比目鱼的眼睛

17 07 2008年

达尔文1859年出版的《物种起源》一书,他称之为“一个长篇论证”,想要论证两个大问题:第一,生物是进化而来的。这一点证据非常充足,他完成得很成功,到1872年《物种起源》出最后一版时,达尔文已可以宣布几乎所有的生物学家都接受了进化论。第二,生物是在自然选择的作用下,通过累积微小的优势变异,逐渐进化来的。这在当时基本上只是一个天才的推理,既找不到一个合理的遗传理论来解释,也没有直接的证据,难怪在达尔文生前和身后相当长一段时间内,大多数生物学家都不接受自然选择学说。

英国著名动物学家米瓦特起初是自然选择学说的热情支持者,随后却变成了激烈反对者。1871年,米瓦特出版《物种发生》,列举许多例子试图说明自然选择无法用以解释生物结构的由来,其中一个后来经常被提及的著名例子,是比目鱼的进化。

比目鱼在英文里被叫做“扁平鱼”,这指的是它的身体形状。不过,正如中文名称所表明的,比目鱼最奇特的特征是它的眼睛。长着两个眼睛的动物一般都是左右对称各一个,比目鱼的眼睛却是挤在身体一侧。由于长着一个不对称的扁平身体,侧鳍很小又没有鱼鳔,使得比目鱼难以游动,而习惯于潜伏在海底。对比目鱼来说,两个眼睛都长在一起向上看,在水底可以很方便地监视上方的动静。如果有一个眼睛长在下边,不仅派不上用场,还容易被水底的沙石伤到。

如果比目鱼是从两侧对称的鱼在自然选择作用下逐渐进化来的,那么一开始时,有一侧的眼睛只是向头顶移动了一点,变得不那么对称。但是这种斜眼鱼能有什么生存优势呢?在现存的鱼中,并没有一种是长着斜眼的,化石中也找不到这样的过渡型。最接近过渡型的是现存的一种比目鱼——大口鳒(俗称左口),它的一只眼睛接近头顶,似乎刚刚从另一侧迁移过来,但是两个眼睛也都在同一侧。

因此米瓦特认为比目鱼的眼睛形态不是自然选择逐渐形成的,而是在动物“内在动力”的驱使下跃变而来,一蹴而就的。在最后一版《物种起源》,达尔文专门用一章来反驳“对自然选择学说的种种反对意见”,主要就是在反驳米瓦特的《物种发生》举的例子,特别是比目鱼的例子。

达尔文注意到,比目鱼刚出生的时候眼睛其实也是对称的,但是长着长着,随着身体越来越扁平,底侧的眼睛也就逐渐移到朝上的一侧去了。而有某些两眼对称的鱼,偶尔会在水底侧卧,这时它会让下面的眼睛尽量往上看,使头部出现了变形。达尔文的意思是,即使比目鱼的祖先的眼睛有一个长在底侧,也能通过肌肉运动把它移到顶侧去,而由于用进废退,其后代的底侧眼睛就会逐渐变得越来越靠顶部,并被自然选择保留下来。我们没能找到这些过渡型化石,是因为化石记录很不完全。

达尔文在此试图用“用进废退”来弥补自然选择的不足,把拉马克主义和达尔文主义结合起来。但是进入20世纪后,随着遗传学的建立,生物学家不再相信后天获得的性状能够遗传,即使比目鱼的祖先拼命地把下面的眼睛往上拉,也不能让它的后代的眼睛就会变得更靠上。这样,达尔文的解释就存在着先天的不足。一些遗传学家又回头相信跃变论,只不过用基因学说进行了改造。这一学派的代表人物是德裔美国遗传学家高兹史密特,他在1933年美国《科学》发表的一篇著名论文中提出基因大突变论,也举比目鱼的眼睛为例,认为只要通过一个基因突变,就能让比目鱼祖先的眼睛从对称一下子长到一边去,无需过渡形态。

但是,高兹史密特的观点并没能被普遍接受,因为遗传学的研究表明,对生物形态有重大影响的大突变的结果几乎总是产生无法存活的怪物。比目鱼的进化还是必须通过小突变的累积,但是又找不到过渡型做为证明。神创论者幸灾乐祸,经常举比目鱼为例来“驳斥”进化论。

神创论者笑得太早了。比目鱼过渡型化石最近被找到了,而且是两种。这些化石其实早被发现了,有的已在博物馆的仓库里躺了两百多年。芝加哥大学博士生马特·弗里德曼用计算机断层成像术对这些积满灰尘的化石进行研究,认定它们正是预料中的比目鱼过渡型化石:它们的眼睛虽然是一边一个,但是有一侧的眼睛位置偏上,靠近头顶。把这些生活在始新世(距今约4千500万年前)的比目鱼祖先化石与大口鳒和其他现存比目鱼依次放在一起,可以清楚地显示比目鱼的眼睛是如何一步步迁移的。

这场持续了100多年的关于比目鱼眼睛进化的争论到此接近尾声了。至于神创论者,他们的思想已经僵化,我们不必指望他们会从此洗心革面,只希望他们以后能诚实一点,不要再嚷嚷“找不到比目鱼过渡型化石”。

2008.7.13

(《中国青年报》2008.7.16)

(XYS20080716)


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12篇回复 to “比目鱼的眼睛”

17 07 2008年
付强 (09:21:37) :

好文章!

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但是进入20世纪后,随着遗传学的建立,生物学家不再相信后天获得的性状能够遗传,即使比目鱼的祖先拼命地把下面的眼睛往上拉,也不能让它的后代的眼睛就会变得更靠上。
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方先生能否对此再深入一些,很多人对这点还是有误区的。
还有,人类胎儿的形状变化据说也跟人的进化过程类似,也是从鱼状逐渐转变为人状。方先生能否对此现象做一个科普。

17 07 2008年
付强 (09:56:21) :

关于相关性和因果性的关系,我上网搜索了一下,很多资料讲的不是很清楚。方先生能否就这个话题做个科普?谢谢!

17 07 2008年
付强 (10:30:26) :

关于相关性和因果性,我现在的认识是:相关性只是因果性的必要条件,而非充分或充要条件,即因果性必定有相关性,而相关性不一定能推出因果性。
不知这样理解是否正确,还望高人指点。

17 07 2008年
付强 (10:38:41) :

举个例子。统计数据显示:左撇子的收入高于右撇子。左撇子和收入之间的关系到底是相关性,还是因果性呢?

17 07 2008年
上帝之脑 (13:45:11) :

不过
还是有一个很重要的问题方舟子没有提到啊,那种过渡型的眼睛稍微比其他鱼要靠头顶的鱼,和普通对称眼睛的鱼一样,不会带来多少生存优势啊,都是一样被埋在沙里的,跟对称没有什么区别,怎么可能这些斜眼鱼会继续进化成眼睛在头顶的鱼,然后变成比目鱼呢。
难道是用中性变异来解释这种没有多大用处的渐变类型吗,还是真的这种斜眼过度鱼确实有一些生存优势呢。优势在哪里呢。

付强提醒我一个问题,有些科普书上说左撇子的左脑和右脑的功能是刚好和正常右手人左右脑功能相反的,是这种情况的吗?

17 07 2008年
付强 (15:06:16) :

是啊!比目鱼小时候跟正常鱼一样,两边的眼睛是对称的,这在进化中是怎样形成的呢?

17 07 2008年
bright (15:30:55) :

生长过程中一些基因开始表达(或表达水平提高)、另一些基因停止表达(或表达水平降低),慢慢长成这样的。
小时候眼睛对称说明相关基因是在后来发挥作用的。

17 07 2008年
方舟子 (18:04:01) :

过渡型不是埋在沙里的,斜眼有别的优势,例如两只眼可以有不同的作用,一只用来监视天敌,一只用来寻找猎物。

20 07 2008年
付强 (11:28:21) :

我的问题怎么没人回答呢?

29 07 2008年
zeroyear (21:47:31) :

我就纳闷神创论者为什么还敢拿比目鱼说事。把比目鱼设计成这么副扭曲的“嘴脸”,这上帝也真够搞怪的!

11 08 2008年
罗宾鼠 (13:43:41) :

很高兴又看到了关于进化论的科普文章。记得方先生在其普及进化论的名著《进化新篇章》接近结束的地方向读者推荐进化论书目的时候,第一本介绍的就是达尔文的《物种起源》。在简单介绍了这本书后,方先生写道:“遗憾的是,这本经典著作至今缺少准确、通晓的中文译本。在本书完成后,我将着手翻译《物种起源》第一版本。”如今八年过去了,不知翻译的如何了?读者能否在明年《物种起源》第一版出版150之际看到由方先生翻译、评点的《物种起源》?

31 08 2008年
Carl (20:53:52) :

记得初中政治学(好像)教科书说人类大脑进化时,称恩格斯说:劳动在人类大脑进化方面起着关键作用。当时我就听怀疑,就是方先生所说的,后天的技能不会导致生物学遗传

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