相互剪切,通過逆向工程可以推導出它是食肉動物,這些牙齒被用于與對手搏斗或刺死獵物并牢牢咬住它們。肉類更易消化,食肉動物在消化前需要用牙齒進行的預處理較少,切下大塊的肉,吞下去就夠了。現代食肉動物中,貓科的犬齒比犬科的長得多,這是因為犬科大多是追逐者,將獵物追得精疲力竭再輕松殺死,而貓科往往使用跟蹤和伏擊的手段,需要有穿透力的長犬齒迅速給獵物致命一擊或是牢牢咬住獵物使其無法逃脫。如果能讀懂它,這對犬齒就會向你講述一個遠古時代關于伏擊和殺戮的故事。
逆向工程是解讀動物身體的一種方法,另一種方法則是將其與其他動物進行比較,包括無親緣關系的和有親緣關系的動物。
無親緣關系的動物在細節上表現相似,只因兩者所處的環境和生活方式相同,這就是趨同進化。在孤立于大洋中的澳大利亞獨立演化出來的有袋動物袋狼,長得十分像狗,因為它的生活方式與狗相同;趨同也可以跨越體型的多個數量級,犀甲蟲和犀牛在與同類打架時會用相似的方式使用“犀角”;這種趨同也會深入到基因之中,蝙蝠和海豚都利用超聲波進行回聲定位,它們二者的與聽覺密切相關的基因有極高的相似性,是它們各自的近親都無法比擬的。
自然選擇那無比宏大又微不可察的力量,既可以讓在親緣上相去甚遠的動物殊途同歸,也可以把同一種起源塑造和扭曲成分歧巨大的動物。
河馬是偶蹄動物,但它親緣關系最近的現存動物,是早就重返海洋的鯨。在鯨的“遺傳之書”中,新文字重重疊疊地淹沒了它曾經生活的世界的痕跡,它的祖先曾棲居在牧草豐茂的世界,曾在草原上肆意奔跑,但它竟全面擺脫了偶蹄類的痕跡。改變或許就是從“擺脫”地心引力開始的,重返海洋的鯨在浮力的幫助下擺脫了地心引力對體型的制約。當你把一只偶蹄動物從陸地上放入海洋時,鯨就是其注定的結果。鯨在這個與陸地截然不同的環境中,對自身古老的重寫本進行了豐富修飾,它的前肢變成了鰭狀,后肢消失在體內,鼻孔移到了頭頂,兩片巨大的水平鰭向尾部長出。即使只是微小的自然選擇壓力,也會使生物朝著演化的不同方向狂奔,再也看不清本來面目。
想象基因在回望
在道金斯看來,自然選擇的力量并不是作用于某類物種、某只動物、某個個體的基因組,自然選擇實際上是在雕刻基因庫。
一旦受精,個體的基因組就會固定下來不再改變,在達爾文式斧鑿下發生變化的是物種的基因庫。性重組確保了基因庫被不斷攪動和震蕩,基因突變將新的基因變異投入混雜的基因庫中,而自然選擇會使世代相傳的物種平均基因組的塑造朝著建設性的方向演變。
我們今天所研究的個體,都是從被洗牌、被震蕩、被攪動后的基因庫中提取的樣本,是物種內所有成功和失敗的個體的平均值,所以“遺傳之書”是對塑造了整個基因庫的環境的描述。
當使用道金斯的這種“基因視角”,“遺傳之書”能展現出一種新的圖景,那就是想象一個基因在“回望”其祖先的歷史時所看到的景象。
杜鵑是一種有著惡名的鳥,因為它們將蛋產在其他鳥類的巢中,欺騙其他鳥孵化,杜鵑雛鳥還會把養父母的親鳥推出巢外摔死。杜鵑的策略是如何成功騙過寄主的?鳥類學家觀察到,杜鵑的蛋會模仿其產卵的特定寄生巢中其他鳥蛋的顏色和圖案,不論是有褐色斑點淡藍色的燕雀蛋,還是黑斑鐵青色的草地鷚蛋,杜鵑蛋都能模仿。真正讓人稱奇之處在于這些能模仿不同形態鳥蛋的杜鵑,都是同一個物種,能夠自由交配,共享一套基因庫。
要解開杜鵑蛋的模仿之謎,得從基因的視角“回望”。我們哺乳動物的性別是由XX/XY染色體系統決定的,Y染色體只傳給雄性。而在鳥類中,ZW是雌性,ZZ是雄性,W染色體只傳給雌性。因此即使雄性杜鵑不加選擇地與任何宿主物種所撫養的雌性杜鵑交配,只要決定蛋的顏色和斑點的基因是W染色體攜帶的,雌性杜鵑就可以憑借鳥類出生時的“印記”,將蛋產在與自己出生時相同的寄生巢中。W染色體若是回望其歷史,看到的會是一長串只由一種宿主物種構成的巢。
杜鵑的行徑或許并不能被叫作劣跡,因為它是大自然和自然選擇所締造的真正的奇跡。
深層從未被完全覆蓋
自然選擇在“遺傳之書”上涂畫了厚厚的文字,但重寫本的深層從未被完全覆蓋。
在我們人類自身的重寫本上,醒目地記載著600萬年前用四足行走的歷史,在其之上基因用潦草又艱澀的字跡覆寫了“兩足”這一新的描述。但我們脆弱易病的脊柱提醒我們,下層的文字痕跡猶在。
所有生命都起源于海洋,生物重寫本的最底層講述的便是一個關于水的故事,一部分動物將“旱地”刻寫在了底層的海洋文本之上。當這些登陸的動物想要重返海洋時,它們能抹去上層的文字,重啟最底層的字跡嗎?工程師可以回到繪圖板從頭設計,而進化則不能,它總是要“從這里出發”,無論“這里”是一個多么不利的起點。
那些古老的遺產是“遺傳之書”的重要組成部分,它們講述的是生命一次次克服障礙、適應自然的驚人跳躍。億萬年來堆疊復寫的重寫本,是沿橫軸壓縮了的一條漫長蜿蜒的道路,每個切片都是大自然繪就的瑰麗圖騰。
《遺傳之書》是道金斯對生物學家如何通過基因組和表型來理解進化史的優美解釋,給我們提供了一種理解自然的新方法。目前解讀動物生存機制還是一項艱巨的任務,而且生物世界博大恢宏,只能掇菁擷華作為書中的案例,生命還有更多秘密等待我們去發現。
1976年《自私的基因》出版,20多年后才被譯入中國,而這本《遺傳之書》首版于2024年,僅僅過了幾個月就能與中文讀者見面。這是中文讀者越來越受重視的表現,也是因為在中國有越來越多讀者對這一領域產生興趣。通過“解讀”基因組來解釋生物體的歷史可能會形成一門新的科學,而那個有能力用動物的身體和基因復原遠古世界的“未來科學家”,或許就來自讀過這本書的人。
在進化生物學家理查德·道金斯看來,每個人、每個生命體乃至每個基因組,都是一本書,是一份記載了已經消逝的世界的綜合檔案,也是一個對未來的預測模型——這就是“遺傳之書”。
理查德·道金斯是鉆研達爾文主義的杰出學者,更是寫進化論科普的老練作家,他憑借《自私的基因》成為過去半個世紀最知名、最成功的科學傳播者之一。
在他最新的著作《遺傳之書:寫在基因里的進化故事》(以下簡稱《遺傳之書》)中,道金斯展開了一幅浪漫又宏偉的畫卷:通過一個活生生的現代生物,解讀它遠古祖先所處的世界,同時也可以預測其后代將會如何生活。
“重寫”遺傳之書
道金斯非常擅長將復雜的科學概念轉化為具象隱喻,例如他曾將自然選擇對生命體的塑造比喻為從蜿蜒緩坡登上看似高不可攀的生命起源之山。在《遺傳之書》中,他也引入了一個重要的意象,用來比喻過去的環境在生命體及其基因中留下的印記:重寫本。
西方的古代典籍常常會有將后來的文字疊加在早期(被抹去的)文字之上的手稿,這就是重寫本。但“遺傳之書”“重寫”的特殊之處,在于過去的文字并沒有被完全抹去,而是被部分覆蓋,透過后來書寫其上的文字,可以對原始文字加以窺探。
生物有時會直接在身上顯現祖先的印記,有時會把整個身體變成融入環境的其他物體。棲息在莫哈韋沙漠的角蜥,皮膚顏色和花紋酷似沙子和小石頭,是對其祖先所生活的沙礫環境的生動描述;老虎的斑紋說明它生來就處于一個明暗相間、布滿垂直荊條的世界里;葉尾壁虎一如它的祖先那樣隱蔽在枯葉中,但它所模擬的落葉或許早在人類出現在地球上之前就已落下了。自然選擇將祖先世界凍結在了生物外表,這是它“遺傳之書”上最直觀易懂的部分。
但是道金斯想強調的是,自然選擇不會只針對動物的“外表”,每一個細節都對動物的生存至關重要,從內部器官、大腦行為回路到基因組,它們也都是對過去世界的描述,只是更隱晦,需要更復雜的解碼方式。
審視自然選擇的力量
重寫本中,是更古老的歷史遺產占上風,還是更接近表層的文本能凌駕其上呢?
研究這個問題的第一種方法,道金斯稱之為“逆向工程”。這是來源于工程師的方法,即根據已有的結果反推其設計目的,只不過動物身體是自然選擇的無意識的“設計”。逆向工程可以用來推斷那些動物無法為我們“所見”的方面,例如當我們只有化石時。
一些重要的滅絕物種的相關信息只能從牙齒化石中窺見一二。劍齒貓科動物有著一對可怕的匕狀犬齒,臼齒不是表面嚙合,而是像剪刀一樣相互剪切,通過逆向工程可以推導出它是食肉動物,這些牙齒被用于與對手搏斗或刺死獵物并牢牢咬住它們。肉類更易消化,食肉動物在消化前需要用牙齒進行的預處理較少,切下大塊的肉,吞下去就夠了。現代食肉動物中,貓科的犬齒比犬科的長得多,這是因為犬科大多是追逐者,將獵物追得精疲力竭再輕松殺死,而貓科往往使用跟蹤和伏擊的手段,需要有穿透力的長犬齒迅速給獵物致命一擊或是牢牢咬住獵物使其無法逃脫。如果能讀懂它,這對犬齒就會向你講述一個遠古時代關于伏擊和殺戮的故事。
逆向工程是解讀動物身體的一種方法,另一種方法則是將其與其他動物進行比較,包括無親緣關系的和有親緣關系的動物。
無親緣關系的動物在細節上表現相似,只因兩者所處的環境和生活方式相同,這就是趨同進化。在孤立于大洋中的澳大利亞獨立演化出來的有袋動物袋狼,長得十分像狗,因為它的生活方式與狗相同;趨同也可以跨越體型的多個數量級,犀甲蟲和犀牛在與同類打架時會用相似的方式使用“犀角”;這種趨同也會深入到基因之中,蝙蝠和海豚都利用超聲波進行回聲定位,它們二者的與聽覺密切相關的基因有極高的相似性,是它們各自的近親都無法比擬的。
自然選擇那無比宏大又微不可察的力量,既可以讓在親緣上相去甚遠的動物殊途同歸,也可以把同一種起源塑造和扭曲成分歧巨大的動物。
河馬是偶蹄動物,但它親緣關系最近的現存動物,是早就重返海洋的鯨。在鯨的“遺傳之書”中,新文字重重疊疊地淹沒了它曾經生活的世界的痕跡,它的祖先曾棲居在牧草豐茂的世界,曾在草原上肆意奔跑,但它竟全面擺脫了偶蹄類的痕跡。改變或許就是從“擺脫”地心引力開始的,重返海洋的鯨在浮力的幫助下擺脫了地心引力對體型的制約。當你把一只偶蹄動物從陸地上放入海洋時,鯨就是其注定的結果。鯨在這個與陸地截然不同的環境中,對自身古老的重寫本進行了豐富修飾,它的前肢變成了鰭狀,后肢消失在體內,鼻孔移到了頭頂,兩片巨大的水平鰭向尾部長出。即使只是微小的自然選擇壓力,也會使生物朝著演化的不同方向狂奔,再也看不清本來面目。
想象基因在回望
在道金斯看來,自然選擇的力量并不是作用于某類物種、某只動物、某個個體的基因組,自然選擇實際上是在雕刻基因庫。
一旦受精,個體的基因組就會固定下來不再改變,在達爾文式斧鑿下發生變化的是物種的基因庫。性重組確保了基因庫被不斷攪動和震蕩,基因突變將新的基因變異投入混雜的基因庫中,而自然選擇會使世代相傳的物種平均基因組的塑造朝著建設性的方向演變。
我們今天所研究的個體,都是從被洗牌、被震蕩、被攪動后的基因庫中提取的樣本,是物種內所有成功和失敗的個體的平均值,所以“遺傳之書”是對塑造了整個基因庫的環境的描述。
當使用道金斯的這種“基因視角”,“遺傳之書”能展現出一種新的圖景,那就是想象一個基因在“回望”其祖先的歷史時所看到的景象。
杜鵑是一種有著惡名的鳥,因為它們將蛋產在其他鳥類的巢中,欺騙其他鳥孵化,杜鵑雛鳥還會把養父母的親鳥推出巢外摔死。杜鵑的策略是如何成功騙過寄主的?鳥類學家觀察到,杜鵑的蛋會模仿其產卵的特定寄生巢中其他鳥蛋的顏色和圖案,不論是有褐色斑點淡藍色的燕雀蛋,還是黑斑鐵青色的草地鷚蛋,杜鵑蛋都能模仿。真正讓人稱奇之處在于這些能模仿不同形態鳥蛋的杜鵑,都是同一個物種,能夠自由交配,共享一套基因庫。
要解開杜鵑蛋的模仿之謎,得從基因的視角“回望”。我們哺乳動物的性別是由XX/XY染色體系統決定的,Y染色體只傳給雄性。而在鳥類中,ZW是雌性,ZZ是雄性,W染色體只傳給雌性。因此即使雄性杜鵑不加選擇地與任何宿主物種所撫養的雌性杜鵑交配,只要決定蛋的顏色和斑點的基因是W染色體攜帶的,雌性杜鵑就可以憑借鳥類出生時的“印記”,將蛋產在與自己出生時相同的寄生巢中。W染色體若是回望其歷史,看到的會是一長串只由一種宿主物種構成的巢。
杜鵑的行徑或許并不能被叫作劣跡,因為它是大自然和自然選擇所締造的真正的奇跡。
深層從未被完全覆蓋
自然選擇在“遺傳之書”上涂畫了厚厚的文字,但重寫本的深層從未被完全覆蓋。
在我們人類自身的重寫本上,醒目地記載著600萬年前用四足行走的歷史,在其之上基因用潦草又艱澀的字跡覆寫了“兩足”這一新的描述。但我們脆弱易病的脊柱提醒我們,下層的文字痕跡猶在。
所有生命都起源于海洋,生物重寫本的最底層講述的便是一個關于水的故事,一部分動物將“旱地”刻寫在了底層的海洋文本之上。當這些登陸的動物想要重返海洋時,它們能抹去上層的文字,重啟最底層的字跡嗎?工程師可以回到繪圖板從頭設計,而進化則不能,它總是要“從這里出發”,無論“這里”是一個多么不利的起點。
那些古老的遺產是“遺傳之書”的重要組成部分,它們講述的是生命一次次克服障礙、適應自然的驚人跳躍。億萬年來堆疊復寫的重寫本,是沿橫軸壓縮了的一條漫長蜿蜒的道路,每個切片都是大自然繪就的瑰麗圖騰。
《遺傳之書》是道金斯對生物學家如何通過基因組和表型來理解進化史的優美解釋,給我們提供了一種理解自然的新方法。目前解讀動物生存機制還是一項艱巨的任務,而且生物世界博大恢宏,只能掇菁擷華作為書中的案例,生命還有更多秘密等待我們去發現。
1976年《自私的基因》出版,20多年后才被譯入中國,而這本《遺傳之書》首版于2024年,僅僅過了幾個月就能與中文讀者見面。這是中文讀者越來越受重視的表現,也是因為在中國有越來越多讀者對這一領域產生興趣。通過“解讀”基因組來解釋生物體的歷史可能會形成一門新的科學,而那個有能力用動物的身體和基因復原遠古世界的“未來科學家”,或許就來自讀過這本書的人。
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