进化：达尔文的家庭发现

2017-11-10石左虎编译

世界科学 2017年11期

石左虎/编译

进化：达尔文的家庭发现

石左虎/编译

我的硬盘里有一个文件夹，名为“达尔文在家里”，这是我一直想写的一本书的提纲。令我感到惊奇的是，达尔文的一些极为出色的实验是在英格兰的达尔文故居的嘈杂家庭环境里完成的。进化生物学家詹姆斯·科斯塔（James Costa，达尔文信托的受托人）帮助了我。他撰写的《达尔文的后院》（Darwin’s Backyard:How Small Experiments Led to a Big Theory）一书热情和平衡地颂扬了这位维多利亚时代的科学家执着探索的一生，且叙述了他的住所周围的田地和草地如何变成广阔世界中的一个小天地。

有很多理由去热爱达尔文40年的科学研究活动。首先，他对自然广泛和浓厚的兴趣：学生时代的活泼性格使他有“令人非常愉快的人”之美称，对甲壳动物做的8年观察和研究训练了他的生物分类技能，种子生长实验使他对物种分布形态给出了解释。达尔文的研究项目繁多：极其复杂生物的解剖、昆虫促进开花植物的传花授粉、把鸽子繁殖比作选择的力量之想象、探索植物是如何活动、揭示蚯蚓移土魔力的40年研究项目等等。

在书的每一章里，科斯塔大致按照时间顺序叙述达尔文在各个方面进行的探索。但科斯塔也会在项目之间转换，反映出达尔文有许多研究项目在进行。19世纪50年代（达尔文《物种起源》一书就是在这十年里出版的），达尔文曾在门厅里放着青蛙卵、在地窖里放着种子、在“蜗牛饲养场”挂着鸭脚、在显微镜下放着分成小块的花卉、在草坪上围着的小块土地、自家制的鸽棚放着鸽子。

达尔文的职业道德是很令人敬佩的。1831年至1836年随皇家海军Beagle号军舰出海回来后，他一直受神秘的疾病折磨，但是他仍然继续钻研，专注于一个又一个奇思妙想，直到1882年他的生命终结。他是一个极其有创造才能的人，提出的实验方案既简单又巧妙，例如“野草园”揭示了自然的极端死亡率以及为生存的激烈竞争。他还是一个愿意接受建议的人。他8岁的儿子弗朗西斯（Francis）提出：种子可以在死鸟的嗉囊中漂洋过海。达尔文于是杀死了他的鸽棚里的一只鸽子，将它放入一只盐水桶里达1个月之久。后来该鸽子嗉囊中的种子竟然生长良好。

科斯塔写到，达尔文在他全部活动中表现出了坚忍不拔的精神。例如，在研究千屈菜有性繁殖时，达尔文对每一个可能的杂交做了实验，记录下各种繁殖情况。他平时爱说笑，他在对大黄蜂“嗡嗡作响的地方”作仔细观察时（后来他解释了那是雄性蜜蜂在释放外激素的地方），他要他的孩子去画出蜜蜂的飞行路线。伦纳德（Leonard）当时只有4岁，后来他把那个实验看作是一个游戏，他说，在游戏中“我父亲跟其他孩子在一起时就像一个孩子”。科斯塔在颂扬达尔文的人性时没有落入“理想化传记”的陷阱。

达尔文对实验的执着展示了如何做好科学研究。他的所有研究几乎都始于思想开阔的观察，通过观察提出问题。他的灵感有多个来源：文献、观察、与他保持经常通信的业余和专业研究者的网络。他经常寻求多种、互补的证据。例如，在他关于肉食植物：圆叶茅膏菜的工作中，他做了几个预测来验证他的假说，该假说认为：茅膏菜诱惑昆虫去获取氮。在这些昆虫中间，茅膏菜偏爱含氮食物超过不含氮食物，该植物分泌的微滴中有“一些类似胃蛋白酶的酶”，即消化酶。就这样，一个回答会引出多个新问题，就像一棵树长出很多分枝一样。达尔文在他的1887年出版的自传中写道：“我的思维就像一部从大量事实中提出一般规律的机器。”

达尔文欣然接受针对他的自然选择进化理论的挑战。他对蜜蜂蜂巢的建造进行了惊人的研究。在严密观察的同时，达尔文运用了复杂数学、比较生物学以及与博物学家威廉·特盖特迈耶（William Tegetmeier）的合作。在特盖特迈耶建议的巧妙实验中：将蜜蜂涂上红色蜡以显示筑巢的过程。于是，达尔文演示了蜜蜂围绕某一点旋转，以此建立了一个圆柱形室，然后对圆柱形室再加工以包括固定空间。其结果是，蜂巢成为“由一些非常简单的本能”生成的六面体。

达尔文还经常利用当时源源不断的大众科学的力量，他请大家参加关于罕见事件的观察。例如，他有一个基于知觉的想法：昆虫（可能指蜜蜂）传粉会偶然造访对叶兰。于是他向《园丁编年史》（The Gardener’s Chronicle）的读者征求此类昆虫传粉的证据。虽然征答活动归于失败，但是达尔文的思路是对的。在英格兰，自花传粉是花卉繁殖的主要方式，在地中海生物种群中，蜜蜂偶尔促进了不同植物之间的杂交。

今天，正像科斯塔提醒我们的那样，将小心控制、大量样本、重复和统计分析等方法进行综合提高了实验设计的严密和结论的可靠。他也叙述了当代科学家如何运用诸如同位素分析和DNA测序等技术，为达尔文超乎想象的结论增添分量。《达尔文的后院》一书解释了科学是如何通过努力而不断积累和逐步发展的。

所有这些使得达尔文的实验世界成为绝好的教学工具，尤其是他的很多实验可以重复。幸运的是，本书各章均细述了达尔文在家里做的受灵感支配的实验。科斯塔确定的目标是：揭示达尔文的洞察力的演变和他的方法的相关性。至于我，我把我的“达尔文在家里”文件夹拖到另一个名为“次要”的文件夹中。