进化论也在进化（一）

浅草

我们对进化的理解始于达尔文“适者生存”的自然选择学说。这一学说解释了为什么某些个体能够生存下来，而另一些却被淘汰。接着，遗传学解释了其背后的机制：生物体的变化是由基因突变引起的;突变是随机的，没有方向性的;自然选择像一双看不见的手，选择出最能适应环境的个体。

现在，事情正在再一次发生变化，遗传学、表观遗传学、发育生物学和其他领域的发现，正不断地丰富这个迄今最伟大的学说，并为其增添新的复杂性。

1、基因并不能决定一切

1990年，一个国际合作的科学家团队开展了一项雄心勃勃的研究计划。他们打算对整个人类的基因组进行测序，以确定33亿个碱基对的顺序，我们知道，正是这些DNA上的碱基负责编码我们身上的每一种蛋白。人们以为这项工作最终会把人之为人的秘密揭示出来，所以对其抱着巨大的希望。考虑到我们物种的复杂性，预计人类的基因组里至少包含10万个基因。

这个名为“人类基因组计划”的项目在2003年就公布了结果，比计划提前了两年。但它揭示出的结果却有些出人意料：人类的基因大约只有2.2万个，比原先设想的少了很多，而且与其他哺乳动物相比，人类在基因数量上并没有什么优势。

与此同时，科学家还发现，人类基因的这份“蓝图”并不能说明我们的一切。因为这些基因，在我们身上并不是都起作用的，有的活跃，有的处于休眠状态;即使活跃的，也有活跃程度上的差别;所以，尽管一条DNA所包含的基因不变，但仍可以以无数不同的方式表达，就好比一架钢琴，凭着26个键，可以弹出无数美妙的乐曲。所以，不是基因组中基因的数量，而是不同基因通过“活跃/休眠”形成的组合的丰富性，创造了生命的复杂性。

过去有一种论调，说基因决定我们的一切。但我们对遗传学了解得越多，就越清楚“基因决定论”（即基因单独决定我们的命运的说法）是一个神话。对于一组给定的基因，基因本身没变，但自然环境可以激活某些休眠的基因，也可以关闭某些活跃的基因，从而产生多种可观察的特征（即表现型）。北极狐的毛色随季节而变化，捕食者的存在使得水蚤长出一个保护性的头盔和脊椎，都是这方面的例子。

即使是社会环境的变化也会促成基因表达的转变。例如在胡蜂中，当蜂王去世后，最年长的工蜂会把自己变成新的蜂王。但它并不是唯一做出这一回应的个体。事实上，当蜂王去世时，所有工蜂体内的基因表达都会发生暂时性变化，就好像它们在争夺遗产继承权一样。

这些变化发生时，基因本身没变，改变的是表达方式，而这一改变，又是环境作用的结果。遗传的这种可塑性和灵活性，是种群和物种生存的关键。

2、进化能力也可以学习

标准的进化论告诉我们，进化是盲目试错的过程：大自然制造出大量性状不同的个体，然后交付环境，由环境决定它们的生死，只留下最适合环境的个体。

但是，假如进化是盲目的，地球上的生命是如何在38亿年的时间里进化出如此美丽、复杂的生物的？拿眼睛来说吧。眼睛是那么精巧复杂，只要一个“零件”出错，整部“机器”就报废。单靠盲目试错，怎么能“组装”出这么精巧的装置？比如说，视网膜好不容易进化出来了，可惜晶状体还没有，那么视网膜还是一点用处都没有，将被大自然作为无用之物抛弃，一切都要从头再来。只有等包括晶状体、视网膜在内的整只眼睛进化出来，证明对生存有用，才能被保存下来。假如决定一只眼睛有用的条件有10项，那么这10项必须全部满足才行。假如是由工厂加工，在生产流水线上一项一项完成是不难的，但现在却是盲目地试错呀，这个成功的概率实在太小了。以往进化论给出的答案是，自然界中大量的随机突变一直在发生，进化的时间又如此漫长，所以通过盲目的试错产生任何精巧复杂的东西都不足为奇。

但也有人对此不服。比如，与达尔文几乎同时提出进化论的英国博物学家华莱士，就求助于某个超自然的神灵，譬如说智慧的造物主。他说，就好比精巧的钟表离不开钟表匠的精心设计，必定有一个智慧的造物主在有序地引导地球生命进化。这种观点在历史上叫“智慧设计论”。但智慧设计论太接近神创论，长期以来不被科学界接受。

人类基因组计划揭示的结果是，人类的基因远比设想的少。

由于遗传的可塑性，在胡蜂中，当蜂王去世时，最年长的工蜂会把自己变成新的蜂王。

有没有更好的回答呢？最近，英国生物学家理查德·沃森等人提出一个很有新意的观点。他们说，地球上的进化在最初可能是盲目的，但经过数十亿年，已经变得聪明起来了。换句话说，进化能力是可以通过学习，积累经验来提高的。

让我们先来解释一下何谓“进化变得更聪明”。前面提到，进化是一个试错的过程。如果试错在任何时候都是盲目的，那当然，进化一点都不聪明，其盲目亘古如斯。但如果试错具有一定的选择性，我们就说“进化变得更聪明”。拿动物前、后肢的进化为例。我们知道，每一种动物的前后肢长度是有一定比例关系的，不符合这个比例关系就容易被大自然淘汰。但大自然事先并不知道这一比例关系，它只能通过大量的试错来选择。如果前、后肢的进化彼此不相干，两者长度的组合那么多，试错的范围就太大了。但如果前、后肢的進化是相关的，偏离正常比例太远的组合压根儿不出现，那么试错范围就大大缩小。我们说，这种情况下，进化变得更聪明，更高效了。

那么，进化为什么可以学习，又是怎么学习的呢？沃森等人的灵感来自大脑科学。

学习本质上并不神秘。我们知道，大脑是由神经元组成的网络。在神经网络中，学习涉及到调整神经元之间的连接（加强或削弱），当一个连接被使用次数越多，就越牢固。

一个生物体上的基因也形成类似的复杂网络。最近的一个发现是，每一个基因并不是单独发挥作用的，它的活动受到其他基因的调控;生物体的一个特征，往往取决于许多基因的共同作用;这些基因的共同作用，形成一张错综复杂的基因网络;而自然选择对于如何选择建立一张最有效的基因网络（像建立一张神经网络一样，哪些基因应该参与，哪些基因之间的联系需要加强或削弱，等等）有决定权。

还是以动物前后肢的进化为例。假如决定前肢长度的基因为A，决定后肢长度的基因为B，在多次试错之后，因为自然选择青睐那些A和B已建立起联系的基因网络，所以那些A和B没建立联系的基因网络就被淘汰了。这样，就大大地缩小了试错的范围。由此，我们可以说“进化变得聪明了”。

考虑到基因之间有着网络化联系的这一特征，沃森和他的同事们建立了一个电脑模型来模拟自然选择。不出他们所料，进化就像人工智能一样，可以通过学习，强化最佳的尝试，来使自己变得“聪明”。而且这种能力的获得，不必求助于超自然的神灵，是自然发生的。

进化并非是一味盲目的;进化可以通过学习，拥有某种智慧的特征;这就比较满意地回答了本文最初那个问题——“地球上的某些生命何以能进化得如此复杂、精巧？”（未完待续）