方舟子的Blog

    “梧桐相待老，鸳鸯会双死。贞女贵徇夫，舍生亦如此。波澜誓不起，妾心井中水。”（唐·孟郊《列女操》）自古以来，鸳鸯就被中国人视为忠贞爱情的象征。这源于至迟在晋朝就已有记载的一个传说：鸳鸯雌雄一刻也不分离，如果有一只被抓走，另一只就会相思而死。
    可惜现代鸟类学家的观察破坏了人们美好的想像。事实上，鸳鸯雌雄只在交配的季节才在一起，而在雌鸟孵蛋、抚养幼鸟期间，雄鸟并不承担责任，跑到别的地方去了。在下一个交配季节，雄鸳鸯通常还会回来找原配，这也许让人感到一丝欣慰，但是和那些雌雄终身不分离的鸟类相比，这又不算什么了。鸳鸯的忠贞只是文人看到鸳鸯成双成对戏水时的异想天开而已。
    至于说鸳鸯夫妇如果被拆散，就会相思而死，更是无稽之谈。生物的本能是繁衍后代、传播自己的基因，除了人类，没有其他生物能抗拒这种本能。所以，再忠贞的鸟也不太可能为亡夫亡妇守节或殉情，放弃继续传播自己的基因的权利。它们将会另觅新欢。如果突变出一只殉情的鸳鸯，它的“殉情”基因将难以传播，很快会被淘汰掉。
    如果要在鸟类中寻找忠贞爱情的象征，许多奉行严格的一夫一妻制的鸟类都比鸳鸯够格。生活在南冰洋岛屿上的漂泊信天翁（以下简称信天翁）是其中最忠贞的一种。信天翁的雌雄一旦结为“夫妻”，就会从此生活在一起，“婚姻”关系通常会一直持续到有一方死亡为止，“离婚率”只有大约0.3％。有一对信天翁夫妇被发现一起生活了40年——这个纪录还得归功于信天翁的长寿，它是寿命最长的鸟类之一，能活60多岁。
    信天翁还是能飞行的现存鸟类中最大的一种，翼展能达到3.5米。如此巨大的翅膀让它能不拍动翅膀在空中翱翔几个小时，特别适于长途飞行。每次出去觅食，信天翁要花上几天时间，飞行几千公里——已知的纪录是12天飞行了6000公里。信天翁在荒凉的小岛上筑巢，附近没有食物，必须远行到外海才有可能找到食物，主要是乌贼和鱼。要在南冰洋找到足够的食物填饱肚子可不是一件容易的事，所以要用这么长的时间跑这么远觅食。一旦发现了食物，信天翁就会拼命地吃，有时候吃得太饱飞不起来，只好先在海面上歇息。
    在如此严酷的条件下，要养活自己已不容易，何况养育后代？但是后代是不能不要的，否则我们今天就见不到信天翁了。只能是尽可能地减轻养育后代的负担。信天翁每两年才生育一次，每次只生一个蛋。在12月10日到1月5日这段时间，雌鸟产下一个蛋，然后开始孵它，但是雄鸟也热心地想要参与，有时会强行把雌鸟推开，抢着孵蛋。此后雌雄轮流孵蛋两个多月，幼鸟才破壳而出。
    幼鸟出世后，父母还要轮流出海觅食，回来从胃里吐出液体食物喂养幼鸟。父母必须喂养幼鸟9～10个月，每天喂给幼鸟1.5千克的食物，才能让它有可能成为世界上最大的会飞的鸟。刚出生的幼鸟体重只有80克，到它们会飞时，体重达到8千克，增加了100倍，可见父母喂养负担之重。而实际负担比这还重，因为在幼鸟会飞时，体重其实还有所减轻了。在会飞之前，为了完全过冬，幼鸟体内必须储存大量的脂肪，要把自己吃成一个肉球。这时的幼鸟站起来能有1米高，体重达35千克，是它父亲的3倍重！
    有的动物，例如许多种昆虫，产下的卵能自己孵化，孵出的幼虫能自己觅食，虽然大部分的卵和幼虫都会成为其他动物的食物，但是毕竟还有长大的机会，所以它的父母只管生不管养，只是通过增加产卵量来增加后代存活数量。但是对鸟类来说，对生下的蛋不能不管，否则幼鸟不会孵出，蛋百分之百会成为食物。幼鸟孵出后，通常也不能置之不理，还必须喂养它、保护它，否则它的生存几率会是零。
    因此父母至少必须有一个要承担孵蛋、喂养幼鸟的责任。虽然父母对后代贡献了等量的遗传物质，但是在其他方面却不平等：母亲花费了大量的能量生产营养物质供后代食用，她提供的蛋要比父亲提供的精子大得多，也贵重得多。也就是说，母亲对后代的投资要大得多，如果蛋被吃掉或幼鸟夭折了，母亲的损失也大得多。这就是为什么多数鸟和鸳鸯一样，通常是雌鸟留下来孵蛋、养育后代，而雄鸟只管交配，完了一走了之。
    但是对信天翁来说，虽然已把一窝蛋的数量减少到了无法再少的一个，要孵化、养育这种巨鸟仍然是一大挑战，只靠母亲一人无法完成，父亲不得不共同承担责任，否则他自己的基因无法传播，交配成了无用功。在幼鸟长大后，母亲或父亲为什么不另觅新欢呢？这是因为寻找中意的配偶相当费时间，平均要花上2～3年才能确定关系，相当于少生了一窝，显然不如回到知根知底的老夫老妻身边更合算。可见，信天翁白头偕老的浪漫，其实是在特殊的环境下为了保证自己的基因能够传播下去而不得不做出的选择。
    即使是这种从一而终的爱情鸟，雄鸟有机会也会搞婚外恋甚至强奸，让其他雄鸟替他养儿育女，因为这能更多地传播他的基因。夫妻一方死亡，活着的一方绝不会守节或殉情。这些鳏夫寡妇由于有育儿经验，能增加后代存活率，它们会成为抢手货，挑来挑去，往往就是鳏夫配上了寡妇。这一切，都是传播基因的游戏。

2009.12.21.

（《中国青年报》2009.12.23.）

    化石是保存在岩石中的古生物遗骸或遗迹，这在今天是众所周知的事实，即使是最顽固的神创论者，对此也不会有什么争论。但是对古人来说，这个事实却不是那么显而易见的，直到18世纪，科学界对化石是不是源自生物体，还充满了争议。
    国内有的文章称，北宋沈括（1031～1095）最先揭示化石成因，比达·芬奇早了400多年云。沈括在《梦溪笔谈》中的确提到，在太行山崖间有螺蚌壳，据此认为这一地带过去乃是海滨。此前唐朝书法家颜真卿（709～785）在《麻姑仙坛记》已有“高石中犹有螺蚌壳，或以为桑田所变”的说法。比沈括稍后的朱熹（1130～1200）也提到：“常见高山有螺蚌壳，或生石中，此石即旧日之土，螺蚌即水中之物。”他们说的螺蚌壳，实际上是贝壳化石，但是他们显然是把它们当成了真正的贝壳，并不能据此说明他们对化石的来源已有正确的认识。
    贝壳化石与现在的贝壳非常相似，并不难推测它们的来源。古希腊人比中国古人早了一千多年就已有类似的说法。第一个较为准确地指出化石的来源的是古希腊哲学家色诺芬尼（公元前570～480）。他在内陆和山上发现了贝壳，在意大利西西里岛的采石场发现了鱼和海草的化石，又在马耳他岛发现了各种海洋动物的化石，据此得出了一个在当时相当超前的结论：山脉必定曾经位于海中，地球在历史上多次交替出现世界性大洪水和干涸。此后几位古希腊哲学家也都表示了类似的观点。
    要接受这种观点，首先必须相信世界是非常古老的。这对古希腊哲学家来说不是个问题。但是到基督教在西方世界占据统治地位后，人们的世界观就完全不同了。在基督教看来，世界是在几千年前由上帝在六天内创造出来的，这样的世界观让人们对化石感到疑惑不解。既然世界历史这么短，显然不能认为化石是生物体经历了长期的历史过程而遗留下的遗迹。何况化石的种类、形态是如此繁多，它们的成因似乎也应该是多种多样的。
    比如恐龙、大型古哺乳动物的骨骼化石，很容易看出它们是骨头，但是在现存生物中又找不到对应的部分，因此它们就被认为是古代巨人或神话动物的遗骨。类似的，中国古人也把这类化石当成“龙骨”，要么是龙死去后的遗骨，要么是龙脱胎换骨时蜕下的。
    大多数化石并不像贝壳或鱼化石那么好辨认。许多化石与当时人们已知的生物都没有相似之处，因此很难让人把它们与生物体联系起来。例如尖锥状的箭石（乌贼等头足纲动物的内壳化石）和海百合化石。某些海百合化石有星状图案，这类化石就被认为是流星陨落后的产物，称为“星石”。当时人们说的“化石”指从地下挖出来的所有东西，岩石、矿石、宝石也包括在内。这种分类的混乱也导致了认识上的混乱，看上去不像生物体的化石理所当然地被归为了某种矿石。
    有些化石看上去与现存的动物很像，但是当时流行的观点却认为它们是和生物体没有任何关系的自然形成的石头图像，是由存在于石头中的神秘“塑造力”形成的。有些人相信它们是生物体的遗迹，但是是被诺亚大洪水淹死的动物遗留下来的。离奇一点的观点则认为它们是动物交配时精液溅到岩石上长出来的类似生命的东西。还有人认为它们也许是魔鬼的恶作剧，是为了破坏人们对上帝的信仰。
    想要对化石有正确的认识，首先必须冲破基督教世界观的束缚，而这只有到了文艺复兴时期才有可能。在1500年左右，达·芬奇（1452～1519）试图复活古希腊哲学家对化石的看法。他注意到在意大利北部亚平宁山脉的岩石里有贝壳和珊瑚化石，那里离海岸很远，这些海洋生物化石是怎么来的呢？有人认为是诺亚大洪水把它们从海里冲到山上来的。达·芬奇认为这是不可能的，因为据说诺亚大洪水是下暴雨引起的，雨水会携带着东西流向大海，而不是相反地把海里的东西冲到陆地。而且许多贝壳化石太脆，经不起长途跋涉。贝壳分布在不同的岩层，也不像是一次大洪水造成的。
    达·芬奇在其笔记中提出这样一个设想来解释岩石中的贝壳化石是怎么来的：河水流到大海时，浑浊河水中的泥沙沉淀下来，也把贝壳埋在了泥土中。由于缺少养料，这些贝壳死去了。随着时间的推移，海平面降低，海水消退，泥土变成了岩石，贝壳跟着变成了化石。达·芬奇不是最早想到化石与地质变化的关系的人，但是最早对此做了系统的论述。可惜，他生前没有发表这些离经叛道的说法，没有造成任何影响。
    1565年，瑞士医生和博物学家格斯勒（1516～1565）出版了一本小册子《论化石物体》。这并不是历史上第一部化石专著，但是有两点让它显得很突出。它包括了大量的化石插图，是根据格斯勒本人和同事的化石收藏绘制的。以前有关化石的著作很少有插图。其次，格斯勒尝试对化石进行较为合理的分类。此时“化石”仍然包括岩石、矿石、宝石等在内。格斯勒将它们分成15类。这些分类在今天看来有的当然显得很奇怪，例如他把棘皮动物化石、新石器时代的石斧、矿石归为一类，把名称与鸟有关的石头都归为另一类。但是有的分类是根据化石与现存生物的相似性来划分的，例如“外观像珊瑚”、“外观像海草”、“外观像昆虫和蛇”的分类。
    尽管格斯勒并没有意识到化石是生物体的遗迹，但是他通过插图以及把化石与生物体比较进行分类，突出了化石与生物体的相似性，促使人们去思考这些问题：化石是不是生物体的遗迹？它们是怎么进入岩石的？它们是什么时候进入岩石的？生物体是怎么变成化石的？但是还要再过100年，才有人开始通过科学研究来回答这些问题。

                             （中）

    直到17世纪下半叶，化石才真正成为了科学研究的对象。几名博物学家先后令人信服地证明了化石必定是生物体的遗迹。其中最早发表其研究成果的是英国博物学家、物理学家罗伯特·胡克（1635－1703）。在1665年出版的《显微图谱》一书中，胡克描述了他用显微镜观察一块腐朽的橡木和木炭，并将它们和石化木做对比。他指出，石化木不仅有木头的形状、构造，而且它上面的微孔与几种木头的微孔十分相似。
    当然，石化木和木头也存在着一些差异，一名合格的科学家不应对此视而不见，不仅要报告对自己有利的证据，也要能解释不利的事实。胡克详细地列出了7个不同之处：一、石化木比木头重；二、石化木像燧石一样硬；三、石化木的微孔显得比其他部分黑；四、石化木无法燃烧；五、滴几滴醋到石化木上，会产生许多泡沫；六、石化木像燧石一样易碎；七、石化木摸上去和木头非常不同，感觉比木头冷，更像矿石。
    这7条差异中，除了第3条，都是石化木做为一种石头所应该有的属性。对第3条，胡克也给出了合理的解释：石化木的微孔不是空的，而是由更暗淡的物质填满了。这样，胡克不仅指出了石化木与石头的相似之处，也解释了它们之间的差异之处，说明了石化木就是石化了的木头。
    由于石化木与木头很像，并不难猜测它们之间的关系。沈括的《梦溪笔谈》就有河岸崩塌，发现地下有一片竹笋，“凡数百茎，根干相连，悉化为石”的说法。但是胡克并不是只简单地下断言，而是做出了正反两方面的详细论证。他进而推广到了其他化石，得出结论说，化石的形成不是由于土地中的“塑造力”，而是来自生物体。这些生物体被洪水、地震或其他自然力量带到了某个地方，被填上了泥浆、粘土、带泥沙的水或其他物质，随着时间的推移逐渐变硬，“浇铸”出了“有图像的石头”。
    与此同时，在欧洲大陆也有人做类似的研究。1666年，意大利托斯卡纳的渔民抓到了一条大鲨鱼，托斯卡纳大公命令将它的头送给正在当地行医的丹麦博物学家尼古拉斯·斯蒂诺（1638～1687）研究。斯蒂诺解剖后发现这种鲨鱼的牙齿与一种被称为“舌石”的石头非常相似。人们很早以前就在马耳他岛发现有奇怪的类似舌头的石头，古罗马博物学家老普利尼认为它们是在月亏的时候从天上掉下来的。也有人认为它是在岩石中自然而然地形成的。斯蒂诺注意到这些石头的形态与鲨鱼的牙齿相同，只是要大得多。因此他推断“舌石”是古代大型鲨鱼的牙齿化石。第二年斯蒂诺向伦敦的王家学会提交了论文公布其发现。这是第一篇研究化石的科学论文。
    那么鲨鱼的牙齿是怎么跑到了岩石或岩层里头去了呢？斯蒂诺推断包含化石的岩石必定曾经是沙，所以生物体能被埋在里头，以后沙才石化成了岩石。斯蒂诺进而推断，最先沉淀形成的岩石位于最底层，后来沉淀的岩石位于上面，越往上的岩层越年轻，岩层的分布反应了地球的历史事件。斯蒂诺在1669年发表的一篇“论文序论”概括了这些原则，被认为是地质学的奠基之作。但是在这篇序论发表后不久，斯蒂诺就皈依天主教，不再从事科学研究，论文没了下文，有待后人进一步的阐述。
    在今天看来，胡克、斯蒂诺的论证非常有说服力，应该很快被普遍接受才对。实际上却并非如此。他们只是孤独的先驱，大多数学者仍然相信化石是自然形成的石头，否则怎么解释多数化石找不到与之对应的生物？又怎么解释海贝化石会出现在山顶上呢？这些问题的答案将会严重地动摇他们的基督教世界观，在当时是无法想象的。
    在1677年，英国牛津大学第一任化学教授普洛特（1640～1696）出版《牛津郡的自然史》，反驳胡克、斯蒂诺等人的看法。他认为贝壳化石其实与贝壳没有关系，而是矿物质结晶形成的。化石看上去和生物很像，纯属巧合，就像钟乳石或雪花也会长得看上去像生物一样。只有个别的化石他承认是生物体的残余，这主要是恐龙的骨化石。当然，普洛特不知道什么恐龙，而这些骨头对现存生物来说又太大了，因此他把它们当成是《圣经》所记载的巨人的骨头。这些巨人被诺亚大洪水淹死了。
    即使到了18世纪初期，对化石的研究仍然深受《圣经》记载的影响。1726年，瑞士博物学家余赫泽（1672～1733）出版研究化石的著作，还把化石当成要么是“大自然的恶作剧”，要么是诺亚大洪水的遗物。他把一个特别大的化石描述成在大洪水中丧生的巨人的骨头，证明着《圣经》记载的真实性，因此把它命名为“大洪水的见证人”。它实际上是一种史前大蝾螈的化石。
    更可笑的事件发生在德国。乌兹堡大学医学院院长柏林格（1667～1740）坚信化石不过是“一种大自然的作者（上帝）自得其乐地埋藏起来的特殊石头”，不仅喜欢收藏化石，而且爱炫耀其藏品和做有关演讲。1725年，他的两名同事对柏林格的傲慢很不满，想让他出出丑。他们雕刻了一些假化石，收买了一名被柏林格雇佣替他挖化石的男孩，叫他把它们挖出来献给柏林格。
    这些“化石”和其他地方发现的化石大不相同，更像是一幅幅画像：有眼睛的鸟、在结网的蜘蛛、在交配的青蛙、在采蜜的蜜蜂、光芒四射的太阳、带尾巴的彗星、星星，更进一步证实了化石的确是“上帝制作的艺术品”。后来挖出的化石甚至有上帝的签名：用希伯莱文写的“耶和华”！
    柏林格很快地写成一本著作，准备公布这个重大发现。这时候，那两名同事觉得自己做得太过分了，告诉柏林格真相，但是柏林格不为所动，认为他们是出于嫉妒，阴谋埋没他的重大发现。柏林格在1726年出版了其著作。几个月后，柏林格才醒悟过来，据说是因为挖到了一个用希伯莱文写着他的名字的“化石”，才让他明白的确被捉弄了。传说柏林格羞愧难当，花巨资试图把其著作都收购回来销毁，并很快郁郁死去——这最后一条显然不符合事实，因为柏林格此后还活了14年。
    此时，化石是生物体的遗迹的观点已开始在学术界占据主流。瑞典博物学家林奈（1707～1778）在1735年出版《自然系统》，试图为所有的生物进行分类，其中就包括化石，并用和生物一样的命名法进行命名。妨碍人们相信化石源自生物体的，主要是宗教信仰。伯林格的悲剧不过反映了思想僵化的学者为了其信仰会偏执到何等程度。

                               （下）

    在17世纪的西方世界，妨碍人们接受化石是生物体的遗迹的，主要是基督教的信仰。反过来，一旦化石的生物起源被确认，宗教信仰也就不得不发生动摇。首先面临的一个难题，是如何解释遗留在山上的海洋生物化石。与基督教《圣经》的记载调和的唯一希望，是认为化石是在诺亚大洪水中灭亡的动物的遗迹。但是正如达芬奇和胡克先后指出的，这种说法似是而非。与《圣经》调和的希望，在发现化石是分层分布的之后，就被彻底地粉碎了：仅仅一次的大灾难，如何能使化石形成分层分布，而且每一层都有独特的动物和植物的化石？世界肯定要比《圣经》所说的古老得多。
    另一个难题更加令人难堪：化石所代表的生物，有许多在现在似乎不存在了。例如斯蒂诺研究的“舌石”是古代大型鲨鱼的牙齿化石，而这种大鲨鱼在今天并没有发现。胡克在其死后出版的《关于地震的对话》一书中描述了许多奇怪的化石。例如有些化石是巨大的螺旋体，能重达400磅，看上去就像盘起来的蛇，因此被称为“蛇石”（现在称为菊石）。这些化石并没有现存的生物与之对应。胡克将它们和鹦鹉螺进行比较，认定它们属于某种已不存在的软体动物（我们现在知道菊石是已灭绝的头足纲动物的化石）。因此他猜测生物物种也许有一个固定的“寿命”。这意味着物种会灭绝，同时也会产生新的物种。胡克是这么说的：“在以前的年代里有许多其他物种在现在我们不能找到；而且，在现在也许有种种当初没有的新物种，这也并非不可能。”
    在今天，物种会灭绝，是尽人皆知的事，我们人类的活动就造成了许多物种的灭绝。但是对19世纪以前的西方人来说，物种灭绝是难以想像的。这首先也是由于基督教信仰。全能、全知、全善的上帝怎么可能会让物种灭绝？即使在上帝决定要让大洪水淹没整个世界的时候，也记得让诺亚把所有动物都一对一对地带上方舟，以保证所有的物种都能延续下去。何况，所有的生物都是上帝设计、创造出来的，如果认为物种会灭绝，就是在认为上帝的创造物会是不完美的，是上帝在设计生物时出了差错，这种想法简直是在亵渎神灵。一名虔诚的基督徒必须相信，所有的生物都是在六天之内由上帝创造出来的，而且一样不缺地一直繁衍下来。
    西方传统的自然哲学思想也让人难以接受物种灭绝的观念。亚里斯多德在对生物进行分类、比较时，认识到可以对不同的生物按从简单到复杂的次序进行排列，构成一个等级系统。在他看来，自然界存在着从非生物、植物、动物到人的连续序列，组成了一个从最不完善的事物上升到最完善的事物的线性链条，每个事物都是这个链条中的一环。他把这称为自然界等级。这个看法后来被发展为“自然界阶梯”或“事物大链条”的观念。这种等级排列是上帝为世界制定的理性蓝图的一部分，它代表着大自然永恒而和谐的秩序，从神创之日起到现在都是一直如此，没有变化。如果某个物种灭绝了，就意味着“自然界阶梯”少掉了一级，“事物大链条”被打断了，世界不再是完美的了。
    因此许多人认为，虽然有些化石在现存生物中找不到对应的物种，并不能说明这些物种已经灭绝。没有在地中海发现斯蒂诺说的大鲨鱼，或没有在英国海域发现胡克说的巨型软体动物，并不等于它们就灭绝了。也许它们数量过于稀少，因此没有被采集到。也许它们还躲在某个偏僻的地方有待发现，例如生活在遥远的海域或者海洋深处。寻找这类未知的生物，在当时成了科学探险的一部分。例如，在1803年，路易斯和克拉克开始穿越美国大陆的探险时，当时的美国总统杰菲逊要他们寻找一种巨大的草原狮子。杰菲逊认为他见到的一个大爪子化石是这种未知的大狮子留下的。其实那块化石是属于一种已灭绝的大型树懒的。但是杰菲逊相信“事物大链条”的观念，不相信物种会灭绝。
    要证明某种东西存在，很容易，只要找到它就行，而要证明某种东西不存在，是非常困难的，找不到它并不等于它不存在。而且某些原先被认为灭绝的物种，后来的确被找到了，最著名的是1939年在东非发现的矛尾鱼，在那之前这种鱼被认为已在7千5百万年前灭绝。
    不过，到了19世纪初，法国古生物学家居维叶（1769－1832）还是能够令人信服地举例说明，至少有某些物种已经灭绝了。他不以海洋生物为例，因为海洋的绝大部分区域都还未被人类探索过，很难证明某种现在没有发现的海洋生物不会藏在某处的深海；的确，直到今天我们还在不断地发现海洋生物新物种。居维叶选择了陆地生物，而且是最能引起人们注意的大型哺乳动物。他指出，有许多种大型哺乳动物的化石与现存的哺乳动物类似，然而又不相同，例如在西伯利亚发现的猛犸象化石和在美洲发现的乳齿象化石，显然都是某种象，但是和现存的亚洲象和非洲象的骨架并不相同。如果这些化石所代表着的大型哺乳动物还生存着，那么是很容易发现的。既然它们在世界各地都未发现，那么可以认定它们已经灭绝了。当时还有非洲和南美洲内陆未被完全探测过，不过居维叶认为他所说的几十种大型哺乳动物不太可能全都被隔离在那两块地方，如果以后能在其中发现几种，已经是很难得的了。
    那么是什么原因导致了这些物种的灭绝呢？居维叶和他的同事通过研究巴黎盆地众多的采石场，发现那里的地层可分为五层，每一层都有独特的化石群：第一层（最上层）是生活于淡水湖和沼泽地的动植物，第二层主要是海洋贝壳类动物，第三层又是淡水生物，第四层主要是海洋生物，少数是淡水生物，最下一层是淡水贝壳类动物和木头。这些海洋生物化石表明巴黎盆地在历史上曾经几次被海水淹没过。居维叶据此提出了灾变论，认为在地球历史上，周期性地出现大灾难，海洋淹没了陆地，灭绝了那里所有的生物。在海水退下之后，在未被淹没的地区的陆地生物迁移到新出现的土地。居维叶相信，这样的大灾变至少出现过三次。
    居维叶还注意到，化石不仅是分层分布的，而且呈现出从简单到复杂的顺序，在他所知道的最古老的岩层中，只有腔肠动物等海洋无脊椎动物的化石，可能还有鱼化石，第二古老的岩层含有蕨类和棕榈树化石，但是没有陆地脊椎动物化石。在第三层出现了独特的陆地爬行动物和某些已灭绝的鱼，再往上一层的化石中有许多种巨大的爬行动物和单子叶植物，晚近的一层才出现哺乳动物。居维叶相信物种是固定不变的，因此他不认为从简单到复杂的化石顺序表明了生物的进化。相反地，他认为这种化石顺序不过表明每一次灾变都是在为幸存的更高级的生物创造繁衍的机会而已。他发现有证据显示在5～6千年前在世界范围内出现过大洪水（实际上是1万年前更新世冰川融化的痕迹），他认为这最后一次灾变自然是在为“造物主最后和最完美的作品”——人类——清理舞台了。这最后一次灾变很容易让人联想到诺亚大洪水，因此灾变论就成了神创论者的一根救命稻草。
    但是一根稻草并不能真正救命。虽然居维叶仍然想要挽救神创论，但是他的这些观点都与基督教世界观格格不入：地球并不年轻，而是极为古老；世界并非一成不变，而是处于变化之中。一旦知道地球的历史极为古老，而且物种会灭绝，进化论也就呼之欲出了。虽然居维叶对物种灭绝的解释是错误的，但是他的一系列发现已为进化论扫清了道路。当达尔文的《物种起源》在1859年发表时，人们已普遍接受化石能显示地球和生命发生的历史变化，古生物化石成了生物进化最直观的证据。

2009.11.18
2009.11.25.
2009.12.9.

（《经济观察报》2009.11.23, 12.7, 12.21.）

    顾名思义，哺乳动物最主要的特征是哺乳。人类做为哺乳动物的一员，女人有乳头的原因非常明显。但是男人为什么也有乳头？不仅男人，其他雄性哺乳动物也大多有乳头。在18世纪的欧洲，这是一个让自然神学家非常难堪的问题。自然神学家相信生物体的构造是上帝巧妙地设计出来的，体现了上帝的智慧。但是上帝为什么要在男人身上安两个显然没用的乳头？
    达尔文在创建进化论时，也深入思考过这个问题。他猜测，在哺乳动物的祖先中，雄性和雌性一样承担着哺乳的功能，当时雄性的乳房也是很发达的。后来由于某种原因（例如每窝幼仔的数量减少了），不再需要雄性当“奶妈”了，雄性乳房才慢慢退化了。
    达尔文的推测虽然富有想象力，却没有什么依据。在达尔文的时代，人们对生物遗传的机制一无所知。如果达尔文具有现代遗传学知识，也许能做出更合理的回答。我们知道，人类的基因被储存在46个称为染色体的小包裹里，其中一半是父亲给的，一半是母亲给的，配成了23对。其中的22对，男、女没有差别，叫做常染色体。和性别有关的是第23对染色体，叫性染色体。男人的性染色体其实并不配对，一条大（叫X染色体）一条小（叫Y染色体）。女人则有两条配对的X染色体。
    和乳头、乳腺有关的基因都在常染色体上，男女都一样。在胚胎发育的第3～4周，乳头就开始出现了。这时候的胚胎甚至连性腺都没有。在第5周，性腺出现了，不过这个时候的性腺是中性的，它会发育成睾丸还是卵巢，完全取决于有没有Y染色体。在Y染色体上有一个决定睾丸发育的基因。如果存在Y染色体，在第7周时性腺将开始发育成睾丸。如果不存在Y染色体，胚胎的性腺一直等到第13周再发育成卵巢。
    你也许觉得X染色体和女性的发育有什么关系。其实不然。有些人多了一条X染色体，是XXY。猜猜看，他们会是什么性别？男性。多出的X染色体并不起作用。可见Y染色体才是决定性别的染色体，有Y，就发育成男性，没有Y，就发育成女性。所以性染色体是X或XXX的发育成女性。如果没有性染色体或者只有Y染色体呢？这些胚胎没法发育，因为X染色体上有很多重要的基因，不能没有它，不像Y染色体是可有可无的。
    带Y染色体的胚胎性腺发育成睾丸后不久（第8周），睾丸开始制造雄激素，在雄激素的影响下，胎儿的生殖器官逐渐向男性分化。如果没有雄激素，胎儿的生殖器官将长成女性。女胎的卵巢虽然也制造雌激素，但是对性别分化没有影响。胎儿不管是男是女，体内本来就都有来自母亲的雌激素。
    有一些人，他们的性染色体是XY，他们有睾丸，睾丸也能制造雄激素，但是编码雄激素受体的基因发生了突变，雄激素没法和细胞上的雄激素受体结合。结果，这些人体内虽然有雄激素，雄激素却发挥不了作用。这些人不仅外生殖器像女人，第二性征也像女人，甚至比正常女人还更有女人魅力——因为正常女人体内有能发挥作用的少量雄激素，就像正常男人体内有能发挥作用的少量雌激素，而这些人体内只有雌激素在起作用，当然女性化十足。这些人从小被当成女人抚养，有的由于相貌漂亮、身材性感而成为服装女模特。他们往往是在等不来月经初潮去就医时，才被发现其实是男人，体内并无女性生殖器官，暗藏在阴部皮肤内的睾丸制造着正常含量的雄激素。
    所以人类（以及其他哺乳动物）发育的默认状态是女人。男人的身体是在女人身体蓝图的基础上，在雄激素的作用下改造而来的。男性化的器官在女人身上都能找到对应部分，反之亦然。男人的乳头相当于没有发育的女人的乳头。当然，如果男人乳头有害无益，自然选择会让它完全消失。男人乳头虽然没有什么用处，但也没有什么害处。有些男人会得乳腺癌，这有时是致命的，不过，当乳腺癌发作时，往往已过了生育期，自然选择不会因此把它淘汰掉。所以，这个问题的答案很显然：男人为什么也有乳头？因为女人需要乳头。男人的乳头乃是为了满足女人乳房发育需要的无用也无害的副产物。
    男人乳头并不是退化器官，而是没有发育的器官，它有血管、神经、乳腺和其他能让它发挥哺乳作用的构造。如果男人体内的雄、雌激素的分泌失调，例如在老年时雄激素分泌量减少，就会让男人的乳房也发育。在某些特殊的情况下，例如服用了影响激素分泌的药物，有的男人甚至能分泌乳汁。既然男人具有分泌乳汁的潜能，为什么大自然不让它也充分发育，分担哺乳的责任呢？
    现存的哺乳动物有4000多种，其中大约有90％其雄性只管交配不管抚养，交配完就一走了之，这些“坏男人”当然不可能去哺乳。剩下的10％其雄性会和雌性组成家庭，共同承担抚养后代的责任。但是既然母亲的乳汁已经够吃，让父亲也一起哺乳就没有什么必要，让他们外出觅食把食物带回家，或捍卫领地，作用更大。在所有哺乳动物中，只有一种（马来西亚的迪雅克果蝠）的雄性在自然状态下会泌乳，我们并不知道这些雄性乳汁是否也用来哺育后代，有可能只是因为它们吃的食物中含有高浓度的植物雌激素，所以刺激了乳汁的分泌，并没有什么用途。
    男人不哺乳，因为没必要，这是两性采取不同的进化策略的结果。当然我们人类可以通过现代医学技术改变进化的宿命。如果哪一天社会上出现了“奶爸”，也不是不可想像的。

2009.12.14.

（《中国青年报》2009.12.16）

    求生是写入基因的最深刻的本能。只有思想能够抗拒本能，所以只有人类能够自杀，其他动物自杀的传说，例如旅鼠奔赴“死亡之约”，也仅仅是传说。但是飞蛾扑火并非传说，而是每个人都见过的事实，如果这不是自取灭亡，又是什么呢？
    飞蛾扑的其实是火光。灯光同样能吸引它们飞扑过来，除非是专门用来捕杀它们的诱蛾灯，否则灯光对它们来说一般并不致命。所以它们被光吸引不是为了寻死。蛾是夜行动物，选择在夜间出来活动，就是为了能在黑暗中躲避天敌，趋光等于暴露自己的行踪，似乎不应该是它们的习性。它们为何会有如此反常的举动？
    蛾的历史要比人类久远得多，它们的趋光性不会是因为人类的灯火而出现的。在人类诞生之前，夜晚最明亮的光源只有月亮。也许飞蛾的趋光性与月亮有关？最早这么想的是德国昆虫学家冯·布登布洛克，他在上个世纪30年代提出假说称，蛾在夜间飞行时，很可能利用月亮做为导航工具。由于月亮距离地球非常遥远，在蛾飞行时，月亮和它的相对距离没有变化，在空中的位置看上去是不动的。因此蛾可以利用月亮进行定位，例如在飞行时让月亮始终位于右前方45度的位置，就可以让自己的飞行轨迹保持一条直线。
    对蛾来说，月亮就等于夜晚里最强的光。如果它们见到某盏灯比月亮还亮，就会把它当成月亮用来定位。但是灯与蛾离得很近，在蛾飞行时，它们之间的距离不断地发生变化。蛾试图让灯的方位保持不变（例如让灯始终位于右前方45度的位置），其结果就不再是沿直线飞行，而是一条围绕着灯的螺线，盘旋而来，逐渐接近光源，最后“砰”地撞上灯，或“哧”地被火烧着。
    这个解释听上去很有道理，很快成为标准答案被广泛采用。但是听上去有道理的答案并不等于是事实。它假定了蛾靠月亮来定位，这个假定本身就没有依据。月亮做为晚上显著的标志，夜行动物能够进化出用它定位的本能，有些动物也的确能借助日、月、星辰来定位，但是蛾是不是也有这方面的能力呢？要在夜间追踪蛾的行踪，用观察或实验来回答这个问题，并不是一件容易的事。
    过了40多年，到了上个世纪七、八十年代，英国曼彻斯特大学罗宾·贝克等人才设计了一系列实验要解决这个问题。他们在户外立了一个支架，支架的顶端伸出悬臂，上面吊着一根线，线的另一头粘在一种能长途飞行的蛾——模夜蛾的背上。蛾能够自由地飞向任一方向，当它飞行时，触动了电流开关，记录下它的运动。
    不出所料，在月圆之夜，蛾试图沿着直线飞行。但是如果遮住月亮，或者用颜料遮盖蛾的眼睛，它们的飞行轨迹就变得有些杂乱。在月亮被树林挡住后，实验人员在距离蛾大约2米的地方放一盏125瓦的灯，蛾就对着灯改变飞行方向，保持与月亮相同的相对方位。出乎意料的是，对蛾来说，灯的亮度并不是很重要，更重要的是灯的高度和大小。如果灯只距离地面0.6米高，蛾要在距离灯大约3米以内才会被吸引。如果同一盏灯被放在大约9米高的位置，那么蛾在15～17米外就会被吸引。在这个距离，灯的影像大小看上去和月亮的影像大小一样。
    在没有月光只有星光的夜晚，蛾似乎是用距离北极星大约95度的星星来定位的。如果是连星光也没有的阴天呢？蛾也并不乱飞，而是靠地球磁场来定位，如果逆转周围的磁场，它们的飞行方向也跟着逆转。
    这一系列实验看来已证实了飞蛾扑火是因为把灯火误当成了月亮。是不是从此可以把这当成定论了呢？有的人并不这么认为。与贝克等人差不多同时，美国北卡罗莱纳大学亨利·萧也在研究飞蛾扑火的问题。他用的材料是美洲棉铃虫。他把蛾粘在塑料泡沫碎片上，放在水池里，记录蛾是怎么驾驶泡沫小船的。没有灯光时，小船在水面上没有目的地漂荡。在水面上点一盏灯，小船将向灯漂去，但是并不是像标准答案预测的那样呈螺线逼近，而是呈直线冲过去，少数直直地撞上灯，多数则是朝向灯的两旁，好像一开始是被灯吸引，但最后一刻却又试图逃离。萧认为这个实验结果难以用流行的理论来解释。他提出，蛾是把灯光当成了晨曦。蛾夜间飞行白天躲藏，当凌晨的阳光刚刚出现时，蛾向阳光飞去，以便能发现最佳藏匿地点，然后赶快藏起来。
    法布尔早在《昆虫记》中记载的一个现象同样令人困惑。如果把雌蛾和灯火放在同一个房间，大多数雄蛾仍然会被灯火吸引，无视雌蛾的存在。雄蛾的使命就是寻找雌蛾交配，为何灯火能够战胜性外激素的强烈诱惑，让雄蛾上演了一幕“生命诚可贵，爱情价更高。若为光明故，二者皆可抛”？有人猜测雌蛾释放的性外激素能吸引雄蛾，是因为性外激素能发射某种红外线，而灯火也能发射这种红外线，而且更加强烈，因此雄蛾把灯火当成了超级雌蛾。但是这种猜测并没有实验基础。
    飞蛾扑火这个自古以来就让人感到神奇的现象在今天仍然是个未能完全破解的谜。不管你是嘲笑飞蛾自取灭亡的愚蠢，还是赞美飞蛾追求光明的勇气，有一点是肯定的，飞蛾并非是在寻死，而是误把灯火当成了某种对它的生存或繁衍至关重要的东西，是我们人类的发明操纵了飞蛾早已进化而来的某种本能。

2009.11.30

（《中国青年报》2009.12.2）

     因为达尔文娶了他的表姐，所以有一个流传很广的谣言称，由于达尔文是近亲结婚，其子女不是夭折就是痴呆或短命。对此我已写过两篇文章澄清过（《达尔文的子女》、《达尔文一家十“院士”》）。华中农大动物科技学院老师朱猛进对此有不同看法：

     “尽管与孟德尔同时代，但达尔文不懂遗传，造成了后人认为的近亲结婚的悲剧。达尔文与其表姐爱玛共生下了10个子女，其中3个夭折。就此问题方舟子曾有不同的观点，认为达尔文的子女夭折率和当时英国的平均夭折率没有差异，所以也就不存在达尔文近亲结婚的悲剧。不过，方舟子在推理上并不完全正确，因为当时的达尔文生活于上层社会，经济和医疗条件远远优于平均水平，他的子女夭折率与平均水平相当不具可比性，甚至在逻辑上反而说明其子女夭折率更高一点。当然，对于这件事确实有点强人所难，因为不只达尔文，同时代其他有名望的主流生物学家就没有一个人真正懂得遗传，这也是孟德尔生不逢时、临终前绝望呼喊‘我的时代一定会到来’的个人悲剧所在。”（朱猛进《被供上神坛的达尔文——《物种起源》发行150周年祭》）

    达尔文虽然没能发现遗传规律，但他对遗传现象有很多认识，可能是当时掌握遗传知识最多的人。达尔文当然知道近亲结婚可能造成的危害，对达尔文家族和韦奇伍德家族如此频繁地表亲联姻（共有4对！）一直很担心，自己的子女夭折或生病也被他归咎于近亲结婚。所以说达尔文近亲结婚是因为“不懂遗传”，与事实不符。

    但是近亲结婚会增加某些遗传疾病的概率，并不等于在实际上必然如此。我并不是简单地以夭折率来否定达尔文的“近亲结婚悲剧”，在《达尔文的子女》一文中还具体分析过达尔文的子女是怎么夭折的。下面就再重复一下其中的分析，看是否可能与近亲结婚有关。

    达尔文的大女儿安妮（1841～1851）在10岁死于肺结核。肺结核是常见的传染病，在抗生素发明之前治疗它没有好办法，在当时是医院不予收治的不治之症，在死亡原因中排在第一位。因此她的死显然与近亲结婚无关。

    达尔文的小儿子查尔斯（1856～1858）在2岁时死于猩红热。猩红热在当时对儿童是一种能够致命的常见传染病，同样生活于“上层社会”的托马斯·赫胥黎也有一个儿子三岁时死于猩红热。根据达尔文的记载以及查尔斯的照片判断，查尔斯的确患有遗传病，是唐氏综合征（俗称先天愚）患者。唐氏综合征主要与孕妇的年龄有关。爱玛生查尔斯时已是48岁的高龄产妇，而45岁以上的孕妇生下唐氏综合征婴儿的概率高达30分之1。显然，查尔斯的得病和死亡也与近亲结婚没有关系。

    达尔文的二女儿玛丽（1842～1842）仅出生3周就死了。新生儿夭折率在当时是非常高的，大约五分之一的婴儿没能活到1岁。达尔文祖父伊拉兹马斯的10个子女，有3个都在婴儿时夭折：分别活了19天、4个月和不到1岁。伊拉兹马斯并没有近亲结婚。因此玛丽的夭折也不能归咎为近亲结婚。

    达尔文没有夭折的两个女儿和五个儿子都很长寿，分别活了67、75、77、77、79、86、93岁。他们的智力都很正常，甚至高超，5个儿子都干出一番事业，3个成为王家学会会员。

    我并不是在提倡近亲结婚。我只不过说，以达尔文的子女为例来说明近亲结婚的危害，是站不住脚的，不要再宣扬它了。

    另外，朱猛进说孟德尔临终前绝望地呼喊“我的时代一定会到来”，也是夸大其词的。孟德尔对自己年轻时的研究成果并不那么有信心，在当上修道院院长后，就已放弃了科学研究，晚年的主要精力用在为了免税和政府扯皮，很难想像他在临终前突然心血来潮，像现在的科妄家一样高呼口号。在孟德尔死后很多年，在他被重新发现以后，才有一个他的朋友Gustav von Niessl回忆说孟德尔爱说“我的时代将会到来”（Meine Zeit wird schon kommen）——并非临终前的绝望呼喊。孟德尔是否真的说过这句话也是天晓得了，因为这位朋友当初在悼念孟德尔时，并没有提到这一句话。

    “天啊，想到一个人的一生就像一只中性的蜜蜂不停地工作、工作却一无所获，就令人无法容忍。不，不，不该这样。设想一辈子就孤独地生活在伦敦烟熏肮脏的房子里。只要想像你自己有一个美好温柔的妻子，坐在温暖的火炉旁的沙发上，有书，也许还有音乐……结婚——结婚——结婚。证毕。”
    1838年，29岁的达尔文像解一道数学题一样，比较了结婚的好处和坏处之后，决定结婚。但是找谁结婚呢？他的初恋情人范妮·欧文已在6年前嫁人。他的姐妹们曾经想撮合他和另一个范妮，大他3岁的表姐。范妮·韦奇伍德性格温和、有洁癖、勤劳刻苦，适于当乡村牧师（达尔文的原定职业）的妻子。我们不知道达尔文对这个安排有何意见，他从未在信中提到这个表姐。但是不管达尔文本人是否看得上这位身材矮小、相貌平平的表姐，此时已无关紧要——范妮·韦奇伍德已在6年前病死。
    合适的人选只剩下韦奇伍德家的小女儿、大达尔文9个月的爱玛。爱玛与她的姐姐大不一样，她漂亮、优雅、聪明、开朗、善解人意、多才多艺，喜欢射箭、骑马、跳舞、溜冰，受过良好的家庭教育，懂法语、意大利语和德语，有音乐天赋，曾经到巴黎向肖邦学钢琴。这样的女子自然有众多的追求者，但她拒绝了多次求婚，把自己变成了大龄女青年，原因是要照顾中风卧床的母亲和有残疾的大姐伊丽莎白。如果达尔文不来求婚，她很可能一直保持单身。女儿为照顾父母错过姻缘终身不嫁在当时并非罕见，达尔文的二姐苏姗、达尔文的四女儿伊丽莎白都是如此。
    “他是我见过的最开放透明的人，他说的每个单词都表达了他的真实想法。他充满深情，对他的父亲和姐妹都非常好，十分和蔼，并拥有一些能让人倍感愉快的小优点，例如对人不挑剔和善待动物。”爱玛在给姨妈的信中如此描述她从小熟悉的表弟。达尔文的求婚让她感到意外，立即接受。两个多月后，1839年1月，两人闪电结婚，开始了持续40多年的幸福和谐的姻缘。
    在达尔文列出的结婚好处中，排在第一位的是“孩子”。婚后的16年间，爱玛不间断地处于怀孕、生产、哺乳、断奶、怀孕……的循环中，生下了10个孩子。达尔文想要的不是一个事业助手，而是生活伴侣，能照看家庭，聊天，分享音乐，“教会我有比沉默孤独地构建理论和积累事实更大的快乐”。在这方面爱玛非常称职，全身心地照顾丈夫和子女。达尔文并不觉得有让爱玛参与或深入了解其科学研究的必要，爱玛也不觉得达尔文的研究有多大的意思，但是必要时她帮他做实验和校对。她看重达尔文的科学研究，不是因为认为其有趣或能带来名望，而是因为她知道这对达尔文来说有多么的重要。
    唯一的问题是宗教信仰。和当时普通女子一样，爱玛是个虔诚的基督徒，而达尔文自从环球航行归来，就对基督教信仰产生了怀疑。达尔文的父亲也不信教，但是他忠告达尔文，要像他一样向妻子隐瞒自己对宗教的看法，否则会影响家庭幸福。但是“透明人”达尔文在结婚前就向爱玛坦白了自己不信教，并透露了自己在秘密研究进化论。这成了爱玛一生的烦恼，她担忧的是他们死后不能一起上天堂永远在一起。按照基督教的教义，像达尔文这种不信基督教的人只能下地狱，除非能在死前皈依基督教。
    在婚后不久，爱玛发现自己怀孕后，促使她更现实地思考死亡的问题：在当时，这并非多虑，达尔文的表哥福克斯的妻子和达尔文儿子弗朗西斯的第一任妻子都是因为生小孩死的。爱玛给达尔文写了一封信，虽然他们生活在一起，但是她显然觉得这个问题重大到需要用文字来表述。她表示尊重达尔文对基督教的怀疑，但是也相信达尔文的看法还未定型。她希望达尔文在科学研究中养成的除非已被证明否则就不相信的习惯，不要影响到他对无法用相似的方法证明、超出人们的理解能力的其他事情的判断。这对她来说很重要，“任何关系到你的事情同样关系到我，如果我想到我们不能永远相互拥有，对我来说将会是最不幸的事。”
    达尔文此时对基督教的看法的确还未定型，他只是无法相信基督教《圣经》叙述的是真实的历史，无法接受《圣经》中那位暴虐、凶残的上帝，无法相信基督的神迹会是真实的……他是直到大女儿安妮夭折才彻底地否定了基督教。“怀疑以一种很慢的速率在我的心中滋长着，但最后还是完成了。”达尔文晚年在自传中回顾自己的心路历程时写道，“速率是那样的慢，以至我没有感到有什么苦恼，而且此后我连一秒钟也没有怀疑过我的结论是正确的。真的，我很难明白人们怎么能够希望基督教是真实的，因为果真如此的话，其经文以明明白白的语言表示了，凡是不信仰基督的人，其中包括我的父亲、兄弟以及几乎一切我的最好的朋友，都要永世受到惩罚。这真是一种可咒诅的教义。”
    20多年后，当达尔文病重时，爱玛又给他写了一封类似的信。但是一切已晚。在科学理性和亲人感情之间，达尔文选择了前者。他知道这样的选择对爱玛来说意味着什么。基督教“可咒诅的教义”在他们之间划下了一片“痛苦的空间”（爱玛语），达尔文只能默默承受。他珍藏着这两封他没有答复的“美丽的信”，和他的手稿放在一起。晚年的某一天，达尔文翻出了第一封信，想到了爱玛无法摆脱的苦恼，想到了她永远不变的爱，在信的下方加了一句：“当我死时，你要知道，有许多次，我亲吻它并为之哭泣。”

2009.11.23.

（《中国青年报》2009.11.25）

    “范妮，正如全世界都知道的，是什罗普郡以及伯明翰最漂亮、最丰满和迷人的人物……”1828年12月24日，19岁的达尔文在给表哥福克斯的信中，如此介绍他的初恋对象。范妮是达尔文姐姐们的闺蜜，伍德豪斯乡绅欧文的二女儿。大女儿萨拉同样吸引人，“伍德豪斯的欧文们，我爱慕的偶像”，在给福克斯的另一封信中，达尔文写道。但萨拉大了达尔文5岁，而范妮只大达尔文1岁，而且热情奔放，两人无疑更能找到共同语言。
    达尔文是在1827年的秋天认识欧文姐妹的。当时他从爱丁堡医学院退学，预备第二年年初去剑桥大学上学，中间有几个月的空闲，正好以他钟爱的狩猎活动来打发。欧文拥有一大片充满猎物的林地，吸引着达尔文频繁拜访。范妮也是达尔文的猎物，或者达尔文反过来才是范妮的猎物，我们很难确定究竟是谁在猎捕谁。两人经常一起骑马到森林中打猎，由达尔文手把手教范妮开枪。在简·奥斯汀的时代，如此开放的年轻女子难得一见，激发出了达尔文一生中最大的激情。
    在达尔文离家上学时，两人也互寄情书。达尔文写给范妮的信已一封不存，很可能在范妮嫁人时销毁的。范妮给达尔文的信还有16封存世，其中有几封要求达尔文阅后烧毁，但达尔文却一直把它们珍藏着。在信中，达尔文被称为“御夫”，范妮则自称“女仆”。在1828年和1829年的暑假，达尔文又多次拜访欧文家。在剑桥，受表哥的影响，达尔文迷上了采集甲虫标本。达尔文和范妮的林中幽会便多了一项活动：两人并排趴在地上，寻找甲虫。
    但是到1829年秋季，激情开始消失。好几个月的时间，达尔文都没有收到范妮的来信。那年的圣诞节，达尔文留在剑桥采集甲虫，没有去拜访范妮。1830年1月，范妮终于来了一封长信，抱怨达尔文对甲虫的兴趣超过了一切，只有等她抓到奇异的甲虫才会吸引达尔文的到访，并暗示有其他更合适的人在向她求婚。达尔文对此的反应是全身心地投入了甲虫采集——那是他的科学初恋，比男女之情更为牢靠。
    1830年秋天，达尔文回家时，收到范妮一封短信，她的父亲希望能和他谈谈。达尔文忐忑不安地去了，原来欧文乡绅是要当面通知他，范妮即将与一名牧师订婚。就在达尔文待在剑桥抓甲虫的时候，这名牧师开始追求范妮。
    这个婚约并没有持续多久，1831年9月牧师解除了婚约。此时达尔文已经从剑桥毕业，正准备随贝格尔号环球考察。范妮重新燃起了激情，送给达尔文一个荷包做为“黑森林女仆的纪念”，接连给达尔文写了4封信。“我亲爱的查尔斯，我无法想像我们将长达3年无法见面……”她写道，“从我们做为‘女仆’和‘御夫’在一起的时候起，我们共度了许多快乐时光，它们不会被遗忘——它们也不会结束！！”
    带着希望，达尔文在1831年12月27日乘贝格尔号扬帆起航。第二年4月5日，贝格尔号抵达里约热内卢，收到了第一批英国来信。达尔文姐姐在信中告诉达尔文，范妮在年初与一名富裕的政客毕度尔普订婚，并在3月份结婚。达尔文的心碎了，哭喊着“我最亲爱的范妮”，“如果范妮此时不是毕度尔普太太，”达尔文在给姐姐的回信中说，“我会说着可怜的亲爱的范妮直到睡着。”达尔文的姐姐后来写信告诉他，范妮的婚姻生活非常悲惨，她的丈夫是一个极其自私的怪人，范妮曾经轻佻地向她们打听达尔文的情况，并说“我根本忘不了我们过去御夫和女仆的日子”。
    但是一切已经太迟。此后达尔文的激情只属于科学研究。1836年10月2日达尔文回到英国时，已功成名就。1838年春天，年近而立的达尔文开始认真地考虑是否结婚。他在一张纸上列出了结婚的好处和坏处，好处是有孩子，有人一直作伴，“胜过一条狗”，有人管家；坏处是失去了旅行的自由，浪费时间，被逼迫访问亲戚，等等。最终他决定结婚的好处胜于坏处。他想要的是一个不爱社交、不会干扰他的工作并有嫁妆的温柔妻子。在他的社交圈中，只有一个人符合这些条件而且还是单身——他从小熟悉的表姐爱玛。
    11月11日，达尔文前往韦奇伍德家向爱玛求婚。这完全出乎爱玛意料，她本以为他们会一直保持已持续多年的友谊关系。爱玛接受达尔文的求婚却是意料中的。韦奇伍德家族和达尔文家族都对这个联姻极其高兴，很快达成协议：爱玛将有5000英镑的嫁妆，岳父另外每年给400英镑的零花钱，而达尔文父亲则给他们1万英镑用于投资。如果他们收到的15000英镑能合理地投资，每年能有10％的回报，那么他们每年就能有大约2000英镑的收入。这在当时是非常高的收入，当时一名医生或律师的年收入不过大约1500英镑。达尔文从此不必上班，可以整天待在家中安心做研究。爱玛则证明了她的确是达尔文设想的贤妻良母。
    1839年1月29日，达尔文和爱玛举行婚礼。这个婚姻完全是理性选择的结果，非常功利，毫无浪漫、激情可言。但是它却是一个持续一生的美满婚姻，而没有这样的婚姻，达尔文不太可能做出那么丰硕的学术成果。我们得庆幸达尔文的初恋没有结果。如果换了性格与爱玛截然相反的范妮做达尔文的妻子，世界也许就大不一样了。

2009.11.14.

（《中国青年报》2009.11.18）

                              （上）

    以太是希腊语的译音，意思是“上天的空气”，在古希腊神话中，指天神呼吸的纯净空气，与凡人呼吸的下层浑浊空气不同。

    哲学家也喜欢“上天的空气”。古希腊哲学家认为世界由水、气、火、土四种元素组成。特别看重几何学的柏拉图（公元前427－347）把四元素几何化，认为组成它们的原子形状分别是体现其性质的一种正多面体。但是正多面体共有5种，还剩下的一种柏拉图认为对应的是第五种元素，宇宙和天体即由这种最高元素构成。柏拉图的学生亚里斯多德（公元前384～322）把这种元素称为以太。从此以太成了一个自然哲学的概念。

    在亚里斯多德的自然哲学体系中，水、气、火、土是构成地球的元素，它们是变化的，并做直线运动。而以太是充满太空和构成天体的元素，它是永恒不变的，并做完美的圆周运动。中世纪西方哲学家基本上接受了亚里斯多德的说法，只是做了一点小改动：以太的密度是会变化的，构成天体的以太密度要比充满太空的以太介质的密度要大一些。

    牛顿力学的创立颠覆了传统观念，证明天体和地球一样由相同的物质构成，遵循相同的物理定律，例如万有引力定律。天体不再被认为是由以太组成的。但是太空中充满以太这个观念却不仅没有被抛弃，反而有了一定的科学依据，由哲学观念变成了科学假说。

    万有引力定律告诉我们，两个物体不互相接触，也彼此存在吸引力，即使二者的距离非常遥远，这种力也依然存在。那么，这种超距离作用是如何产生的呢？力可以不接触就传递开去，这是难以想像的，似乎应该有一种介质来传递引力，牛顿(1642～1727)和其他许多人都假定这种媒介就是以太。不过，牛顿在这个问题上的立场并不一致。在其他场合，他拒绝提出假说来解释引力的性质。而据牛顿的朋友说，牛顿后来干脆说引力直接遵循上帝的旨意。

    当考虑到光的传播时，问题更大。第一个有关光的性质的科学假说是荷兰科学家惠更斯(1629～1693)提出的。他认为光是一种波。光的衍射现象很容易让人想到光是一种波，就像水波的衍射一样。但是要用波动来解释光的直线传播、反射、折射等各种光学现象却不容易。惠更斯提出了一个后来被称为“惠更斯原理”的学说阐明波面在媒体中的传播性质，在此基础上用作图法巧妙地解释了各种光学现象，让光的波动学说有了理论依据。

    但是光如果是一种波的话，根据当时的知识，这就意味着它需要借助某种介质来传播，就像声波以空气为介质、水波以水为介质传播一样。然而，波义耳（1627～1691）已证明在真空中声音不能传播，光线却可以传播——你可以透过真空看到东西。这表明在真空中有某种比空气还要细微的介质来传播光波。惠更斯认为这种光波介质就是以太。

    如果光是一种通过以太介质传播的波，而我们能够看到星光，说明以太介质充满了太空。牛顿认为这将会阻碍天体的运行，但是既然所有的观察都表明天体的运行并没有受到什么介质的影响，没有证据能够证明这种介质的存在，就不应该认为光的传播需要介质，那么光就不是一种波。

    牛顿提出了一个针锋相对的学说，认为光是一种极其细小的微粒，而且它们的运动遵循他发现的三大运动定律。光的微粒学说很容易解释光的直线传播和反射：光微粒的运动速度极快，所以光做直线传播；光线反射是由于光微粒碰撞反射面引起的。但是用微粒学说来解释光的折射和衍射却很困难。为了解释折射现象，牛顿不得不假定存在一种以太介质，它传递振动的速度比光要快，折射被认为是在不同地方的以太介质的密度和弹性不同引起的。至于这种以太介质究竟是什么东西，牛顿承认他不清楚。

    光的波动学说和微粒学说基本上还只是见仁见智的理论思辨，它们的接受程度，主要取决于其倡导者的影响力。但是在牛顿系统地提出微粒学说时，惠更斯已经死了，没有重量级的人物能跟牛顿对抗，何况惠更斯的学术地位还不如牛顿。由于牛顿的巨大影响力，此后相当长时间内，光微粒学说占了主导地位。

    但是进入19世纪后，形势开始逆转。英国物理学家托马斯·杨(1773～1829)、法国物理学家菲涅耳(1788～1827)用干涉实验证明了光是一种波。1850年，法国物理学家傅科(1819～1868)用实验证明了光在水中的速度比在空气中慢，这一结果与微粒学说相冲突（认为光在水中的速度比在空气中快），而符合波动学说的预测（在水中光波波长减小），牛顿的学说被推翻了。此后，英国物理学家麦克斯韦(1831～1879)建立电磁学，他的电磁方程计算出电磁波在真空中的速度恰好等于真空中的光速，表明光就是一定频率范围内的电磁波。德国物理学家赫兹（1857～1894）用实验证实了这个预见。波动学说取得了全面的胜利。

    波动学说的胜利也是以太学说的胜利。当时的物理学家仍然认为，正如机械波的传播需要特定介质，包括光波在内的电磁波的传播也需要特定介质，这种介质必须充满所有的空间，惠更斯的以太因此又复活了。

    而且，麦克斯韦电磁方程要求所有的电磁波在真空中都以恒定的速度（也即光速）传播。在牛顿力学中，这要求有一个绝对的参照系，否则参照系发生变化，电磁波的相对速度也应该跟着变化。静止地充满宇宙的以太被认为就是麦克斯韦电磁方程所需要的绝对参照系。

    在这个时候，以太的存在是科学推理的结果，对物理学家来说，假定以太的存在是最自然不过的事了。

                               （中）

    到了19世纪，光被证明是一种波之后，光波的传播介质——以太——的存在，就被认为是理所当然的事情。如果要理解光的性质，就必须理解其介质的性质。反过来，从已知的光波性质，又可以推导出以太应该有什么样的性质。

    这些推导，都是根据机械波的研究，这就使得以太的性质显得非常古怪。机械波是机械振动在介质中的传播，声波、水波、绳波都是机械波。其中绳波最简单。把绳子的一端固定，拿起另一端抖动，就可以看见有一个波形在绳子上传播，连续不断地进行周期性的上下抖动，就形成了绳波。波在绳子上的传播速度取决于绳子的弹性和质量。绳子的弹性越大，质量越小，波速就越快。光波和以太似乎也应该遵循同样的关系。1746年，瑞士大数学家欧拉(1707-1783)估计以太的弹性至少要比空气大1000倍，而密度至少要比空气少1亿倍。

    机械波有纵波和横波两种。振动方向与波传播方向一致的波叫纵波，例如声波。振动方向与传播方向垂直的波叫横波，例如绳波。当光的波动学说刚刚被提出的时候，光波被认为是和声波一样的纵波，以太被认为是一种弹性流体。光被证明是一种波的同时，也被发现光波不是纵波，而是一种横波，其振动方向与传播方向垂直。

    但是流体是不能传播横波的，只有固体才能传播横波，因此以太必须是固体。横波的传播速度取决于介质的弹性力和密度。光波的传播速度如此之快，表明以太必定是一种非常坚刚的固体介质，但是以太却又没有对星体之类的大物体的运动造成任何阻碍作用，这似乎是自相矛盾的。有人因此提出，以太也许是一种像果冻一样的物质，在物体运动速度较低时，它就像流体，而在物体振动频率很高时，它又像固体。这样，地球、天体能够轻易地在以太中运行，而以太又有足够的坚刚来支持光的传播。

    光速在真空中是一个固定的常数，这说明以太是静止不动的。虽然物体能在以太中穿行，但是以太本身是不动的，而以太又迷漫了整个太空，这样，所有物体的运动都可以看成是相对于以太在运动，以太在一定意义上就相当于绝对空间。

    所以，如果以太存在，它就为所有运动提供了一个绝对参照系，可以根据它来测量物体的运动速度，例如地球相对于以太的速度。当地球绕着太阳公转，就会产生“以太漂移”，这是地球穿过静止的以太时，出现的以太风，就像你坐在行驶的车中，把手伸到窗外，能感受到风一样。以太风应该会对光速产生影响，可以利用这一点来测量地球的速度。1879年，麦克斯韦给美国航海年历局写了一封信，询问是否能够通过观察木星的卫蚀来测量地球的绝对运动。他指出，如果地球相对于以太在运动，那么沿着地球运动方向（也就是以太风的方向）发出一个光信号，它的速度就会受到反方向“吹”的以太风的影响，到一定距离后反射回来，来回往返的时间，要略大于同样的光信号在垂直于地球运动的方向在相等的距离往返的时间。这个差异将会极其微小，麦克斯韦认为是无法测出的：地球公转的速度只有光速的万分之一，而当时对光速的测量精确度只能达到大约5％。

    当时年仅25岁的美国物理学家迈克尔逊（1852～1931）刚好在美国航海年历局，看到这封信受到了启发。他发明了一种利用光的干涉现象精密测量距离的仪器——干涉仪，能够用它测出互相垂直的两束相干光的速度差异。这个仪器的主要部分是一个半透明的镜子，两个分别放在与光源水平和垂直的相等距离上的反射镜。一束光照射到半透明的镜子上，一部分穿透镜子，一部分被反射，分离成了互相垂直的两束相干光，分别射到两个反射镜上。这两束光波再分别反射回来，互相重叠时，就会出现干涉条纹：在某些区域加强，在另一些区域则削弱，形成稳定的明暗条纹。如果两束光分别在干涉仪等长的水平臂和垂直臂上往返的时间出现微小的差异，就会使干涉条纹发生变化。

    如果干涉条纹发生变化，有可能是以太风引起的，也有可能是仪器误差引起的，例如水平臂和垂直臂的长度存在微小的差异，也会让光的传播时间出现差异。在实际操作中，不可能让两臂的等长精确到不对光的传播产生任何影响。迈克尔逊想到了一个巧妙的办法解决长度误差问题：他让水平臂和垂直臂的位置对调，让它们交替地处在和地球运动方向平行和垂直的位置上，比较在对调前后的干涉条纹有无变化，这样就可以消除长度误差产生的差异。

    1881年，迈克尔逊做了第一个以太漂移实验。1887年，迈克尔逊和莫雷(1838～1923)合作，对仪器进行了改进，进一步减少误差，重复了实验。后来人们提到以太漂移实验，一般指后一个实验。

    这个实验后来被称为史上最著名的失败实验。后人在提及这个实验时，有一些不准确的说法。比如说这个实验未能发现两束光的速度有差异。实际上，他们测量到了微小的差异，但是远小于预期的结果。计算表明，如果以太存在，他们应该能观察到0.4条干涉条纹的移动，而实际上他们只观察到0.01条干涉条纹的移动，这可能是实验误差。

    另一种说法是，迈克尔逊做这个实验的目的是为了验证以太是否存在。实际上这并非迈克尔逊的目的。和当时其他物理学家一样，迈克尔逊已假定以太的存在，他只是想要测量出以太的存在会产生的影响，但是未能得到预期的结果。从这个意义上说，它是一个“失败”的实验。

    还有一种说法，这个“失败”的实验证明了以太不存在，宣布了以太的死刑。但是迈克尔逊、莫雷和当时的物理学家都不这么看。他们仍然相信以太的存在，迈克尔逊－莫雷实验没能测量到以太的作用，应该有别的解释。一种解释是，地球在运动时带着周围的以太一起运动，这样在地球上就不存在以太风，迈克尔逊－莫雷实验也就测不出光速的差异。这是迈克尔逊本人接受的解释。

    另一种解释是爱尔兰物理学家菲茨杰拉德（1851～1901）和荷兰物理学家洛伦兹(1853～1928)先后在1889年和1891年独立地提出来的。它指出，当物体运动时，物体内的电磁力会让运动方向上的物体长度缩短。因此，在迈克尔逊－莫雷实验中，与地球运动方向平行的水平臂的长度会变短，让光程也变短，刚好抵消了以太风对光速的影响，以太风的作用也就测量不出来了。洛伦兹提出这个解释的时间虽然比菲茨杰拉德晚，但是做了更系统的阐述并给出了公式，因此这个解释有时被称为洛伦兹收缩。

    还有一些人则改进以太风实验，试图得到预想的结果，但是都失败了。莫雷在1905年与米勒(1866～1941)合作改进实验，据说得到非常确定的阳性结果，但是仍然过小。就在这一年，爱因斯坦发表了狭义相对论，从一个全新的角度解决了以太的问题。

                                     （下）

    1905年被称为爱因斯坦的“奇迹年”。这一年，还在专利局当职员的爱因斯坦接连发表了4篇影响深远的论文，解决了困扰当时的物理学界的一些最重要的难题，改变了我们对时间、空间、物质和光的看法。其中最著名的是第3篇论文，它提出了狭义相对论。虽然迈克尔逊－莫雷的以太风实验后来经常被做为兆示相对论的关键实验介绍，但是爱因斯坦提出相对论并不是为了解释该实验的结果。它只是当时一系列关于以太的实验之一而已，爱因斯坦并没有认真对待它。

    这是一篇非常奇特的论文。它没有引用任何文献，只提到了5个前辈科学家的名字：牛顿、麦克斯韦、赫兹、多普勒和洛伦兹。前面提到，洛伦兹为了解释迈克尔逊－莫雷以太风实验的“零结果”，根据麦克斯韦方程推导出当物体运动时，物体内的电磁力会让运动方向上的物体长度缩短，因而抵消了以太风的影响。这套方程式被称为洛伦兹变换。爱因斯坦认为洛伦兹变换反映了更普遍的自然规律，而不是电磁力的作用。根据两条物理原理也可以推导出洛伦兹变换：相对性原理和光速不变原理。

    相对性原理最早是伽利略提出来的，它认为对于任何不做加速运动的参照系（即惯性参照系），运动定律都是等价的。例如，不管你是在一辆时速100公里的车上，还是在时速40公里的车上，运动定律都应该是一样的，二者没有区别。从麦克斯韦方程可以得出，光在真空中总是以恒定的速度（每秒30万千米）传播。如果电磁现象也适用相对性原理的话，那么不管是在快车还是在慢车上测量光速，测得的结果都应该是相同的。但是根据经典力学，这是不可能的，因为任何物体的运动速度的测量结果和参照系的选择有关。如果在路边测量一辆车的时速是100公里，那么在时速40公里的车上测量，它的时速就应该变成了60公里，而不会还是100公里。光速也应该类似，用不同的参照系测量的结果不应该恒定不变。

    这样，相对性原理和光速不变原理就出现了矛盾，要么相对性原理不对，要么麦克斯韦电磁规律不对。因此当时的物理学家认为电磁规律不适用相对性原理，麦克斯韦电磁理论只在相对以太静止、也就是相对绝对空间静止的参照系中才成立。但是爱因斯坦认为相对性原理和光速不变原理都是成立的，只不过我们必须改变绝对时空的观念。

    把相对性原理和光速不变原理结合起来，就能推导出洛伦兹变换，由此又可以推导出一些“奇怪”结果，例如运动物体的长度收缩、时间变慢效应。时空变成相对的了。经典力学假定存在一个对所有的观察者来说都是一样的绝对空间和时间。假设有人在路边射箭，甲在旁边观看，他看到射手和靶之间的距离是10米（空间间隔），箭从射出到中靶用了1秒钟（时间间隔）。乙在行驶的车上同时观看了整个过程。乙看到的结果会和甲一样吗？常识和经典力学都认为是一样的，都是10米和1秒。爱因斯坦则认为这个常识是不对的，根据相对论可以算出甲和乙看到的空间间隔和时间间隔实际上并不一样。空间和时间是相对的，取决于观察者所在的参照系。如果绝对时空不存在，那么就无需假定存在迷漫太空的以太做为绝对参照系。在狭义相对论中，以太成了多余的东西。如果以太不存在，迈克尔逊－莫雷的以太风实验当然只能获得“零结果”。

    在同一年，爱因斯坦发表有关光电效应的研究结果，从另一方面解决了以太的问题。1887年，赫兹发现光照射到金属上时，金属会发射出电子，称为光电效应。1902年，匈牙利－德国物理学家勒纳（1862～1947）指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而逸出的现象，并发现逸出的电子的能量高低与入射光的强度无关，而随着光的频率增加而增高。这个发现没法用光的波动理论来解释。但是如果把光看成是由粒子组成的能量流，就可以解释光电效应。这样，光就可以当成是具有波的性质的粒子，粒子是不需要靠媒介来传播的，光波的传播也就不需要以太这种介质了。以太存在的另一个理由也消失了。

    但是并不是所有的物理学家都愿意立即抛弃一度被认为是理所当然的观念。洛伦兹仍然相信我们需要假定以太的存在，继续使用以太的概念，认为它与相对论并不矛盾。甚至爱因斯坦本人也做了让步。他在1920年在洛伦兹所在的莱顿大学做了一个“以太与相对论”的报告，试图调和相对论和以太论。他指出，狭义相对论虽然不需要以太的概念，但是并没有否定以太，而根据广义相对论（把时空相对性推广到引力现象），空间具有物理性质，在这个意义上，以太是存在的。他甚至说，根据广义相对论，没有以太的空间是无法想像的。爱因斯坦所说的“以太”其实只是把广义相对论中的度规场换了个说法，并不具有物质性，和传统意义上的以太没有相似之处。

    此后还有人继续寻找以太存在的证据。从1920年开始，米勒做了一系列以太实验，并在1925年宣布测量到地球与以太之间的相对运动。迈克尔逊和其他人立即重复米勒的实验，但是没有人能证实其结果。1929年，米勒本人也承认他的实验结果可能是错误的。

    但是要人们彻底地埋葬一个沿用已久的传统观念并不那么容易。直到现在还有人时不时地试图复活以太，即使他们所谓的“以太”和历史上的“以太”除了名称相同，没有任何别的关联。不过，对大多数物理学家来说，“以太”已和“燃素”、“热素”一样，成为了过时的概念。以前的物理学家相信、寻找以太的历史成了反面教材，在某些人看来似乎是一种可笑的愚蠢举动。这种看法并不公平。在19世纪，物理学家们有很好的理由相信以太的存在。即便以太风实验没能检测到以太的作用，也还可以有别的合乎逻辑的解释，并没有否定以太的存在。甚至相对论也只是认为假定以太的存在是多余的，并没有否定以太的存在。只有在经过了多年的实验和辩论以后，物理学家们才逐渐有了比较一致的看法，既然以太无法被检测到，也难以解释其奇怪的性质，还不如抛弃这个概念，更加简单。“不应无必要地增加实体。”中世纪英国哲学家奥卡姆的威廉曾经写下的这句被称为奥卡姆剃刀的简短格言，后来也被当做科学研究和理性思维的一条原则。以太的概念在现在就是被奥卡姆剃刀给“喀嚓”掉的：我们不再相信以太的存在，因为没有必要假设以太的存在。

2009.10.14., 10.21, 11.4.

（《经济观察报》2009.10.26., 11.2., 11.16）

    1660年11月22日，英国化学家波义耳等12人在伦敦格雷欣学院开了一次会。此前，这些人已形成一个研究新兴的实验科学的“无形学院”。在这次会议上，他们决定把这个小圈子变成正式的学会。这个设想得到了刚刚复辟的查尔斯二世的支持，国王成了学会的保护人，因此就被叫做“伦敦王家学会”。王家学会是至今还存在的最古老的科学团体，相当于英国的国家科学院，其会员也就相当于国内所谓“院士”，而其实其学术地位比国内院士高得多，按其网站的说法，当选王家学会会员是仅次于获得诺贝尔奖的荣誉，可以在名字后面牛气地署上FRS（王家学会会员的英文缩写）的头衔。人类历史上最伟大的一些科学家，例如牛顿、法拉第、达尔文、麦克斯韦，他们没有机会获得诺贝尔奖，却都是FRS。

    王家学会代表的是英国的科学传统，而这个传统有时也能通过家族血缘来延续。从王家学会建立至今350年，只产生了大约8000名会员，却有许多人来自同一个家族。会员档案中有一栏即是记载其与其他会员的亲属关系。最显赫的是达尔文家族。从达尔文的祖父到达尔文的曾孙，6代人中代代都有人成为FRS，达10人之多。

    达尔文的曾祖辈默默无闻，修家谱要从祖父辈算起。他的祖父伊拉兹马斯（1731～1802）是当时的名医，连国王都请他当御医，但是他不去。他一边行医一边研究植物学和发明各种各样的器械，还是个诗人，在诗中表达过生物进化的思想——不过达尔文提出进化论并非从他爷爷的奇思妙想那里得到的启发。伊拉兹马斯在30岁时就成了FRS，后来自己也搞了一个对英国工业革命起过重大推动作用的科学学会，为了走夜路时不至于摸黑（当时可没有路灯），选在月圆之夜聚会，所以叫月亮学会。通过这个学会他认识了达尔文的外祖父韦奇伍德（1730～1795）。韦奇伍德是英国历史上最著名的陶器工艺家，由于发明了一种测量高温的温度计，韦奇伍德在1783年当选FRS。

    伊拉兹马斯能文能理能工，对女人很有杀伤力，两任妻子两位情人共给他生了13个子女，活到成年的有10个。老大学医做解剖时不幸划破手指感染早逝，继承衣钵的重任交给了三儿子罗伯特（1766～1848）。罗伯特用两年时间就获得了医学博士学位，毕业论文有一项重大发现（证明眼球在盯着看时还在不由自主地做微小运动），因此得以在王家学会的会刊上发表。由于这个原因，再加上伊拉兹马斯的影响力，罗伯特不到22岁就当选FRS。不过这篇论文是伊拉兹马斯帮着写的，按现在的说法叫“包装院士候选人”。此后罗伯特果然也成为名医，但是在科学上再无建树，他对科学所做的最大贡献，是生下了达尔文(1809～1882)。

    达尔文原本也是要继承其祖其父的衣钵的，但是他忍受不了手术台上淋漓的鲜血，只好从医学院退学改学神学。毕业后做为一名业余博物学家随贝格尔号环球航行5年，一路寄回国的大量标本让达尔文还没回国就在英国科学界出了名，由业余博物学家成了著名博物学家。回国3年后，达尔文当选FRS，年仅30岁。当然，那时达尔文还只是崭露头角，他此后的成就是没有哪个选举他的人意料得到的。达尔文成了王家学会的骄傲，王家学会在1890年专门设立“达尔文奖章”奖励在达尔文开创的生物学领域做出重大贡献的人。

    达尔文倒是有一点继承了其父的衣钵：他也娶了韦奇伍德家的人为妻，娶的是外祖父的孙女爱玛。他们共生下了10个子女，其中有3个夭折。于是有一个流传很广的谣言称，由于达尔文是近亲结婚，其子女不是夭折就是痴呆或短命。其实按当时的医疗条件达尔文子女的夭折率并不算高，而他成年的子女也都身心健康，不仅长寿，而且男孩子后来都干出了一番事业，其中有三个当选FRS：数学家、天文学家乔治（1845～1912），植物学家弗朗西斯（1848～1925），最早从事科学仪器的工业化生产的工程师霍勒斯（1851～1928）。这三人全都被英王授予爵位，弥补了达尔文至死还是一介平民的遗憾。其中弗朗西斯算得上是达尔文的学术继承人，和达尔文一起开创了实验植物学，为此在1912年获得达尔文奖章。

    达尔文的孙子的职业更为多样化，其中有名列世界高尔夫名人堂的体育作家、艺术家、诗人，只有一位从事科学研究：乔治的儿子查尔斯·高尔顿·达尔文（1887～1962）。他师从卢瑟福和玻尔，是著名物理学家，在第二次世界大战期间担任英国国家物理实验室主任。他在1922年当选FRS，后来也成了爵士。

    查尔斯的妻子是个数学家，这样的家庭成为科学之家顺理成章：他们的5个子女有4个是科学家或工程师。不过其中没有人成为FRS。达尔文家族第六代“院士”靠达尔文的孙女来养育：乔治的外孙、生理学家理查德·达尔文·凯恩斯（1919～）（经济学家约翰·凯恩斯的侄子），霍勒斯的外孙、神经生物学家霍勒斯·巴洛（1921～）。这两人都是达尔文的母校剑桥大学的教授。

    达尔文家族第七代（达尔文的曾曾孙）的名人中有历史学家、作家、音乐家，但是没有科学家，FRS的传统可能就此中断。中国古人有云：“君子之泽，五世而斩”，而达尔文家族连续6代，代代出“院士”，这样一个难以打破的传奇记录，靠的恐怕不只是祖先的恩泽。

2009.11.9

（《中国青年报》2009.11.11）

    国内一些“专家”，在国外一些“专家”的指导下，起草了一份《动物保护法（专家建议稿）》，涵盖范围之广，规定之详细，大概都走在了世界前列。这里说的动物保护，不是指的保护濒危动物，而是指的保护一般动物不受虐待，其实是指“动物福利”。国外涉及动物福利时，往往还要区分一下温血动物和冷血动物，比如动物实验如果用到温血动物（哺乳类和鸟类），会受到某些限制。如果连冷血动物也要“保护”，连奥巴马总统在镜头前拍死一只苍蝇也要指责，就被当成了笑话。
    但是这个“专家建议稿”却是要对动物一视同仁，明文规定所要保护的动物包括腔肠动物、软体动物、昆虫、哺乳动物等等一切动物。这么一来，就未免让人觉得管得太宽了。比如它规定“禁止开展动物争斗的实验”，则恐怕连小孩玩蚂蚁打架游戏也是犯法的了。
    科学家开展动物争斗的实验，当然不是为了好玩，更不是出于虐待动物的阴暗心理，而是为了弄清楚影响动物争斗的因素。从腔肠动物到哺乳动物，几乎所有的动物都会为了争夺食物、配偶、领地而争斗，人类也不例外，因此研究争斗行为并不是因为像有些“专家”那样吃饱了饭没事干，说不定还能帮助解决人类社会的某些问题。我不知道世界上还有哪个国家准备禁止开展动物争斗的实验，动物争斗实验是当前动物学研究的一个热点。哈佛医学院克拉维兹实验室就是专门做果蝇争斗实验的，被戏称为“果蝇搏击俱乐部”。北京大学饶毅实验室现在也建立了类似的俱乐部，在以后也许就有受处罚、取缔之虞。
    果蝇是一种小型的苍蝇，身长大约只有普通家蝇的一半。一般人对果蝇的印象，也就是它们会被腐烂的水果吸引来翩翩飞舞，很难想像它们还会互相打架。如果果蝇不是很偶然地成了被研究得最为透彻的实验动物之一，大概也不会有人注意到它们还很好斗。上个世纪初，美国遗传学家摩尔根要研究遗传学问题，没能申请到培养哺乳动物的经费，改养起了果蝇，从此让果蝇成了遗传学研究的重要工具。1915年，摩尔根的学生斯特提万特在养果蝇时首次注意到，让两只雄蝇去追求同一只雌蝇，它们会打起来：张开翅膀互相追逐，并用头相撞，很快会有一只认输逃走。
    以后又有人陆续抓果蝇打架，不过都是把多只果蝇扔一块儿打群架，不容易看出个所以然。等到本世纪初果蝇搏击俱乐部在哈佛轰轰烈烈地开张，才遵循搏击规则，在圈起来的场地里捉对厮杀。比赛场地是一个铺了一层琼脂的培养皿，中间滴了一滴苹果汁做为奖品。为了刺激雄选手，在苹果汁上还放一只无头雌蝇——无头苍蝇是不会跑的，但是能吸引雄蝇，雄蝇只对雌蝇的下半身感兴趣。然后放两只雄蝇让它们打起来，用录像机拍摄下整个比赛过程。
    在拍摄了2000多场比赛之后，研究人员有一些有趣的发现。雄蝇的战术还真不少。最温和的战法是俯身向对手冲去，或者是朝对手竖起翅膀，做威慑状。这么做与对手没有肢体接触，属于不战而屈人之兵的高明战术。但高明的战术未必能奏效，所以往往还要贴身肉搏：伸出一条脚去刺对手；用后肢站起来向对手猛扑过去；或者双方都站起来，挥舞前肢击打对手。最激烈的是双方扭打在一起，满地打滚。
    正所谓“先下手为强”，谁先发动进攻，谁的胜算就比较大，而且第一次攻击越猛烈，胜算就越大。如果第一次攻击采用的是温和的战术，胜算是3比1。但是如果一开始就发动猛烈进攻，胜算就提高到16比1了。而且第一次比赛的结果还会对以后的比赛产生影响。如果第一次比赛的失败者休息30分钟以后重上战场，几乎不可能获胜，不管对手是前一次的胜利者还是第一次遭遇。看来果蝇对自己的失败会有惨痛的记忆，影响了以后的发挥。
    和女人一样，雌蝇之间也会打架。不过她们温和得多，从来不使用“拳击”、“扭打”这类激烈手段，倒是经常用撞头、推挤这类雄蝇很少用的战术。和雄蝇不同的是，雌蝇的打架往往没有产生明显的胜利者。雌、雄果蝇在争斗中的不同表现，与一种叫fru的基因有关。让雄蝇带上fru基因的雌蝇版本，雄蝇打起架来就很像“娘们”。反之，让雌蝇带上fru基因的雄蝇版本，她们将像雄蝇一样剽悍。
    用果蝇做研究材料的好处是很容易做遗传实验，可以在实验室里培育出战斗力超强的果蝇。每次比赛之后，让最顽强的选手留下后代，在其后代中再继续挑选顽强的选手做种……这样持续培育几十代后，就得到了一支超级搏击队。拉起这么一支队伍的目的不是为了去参加果蝇奥运会，而是为了把它们和一般选手做比较，看哪些基因发生了变化。初步的研究发现至少有42个基因与果蝇的争斗行为有关，非常复杂。
    很显然我们没法拿人来做类似的遗传学实验，但是研究表明人类的争斗行为也有一定的遗传基础。通过调查发现，孪生子更容易表现出相似的好斗倾向，即使他们从小就被分开抚养。但是这类调查的结果并不是那么确定，也很难靠它来发现有关的基因。通过动物实验，能帮助我们理解人类暴力行为的生物学基础，也许有一天能让我们的社会变得更和平一些。

2009.10.26

（《中国青年报》2009.11.4）