 《三思科学》电子杂志
2005年第3期
2005年3月15日
目 录
封面
封面故事
[柯南]冻结的世界
新闻
2~3月份科学新闻
求知
[赵洋]分布式计算：英特网上的
英特纳雄耐尔
[碧声]鸡：餐桌之外的生活
[萧楠]星际旅行的发动机
六、光子发动机
七、对传统化学火箭的改进
八、空天飞机和太空电梯
译述
[G.Ferry]多萝西·霍奇金传(七)
[R.Dawkins]魔鬼牧师
[R.Dawkins]万灵油
博物
[邢立达]慈母龙
[林璇]三角梅
观点
[异调]怀疑的态度和正确的废话
[水博]“以人为本”体现着辩证唯物
主义的自然观
历史
[方舟子]进化·达尔文(三)
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进化·达尔文（三）
 方舟子
五、达尔文革命的意义
达尔文进化论主要包括两个学说：他的共同祖先学说揭示了生物进化的事实，指出物种是可变的，所有的生物都来自同一祖先，生物的进化是一个树枝状的不断分化的过程；他的自然选择学说则提出了解释生物是如何进化的一个机制，认为自然选择是生物进化的主要方式，是对生物适应性的合理解释。根据这两个学说，生物的进化是从共同祖先开始，在自然选择作用下的多样化过程。生物的进化模式是没有预定方向的，呈树枝状不断分化，而不是像以前的进化论先驱理解的那样是从低级到高级的有预定方向的直线式进化。生物的进化步调是渐变式的，是在自然选择作用下累积微小的优势变异的逐渐改进的过程，而不是跃变式的。达尔文进化论为生物学提供了大理论，奠定了现代生物学的基础。但是达尔文进化论的影响绝不局限于生物学界，甚至也不局限于科学界，它具有深远的思想意义和社会影响。通过创立生物进化论，达尔文领导了人类历史上最为伟大、影响最为深远的一场理性革命。这场革命统一了生命与非生命两个世界，提供了一种全新的世界观、生命观、宇宙观和方法论，波及了几乎所有的科学和人文领域。
达尔文的共同祖先学说确立了生物的自然起源和属性，自然选择学说解释了生物的适应性和多样性。神创论认为神不仅创造了生物，而且精心设计了生物。生物界的设计现象──复杂的生物体构造和对环境的巧妙适应──一直被当成神创论的主要证据，也使从前反对神创论的人困惑。把生物体的复杂结构简单地解释成是自然随机形成的，并不能让人信服，把它们解释成是有意识的智能设计的结果，似乎更为合理。因此，在达尔文之前，虽然休谟等人已抨击过这个所谓“来自设计的论证”，但是并没有起到多大的作用，因为他们无法解释如果不借助超自然的力量，又怎么可能出现适应性构造。即使那些不相信神创论的人，也往往认为在冥冥之中有一个神秘的目的指导着生物的进化。达尔文首先指出，自然选择可以令人信服地解释生物体的适应现象，既无需求助于智能的设计或神秘的目的，也不必归功于随机因素。自然选择并不是一个随机的过程，它实际上包含了两个过程：第一个过程是随机的，变异在群体之中随机地出现；第二个过程是不随机的，自然选择就根据这些变异的适宜度改变它们在群体中的频率。当代神创论者经常打比方说，一个生物结构要随机地形成，就像是旋风吹过工场，把地上的一堆零配件吹成了一架飞机。但是自然选择并非如此这般一蹴而就的，而是经过一连串的组装步骤，每个步骤都选择合适的产品供下个步骤使用，而逐步制造出一架飞机的。换句话说，它实际上是把一个概率很小的事件分解成了许多概率很大的步骤而逐步完成的。针对这一点，神创论者反驳说，生物体的结构复杂而完美，无法简化，不可能经由一系列较简单的、不完美的过渡形态进化而来。他们经常举人的眼睛为例，人的眼睛如此完美，哪个部分都缺不得，怎么可能由不完美的眼睛逐步进化而来？不完美的眼睛能有什么用？达尔文在《物种起源》中专门用一节回答这个问题：不完美的眼睛当然有用，而且在生物界屡见不鲜，把不同生物的眼睛从简单到复杂、从不完美到较完美排列起来，就大体可以推测人眼的进化过程。
完美的眼睛是从不完美进化来的 | |
但是，自然选择学说能够合理地解释生物适应现象的由来，只是证明了自己存在的价值，并不足以推翻神创论，神创论也可以以能够合理地解释生物适应现象的由来为由，而要求被同等对待。因此我们还必须证明神创论不能合理地解释生物适应现象的由来，理由就是生物的适应往往是非常不完美的，因而不可能是智能设计出来。例如人的眼睛其实并不那么完美，而是存在许多“设计”缺陷，甚至是非常愚蠢的“设计”，最明显的一点是，它的视网膜结构采取的是一种奇怪的倒装方式，光要穿过血管、神经才能抵达感光细胞，不仅光线的质量下降，而且血管的影子会影响我们的视觉，加重了大脑处理信息的负担，还容易导致一系列疾病，如果真有一位智能设计者，决不会如此愚蠢。在人体上还有许多这样的不合理的设计，例如人的脊椎构造为什么与猿猴那么相似？这种构造很适合四足行走，但是对直立行走却存在很大的缺陷，给人类带来了许多不必要的痛苦，一位工程师完全可以为人类重新设计一副更合理的脊椎，何况是上帝。但是如果人类是从四足行走的动物经自然选择进化来的，这种结构相似性和由此带来的缺陷，就很容易解释了。自然选择对我们祖先的身体结构做了一些修改，使人类能够直立行走，但是这种修改是在已有蓝图的基础上无意识地做出的，而不是有意识地重新全盘设计，因此难免会有种种缺陷，而不可能十全十美。
这样，达尔文将上帝彻底驱除出科学领域，推翻了形形色色的神创论，也拒绝了目的论，因而否定了所有的超自然现象和因素。由于达尔文进化论，科学的、自然主义的世界观和生命观才成为可能。
达尔文的共同祖先学说不仅深刻地揭示了所有生物的起源，而且牢固地确立了人类在自然界中的位置。达尔文在《物种起源》中避免讨论人的进化问题，只在结束语含蓄地提了一句：“我看到在遥远的将来会有广阔领域供重要得多的研究。心理学将会建立在一个新的基础之上，亦即每一智力和智能必然都是经由级进而获得的。人类的起源及其历史将会得到阐明。”但是其结论是很明显的，在《物种起源》发表后不久，托马斯·赫胥黎、海格尔等人就开始着手阐明这个问题，12年后达尔文出版了第一部研究人类进化的专著《人类的由来与性选择》（1871），决定性地证明人类必定是从猿类进化而来，并在确认了大猩猩和黑猩猩是最近似于人的动物之后，准确地预言人类的故乡在非洲。这是对传统的人类中心说的重大打击。在达尔文之前，人们普遍认为人是万物之灵，并非自然界的一部分，而是超越了自然。例如犹太－基督教神学把人视为是上帝在最后根据自己的影像创造出来的特殊作品，在世界万物中只有人才被赋予了灵魂，世界万物都是被创造出来为人服务的。伟大的哲学家，像亚里斯多德、笛卡儿和康德等人，不管他们的哲学观点是多么不同，也都坚持人类中心说，认为人与其他动物存在不可逾越的鸿沟。达尔文进化论则指出，人类是生物进化的偶然产物，是大自然的产物，是大自然的一部分，人类与大自然是同一的。今天的一切生物都是人类的亲属，人类与其他生物、特别是类人猿并无本质的区别，我们认为是人类特有的属性──例如智力、道德观等精神因素──可在其他动物中找到雏形，也必定有其自然的起源。达尔文进化论让我们更深刻地理解了人类与大自然的关系，更深刻地理解了人性。
人类来自非洲：南方古猿露西艺术想象图 | |
达尔文的自然选择学说为科学方法和哲学思想提供了一个极有威力的崭新观念。在达尔文之前，几乎所有的思想家和科学家都是决定论者，认为自然现象是可以用普适定律加以精确的描述和预测的，在初始条件确定之后，在定律的作用下就必然会出现确定的结果。自然选择却不是一个确定性的定律，而是偶然性和必然性的统一，自然选择的产物是偶然的、无方向性的变异和必然的、适应性的选择的结果，是概率性的，无法做出绝对的预测。在达尔文之前，几乎所有的思想家和科学家也都是本质论者。他们认为各个物种（或属、科……）各有固定的、独特的本质，彼此之间存在着无法弥合的鸿沟。在他们看来，本质才是关键，值得重视、研究的，而个体差异是偶然的、无关紧要的。但是达尔文却强调个体的差异和这种差异的重要性。自然选择学说就是建立在这种“群体思维”的基础上的，它认为所有的生物群都是由独特的个体组成的群体，每一个个体都是独特的，个体差异是变化的基础，群体的差异不具有本质的差异，只有统计的差异，群体的组成将随着时间的推移发生变化。群体思维不仅对以后的科学研究有重大的指导意义，而且改变了社会观念。在日常生活中，我们也经常犯本质论的错误，例如我们经常因为看不惯某个或某些人的行为，就把它被当成是他们所属的社会类群（属于同一个城市、国家、民族、社会阶层等等）的“劣根性”加以批评，这实际上是下意识地认为凡是那个类群的人都俱有某种共同的精神本质，而忽视了每个人都是独特的个体。掌握群体思维有助于指导我们恰当地处理族群与全人类、个体与群体的关系，学会宽容、尊重不同的文化，正视、尊重、利用人类个体的多样性。
六、对达尔文革命的挑战
达尔文革命不仅是一场科学革命，也是一场思想革命、社会革命。它挑战人类自古以来所信奉的一些重要的基本观念，也就不难想像其阻力之大。最大的抵抗理所当然地来自宗教界。进化论不仅否定了基督教《圣经》的历史真实性，也否定了所有形式的神创论，颠覆了基督教的神学基础，进而威胁到教会的社会地位。进化论者被指控试图想让人不相信《圣经》，甚至试图脱离所有与上帝有关的观念，这种指控在很大程度上是成立的。在当时的西方国家，绝大部分人都是虔诚的教徒，公开的怀疑论者、无神论者寥寥无几，被指控背离上帝几乎等于是被指控在思想上犯了罪。反进化论者的另一个指控，甚至在那些不那么虔诚、甚至不信教的人看来，也很有道理：进化论通过否认人是上帝的作品，把猿当成“亚当”，破坏了人类的独特地位，伤害了人类的自尊心。1860年6月30日，《物种起源》发表后不久在牛津大学举行的那场著名的论战中，就很典型地表明了这一点。牛津主教韦尔伯福斯（Samuel Wilberforce，1805-1873）问自称“达尔文的斗犬”的托马斯·赫胥黎，究竟是他的祖父一族还是他的祖母一族从猴子传承而来的？这个讥讽引来哄堂大笑，显然在听众看来，被视为猴子的后裔是一件可耻的事。赫胥黎对此的回答有多个版本，据他后来在一封信中的回忆，是：“如果问我，我是愿意有一个可怜的猿猴当祖父，还是愿意有一个有着很高的天赋和巨大的影响力，却利用这些才能和影响力纯粹只是为了在庄严的科学讨论中进行讥讽的人当祖父，那么我毫不犹豫地断言我宁可选择猿猴。”
 
牛津辩论的双方：主教和赫胥黎 | |
宗教求助于人们的偏见和感情，而科学诉诸于证据和理性。这场科学与宗教的冲突，在科学界很快有了结果。达尔文在《物种起源》中对生物进化的事实所做的论证是如此严密，证据如此确凿，在其发表十几年后，绝大多数生物学家都已变成了进化论者，接受共同祖先学说。在达尔文逝世的时候，有关生物是否是进化而来的争论在科学界实际上已经结束，进化论从此取代神创论，而成为生物学研究的基石。以后的争论只发生于科学界之外，对生物学研究不具有任何影响。但是围绕着生物是如何进化──也即进化机制──的争论，在生物学界却从未平息过，在达尔文的时代更是众说纷纭。与达尔文同时代的生物学家对他提出的进化机制──自然选择学说多数抱着怀疑态度，因为自然选择学说在当时存在着三大困难。
第一，是缺少过渡型化石。按照自然选择学说，生物进化是一个在环境的选择下，逐渐地发生改变的过程，因此在旧种和新种之间，在旧类和新类之间，应该存在过渡形态，而这只能在化石中寻找。在当时已发现的化石标本中，找不到一具可视为过渡型的。达尔文认为这是由于化石记录不完全，并相信进一步的寻找将会发现一些过渡型化石。确实地，在《物种起源》发表两年后，从爬行类到鸟类的过渡型始祖鸟出土了，达尔文在《物种起源》的后来版本中很愉快地提到了这个重大发现。以后各种各样的过渡型化石纷纷被发现，最著名的莫过于从猿到人的猿人化石。在现在被称为过渡型的化石已有几千种，但是与所有生存过的动植物种类相比，仍然显得非常稀少。这是因为，生物化石的形成是一个极其稀少的事件，因此化石记录必然非常不完全。曾经生存过而已经灭绝的动植物至少在十亿种以上，而我们已发现的古生物化石不过几十万种。而且，根据现在被普遍接受的新种生成的理论，过渡类型一般只在短时间内出现在那些与世隔绝的小型群体之中，这样，过渡类型要形成化石并被发现，也就更加困难。但是在达尔文时代，化石记录的不连续性是对自然选择学说的一大挑战，甚至连赫胥黎（他主要是古生物学家）后来也对自然选择学说失去了信心，倾向于相信生物的进化是跃变式的。即使在今天，古生物学家中怀疑自然选择学说的也不乏其人。
开尔文勋爵 | |
第二，是地球的年龄问题。既然自然选择学说认为生物进化是一个逐渐改变的过程，它就需要无比漫长的时间才能进化出现在我们见到的如此众多、如此丰富多彩的生物物种。达尔文认为这个进化过程至少需要几十亿年。达尔文不知道地球的历史究竟有多长，但是他有理由相信它必定是非常古老的。例如，当时英国地区沉积岩的已知总厚度是77584英尺，美国密西西比河的泥沙沉积速度据估计是10万年600英尺，即每166.67年沉积一尺。按这个沉积速度，英国沉积岩花了1千2百万年才形成，而实际的沉积速度可能比那慢得多，因此所用的时间也就长得多。在另一个例子中，达尔文估计要用大约3亿年的时间才能把一个高度为500英尺的悬崖侵蚀成现在的韦尔德平原（假定侵蚀速度是每百年1英寸）。然而，当时物理学界的泰斗威廉·汤姆逊（开尔文勋爵）用热力学的方法证明地球的历史并没有如此久远。他的计算原理非常简单：地球做为一个热体，必然要向太空散热，当时已知的化学反应能够补充一些热量，但是远远不足以补偿散发的热量，那么地球就会逐渐冷却，反过来，现在的地球必定是从一个更热的热体冷却而来的，一直回溯到完全由熔岩组成的无比炎热的热体。汤姆逊在假设了太阳的温度和冷却速度、岩石的热导率等参数后，计算出地壳只有大约一亿年的历史，而只有最近的2－4千万年地球才冷却到能够让生命生存，这个时间框架显然远远少于达尔文所需要的时间。这种根据物理定律所做的计算，看上去要比达尔文本人的估算准确得多。面对物理学家的挑战，达尔文无法反击，只能说“我确信有一天世界将被发现比汤姆逊所计算而得的还要古老”。我们今天知道达尔文是对的，而汤姆逊算错了，由于不知道放射性同位素的存在，他低估了太阳和地球的年龄。在1906年，瑞利勋爵（Lord Rayleigh）指出，地球内部放射性同位素产生的热量足以平衡汤姆逊假设的冷却效应，而且由于放射性同位素的衰变速度极低，使得地球在极长的时间内都可以使温度保持稳定。在20世纪30年代，放射性同位素开始被用于测定岩层的年龄。现在地质学界公认地球有四十几亿年的历史，而至少在三十几亿年前生命就已诞生，这对自然选择来说是绰绰有余了。但是在达尔文时代，在地球的年龄问题上，人们显然更倾向于相信物理学权威。
第三个困难是最致命的：达尔文找不到一个合理的遗传机理来解释自然选择，无法说明变异是如何产生，而优势变异又如何能够保存下去。可遗传的变异为自然选择提供了材料，它们是怎么产生的？我们现在知道它们是遗传物质随机地发生改变（基因突变或基因重组）的结果，但是达尔文当时对此一无所知，只能笼统地说随着一个群体的个体数目增多，新的变异也随着增加，或错误地认为环境的变化能够使生物体产生可遗传的变异（不过他认为这种产生是随机而非定向的），甚至像拉马克那样认为生物体器官的用进废退也能够影响变异的产生（所谓拉马克主义）。当时的生物学界普遍相信所谓“融合遗传”：父方和母方的性状融合在一起遗传给子代。这似乎是很显然的，白人和黑人结婚生的子女的肤色总是介于黑白之间。虽然人们也观察到子代有时候只表现出亲代中的一方的性状，不过这被认为是例外情形。许多批评者据此指出：一个优良的变异会很快地被众多劣等的变异融合、稀释掉，而无法象自然选择学说所说的那样在后代保存、扩散开来，就象一个白人到一个非洲黑人部落结婚生子，几代以后他的后代就会完全变成了黑人。达尔文提出一些假设回应这些批评，例如，他指出，从动植物培养中可以知道，如果一个优良的变异由于某种原因而与群体中的其他成员分离开来，那么是可以被保留下来的；有些性状不会在后代中被稀释掉，还有的优良性状不会只出现一次，而会经常出现，因此也不容易被稀释掉；自然选择不仅保留、传播优良变异，而且也淘汰不良变异，相应地优良变异所占的频率也就增加了，因此也就不容易被稀释，等等。但是这些回应都缺乏可靠的遗传理论的支持。为了摆脱困境，达尔文后来提出一种颗粒遗传的假说──泛生子假说。他假设在身体所有器官组织中，都分别产生控制性状的极其微小的遗传颗粒“泛生子”，经由血液循环到达生殖器官，进入性细胞共同组成遗传物质。在受精时，来自父母的泛生子混合在一起遗传给后代，表现出性状的融合，但是泛生子本身则是稳定的，控制优良变异的泛生子不会由于融合而消失，就还有机会继续遗传下去。但是，没有任何实验证据可以用来支持泛生子假说，反而有反面的证据，因此很难被接受。而且，泛生子假说也可以用来解释拉马克主义：既然身体的每一部位都对遗传做出贡献，那么由于环境影响或用进废退而在各个部位发生的变化，也就都可能遗传下去。达尔文被迫做出让步，承认拉马克主义也是成立的，可以用来补充自然选择学说。事实上，在达尔文逝世（1882年）前后，生物学界普遍接受拉马克主义，而怀疑自然选择学说。
孟德尔的豌豆：不同性状的遗传 | |
如果达尔文知道奥地利遗传学家孟德尔的实验，就不会在遗传问题上陷入绝境了。孟德尔在1865年就已经发现了基因的分离定律和独立分配定律。生物遗传并不融合，而是以基因为单位分离地传递，随机地组合。因此，只要群体足够大，在没有外来因素（比如自然选择）的影响时，一个遗传性状就不会消失（肤色的融合是多对基因作用下的表面现象）。在自然选择的作用下，一个优良的基因能够增加其在群体中的频率，并逐渐扩散到整个群体。很显然，孟德尔主义正是达尔文所需要的遗传理论。可惜，孟德尔的发现被当时的科学界完全忽视了。孟德尔曾经把论文单行本寄给了达尔文。人们在达尔文藏书中发现它的时候，论文的连页并没有割开，表明达尔文从来没有读过它。具有讽刺意味的是，当孟德尔遗传定律在1900年被重新发现时，遗传学家们却认为它宣告了达尔文主义的死亡，在他们看来，随机的基因突变，而不是自然选择，才是生物进化的真正动力。还要再过四、五十年，达尔文的自然选择学说才最终与遗传学紧密结合起来，而获得新生。
进化·达尔文之前（一）
进化·达尔文之前（二）
进化·达尔文之前（三）
进化·达尔文（一）
进化·达尔文（二）
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