——读卡罗尔《造就适者》一书有感

自达尔文1859年出版《物种起源》以来，“进化”已经成为人类关注程度最高的词汇之一。尽管很多人并不真正理解达尔文的理论，也曾发生过以希特勒为代表的德国曲解“适者生存”的含义大肆屠杀犹太人的残酷事件，但越来越多的事实让达尔文的进化论坚不可摧。特别是半个多世纪以来，随着分子生物学的飞速发展，DNA的发现以及基因组计划的实施，给我们提供了包括人类在内的各种生物的大量信息，这些都是在达尔文时代无法想象或期望的，在证实了达尔文进化论正确性的同时，也为我们较为清晰地勾勒出了数亿万年来生物进化的历程。

肖恩·卡罗尔的《造就适者：DNA和进化的有力证据》一书，较为系统地向我们介绍了科学家们借助DNA的分析和研究，对生物进化的探索和新认识。告诉读者人类为什么会有所不同，以及人类是如何进化成现在的样子的。读这本书的过程中，我常常被这些肉眼看不到的基因的千百万年来的精准复制所感慨，也为生物因生活环境的改变而做出的基因调整所折服。在自然选择、基因突变、时间累积这三个要素的共同作用下，生物从远古一直走到今天，其所携带的基因向人们揭示了它长途跋涉的艰难历程。

一、自然选择

进化过程由三项关键因素共同决定：变异、选择和时间。

在生物体内，蛋白质是负责所有工作的分子——从携带氧、建构组织、到复制下一代DNA，它由被称为氨基酸的分子构成。蛋白质内共有4种不同的碱基，每个氨基酸的代表密码都是3个碱基的组合。其中，蛋白质内指定遗传密码的DNA链被称之为基因，它是双链结构，能形成独特的工作指令，去建构每一种蛋白质。

基因（即DNA链）携带者遗传密码，是物种之间是否具有血缘关系最为准确的判据。今天已经被广泛应用在亲子鉴定、案件侦探、生物分类、病菌防控、分子制药等诸多领域。过去，生物学家在发现一个新的动植物时，总是从外表、形态等方面对其进行甄别，判断它属于哪个种属和科目。这种方式经常会出现乌龙。现在有了DNA甄别，精确度大大提高了。

生物有哪几种？依据DNA的分析和研究，现在从大的方面将其分为五类，分别是古细菌、细菌、真菌、植物和动物。这五类生物中，有一种基因非常重要，它们都集中在细胞的生存所需与共有的执行程序上，如解读DNA和RNA，制造蛋白质等。而且从地球的生命之初，有了复杂的DNA开始，它们就开始存在于生命体之中，一直没有发生过改变，各种形式的生物都依靠这些基因活下去。这些基因被科学家称之为“不朽基因”，它们是辨别生物类属的关键。几十亿年来，这些不朽基因因为环境、物种自身的变化等因素的影响，曾遭受过各种各样的“袭击”，有无数次发生“突变”的可能。正是因为生命体内自然选择的力量，将一次次“突变”的危机抹平。

为了繁殖，生物体必须复制DNA，而复制DNA是一段复杂的生物化学过程，其中可能会出错，如果错误没有被及时改正，就会产生突变。当然，并不是所有的“突变”都能被抹平，有些不太重要的DNA，生物体在判断其不影响自身生长的情况下，是允许其发生“突变”的。

就拿人类来说。在人类机体70亿个DNA字母里，大约有175种新的突变就是被允许的。这些突变有几种可能：（1）产生在没有携带任何意义信息的DNA上；（2）产生在某个基因内部或很接近某个基因，但不改变该基因的作用；（3）使基因出了问题，但许多基因都有两个独立的拷贝，其中一个出了问题，另一个仍能弥补缺陷；（4）影响某个基因，但产生的变异在容许范围内。例如身高、体型、肤色……等外在的变化以及器官的内在改变。

这些被允许的“突变”，在DNA上的表现，是在某个位置“插入”了一个特定的标记。一旦插入成功，就会被该物种及其所有后代遗传下去。当然，突变是很稀少的事件，在DNA中插入“元件”也是很稀少的事件，若它们现身在两个物种DNA的相同位置，唯一的解释就是这两个物种有共同的祖先。

人们通过分析不同动物在基因突变过程中所插入“元件”是否相同，对人类的进化有了较为清晰的认识：今天的人类自然是一个特殊的物种，如果往前推的话，人类、黑猩猩、倭黑猩猩三者的基因中有共同的插入“元件”，说明这三者有共同的祖先；再往前，猩猩的插入元件和前面这三者相同；继续往前追溯，合趾猿和上述四者有相同的插入元件；绿猴和上述五者有相同的插入元件；夜猴与上述六者有相同的插入元件……

而不论是古细菌、细菌、真菌、植物还是动物，大约有500个基因共同存在于各界域的生物体内。说明在地球生命之初，所有物种的起源都是相同的。自然选择保留了生物体内最重要的基因，使它们在进化的过程中保持不变，成为不朽基因；突变则经常发生在生物体内，通过不断在DNA中插入“元件”的方式，让生物体日益多元化；而这些变化得以实现的基础就是时间。

二、用进废退

在漫长的进化长河中，不断有新的基因插入到DNA之中，生物体内的DNA是否越来越复杂？这是自然的，正是因为基因不断复杂化，才导致了生物体各种功能的完善和改变。

但并不是所有的基因一直都在起作用。因为生命体生活方式的变化，有一些基因不再发挥作用，或者它的功能被弱化，生命体对这些基因的管控就会放松，它们就会像沉积岩中的化石那样，在长期的演变过程中，基因的内容同样会碎成一块块，并且随时光湮灭。这样的基因我们称之为化石基因。

基因化石化的精确性非常高。再也不需要、再也不使用的基因会累积突变，逐渐化石化，但隔壁的有用基因会完整地保存下来，不受它们的影响。这也是自然选择的力量。

你是否想到过，在哺乳动物的基因组当中，嗅觉受体基因竟然是最大的一个基因群。以老鼠为例，总量25000个基因中大约有1400个这类基因。巴克和阿克塞尔破解了嗅觉基因之谜，因此获得了2004年的诺贝尔生理学医学奖。

那么，人类的嗅觉基因有多少个呢？科学家在精确的测量之后发现，鼠大又有160个正常的嗅觉受体基因，而在人类基因组的200多个嗅觉受体基因中，只剩下5个是有用的。也就是说，人类的嗅觉远没有老鼠灵敏，人类的嗅觉受体基因大半已经化石化，无法产生所有有功能的受体。

人是如此喜欢美食，被各类美食的味道所吸引，但为什么嗅觉受体基因绝大多数会化石化呢？科学家推测是因为人的其他触觉发挥了更大的作用，比如说视觉基因，从而降低了对嗅觉的依赖度。

当一个器官或是一整套功能停止运作，与之相关的负责不同步骤的各个基因，就会遭到选择抛弃，然后经历化石化的过程。化石化的过程一旦发生，就很难逆转。这是一条单行道，失去的功能再也不会回来。

自然选择不能保存不被使用的部分，也不能计划未来。自然选择的监督作用只发生在当下，这一事实制定了一项绝对准则：用进废退。换言之，自然选择无法未雨绸缪。假如环境改变，即使经历漫长岁月，失去特定基因的物种也无法取回这些基因以适应新环境，这或许是物种存续或灭绝的重要因素。

曾经存在于地球上的现在已经灭绝的物种已超过99%。或许就是因为基因化石化之后，地球出现了大的生态变迁，使得相当多的物种无法适应而消亡的。现存的物种不见得比它的老祖宗还要装备齐全，它们通常是增加了一些DNA密码，不过也往往失去一些基因和能力，甚至是许多。

自然选择遵循用进废退的准则，人为的作用也会促使生物体改变自己的生长方式。如果这样的人为干扰持续不断地进行下去，必然使得生物体的某些基因不再发生作用，变成化石化基因。

举个例子来说。加拿大盘羊是美国怀俄明州高地一代最崇高的象征。狩猎时，人们偏好犄角最大的公羊，但是母盘羊刚好也爱这味。频繁进行的猎捕活抑制了强健羊只的成长，身躯较小、犄角较短的公羊因此受惠，这促使羊的形态进化方向偏离了自然选择的初衷。

这样的变化对这个物种的发展是带有致命性的。更加致命的是工业时代带来的人口和产业增长，对几近油尽灯枯的生态系统而言更是雪上加霜。过度捕捞、污染以及人为的气候变化，威力足以让破败的生态系统一步步走向偏离自然选择初衷的道路，永无翻身之日。今天在很多地方，过渡捕捞已经导致很多鱼类濒临枯竭，幸存者不再向大型鱼类的方向生长，而被动选择体型小的身体，以便躲过捕捞。这样的境况一旦出现就不可逆转，既是再多几年的禁渔期，也没有办法恢复到原初的状况。

三、进化重演

很长时间以来，人们一直以为生物体的进化是一个统一的过程，不同物种的进化都有具体的时间轴，物种都是沿着这样的时间轴一点一滴地进化到今天的模样的。DNA的研究表明，这样的观点是错误的。进化的旅程确实是无法掉头的单向道，但同一物种进化的时间轴会有很大的差异。

在中美洲的哥斯达黎加，有一种吼猴，因吼声可传播到5千米之外而得名。科学家在研究它的DNA时发现，这种吼猴有完整的三元辩色能力，能够辨认出植物的鲜艳嫩叶为食。同时，他的嗅觉基因也因此而退化。最令人奇怪的是，吼猴在辨色力、食叶习性、嗅觉退化等方面的进化，比亚洲、非洲的猿、猴晚了2000万到2500万年！类似的情境也发生在世界不同的角落、不同的时间、发生在不同的物种身上。

为什么不同地区的相同物种，在进化的过程中会有如此大的差异呢？答案来自三个主要因素：机遇、选择和时间。物种为了适应环境而变化，不同地区环境的变化差异很大，从而导致物种的进化在时间上的差异。

例如，南极鱼类体内的关键机制之一是抗冻剂，由蛋白质组成，以保证鱼类能够在冰冷的水中生存。在鱼类的进化树中，南极鱼类和北极鱼类的亲缘关系遥远，他们分属不同目。在大约1400万到1000万年前，南极海域的水温就降低到了冰点，北太平洋和北大西洋结冰的时间则晚很多，大约在250万年前。这两种抗冻蛋白是分别独立地进化出来的。

物种为了适应环境而发生进化，一旦类似的外力再度产生，相似的结果便会再度出现。基因的化石化和消失同样也是如此，可以在不同的地区反复出现。比如说鱼类因为生活环境的变化居住在了洞穴里，它们的眼睛和体色失去了作用，主管眼睛和肤色的基因就会逐渐被化石化。这一过程已经在不同时代、不同地区的洞穴里反复出现过。

四、军备竞赛

生活环境和生活方式的变化，对人类基因的影响也是很突出的。

研究表明，在疟疾流行的地区，人类的红细胞中中有一个基因曾发生过两次突变。而这两次突变与社会的发展密切相关。

人类大约在1万年前开始发展农业。当人类清除树木、开垦农田、受到阳光照射的水域增加，水中生长的携带疟原虫的按蚊也会变多。人口密度和按蚊数量增多，加上更多人定居湖畔，方便了疟疾四处蔓延，并且带动了疟原虫、按蚊与人类之间展开军备竞赛进化。疟疾如今影响着3亿至5亿人口，每年造成200万人死亡。

在疟疾流行的地区，人类身上的酶缺陷逐渐常见起来。有一种缩写为G6PD的带有缺陷的酶，出现在全球约4亿人的身上，有34种不同的变式。研究人员发现，在G6PD出现缺陷的红细胞里，变质的氧化环境会让疟原虫难以生长。

用受体基因突变来躲避病原体，只是我们和病原体进行具备竞赛的一招。为了入侵人的免疫系统，病原体也拥有全套的基因诡计，包括通过突变不断进化其外表，以便在这场竞赛中抢先我们一步。这几年，我们已经对H7N9之类的病毒有了较为深刻的认识，其实这类病毒有很多种类型，比如H3N5、H7N10等等，病原体就是期望通过自身的变异，来突破人类的防御体系的。我们生产出了药物，很快病原体就有了抗药性，原因就在于此。

面对病原体的不断侵袭和变化多端，新的方法是联合用药，面对两种以上的药物，病原体要进化出抗药性所需要的时间会比面对单一药物长。但这也是一个双刃剑，这样的军备竞赛，不会有赢家出现。

人类几十万亿细胞组成的身体之内，某些类型的细胞必须时时更换，如皮肤、血液、内脏细胞，等等。在制造这些新细胞时，必须复制DNA，复制有时候会发生错误。有些错误会在体内激发某种进化上的军备竞赛，那就是人类的第一大死因——癌症。

到目前为止，治疗癌症多半使用有毒性的药物和射线，没有什么特殊手段。这种疗法大规模地摧毁快速增殖的细胞，结果，正常细胞和癌细胞玉石俱焚，并引起严重的不良反应。在基因层面对细胞进行控制，是今天的医学界努力地方向。浦东新建成的一家医院已经开始在这方面进行探索，希望能够给更多癌症患者带来福音。

不过我更担心的是，因为这样外界的介入和干扰，是否会导致人体内细胞突变的可能性进一步增大？

《造就适者：DNA和进化的有力证据》 [美]肖恩·卡罗尔/著  杨佳蓉/译  上海科技教育出版社  2012.12