造就适者——DNA和进化的有力证据(哲人石丛书第四辑:当代科普名著系列)

造就适者——DNA和进化的有力证据(哲人石丛书第四辑:当代科普名著系列)
ISBN: 
978-7-5428-5547-3/N·859
出版日期: 
2012-12
开本: 
16开
页码: 
227
定价(元): 
39.00
作者: 
肖恩·卡罗尔
译者: 
杨佳蓉
  

目录

导读: 证据的力量 /1
致谢 /5

前言  超越一切合理的质疑 /1
第一章  绪论: 布韦岛的无血鱼 /7
第二章  进化论的日常运算: 机遇、选择和时间 /27
第三章  不朽的基因: 永世不变的原地踏步 /51
第四章  以旧制新 /71
第五章  化石基因: 往日的断编残简 /93
第六章  似曾相识: 进化是如何不断重演的?为什么? /113
第七章  我们的血肉之躯: 军备竞赛、人类竞争与自然选择 /135
第八章  复杂度的进化和塑成 /157
第九章  眼见为凭 /179
第十章  怀俄明州的棕榈树 /205

附录 /225

内容提要

        追随进化论鼻祖达尔文的脚步,作者在书中以轻松的笔调,配合科学实例,从分子生物学与进化发育生物学的角度告诉我们: 进化随时在发生并且可以计算,亘古以来的生物皆拥有共同的“不朽基因”,如何从“化石基因”看出环境变迁和生物进化,进化为何不断重演,人类和其他生物如何进行进化上的军备竞赛,生物如何从简单变得复杂。书末以历史证据辩驳“神创论”,并提醒我们,人类正在改变地球的未来。本书是一个宝库,里面充满了关于进化过程如何塑造出人类和世间万物的全新知识。

前言

导读:证据的力量

        自达尔文(Charles Darwin)于1859年出版《物种起源》以来,“进化”(evolution,或译为演化)已逐渐成为生物学界使用频率最高的词汇之一,并渗透到自然科学与社会科学的众多领域。150年来,进化理论不断发展并广为传播,终成主流科学思想。连教皇约翰·保罗二世在1996年写给教皇科学院的信中也表示:“新的发现引导我们承认进化论不只是一种假说。事实上,在不同科学领域一系列的发现之后,这个理论不可思议地对研究人员的心灵产生愈来愈大的影响。”不过,人们也注意到,分子生物学兴起的60年来,一些不能用达尔文进化论直接解释的科学现象开始涌现,进化理论似乎面临着新的挑战。
        一个月前,我应邀为上海的一个公众科普活动——“科学咖啡馆”做了一场题为“生物进化与我们的未来”的报告。我在报告中除简要介绍进化生物学(尤其是分子进化)的基本概念和研究进展外,还列举了四个开放问题(open questions): 压力还是动力?缺失还是获得?数量还是质量?个体还是群体?目的是帮助听众了解自然选择的力量、性状进化的方向、延长寿命的意义以及长期进化的策略等当代进化生物学研究的热门领域。所谓开放问题一般都是没有标准答案的多向思维问题,这在国外学术讨论和科学普及活动中十分常见,但在我国还是一种较为罕见的形式。鉴此,我采用了若干实际案例而不是直接用学术界目前流行的理论来解释上述问题,这给习惯于只接受一种“正确”的理论,以及长期受熏陶于重科学结论而轻研究过程的教育模式的听众们带来了些许新鲜感。
        现在,对当代进化生物学中开放问题感兴趣的读者可以从《造就适者——DNA和进化的有力证据》一书中获取更多案例和进化证据了。比如,书中提到,布韦岛的冰鱼是一种完全丧失血红蛋白、没有红细胞的南极“无血”鱼,由于缺乏化石证据,因而很难从形态学或生理学上提供其起源与进化的明证,不过人们还是可以获得其现存种群的遗传物质——DNA。DNA分析结果清晰地表明,冰鱼在其进化过程中“舍弃”了两个合成血红蛋白中珠蛋白的基因,而在5亿年前这两个基因却是其生活于温暖水域的祖先不可或缺的。进一步比较冰鱼不同近亲及其他南极鱼类的DNA序列与结构,科学家们终于揭示了冰鱼由生活于温水、依赖血红蛋白转变成生活于冰水、无需血红蛋白(一些物种甚至不需要肌红蛋白)的进化历程,并且估计出基因丧失的时间范围,为生物进化的基本原则——自然选择和遗传变异增添了新的证据。
        与南极冰鱼中基因缺失(gene loss)的故事相反,乌干达基巴莱森林中的疣猴通过基因获得(gene gain)来辨认出营养较丰富的树叶,而科学家们解开其全彩视觉和反刍消化系统“进化创新”之谜的关键还是DNA证据。所有猿类和旧大陆(非洲和亚洲)猴类的视觉都具有三元辨色力(可以看到蓝、绿、红三原色所构成的颜色光谱),而大部分哺乳类只有二元辨色力(可分辨蓝色和黄色,但无法分辨红色和绿色)。由于热带地区一大半植物的嫩叶呈红色,因而只有这些具有三元辨色力的灵长类可以独享既柔软可口又富有营养的嫩叶。对哺乳类的视蛋白基因分析发现,人类和黑猩猩及其他猿类都有3种视蛋白基因,而其他哺乳类只有2种视蛋白基因。显然,人和上述灵长类动物的视蛋白基因数量随其进化历程而增加,基因重复(gene duplication)和功能分歧(functional divergence)则是其基本进化机制。通俗地说,上述视蛋白基因先通过制作“拷贝”来倍增DNA信息,再靠这些不同复制品接受自然选择的考验,各奔前程,最终进化出具有不同功能的“新”、“旧”基因。当然,更令人惊叹的是,这些不同功能的“同源”基因在同一个生物体中必须各司其职、和平共处才行。同样,作为反刍动物的乌干达疣猴也是采用基因重复和功能分歧的套路,在继续保持与非反刍猴类几乎完全相同的溶菌酶基因的同时,发展出另外两个具有新功能的基因,以满足疣猴对大量嫩叶的消化需求。
        几乎每一本进化生物学教科书中都会列举一些研究案例和科学发现,但对发表于各类学术刊物的大量原始“素材”进行合理剪裁却并非易事。本书作者肖恩·卡罗尔教授显然是一个讲故事的高手,他将一个个涉及不同物种在不同地域和不同生境中的进化故事娓娓道来,向我们展示了令人惊异的、鲜活的进化线索及其分子证据。是的,他精心制作的这一道道赏心悦目的“大餐”(作者语)都是与开放问题答案有关的线索和证据,而非答案本身;但正是这些构成证据的故事,显示出比普通教科书大得多的威力。我想,即使是对进化理论持怀疑甚至否定态度的人也无法回避自然的证据吧。
        可以说,今天的进化生物学家是如此幸运,因为我们进入了基因组时代——获取一个生物物种的全部DNA序列(称为全基因组测序)已越来越便利而经济,呈现在我们面前的海量信息中不乏新的生物进化证据。诚如书中所言,“基因组学能让我们看到进化过程的深层内涵。达尔文之后的一个多世纪内,人们只能在雀鸟或飞蛾的繁殖和生存中观察自然选择的作用。而现在,我们可以看到‘适者’是如何产生的,因为DNA中包含的各种信息是达尔文无法想象或期望的,完全是新的、不同的。不过,这些信息让他的进化理论更加坚不可摧。我们现在可以识别DNA中特定的变化,了解这些变化如何让物种适应不断改变的环境,进而进化出新的生命形式”。
        写到这里,我起身拉开窗帘,发现不知不觉间窗外竟大雪纷飞。前方的比日神山已披上银装,西藏巨柏依然孤傲地耸立于山间。如同卡罗尔教授在书末所担忧的一样,人类活动和全球气候变化极大地影响着生物的进化历程,而对在青藏高原这类极端环境和生态敏感地区艰难适应的生物而言更是雪上加霜。除了呼吁和祈祷之外,我们至少应当努力了解这些物种各自独特的适应机制,才能最大限度地降低威胁其生存与发展的环境扰动,以免它们走上灭绝的不归路。

        钟扬(复旦大学/西藏大学教授)
        2012年11月于西藏大学林芝校区

作者简介

        肖恩·卡罗尔(Sean B. Carroll,1960—),美国科学院院士,霍华德·休斯医学研究所研究员,威斯康星大学麦迪逊分校的遗传学教授。他是当代的一流生物学家,《时代》(Time)、《美国新闻和世界报道》(U.S.News & World Report)、《发现》(Discover)和《纽约时报》(New York Times)等出版物经常特别报道他的开创性科学发现。卡罗尔所著《蝴蝶、斑马与胚胎——探索进化发育生物学之美》(Endless Forms Most Beautiful: The New Science of Evo Devo)获得2005年《洛杉矶时报》(Los Angles Times)科技图书奖入围奖。

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