啄木鸟为什么不头疼?

12 10 2006年

   在各项诺贝尔奖获得者陆续宣布的同时,有一个另类诺贝尔奖也在哈佛大学颁发,沾光吸引了众人的眼球。这个由《不可能研究年鉴》组织、自1991年起开始颁发的“Ig诺贝尔”(与ignoble谐音,意思是“不光彩”)奖,在国内常被称为搞笑诺贝尔奖。它起初的确含有搞笑的成分,颁给那些“不可能也不应该被重复”的成果,主要是在讽刺一些不可信的、甚至是伪科学的研究。但是随着名气越来越大,其宗旨也发生了变化,改而颁发给“先让你乐,然后让你思考”的有趣研究,由讽刺变成了幽默,获奖研究越来越正式,获奖者虽然没有奖金,也大都欣然赴会领奖。

   
其实有的Ig诺贝尔获奖成果虽然有趣,却一点也不可笑,当然更非不可信,例如加州大学戴维斯分校的伊凡·斯瓦布和加州大学洛杉矶分校的菲利普·梅(已故)因为研究和解释啄木鸟为什么不会头疼而获得今年的鸟类学奖,就是一个非常严肃、严谨的研究。它涉及了进化生物学一个重要的问题:生物是如何巧妙地适应了其生活环境的?

   
啄木鸟是生物巧妙地适应了其环境的典型例子。达尔文在《物种起源》的引言中,便是以啄木鸟为例,说明只有自然选择才能解释生物的适应性:“譬如说,啄木鸟的脚、尾、喙和舌是如此令人赞叹地适应了从树皮之下捕捉虫子,将这样的构造也仅仅归于外部条件,则是十分荒谬的。”但是即便是达尔文,也没有想到啄木鸟的头部和眼睛构造同样是令人赞叹地适应了从树皮之下捕捉虫子。

   
啄木鸟好比一个锤子不停地快速敲打坚硬的树木,不仅通过啄木觅食,而且靠它在树干中挖洞建巢,还要靠它相互通讯和示威。啄木是啄木鸟最主要的活动之一,它啄木的次数一天可达1万2千次,频率达到每秒20次,每次撞击的减速力达到重力的1200倍,这相当于以每小时25公里的速度撞墙。如果我们人类像啄木鸟那么干的话,毫无疑问将会导致脑震荡、脑损伤、视网膜出血和视网膜脱落等一系列致命后果,啄木鸟又是如何避免的呢?

   
啄木鸟的大脑比较小,体积小的物体的表面积相对就比较大,施加在上面的压力就容易分散掉,因此它不像人的大脑那样容易得脑震荡。啄木鸟在啄木时,敲打方向十分地垂直,可避免因为晃动出现的扭力导致脑膜撕裂和脑震荡。

   
啄木鸟还进化出了一系列的保护大脑和眼球免受撞击的装置。它的头骨很厚实,但是骨头中有很多小空隙,有点像海绵,可以减弱震动。大脑表面有一层膜叫软脑膜,在它的外面还有一层膜叫蛛网膜,两层膜之间有一个腔隙叫蛛网膜下腔。人的蛛网膜下腔充满了脑脊液。但是啄木鸟的蛛网膜下腔很窄小,几乎没有脑脊液,这样就减弱了震波的液体传动。

   
啄木鸟的下颚底部有软骨,可以缓冲撞击。它的下颚是由一块强有力的肌肉与头骨联结在一起的,在撞击之前这块肌肉快速收缩,也起到了缓冲作用,让撞击力传到头骨的底部和后部,绕开了大脑。

   
啄木鸟的眼睛结构也十分巧妙。高速摄像表明,在撞击之前的一瞬间,啄木鸟眼睛的瞬膜会快速闭上,既避免了撞击溅出的木屑伤害眼睛,又像一个安全带一样把眼睛裹住,免得眼睛蹦出来。它的眼睛中的脉络膜用一种黏多糖填满空隙,能起到缓冲作用。在鸟类眼睑上有一个像梳子一样的梳膜,可能也能起到防震作用,因为它一旦充血,就能暂时提高眼内压力,保护晶状体和视网膜。

   
最奇妙的是啄木鸟的舌头。它的舌头极长,从上颚后部生出,穿过右鼻孔,分叉成两条,然后绕到头骨的上部和后部,经过颈部的两侧、下颚,在口腔中又合成一条舌头。这样的舌头就像一条橡皮筋,能够射出喙外达10厘米。显然,这条长舌头的主要用途是为了把虫子从洞中钩出来,但是在每次啄木之前舌头收缩的话,就能吸收撞击力,也是一个很好的缓冲装置。

   
达尔文在《物种起源》中一再感叹啄木鸟身体构造的巧妙,写道:“啄木鸟攀登树木并从树皮的裂缝里捉捕昆虫,我们能够举出比这种适应性更加动人的例子吗?”但是啄木鸟身体构造比达尔文设想的甚至还要精巧得多。生物学家研究这样的身体构造,一点也不搞笑,也不是纯粹出于学术上的好奇,并非没有实用价值。啄木鸟的身体构造乃是在自然选择作用下长期进化的结果,是大自然用数百万年的时间做的一个实验,研究它是如何巧妙地避免撞击带来的身体损伤,对于改进防止人类大脑损伤的保护设备,不无启发。

2006.10.09

(《中国青年报》2006.10.11)

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【图版】我们为什么想要吃饭?

10 10 2006年
    
“你为什么想要吃饭?”“因为我肚子饿了。”三岁小孩都会回答。那么我们为什么会有饿或饱的感觉呢?为什么肚子(胃)空了就感到饿,满了就觉得饱呢?显然,是因为我们体内有一个调节饿饱的机制,而控制感觉的中心,一定是位于中枢神经系统之中。生物学家很早就已经知道,在大脑腹面、丘脑的下方,有一块很小的区域——下丘脑控制着很多生理机能,包括体温、睡眠、内分泌、情绪反应、生殖、新陈代谢等等,也包括控制摄食。具有类似功能的脑细胞聚集在一起,称为神经核。下丘脑有许多种神经核,哪一些是和控制摄食有关的呢?

   
我们可以用动物做两类相反的实验:刺激某团神经核,或破坏某团神经核,看动物各有什么反应。比如在下丘脑中,有一团神经核叫腹内侧核(这是根据其方位命名的),如果我们用微弱电流刺激老鼠的腹内侧核,老鼠就停止摄食,即使肚子空空,也不感到饿。但是,如果我们加大电流,用电击摧毁了老鼠的腹内侧核,老鼠就会一直处于饥饿之中,不停地吃饭,把自己吃成了一个大胖子,甚至胖得无法转身。这就证明了下丘脑的腹内侧核控制着动物的摄食,而且是一个饱足中心,告诉动物吃饱了。

   
在下丘脑中,另有一团叫做前庭下丘脑核的神经核对摄食起相反的作用,它是进食中心:如果刺激它,老鼠就开始摄食;如果把它摧毁,老鼠就开始绝食,直到饿死。有些人可能会想,如果我们把腹内侧核和前庭下丘脑核都破坏掉,会怎么样呢?实验结果表明,动过这种手术的老鼠也是绝食而亡。因此,腹内侧核起到的是抑制前庭下丘脑核的作用,如果前庭下丘脑核已经不存在,那么有没有腹内侧核不会产生什么不同了。

   
前庭下丘脑核刺激动物摄食,而腹内侧核又对前庭下丘脑核起抑制作用,这就是中枢神经调控动物摄食的基本机制。但是实际的情形要比这复杂得多。还有其他神经核也参与了这个过程。而且这些神经核也并非专门用于控制摄食,它们也同时控制着其他生理过程。例如破坏掉老鼠的腹内侧核,不仅刺激其摄食,也影响了其性行为和其他行为(例如,变得特别凶狠)。脑中的神经核用无数神经纤维联系在一起,组成了一个无比复杂的通讯网络,影响某个神经核的信号也会被传递到其他神经核,要清楚地分辨各个神经核的特定作用,是非常困难的。想想看,人脑有上千亿个神经元,每个神经元又与数万个其他神经元相连,这是一个多么复杂的系统,想要直接搞清楚其细节,是一个不可能完成的使命。

   
但是我们可以通过其他的办法,例如遗传学和生物化学的办法,来了解神经生理活动的一些细节。遗传学让我们能够发现和研究某种基因突变的后果,而生物化学让我们能够在分子水平上研究生理机制。在1950年,人们发现有一个品系的小鼠食欲过盛,变得非常肥胖,其体重能达到一般小鼠的两倍以上。经研究认为这是由于某一个基因发生了突变引起的,但当时对这个基因在哪里、具体有什么功能,都不清楚,只是简单地把它命名为“ob基因”(ob是英文obese——肥胖——的缩写),这个品系的小鼠被称为ob小鼠。后来又发现其他基因突变也能使小鼠食欲过盛,分别用不同的名称命名,其中比较重要的是1966年发现的db基因品系(db是英文diabetes——糖尿病——的缩写)。

 

(胖乎乎的ob小鼠)
 
   
那么究竟是什么因子使得这些突变小鼠食欲过盛呢?很容易想到的一个实验思路是,看看这些小鼠的下丘脑有什么化学分子过量。人们发现,胖小鼠的下丘脑中含有过量的神经肽Y。这种神经肽有许多生理功能,不过我们在这里关心的是它是否会影响摄食。的确如此,如果把神经肽Y注射到正常小鼠的脑中,它们就会食欲过盛,变得肥胖。看来小鼠肥胖的原因就是因为神经肽Y过量,我们已破解了这个肥胖之谜了?事情并没有那么简单。

   
在上个世纪60年代后期和70年代早期,美国生物学家科尔曼(Douglas
Coleman)用ob和db这两个品系的胖小鼠做了一个联体实验:把两种不同的小鼠的血管连接在一起,创造出了两只共用血液循环的联体小鼠,这样,在某只小鼠血液中的物质,就会进入另一只小鼠的体内并产生影响。他的实验结果是这样的:

   
把两只正常小鼠联体,让其中一只过度摄食,导致另一只胃口不佳、体重减轻

   
把ob胖小鼠和正常小鼠联体:ob胖小鼠体重减轻
   
把db胖小鼠和正常小鼠联体:正常小鼠停止摄食、体重减轻
   
把ob胖小鼠和db胖小鼠联体:ob胖小鼠停止摄食、体重减轻,而db胖小鼠不受影响

(科尔曼小鼠联体实验示意图)
 
   
这些实验告诉了我们什么呢?从第一个实验我们可以推测,一旦正常小鼠吃饱了,血液中就会有一种饱足因子,抑制食欲。从第二个实验我们可以推测,ob胖小鼠体内缺少这种饱足因子,因此摄食没有节制,一旦从正常小鼠血液中获得饱足因子,摄食就变得比较正常,体重也减轻了。从第三个实验我们可以知道,db胖小鼠体内分泌过量的饱足因子,因此抑制了正常小鼠的摄食。第四个实验也表明db胖小鼠分泌过量的饱足因子,抑制了ob胖小鼠的摄食。

   
把这些实验综合起来看,我们可以知道,ob胖小鼠食欲过盛的原因,是因为体内缺少一种饱足因子,也就是说生产饱足因子的基因(也就是ob基因)发生了突变,失灵了。而db胖小鼠食欲过盛却另有原因,它并不缺饱足因子(也就是说它的饱足因子基因是正常的),但是饱足因子对它不起作用,我们可以推测,这是由于本来应该和饱足因子相结合的一种受体有缺陷,没法与饱足因子结合,使得饱足因子不起作用,在体内累积下来。也就是说,db胖小鼠的饱足因子受体的基因(也就是db基因)发生了突变。

   
那么这种饱足因子究竟是什么呢?如果我们能够把ob基因分离、克隆出来,就可以知道了。1986年,另一位美国生物学家弗里德曼(Jeffrey
M.
Friedman)开始着手克隆这个基因。他的实验室整整花了八年,到1994年才把这个基因克隆出来。这个基因编码一种激素,弗里德曼将之命名为瘦素(leptin,原自希腊语leptos,意思是“瘦”),这就是ob胖小鼠缺乏,而db胖小鼠过量分泌的那种饱足因子。如果每天都给ob胖小鼠注射瘦素,ob胖小鼠在几天后摄食次数就急剧下降,而且能量消费增加,两周后体重减轻了30%。相反地,瘦素对db胖小鼠不起作用。在1996年,db基因也被克隆出来,像预测的那样,它的确编码瘦素受体。

 

(左边为未注射瘦素的ob胖小鼠,右边为注射瘦素2周的ob胖小鼠。)
 
   
人体也有瘦素,它是由脂肪细胞制造、分泌的。如果我们吸收的食物过多,就转化成脂肪储存在脂肪细胞中,使脂肪细胞变大。肥胖主要是由于脂肪细胞储存了脂肪之后变大引起的,而不是脂肪细胞数目增多,实际上我们在儿童时代脂肪细胞的数目就基本不变了。随着脂肪细胞变大,它开始分泌更多的瘦素,沿着血液循环抵达下丘脑,抑制神经肽Y的合成,也就抑制了食欲。相反地,如果人开始节食,脂肪细胞缩小,瘦素的分泌变少,下丘脑中神经肽增多,也就刺激了胃口。瘦素还有其他的生理功能,例如会影响性成熟。
(瘦素作用机制示意图)
 
   
研究清楚我们为什么想要吃饭的机制,不仅有重大的科学意义,而且有巨大的实用价值。在发达国家,肥胖是个重大的社会问题,比如在美国,大约有三分之一的人口有不同程度的肥胖,而全世界肥胖者据估计有三亿人之多。肥胖不仅影响体形美观,而且有害健康,容易患心血管疾病、糖尿病等多种疾病。因此,瘦素的发现引起了全社会的关注。人们马上想到的是,能不能用它做为减肥药?在1995年,瘦素才发现不久,加州一家生物技术公司就用2千万美元买下了瘦素基因的专利,第二年开始进行人体临床试验。第一期临床试验的结果表明注射瘦素似乎能使某些人的体重有所减轻,于是进入了更大规模的第二期临床试验,但是结果很不理想,它的减肥效果并不比安慰剂强。2002年,临床试验被终止。人们想要找到一种减肥妙药的梦想再次破灭了。
(瘦素分子结构模型)
 
   
这是为什么呢?一个原因是,只有极少数的肥胖者是由于缺乏瘦素引起的(目前全世界只发现几个病例),对这些人来说,注射瘦素有非常显著的效果。但是,绝大多数肥胖者体内并不缺少瘦素,恰恰相反,他们的体内有过量的瘦素,他们食欲过盛的原因,并不是由于缺乏瘦素,而是由于对瘦素不敏感,这可能有许多因素,例如,瘦素进不了下丘脑,或者像db胖小鼠那样,瘦素受体有缺陷。

   
我们现在知道,除了瘦素和神经肽Y,还有许多其他的分子(例如促肾上腺皮质激素释放激素、胆囊收缩素)参与控制摄食。控制摄食的分子机制实际上比我们上面所描述的要复杂得多,而我们才刚刚开始有了一点了解。不过,现在多数研究者都同意,一个人的“正常”体重基本上是由遗传决定的。瘦素、神经肽Y和其他分子之间的相互作用,为一个人的体重和食欲确立了一个调定点,大致决定了一个人是胖是瘦,是胃口不佳还是食欲旺盛。肥胖是因为这个调定点较高。在人类进化史上,在食物缺乏的恶劣环境中,有一个较高的调定点实际上有生存优势,能够尽可能多地摄食储存脂肪防备饥荒。只不过在富裕的社会,优势变成了累赘而已。肥胖,是进化的遗产。

 
2004.2.17.


复活节岛的悲剧【插图版】

8 10 2006年
(作者:方舟子。原载《Newton-科学世界》2001年第3期。本blog凡没有明确注明作者名字的都是方舟子作品。未经许可不准做商业性转载。) 
 
   
复活节岛是地球上最孤独的一个岛屿。这个面积仅有163平方公里的三角形小岛位于东太平洋,往东越过3600公里的海面才能见到大陆(智利海岸)。它离太平洋上的其他岛屿也相当遥远,离它最近的有人居住的岛屿是皮特凯恩岛,远在西边2000公里处。迟至1722年4月5日,该岛的原居民才与外界有了接触,那是由荷兰航海家雅可布·洛加文(Jakob
Roggeven)率领的一支114人的三艘战舰。洛加文发现它的时候,在海图上用墨笔记下了一个点,在旁边写上“复活节岛”,因为这一天正好是基督教的复活节。从此该岛以“复活节岛”为人所知。但是现在人类学界一般将它叫做拉帕努伊岛(Rapa
Nui),这是十九世纪中叶波利尼西亚人对它的称呼;岛上原居民被称做拉帕努伊人,他们讲的方言被称做拉帕努伊语。我们无法确切地知道原居民除了把这个岛屿称做特凯恩加(te
kainga)意即“大地”之外,还有没有特别的名称。据说,有一种从其祖先传下来的名称叫“特-皮托-特-何努阿”(Te-Pito-te-Henua),它一度被译成“世界的肚脐”,这个说法引起了许多人浮想联翩,比如国内有一篇宣扬神秘现象的文章就以此为例:

   
“令人惊讶的是,复活节岛的居民称自己居住的地方为‘世界的肚脐’。这种叫法,一开始人们并不理解,直到后来航天飞机上的宇航员从高空岛瞰地球时,才发现这种叫法完全没错--复活节岛孤悬在浩瀚的太平洋上,确实跟一个小小的‘肚脐’一模一样。难道古代的岛民也曾从高空俯瞰过自己的岛屿吗?假如确实如此,那又是谁,用什么飞行器把他们带到高空的呢?”

(复活节岛鸟瞰)
   
但这个“世界的肚脐”未必指全岛,可能仅指岛上的火山口,那就没什么神秘之处了。而且据语言学家W·邱吉尔的考证,这个称呼的准确含意可能是“大地的尽头”。

   
不过复活节岛的确有很多奇怪的地方。它位于南纬27度,属亚热带,气候相当暖和。它是在大约一百万年前海底的三座火山喷发形成的。火山灰是有利于种植的富饶土壤。在理论上,它应该和其他波利尼西亚人的岛屿一样,是个天堂乐园。但是,洛加文对它的第一印象却是一个荒岛:

   
“我们起初从远距离观察,把复活节岛设想成了一块沙地;这是由于我们将枯萎的野草或其他枯干、烧焦的植物都当成了沙土,因为它的荒凉的外表只给我们特别贫瘠的印象。”

   
洛加文的第一印象相当准确。复活节岛是一个草原,没有任何高于3米的树木。植物学家在岛上只发现了47种土生土长的高等植物,大部分是草本、蕨类,只有四种矮小的灌木。野生动物中,除了外来的老鼠和一种小蜥蜴可能是本土的,没有任何一种大过昆虫。它甚至没有本土的蝙蝠和陆地鸟类。至于家养动物,则只有鸡。居民主要靠栽种甘薯、甘蔗和香蕉为生。

   
当时的人口据估计只有2000人,显然属于波利尼西亚人,讲波利尼西亚的方言:英国航海家库克船长在1774年访问该岛时,随行的一个塔希提人可以跟岛上居民交谈。然而,尽管波利尼西亚人以高超的航海技术闻名于世,连西方殖民者也不能不叹服,洛加文却发现整个复活节岛只有三、四条简陋的小划子,长仅3米,最多乘两个人,用小木板简单地绑在一起,漏水很厉害,需要一边划一边戽出船里的水。这样的小划子只能在岸边行驶,根本不可能到深海去。

   
然而,就是在这块贫瘠、落后的土地上,却诞生了大批被当地人称为摩艾(moai)的巨大石像。目前已发现的摩艾有887尊,大多数是在一个采石场雕刻,其中有288尊雕刻完了之后曾经被成功地运到称为阿胡(ahu)的海滨祭坛立在上面,运输距离有的远达10公里。有397尊还未雕刻完扔在采石场,其余的92尊则遗弃在运输途中。它们大部分是用比较软和容易雕琢的凝灰岩(火山灰凝固形成)雕刻的,小部分用其他的火山岩雕刻。摩艾平均高度约4米,平均重量约12.5吨。最大的一座高21.6米,重160-182吨,但没有完工而遗弃在采石场。完工的摩艾中最大的高9.8米,重约74吨。没有两个摩艾完全一样,但大部分都根据同一个样式雕刻,最底下只到髋部,手臂垂于两侧,两手十指拉长护住腹部。摩艾的头部也被拉长,并总是向前注视前方。大部分摩艾有长耳朵、大鼻子、薄嘴唇、深眼窝。有的眼窝中镶有用珊瑚做的眼白和深色石头做的眼珠。大约50-75尊摩艾顶上还加了一个称为普卡奥(pukao)的用红色火山岩做的石帽,也可能是代表头发。

(雕刻摩艾的采石场。未完工的摩艾还扔在那里)
   
显然,摩艾是复活节岛上最引人注目也最使人疑惑的风景。洛加文写道:“这些石像使我们震惊,因为我们无法理解这些人没有大木头可以制作任何机器和结实的绳子,却怎么可能立起这些石像?”洛加文的疑问,到现在还不断地被人提出,也不断地有人试图给出种种答案。特别是那些神秘现象、天外来客、“史前文明”的宣扬者,更是把复活岛上的摩艾拉来当证据。比如臭名昭著的丹尼肯,就声称这些石像是外星人用超现代的工具制作的,他们因为飞船失事被困在复活节岛上,竖起这些石像向同类求救,救援飞船来了,他们便匆忙地离开了小岛。

   
这种毫无根据的幻想不值一驳。岛上采石场可以找到许多用玄武岩制作的石斧,当地人称为托其(toki),因用钝了而丢弃。摩艾就是用这些石器雕刻出来了。在二十世纪五十年代,著名挪威考古学家海尔达尔(Thor
Heyerdahl)曾雇了6个当地人用这种石斧雕刻一座摩艾。他们干了三天就辞职了,但是根据其进程估计,这六个人用十二到十五个月的时间就可以雕刻出一尊摩艾。如果要雕刻最大的摩艾,也不过只要20个人工作一年。自五十年代到现在,考古学家们也不断地组织人马用原始的办法搬运、树立摩艾或复制品,美国考古学家范提尔伯格(Jo
Anne Van
Tilburg)设想古拉帕努伊人在搬运时,把摩艾放在木橇上,底下垫一排木头当轮子,地面洒水减少摩擦。她用计算机模拟,发现用大约70个人以木头、绳子为工具,用这种方法花5天时间就能搬运、树立一尊重约10吨的摩艾复制品。在1998年4、5月间,人们在复活节岛上实地模拟了整个过程,并被拍成电视片。考古学家们对古拉帕努伊人是怎么搬运、树立摩艾的颇有争议,但这并不重要,重要的是不管拉帕努伊人具体用的什么方法,根据当时的条件,是完全可以用几十个人搬运、树立一尊普通大小的摩艾的,并无神秘之处。问题在于:木头、绳子是从哪里来的?在贫困之中的岛上居民怎么可能有功夫来雕刻、搬运这些巨大的石像?为什么又突然停止了这项活动?

(摩艾就是用这种玄武岩石器雕刻成的)
 
(美国考古学家范提尔伯格用计算机模拟摩艾的搬运和树立)
   
可惜的是,在与欧洲人接触之前,拉帕努伊人并无文字,也就没有历史记载可以明确回答这些问题。复活节岛上有一种奇怪的象形文字,称为朗格朗格(rongorongo),意思是“会说话的木头”,刻在木板上。但是按新西兰语言学家斯蒂芬·费歇(Steven
Fischer)的说法,这是在1770年西班牙人访问该岛之后,受其影响才发明的。他在1996年成功地将其破译,发现它们只是记录了祭祀颂歌和创生故事,并非历史记载。
(刻有朗格朗格的木板)
   
但是通过考古,我们还是可以大致了解复活节岛上的历史变迁。语言随着时间的推移会发生缓慢的变化,通过比较同源语言的差异,可以估算它们分离的时间。前面说过,拉帕努伊语是一种波利尼西亚语的方言,通过与其他波利尼西亚语的比较,语言学家们推测这种方言诞生于大约公元400年。根据放射性同位素法的测定,岛上大约在公元400到700年间开始有人类活动。1994年,生物学家从12具古拉帕努伊人的余骸提取出DNA,确定他们的确是波利尼西亚人。岛上的风俗习惯,种植的植物(香蕉、甘薯、甘蔗、芋、槠),养的动物(鸡),也都是波利尼西亚人的特征(这些动植物除了甘薯最初起源于南美,又都可以追溯到波利尼西亚人的起源地南亚)。因此,现在考古学界普遍认为,拉帕努伊人是在大约公元400年漂流到复活节岛的一批波利尼西亚人的后代。

   
当这些波利尼西亚人刚移居到复活节岛的时候,这里的确是个小天堂。我们通过花粉分析可以推测古代的植被情形。池塘或沼泽地中的沉淀物是按时间远近沉积的,越上面的年代越近,越下面的年代越久远。每一层沉淀物的绝对年龄可以用放射性同位素法测定。在显微镜底下分析沉淀物所包含的花粉,鉴定其种类,计算其数量,就可以知道当时的植物分布情况。据此我们知道,复活节岛在早期并不是一块荒地,而是一片茂密的亚热带森林。在森林中,生长着一种刺蒴麻属植物哈兀哈兀(hau
hau),其纤维可以用来制造绳子。还有一种特有的树木名叫托罗密罗(toromiro)树,木质坚硬,可以用于烧火和制作木雕。而数量最多的是一种大棕榈树,这种树在复活节岛上早已灭绝,但是与智利酒棕榈树很相近,也可能是同一种。这种大棕榈树树干笔直,可以长到25米高,直径2米粗,是用于运输、树立石像和制造大船的良好材料。而且,这种棕榈树结的果子可以食用,树浆可以生产糖浆和酿酒,是重要的食物来源。

(复活节岛曾经有过大棕榈树森林,后来全部灭绝了。这是当代重新引进的大棕榈树)
   
动物的情况又如何呢?考古学家们可以通过挖掘、比较地层里古代遗留的垃圾堆中的动物骨骼加以推测。一般来说,鱼类是波利尼西亚人的主要食物,鱼骨头一般会占垃圾的90%以上。但是,复活节岛位于亚热带,与热带相比气候过于寒冷,不适于鱼类聚集的珊瑚礁生长,其险峻的海岸线也不适合于浅海捕鱼,因此鱼类一开始就不是拉帕努伊人的主要食物,从公元900年到1300年,鱼骨头在拉帕努伊人垃圾中的含量少于四分之一。相反的,在所有的骨头中,几乎有三分之一是海豚骨头。在其他地方波利尼西亚人的垃圾中,海豚骨头在垃圾中的含量从来就没有达到1%。不象其他波利尼西亚岛屿,复活节岛上没有大型的动物,连家养的猪、狗也没有,因此海豚是拉帕努伊人能抓到的最大的动物,成了他们的食物蛋白的重要来源。但是海豚只生长于深海中。这意味着拉帕努伊人曾经能够建造大型的船只用于到深海捕捉海豚。这些船只显然是用大棕榈树的树干制造的。

   
考古学家还发现,海鸟也是早期拉帕努伊人的重要食物。在人类到达之前,复活节岛没有鸟类的天敌,成了海鸟最适宜的繁殖地。曾经至少有25种海鸟在这里筑巢繁殖,可能是整个太平洋中最繁盛的鸟类繁殖地。猫头鹰、鹦鹉等陆地鸟类也是早期拉帕努伊人的食物,考古学家在古代垃圾中发现了至少6种陆地鸟类的骨头。同时,跟着拉帕努伊人移民的波利尼西亚老鼠也是拉帕努伊人的盘中餐。此外,垃圾中还有一些海豹骨头,表明复活节岛可能曾经也有过海豹。

   
总之,早期拉帕努伊人发现的是一块物产丰富的丰饶的土地。他们的人口快速地增长,在大约1680年人口膨胀到了大约8千到2万人。他们无节制地开发、使用资源。在公元1200-1500年间,他们大量地建造摩艾。然而,花粉分析表明,早在公元800年,森林的毁灭已经开始。从那时候起,地层中的大棕榈树和其他树木的花粉越来越少。进入15世纪后不久,大棕榈树最终在岛上灭绝了。大棕榈树的繁殖相当缓慢,其种子要过六个月到三年才能发芽,发芽后的生长也非常慢。甚至在最好的自然条件下,一个大棕榈树林的再生也需要很长的时间。流窜来的老鼠对大棕榈树的再生起到了破坏作用,在岛上洞穴中发现的几十个大棕榈树果实都是被老鼠吃过而无法发芽的。但是毫无疑问,人类要对树林的消失担负最大的责任:它们被砍伐用于制造船只、房屋,用来运输摩艾,用来烧火取暖,或被烧毁用来做耕地。哈兀哈兀树虽然没有灭绝,却变得极其稀少,以至不能再用来做绳子。至于托罗密罗树,在海尔达尔于1956年访问复活节岛时,全岛只剩下了孤零零的一株在垂死挣扎,只结了几个荚果。在1962年这最后一株托罗密罗树也死亡了。幸好海尔达尔把它的种子带到了瑞典让植物学家培育。托罗密罗在花园里生存了下来,并在1988年重返复活节岛。

   
到15世纪时复活节岛上的森林已经消失,绝大部分树木已灭绝。动物类群的变化同样触目惊心。所有的陆地鸟类和半数以上的海鸟种类全都灭绝了。在1500年左右,海豚骨头突然从垃圾堆中消失了。原因很简单:随着森林的消失,人们已找不到木头建造船只,也就再也无法出海捕捉海豚。他们只能在浅海捕鱼,使得浅海的生态也遭到了严重的破坏,甚至连海贝也基本被吃光,而只能吃些小海螺。拉帕努伊人从渔民变成了农民:他们开始注重养鸡,鸡成了主要的蛋白来源;他们种植甘薯、芋、甘蔗,但是产量越来越低,因为森林的消失必然造成水土流失,在风吹雨打日晒之下,土壤变得越来越贫瘠。人们普遍处于饥饿之中,吃他们所能找到的任何东西,这除了老鼠(波利尼西亚老鼠在岛上也已灭绝,现在岛上的老鼠是欧洲的),还包括岛上最大的动物:人。在后期垃圾堆中,人的骨头变得很常见。岛上最恶毒的骂语是“你妈的肉沾在我的牙齿上”。虽然其他地方的波利尼西亚人也有吃人的恶名,但这是出于宗教或迷信的原因,只是在特殊场合下才发生的。而拉帕努伊人的吃人却有非常实际的用途:为了补充蛋白质。

   
食物的产量已无法维持那么多的人口,也没有富余的食物供应制作、搬运摩艾的工人,大批摩艾半成品被抛弃。也很难有食物能上供酋长、祭司们。原来颇为复杂的社会结构崩溃了,整个社会处于战乱之中。战争在17世纪和18世纪时达到了顶峰,那时候制造的石矛、石刀,还遗弃在现在的地面上。在1700年左右,历经饥馑、战乱,岛上的人口只剩下了两千人左右。大约在1770年,拉帕努伊人开始互相推倒属于敌人的摩艾,砍下摩艾的头。当库克船长在1774年访问该岛时,已发现许多摩艾都从祭坛上倒在地上,以至他推测岛上一定发生了什么灾难。到1864年,当西方传教士抵达该岛时,发现所有的摩艾都已被推倒。

(岛上原居民在用石器雕刻摩艾)
   
西方人的到来给拉帕努伊人带来的是更大的厄运。第一次接触就是以惨剧收场:荷兰人一上岸,就向围观的拉帕努伊人发射了至少30枪,杀死了10到12名拉帕努伊人,其中包括酋长或祭司。另外还有人数不详的拉帕努伊人受伤。1805年起,西方殖民者开始到岛上抓拉帕努伊人当奴隶。起初还只是偶尔为之,1862年,巨大的灾难降临了。全副武装的秘鲁海盗乘八艘船只而来,抓走了一千多名拉帕努伊人,男性拉帕努伊人几乎被一网打尽,包括大酋长及其子女和所有识得朗格朗格和通晓古代传说的酋长和祭司。这些人象牲口一样被运到秘鲁,卖给了当地奴隶主,充当开采鸟粪的奴隶。在国际舆论的谴责下,秘鲁政府不得不命令奴隶贩子将这些拉帕努伊人放回,但是此时由于劳累和疾病,这批拉帕努伊人已死得只剩下100人左右了。这些拉帕努伊人在返回复活节岛的途中,不幸又染上了天花,在旅途中纷纷病死,只有15人带着重病最终回到家乡。这15人也把天花带到了复活节岛。那些侥幸逃脱了奴隶贩子捕捉的人难以躲过瘟疫的肆虐。传说中的创始酋长霍图·玛图阿(Hotu
Matu’a)的最后一批后裔死去了,所有的酋长、祭司也都死去了,朗格朗格从此无人认得。岛上居民只剩下了数百人。第二年法国传教士踏上复活节岛,轻而易举地就把灾难中的拉帕努伊人都改造成了基督徒,同时也彻底地消灭了岛上的文化。他们下令烧毁所有刻有朗格朗格的木板。现在幸存的25块朗格朗格板是拉帕努伊人偷偷藏下来的。在19世纪70年代幸存的拉帕努伊人纷纷搬到塔希提岛,到1877年,岛上人口只剩下了111人。1888年也是复活节这一天,智利政府宣布吞并复活节岛,将岛上大部分土地租给牧羊公司,一直持续到1953年,牧羊使岛上土地更加贫瘠。今天的岛上人口上升到2千多人,但只有5%的学龄儿童讲拉帕努伊语。旅游业是岛上的唯一收入来源。被推倒的摩艾重新被立起来,大棕榈树也从智利引进。
(戴着普卡奥镶着眼睛的摩艾在岛上被重新立起,成为吸引游客的风景)
   
在叹惜复活节岛的悲剧的同时,我们也应该从中吸取教训,因为复活节岛就是地球的缩影。就象复活节岛,我们的地球也是茫茫宇宙中一个孤独的岛屿,而我们也在一点一点地、越来越快地破坏着地球的资源。在可预见的未来,我们不可能发现并搬迁到别的更适于居住的星球。地球是我们唯一的家园。你也许会说,我们不会象古拉帕努伊人那样愚蠢,连最后一株大棕榈树都不懂得保留,还要砍掉。不,古拉帕努伊人并不比我们更蠢。岛上大棕榈树(以及森林)的灭绝不是一夜之间发生的,而是一个经历了几十年、上百年的好几代人的缓慢的不知不觉的过程。当最后一株大棕榈树被砍倒的时候,大棕榈树早已稀少得失去了经济意义,没有人会觉得保留它有什么价值,它的灭绝对岛上居民来说并不是什么重大事件,甚至很可能绝大部分人都不会注意到。我们对地球的破坏也是缓慢地不知不觉地发生的,整个过程要比复活节岛上所发生的缓慢得多,历时也长得多。有多少人意识到,就在今天,无比珍贵的热带雨林正以每年20万平方公里的速度在消失,被砍伐、焚毁转变成农场和牧场?又有多少人知道,我们正以每年大约5万个物种的速度消灭着独一无二的物种?如果不采取紧急的保护措施,到本世纪中叶,热带雨林将不复存在。到本世纪末,现存物种的四分之一将会灭绝。地球的庞大并不能使她天然避免复活节岛的命运,因为地球再大,也是有限的。

   
我们有没有可能避免让地球重演复活节岛的悲剧?这是可能的,因为我们拥有古拉帕努伊人所没有的两样东西。第一,我们有文字,所以我们有历史,可以研究、吸取历史教训,也可以明白地告诫我们的子孙后代。我们一生只能感觉到数十年的环境变化,因而对那些缓慢的环境恶化无法觉察。但是历史记载能使我们觉察到数千年的环境变化,并让我们的记载传之久远。第二,我们有科学。科学使我们能够准确地追溯、研究和预测环境的变化,提供防范措施。但是,历史和科学只有被公众所接受时才能发挥其应有的作用。如果公众不具有环境保护的意识,再好的历史和科学知识也无法挽救地球。

 
参考文献:
Arnold, Caroline, “Easter Island: Giant Stone Statues Tell of
a Rich and Tragic Past”, Clarion Books, New York, 2000.
 
Diamond, Jared. “Easter’s End”, Discover, August 1995.
 
Van Tilburg, Jo Anne. “Easter Island: Archaeology, Ecology,
and Culture”, Smithsonian Institution Press, 1994.
 
Heyerdahl, Thor. “Easter Island: the Mystery Solved”, Random
House, New York, 1989.
 
The Easter Island Home Page: http://www.netaxs.com/~trance/rapanui.html
 
2001.2.14.
 


达尔文的眼睛【旧作】

3 10 2006年
   九·一一恐怖主义事件以及随之而来的反恐怖主义战争使得“塔利班”的名字家喻户晓。人人都知道塔利班是一个伊斯兰教的原教旨主义组织,但很多中国人不知道,基督教同样有原教旨主义组织和信徒。据统计,大约三分之一的美国人属于原教旨基督徒。原教旨基督徒坚信基督教《圣经》上的每一句话都准确无误,而且必须从字面上理解,因此他们必然要反对进化论。与自由派基督徒不同,原教旨基督徒热衷于传播自己的信仰,在美国掀起了一次又一次的反进化论风波,也热衷于拉人入教。到美国留学的中国人几乎毫无例外都会遇到传教士,而且以原教旨基督徒为主。由于中国留学生以理工科出身为主,或多或少学过进化论,进化论也就成了原教旨主义者传教的最大障碍,因此他们做了大量的宣传,散布了许多谣言、谎言攻击进化论。同时,原教旨基督教也注意在中国留学生当中培养传教士,一位笔名为“里程”的华人就是其中较为著名的一位。此君毕业于北京大学生物系,1981年在中国科学院研究生院获得硕士学位,第二年赴美留学,在1987年获得密歇根州立大学博士学位,在1992年入基督教,成为活跃的传教士,从1997年开始专职传教,出了一本专门面向中国留学生的基督教宣传读物《游子吟——永恒在召唤》,在留学生当中有一定的影响,经常有人向我推荐,试图改变我的信仰。这本书现在也已进入国内。

   
这本书用了一章的篇幅攻击进化论,而像一切反进化论的宣传品,充斥了谎言,其中最大的谎言是关于达尔文对眼睛由来的看法。在其第六章第六节“自然选择面对的困难”中声称:

   
“大家都知道,很多生物器官都需要各种恰到好处的配合才能正常发挥功能。眼睛就是最好的例子。眼睛由眼睑、眼毛、眼膜、晶状体、视网膜等精细的结构组成,有感光细胞将光刺激转化为电讯号并将它们迅速传到脑部,在脑的指挥下使眼能迅速和准确地对外界刺激作出反应。眼睛的功能是任何最高级的照相机无法企及的。但按进化论的观点,眼睛的结构与功能也是一点点地进化来的。可是,眼睛的各部分以及它与大脑的联系等怎么都那么凑巧地同时进化到这样准确的程度使眼睛有正常的功能呢?其中任何一部分配合稍差一点,眼睛就无法起作用。试想,在进化过程中,10%,50%,甚至99%进化程度的眼睛如何发挥功能呢?眼睛的形成,是很难用进化来解释的。

  “达尔文本人对此也相当困惑。在他的著名的《物种起源》一书的第六章《理论的难题》的“极其完美和复杂的器官”这一节中,他直言不讳地写到,‘眼睛有调节焦距、允许不同采光量和纠正球面象差和色差的无与伦比的设计。我坦白地承认,认为眼睛是通过自然选择而形成的假说似乎是最荒谬可笑的。’”

   
在第七节他又再次重申:
   
“创造的证据比比皆是,眼睛就是一个好例子。达尔文承认眼睛不可能由自然选择形成,以致于他发表《物种起源》之后,他一想到眼睛仍感到害怕。

   
“我个人十分欣赏达尔文这种坦诚的态度,丝毫不隐瞒自己的困惑、烦恼和惊骇。”

   
这是一个用断章取义的手法编造的谎言(这也是反进化论者惯用的一个手法,在他们的笔下,似乎最著名的进化论者都成了反进化论者)。达尔文在《物种起源》中的确说了里程引用的那句话,但是那只是用来引入话题的修辞写法,并非结论。达尔文接下去马上就说:

   
“然而,理性告诉我,如果能够显示从一个完善和复杂的眼睛到一个非常不完善和简单的眼睛存在着大量的级别,每一级别都对其拥有者有用;更进一步的,如果眼睛的确曾发生轻微的变异,而这些变异又能遗传,这是可以确定的;如果器官发生的变异或改动对处于变化的生活条件下的动物有用,那么相信一个完善和复杂的眼睛能经由自然选择形成,虽然在我们的想像中是难以克服的,却很难说还是个真正的难题。”(根据《物种起源》第一版。在最后一版,达尔文在前面还加了一句:“当最初说太阳是静止的,而地球环绕着太阳旋转的时候,人类的常识曾经宣称这一学说是错误的;但是像各个哲学家所知道的‘民声即天声’这句古谚,在科学里是不能相信的。”可见达尔文在晚年甚至认为不相信眼睛是进化而来就像以前不相信地球绕太阳转动一样。)

   
接下去达尔文就详细地论证了为什么自然选择可以解释完善和复杂的眼睛是如何进化来的。达尔文的解释,在今天看来,也是无可挑剔的。进化生物学经过了一百多年的发展,对眼睛的进化已有了非常深入的了解,更超出了达尔文的想象。

   
是不是像反进化论者所说的,不完善的眼睛就无法起作用,就不能在进化中发挥功能呢?当然不是。轻度近视要好过高度近视,高度近视要好过失明,还能感受亮暗的失明要好过没有眼睛,并不是只有完善的眼睛才有助于生存。当我们说到眼睛时,马上想到的是人眼,但是并不是所有的动物都长着像人眼一样复杂的眼睛,而是像达尔文所说的,存在着从非常不完善和简单的到完善和复杂的许许多多的不同类型,都是其拥有者的生存所不可或缺的:如果它们的生存不需要眼睛的话,就会完全退化掉,就像生活在黑暗的洞穴的盲鱼那样。最简单的眼睛功能只能感受光明和黑暗,听上去好像没什么用,但是许多动物(例如扇贝)就长着这样的眼睛,可以用它来区别白天和黑夜,甚至可用于躲避敌人(如果周围突然变暗,可能意味着是敌人的身影)。有的简单的眼睛不会动,只能盯着一个方向看,这也很有用处,比如海底动物可以靠它判断哪里是海面。总之,复杂程度不同的眼睛适应不同的生活方式。如果你过的是复杂的生活方式,才需要复杂的眼睛。大多数哺乳动物的眼睛都不能分辨颜色,人类和其他灵长类之所以长着一双能看到彩色世界的眼睛,是因为这样的眼睛对靠采摘水果为食的我们的祖先大有好处。同样,蜜蜂为了能分辨花朵,也长着能感受颜色的眼睛。这种适应性,正是自然选择的结果。

   
由于眼睛难以形成化石,我们无法从化石直接了解到眼睛是如何进化的。但是,正像达尔文在《物种起源》中所作的那样,如果我们把现有动物的各种各样的眼睛从简单到复杂排列在一起,那么就可以推导出复杂的眼睛是如何一步步进化出来的。比如,我们可以推测鱼眼是这么进化来的:最初的眼睛只是一个由感光细胞组成的平面的眼点,只能感受一个方向的光,就像某些原生生物。接下来,感光细胞凹陷,增加了感光面积,可以感受不同方向的光,提高了视觉的准确度,而且可以防止感光细胞受损伤。这个凹陷越陷越深,最终成为理想的半球形,就像扁虫的眼睛。然后,眼睛的开口开始收缩,形成了“光圈”,差不多在这个时候,眼睛里有了透明的胶状物,避免泥巴进入眼眶内,进一步保护眼睛,并且固定眼睛的形状。眼睛的开口逐渐收缩,“光圈”越来越小,进一步提高了视觉的准确度,直到变成了一个针孔照相机似的眼睛,可以把光线聚焦在感光细胞上,就像鹦鹉螺的眼睛。接下来,眼睛的开口必须用透明的膜封起来进一步保护眼睛,实际上这一层膜可以在任何时候出现,甚至可能眼点一开始就有透明膜的保护,而透明膜并不是那么难有的,可以从身体的其他部分变来(组成人的角膜的蛋白质在人体其他部分也有)。这层透明膜越来越厚,成了晶状体。为了使成像越来越精确,晶状体将逐渐往里移动,逐渐变厚,并通过改变组成晶状体的蛋白质比率使它的不同地方有不同密度,以纠正像差,终于形成了一个复杂的鱼眼。


   
也许有人会说,就算从一个眼点可以进化出鱼眼,但是这要用多长的时间才能进化出来呢?进化需要的时间太长了,也是反进化论者攻击进化论的一个常用借口。为了回答这个问题,在1994年,两位瑞典生物学家尼尔森(D.-E.Nilsson)和佩尔格(S.
Pelger)设计了一个计算模型,计算上面所描述的从眼点进化出鱼眼需要多长时间。他们的设计思想,实际上与达尔文在《物种起源》所说的相同:第一、从简单的眼睛到复杂的眼睛存在无数微小的变异。为了定量计算,他们把每一个微小变异设置为1%的改进(比如长度改变了1%,蛋白质浓度增加了1%等等),他们算出从眼点到鱼眼共需要1829个1%的改进,也就是需要1829个步骤。第二、这些微小的变异会影响生物的生存。视觉的微小改进,会使捕食者更好地发觉猎物,或使猎物更好地躲避捕食者,或者使蜜蜂能在雾中更快地找到花朵采蜜,这就有了生存优势。第三、这些变异是能够遗传的。在遗传学上,我们用遗传率来表示某个特征与遗传相关的程度,通常是用同卵孪生子(他们的基因完全相同)和异卵孪生子比较而测定。遗传率100%意味着该特征在同卵孪生子中完全相同,而遗传率0%意味着该特征在同卵孪生子中的相同程度和任意两人一样。我们并不知道眼睛的遗传率是多少,但是可以参考其他的身体特征进行估计:人的身高的遗传率为79%,坐高为85%,腿长为77%,臂长为80%,头宽为95%……也就是说,人的身体特征的遗传率一般来说高于50%。尼尔森和佩尔格将眼睛的遗传率设为50%。显然,这是个很保守的估计。实际上,在需要做估计时,他们都尽可能地保守,以便让进化所需的时间尽量地延长,使反对者无话可说。他们的论文的题目就叫做《对一种眼睛进化所需时间的保守估计》。在做了种种保守的估计以后,代入方程式计算(群体遗传学有专门的方程式计算一个有优势的遗传变异在生物群体中的传播时间),结果还是出乎意料:从眼点进化出鱼眼,只需要35万代。以一代为一年(这是大部分低等动物的情况)计算,也就是说,只需要35万年,这在地质年代上只是一瞬间。

   
眼睛实际的进化时间可能比这快,也可能比这慢,这取决于环境压力的大小和特定动物的生存对眼睛的依赖程度。但是,这个结论是很显然的:眼睛的进化,要比设想的快得多。动物在地球上已至少有6亿年的历史,这足以使眼睛进化出非常多次。生物学家在研究了不同动物的眼睛结构之后,发现它们共采用9种不同的光学结构,而且每一种结构都出现了不止一次。眼睛在动物界至少独立进化了40次,可能多达65次。

   
可见,像眼睛这样的复杂器官的由来也是可以用自然选择来解释,并不需要由上帝来设计。事实上,如果我们仔细研究眼睛的结构,就会发现它并非像我们想象的那么“完善”,而存在许多“设计”缺陷,甚至是非常愚蠢的“设计”,任何一个工程师都不会做那样的设计,更不要说上帝了。我们可以用人眼做一个例子。人的视网膜分成三层:最底下一层是感光的锥细胞和杆细胞,中间一层由双级细胞、水平细胞等神经元组成,最外面一层是神经节细胞,将眼睛感觉到的光信号传递给大脑。视网膜的外面还覆盖着一层毛细血管。这完全是个前后颠倒的不合理的设计。感光细胞应该在最前面感受光线,神经、血管应该放在后面才对。而按这种颠倒的设计,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,为了克服这些影子,我们的眼睛必须不断地做细微的运动以扫描整个视野,然后让大脑合并这些质量不佳的图片,去除阴影,再组成一幅完整的图像。为了传递光信号,视网膜的神经元要与一束视神经相连,视神经穿出眼球再绕回大脑。由于视神经在视网膜的前方,它穿过视网膜的那个孔不可能有感光细胞,这样就造成了视网膜上有一点没法感光,也就是所谓盲点。我们平时感觉不到盲点的存在,是因为大脑能根据从两个眼睛得到的信息取消彼此的盲点,形成完整的图像。

   
人眼设计上的缺陷不仅导致了感光的障碍而加重大脑的负担,而且会造成一系列疾病。由于血管在前方,任何出血或淤血都会形成阴影,而影响视觉。更严重的是视网膜的固定方式。视网膜的最底层是感光细胞。这是一种很精致的、有毛的神经末梢,不可能牢固地固定住视网膜,而只是与下面一层色素表皮细胞(这层细胞的作用是吸收多余的光子)很松地连接在一起。这就使得视网膜很容易从眼球的内壁脱落。例如,脑袋遭受一记重拳,就可能造成视网膜脱离,如果不及时治疗将导致永久失明。

   
复杂的眼睛是不是只能采用这种奇怪的装配方式呢?绝对不是。章鱼的眼睛就不是倒装的。章鱼的眼睛也是非常复杂、良好的眼睛,可以在近乎黑暗的深海中发现猎物。章鱼的眼睛和人眼一样是球状的,也有晶状体,但是光透过晶状体后,就直接聚焦到感光细胞上,而无需先穿过神经、血管。章鱼眼睛的神经、血管都位于感光细胞的后面,神经直接连到大脑,而无需先穿透视网膜再往回绕弯。而且,章鱼的视网膜是由下面的许多神经纤维牢牢地固定着的,不会脱落。


   
所有脊椎动物的眼睛都和人眼一样,采取的是倒装的方式,如果真有一位智能设计者,决不会如此愚蠢。但是,如果脊椎动物的眼睛是进化来的,那么就非常容易理解了,因为自然选择只能在已有的蓝图的基础上做无意识的修改,而不可能有意识地重新全盘设计。脊椎动物这种奇怪的眼睛结构是怎么进化来的呢?我们可以和与脊椎动物亲缘关系最近、因而有可能保留了脊椎动物的祖先特征的文昌鱼做个比较。文昌鱼的神经索是一条空心的管道,管壁上长着有鞭毛的神经元。在神经索的头端,是一些能感光的神经元,组成了眼点,眼点下面是传递信号的神经细胞,这就是文昌鱼的“眼睛”。由于这个眼点不是长在外面,而是长在管内的,它只能感受从另一侧的管壁透过来的光,也就是说这也是个内外颠倒的眼睛,不过对文昌鱼来说,没有关系,因为眼睛正对着的那一侧的身体是透明的(好比说我们的后脑勺是透明的),而在眼睛边上神经索最前端的管壁长着色素细胞挡住光线(这样就只有某个方向的光线能射到感光细胞,文昌鱼可以借此判断方向)。加拿大生物学家拉卡利(T.Lacalli)在研究了脊椎动物的眼睛发育过程后发现,脊椎动物胚胎时期的眼睛和文昌鱼的眼睛非常相似,感光细胞也长在神经索(神经索的前端以后发育成大脑)的管壁中,其末端虽然不像文昌鱼的那样有鞭毛,但也指向里头。神经索前端管壁上也长着色素细胞,只不过位置发生了变化,移到了感光细胞的正对面,以后则与感光细胞贴近、相接,而感光细胞下面的神经细胞则发育成了视网膜的前面部分。

   
这个比较告诉了我们人眼是如何逐步进化来的。脊椎动物的祖先像文昌鱼一样,长着一对位于体内、感光细胞朝向体内的眼点,这对眼点逐渐演变成了高度复杂的眼睛,但是由于感光细胞一开始就已朝向体内,以后的进化只能在此基础上修修补补,使得所有的脊椎动物都长着一双内外颠倒的眼睛。这是我们的祖先留给我们的遗产,而且我们只能一直继承下去。神创论无法合理地解释为什么上帝要设计出如此古怪的人眼,而进化论却能给出令人信服的答案。这样,眼睛的由来本来是个进化论的难题,却成了进化论最有力的证据之一。
2001.12.25.


男性确实比女性聪明吗?

1 10 2006年
   近日国内报纸报道了一条消息,加拿大西安大略大学的心理学家约翰·菲利普·拉什顿公布了一项据称让“男性高兴而女性愤怒”的研究结论:男性确实比女性聪明,男性的智商比女性高出3.63个百分点。

   
国内的读者可能不熟悉这个拉什顿是何许人也。他时不时要公布这类让某某人高兴而某某人愤怒的“科学研究结论”。他的最著名的研究是“证明”亚洲人的脑容量和智商最大、最高,白人其次,黑人最低,这也许会让某些虚荣的国人沾沾自喜。不过且慢,拉什顿还有一项著名的研究,这些人种的阴茎大小的次序倒了过来,黑人最大,白人其次,亚洲人最小,因为他的理论是大脑袋和大阴茎不可兼而得之,上帝的确公平得很啊。

   
拉什顿似乎很热衷于为一些社会偏见提供“科学依据”,因此我们不难理解,为何他在西方会被视为种族主义者,而他也的确在领导一个美国种族主义机构——先锋基金会,他的研究都是这个基金会提供的经费。在许多西方学者眼中,拉什顿更像一个不择手段地炒作自己的小丑。他会把自己的论文印成小册子,主动寄给北美各大学的心理学、人类学、社会学教授,正如一个美国大学教授所评论的:“这是一种个人和政治宣传。他的研究没有任何科学基础。”

   
的确,他的研究经不起推敲。他的所谓研究成果都是根据前人的测量数据进行统计,做有倾向性的加工:选择有利于自己的结论的数据,舍弃不利的数据。比如他有关人种的脑容量和阴茎大小的统计,就是如此,如果采用更客观的方法进行统计,就会发现其实各个人种在这方面并无统计差异。至于关于智商的研究,我不久以前在评论“英国研究者声称中国人是智商最高的人种”的报道时已经分析过了。(《智商的傲慢与偏见》,载《中国青年报》2006.4.12)

   
这一次,国内的报道说他选取10万名年龄在17岁至18岁的男女学生作为测试对象,对他们进行智能测试,测试内容主要包括几个方面,即快速掌握复杂概念的能力、口头回答能力和创造力等。其实根本不是。他只是对这些学生的“学习评估考试”(SAT,美国大学入学考试,类似于国内的高考)成绩做了统计而已。但是,众所周知,一个人的考试成绩并不足以反映他的智力,还与他的教育状况、心理状态等其他因素密切相关。一个人的智力高低也不完全是天生的,还要受到各种后天因素的影响,例如营养、家庭、教育状况都能影响到一个人的智力高低。

   
因此,即便男生的考试成绩高过女生,也不能就证明了男人天生就比女人聪明,因为没法排除后天因素的影响。在男女的地位还未能做到完全平等,性别歧视依旧存在的社会中,这种影响是不能低估的。心理学家发现,甚至在婴儿时期,人们就已经在对男婴和女婴做区别对待,塑造着他们的不同社会角色了。这不仅表现在穿着打扮上的差异,也表现在有意无意地对他们的行为做出不同的反应。比如,如果男婴索要玩具枪,会受到家长、保姆的鼓励,但是如果索要布娃娃,则不容易得到。女婴受到的对待则相反。他们很快就会明白自己该要什么。

   
然而,拉什顿却试图根据如此脆弱的证据解释一个社会现象,即“玻璃天花板”现象:大部分女性在公司企业和机关团体中晋升到某一职位后便很难继续获得突破,很少有女性达到最高层职位。他认为这是因为女性智商不如男性。但是在得出这个结论之前,他并没有去设法排除女性受到歧视或女性缺少机会这些环境因素的影响,而一个众所周知的事实是:即使在最为开放的国家,对女性的歧视依然存在。甚至在科学界都难以避免重男轻女的偏见。最近有一名做了变性手术的美国大学教授撰文说,在他由女人变成男人之后,他的学术成果更受重视,得到的评价更高,人们对他更为尊敬。

   
我们并不是说男女在先天各个方面都相同,不可能存在差别——这种“男女绝对平等”的观念显然是愚蠢的。既然男女在生理上有别,如果在智力上也出现了某些差异,并不是怎么令人奇怪的事。的确,有一些比较严肃的研究发现男女的智力可能在某些方面存在差异,例如女性的语言能力可能更强,男性在在抽象思维能力可能更有优势。对大脑扫描的结果也发现男女大脑的功能区分布上存在差别。但是在总体上并未发现哪一性的智力更高。问题的复杂性在于,即便男女智力的确存在差异,甚至男女的大脑结构存在差异,也不等于就是天生如此,无法排除是后天的影响造成的,因为大脑是个可塑性极强的器官,深受后天环境的影响。

   
有学者为拉什顿辩护说,如果拉什顿的研究对象不是人而是其他物种,例如麻雀内部存在的先天差异,没有人会在意。不错,但是如果有关麻雀先天差异的研究即使有误,也只是个纯粹的学术问题,不会对人类社会产生影响。而对人的研究就不同了,错误的结论有可能导致灾难性的后果。拉什顿显然是迫不及待地在为“玻璃天花板”这种不公正现象寻找“科学依据”。

   
科学研究是在发掘客观事实,其结论不一定要“政治上正确”。但是对政治上不正确的结论,在发布时一定要慎重,起码也要能经得起推敲,以免以讹传讹,被用来加重社会偏见。而媒体在报道这类成果时,更要多一点负责任的态度,不要只是为了猎奇招徕读者,成了种族主义者、性别歧视者的工具。

2006.09.24
(《经济观察报》2006.10.1.第283期)
(XYS200601001)


进化没有异议【旧作】

29 09 2006年
   在听了我一次有关中国的学术腐败与伪科学的演讲之后,一位据说是从事科学哲学研究的听众评论说:我应该知道,进化论在生物学界是争议很大的,并没有成为共识,我不应该把进化当成了科学事实来介绍。我所知道的当然并非如此。与反进化论者的宣传相反,生物学界对生物是进化而来的这个事实并无异议。我们如何能够证明这的确是学术界的共识?

   
首先,我们可以参考权威百科全书的有关介绍。例如,最为权威的《不列颠百科全书》在“进化”一条中,很明确地说:“生物的进化起源在今天已是一个被确定了的科学结论,其可靠程度与诸如地球是圆的、行星在运动、物质由分子构成等科学概念相同。当生物学家们说进化是一个‘事实’时,指的就是这种无可质疑的可靠程度;生物的进化起源实际上已被每一位生物学家所接受。”发行量最大的微软电子百科全书Encarta在“进化”一条中也指出:“今天,进化被确认为现代生物学的基石。对进化的研究将细胞生物学、遗传学、古生物学,甚至地质学和统计学等如此多样的科学领域统一了起来,揭示了作用于地球上的每一种生命形态的力量之间的无比复杂的相互关系。”从其他的百科全书中也可以找到类似的说法。

   
有人也许会说,百科全书再权威、再流行,也只是一家之言。那么,我们不妨再看看权威的科学机构的说法。美国全国研究委员会、美国科学促进会和全美科学教师联合会在1999年9月23日联合发表的声明中指出:“地球和生命的起源与进化是‘全国科学教育标准’和‘科学知识规范’的中心主题。这些观念对高质量的科学教育十分关键,因为进化论乃是现代生物学所有领域的基础。”美国科学院在1999年出版的《科学与神创论:美国科学院的观点》一书中指出:“科学家们也用事实表示某个事物已被检验或观察到如此多次,以致不再有充足的理由继续检验或寻找例证。在这个意义上,进化的发生是一个事实。科学家们不再质问有变更的传代(即进化)是否发生过,因为支持这一观念的证据是如此的确凿。”“对进化的科学共识是压倒多数的。”美国人类学联合会在2000年4月的声明中说:“进化是人类学许多方面的一个基本组成部分,是现代科学的一块基石,是生物学、地质学和天文学的核心。进化的原则已被反复检验并被发现有效地符合科学标准。”自80年代以来,美国各个科学机构都发表过类似的声明。

   
正因为进化论早已是科学界的一个共识,所以反进化论的论文是不可能在科学学术刊物上发表的。有研究者在1985年检索了八十年代初的4000多种学术刊物,未发现任何一篇神创论的论文。在1997年另有研究者检索了五种收录学术期刊的数据库,也未发现任何一篇神创论的论文。事实上,反进化论者现在也很有自知之明,极少把自己的论文提交给学术刊物发表。对八十年代初68种与生物起源问题有关的学术刊物所做的调查表明,总共135000篇送交的论文中,只有18篇是神创论的,这18篇全被退稿。这种局面在今天并无任何改变。所谓进化论在科学界有争议乃至已被科学最新成果推翻的说法,不过是神创论者欺骗外行的宣传。

2001.5.13.


起源之战没有中立者【旧作】

29 09 2006年
   《物种起源》发表后不久,生物进化的观念很快地征服了整个科学界,在各发达国家的公众中也逐渐地成为主流。只有美国是个例外。在二十世纪的早期,随着原教旨的“基要派”基督教在美国南方的兴起,美国很快地成为了世界反进化论的中心。尽管原教旨基督教事实上也有众多的派别,但在反进化论这一点上却是一致的:他们坚信《圣经》无误,指责进化论的传播是现代社会道德败坏的根源。因此他们呼吁坚持神创论,禁止进化论。1925年田纳西州率先通过法律禁止在公立学校教进化论,随后在代顿镇发生的“猴子审判”震惊了世界,其影响至今未息。这次审判,神创论者在技术上赢了,被告斯各普斯被判有罪(上诉后翻案),但在道义上、在形象上却输得干干净净(有关此案的详情参见获得1998年普利策奖的Edward
J. Larson著《众神之夏》(Summer For The Gods:the Scopes Trial and
America’s Continuing Debate Over Science and
Religion)一书)。但是神创论的势力并没有因此受到重创。在以后的三十多年间,为了避免引起争议和官司,美国公立学校的生物学课本很少介绍进化论。直到五十年代后期,在苏联第一颗人造地球卫星上天的震撼之下,美国感到在科技上已落后,大抓科学教育,进化论做为生物学的核心理论,顺理成章地进入了美国中学课堂。1968年,美国最高法院给了神创论致命的一击,以政教分离的原则判决在公立学校禁止教进化论违宪。从七十年代起,美国神创论者改变策略,给神创论披上科学的外衣,自称“科学神创论”或“神创科学”,要求在公立学校以同等时间教给学生。在八十年代,阿肯萨斯州、路易斯安那州都通过了强求同时教神创论的法律,但是在1987年,美国最高法院再次做出判决,宣布这样的法律违宪。但是美国神创论者在法律和行政上的挣扎远没有结束。迟至1999年,堪萨斯州教育委员会还以6票对4票将进化论从该州教学大纲中删除,再次提醒人们神创与进化之战还在继续。

   
神创论者自知他们的那套“理论”在专家眼中不值一驳,在学术界没有立锥之地,因此很早就采取了“草根运动”的战略,将主要精力用于向普通公众宣传,试图通过蒙骗外行的公众以影响立法。原教旨基督教在美国势力庞大(约三分之一的美国人是原教旨基督徒),其反进化论的宣传攻势也相当成功。近十年来,调查表明,美国公众接受进化论者从来就没有达到一半。美国神创论团体出版了大量的反进化论著作,其中较著名的几部都挂着“最新科学成果”的羊头进入了中国。美国科学团体也出版了不少针锋相对地反击神创论、捍卫进化论的著作,然而据我所知,这些著作还没有一本在中国出版。近来又出现了试图调和进化论和神创论的“中立”著作,江西教育出版社最近翻译出版的Del
Ratzsch著《起源之战》(The Battle of Beginnings:Why Neither Side is
Winning The Creation-Evolution
Debate)就是其中之一(原版出版于1996年)。这类标榜中立的著作一般来说实际上是在暗暗地为神创论辩护,不过,这一本书的原版虽然是由一个基督教的出版社(Intervarsity
Press)出版,作者在一所基督教学院(开尔文学院)教书且是虔诚的基督徒,但我觉得他倒是相当真诚地想保持中立,只不过由于神创论在科学上的先天缺陷,使他的这番功夫白费了。

   
这本书的副标题是“为什么没有一方正赢得神创-进化的辩论”。这是一个有误导性的标题。在学术界,神创论与进化论的辩论在一百多年前就已完全结束,在今天没有哪份生物界的学术期刊还觉得有在学术界内部争论这个问题的必要,连作者也承认,进化论在科学界占绝对优势。争论只在学术界之外还存在,而这也不是有学术水准的理性的争论,其根本原因是由于神创论这一方由于宗教信仰的缘故而非理性地拒绝无数的进化证据。在学术上,进化论和神创论并不处于同等的地位。作者想要不偏不倚地讨论这两者在学术上的是是非非,对双方各打五十大板,这个出发点,根本就站不住脚。因此,这本书的写作质量,在反驳神创论和反驳进化论时,就有了显著的差异。它最好的部分,是澄清神创论者对进化论的种种误解,这些澄清其实是众多生物学家在各个地方做过的,作者只是做了综合。考虑到作者并非生物学的行家(他是科学哲学教授),这项综合工作做得还算相当出色,虽然也有纰漏,比如作者一再附和神创论者所谓“几乎找不到过渡型化石”的谎言,而其实已有许多(至少上千种)过渡型化石被发现。

   
当作者反过来站在神创论者这一边,试图澄清进化论者对“科学神创论”的误解时,其思维的混乱与前边判若两人。他反复地以“神创论者对进化论者的批评是做了回应的,虽然这样的回应或许不成立,但不能被忽视”为由抵挡进化论者的攻击,但是如果一个回应是不成立的,当然就是活该被忽视的:事实上神创论者的每一条回应都早被驳斥过。进化论者批评“科学神创论”不是科学理论,因为它不可证伪,而科学理论必须能够被证伪。作者对此替神创论者反击说:如果科学理论要能被证伪,进化论者应该忙着证伪进化论才对,为什么却并非如此?把波普尔所说的科学理论必须能够证伪等同于科学理论是为了被证伪,是很常见的误解,这样低级的误解出现在一位科学哲学教授笔下,实在令人惊讶。

   
作者对进化、神创两造各打五十大板的目的是为了让他们握手言和,宣扬有神进化论。有神进化论并不是新鲜东西,在进化论问世之后很快就出现了,在接受进化论的基督徒中一直相当流行。这种神学观有两种形式。呆板的有神进化论通过把《圣经·创世记》第一篇所说的“一天”等同于漫长的地质时代的方式,坚信进化论与《圣经》的记载不相矛盾。但这是经不起推敲的:《圣经》所载的创世顺序与进化论明显不符合。作者在书中提到了这一点,却不愿做出解释,我认为事实上也无法解释。灵活的有神进化论则不拘泥于《圣经》记载,只泛泛地承认万能上帝的存在,并把进化当做上帝创造万物的方式。这也是由来已久的一种观点,作者的独特之处,是不承认科学不研究超自然的共识,想把神学观转换成科学理论,为此做了一番论证,在我看来都不成立。在这里没必要一一加以反驳,只讨论关键的三点:

   
一、上帝的假定是否必要?作者就象稍后出版的《达尔文的黑匣子》一书的作者,认为生物在分子水平上存在复杂的生物化学途径,没法用进化论解释其由来,而只能归于智能设计。这实际上和进化论无法解释复杂完美的器官的由来是一个思路,而作者在前面已对此做了相当好的澄清,一到了分子水平就犯糊涂,是因为实际上不了解生化途径是怎么回事。同时,作者也重弹“第一推动”的老调,认为生命的起源存在所谓“鸡和蛋谁先谁后的难题”,即“核糖核酸的功能需要蛋白质的参与,蛋白质又需要核糖核酸来编码”,需要上帝来解决这个起点问题。但是早在八十年代初,生物学家们就已发现核糖核酸无需蛋白质的参与也能自我催化,这个鸡和蛋的难题早就不存在了。

   
二、假定上帝的存在,并没能解决起源问题,反而后退了一步,因为我们还要问:那么上帝这么复杂的结构又是如何起源的?如果它是自然而然产生或一直就存在的,那么比它更简单的世界万物为什么不能自然而然产生或一直就存在呢?可见把上帝当成万物的起源,反而使起源问题变得更为复杂。作者对此的回答是:科学不研究上帝的起源。但是这与作者一开始的主张“科学可以研究超自然问题”相矛盾。

   
三、上帝的假定是否有意义?如果上帝在创造了自然规律后就让世界万物遵循自然规律发展而不加干预,那么这样的上帝就跟不存在一样,假定它的存在没有任何意义。如果上帝还时不时地改变自然规律,自然规律不再普适,整个科学研究就处于危险之中。作者意识到了这个矛盾,提出了一个假设:上帝是在不改变自然规律的条件下对事物的发展进行干预,体现在概率事件之中,比如基因突变总是会按一定的概率产生,但是发生在哪个个体上,则是上帝干预的结果,由于我们没法知道上帝是如何挑选个体的,所以对于我们来说,这是个随机的事件。或者说,运气也就是上帝。但是,既然自然规律并没有改变,对我们来说运气又是个随机的事件,那么上帝的存在,对于科学研究来说仍然是毫无意义的,多余的。在神学和哲学上,我们可以假定多余的概念。而在科学上,我们却必须追求简洁,挥动奥卡姆剃刀将上帝这个多余的概念剃掉。

   
总之,所谓有神进化论,在神学或哲学上也许是可以成立的,在科学上却无法成立。科学研究不允许在进化论和神创论之间充当中立者。

2000.1.3.


何必为进化绝望【旧作】

28 09 2006年
   许多人都是通过道金斯的《自私的基因》一书而了解到现代进化论的一些知识。这本书所持观点在学术界属于“基因选择主义”,即认为基因(而不是传统上所说的生物体)是自然选择的作用单位。这个学派是威廉斯和梅纳德·史密斯在七十年代创立的,由于道金斯的普及才广为人知,并被称为“自私的基因”理论。尽管道金斯在书中一再说明“自私”的说法只是比喻,绝不意味着基因有意识、有感情,但是这个比喻用法的确也让一些读者引起了不必要的联想,并感到绝望。道金斯的新作《拆散彩虹:科学、妄想和对奇观的嗜好》(Unweaving
the Rainbow: Science, Delusion and the Appetite for
Wonder)一开头就说:
   
“我的第一本书的一位外国出版商承认说,在读完它之后,三夜不能安眠,被书中他所理解的冰冷、凄凉的信息所困扰。其他人问过我我怎么能够在早晨还有勇气起床。一个遥远国家的一名教师写信责备我说,他的一位学生在读完这同一本书后泪眼汪汪来找他,因为这本书已使她相信生活是空虚和无目的的。他劝告她不要把这本书传给她的任何朋友看,担心他们将被虚无悲观主义所感染。”

   
他说的外国出版商和外国老师大概不是中国人,但中国读者中也不乏有类似的感受。比如,吴国盛的《进化的故事令人绝望》(《中华读书报》2000年11月1日)就相当典型地表达了这种绝望感:

  “尽管道金斯一开始就声明,他并不提倡以进化论为基础的道德观,但他所生动展现的生命世界的这幅自私和冷酷的景象还是叫人非常绝望。如果我们命中注定是自私的,我们的非进化论的道德观念何以可能?这是道金斯已经意识到但并未展开的问题。……听完道金斯讲述基因的故事,人类应该感到绝望。进化是偶然的、无目的的,基因是冷酷和自私的。它们聪明绝顶,经过几十亿年的进化,它们都已经成精了。从这里我们确实可以学会不少求生存的本领,但同时我们也会陷入这样一个境地:我们不知道我们为什么要生存。生存是偶然的,也是荒谬的。生命的意义可以说是微不足道的。在人性的世界里那么崇高和辉煌的舍生取义、视死如归,在一个所谓的客观世界里完全是不合情理的。近代科学制造的这种人与世界的分裂,在今天由于更加精致化、合理化,而显得更难弥合。”

   
面对这种责备,道金斯在《拆散彩虹》中有简略的回答:
   
“假设宇宙的终极命运的确没有目的,我们是不是真的都要把我们的人生希望和宇宙的终极命运绑在一块呢?当然不,如果我们精神正常的话,不会如此。我们的生活被各色各样更亲密、更温暖的事物以及人类的雄心和洞察所主宰着。指责科学剥夺了使人生值得一过的生活温馨,这个错误是如此的荒唐,如此的与我本人和大多数科学家的感受绝然相反,以至于我几乎要变得绝望,就象我被错误地怀疑过的那样。”

   
虽然科学事实往往能给伦理道德观提供一定的启示,乃至成为价值判断的基础,但是科学事实本身并不带有价值判断。将科学事实等同于道德价值,恰恰是极端的科学主义者的思维方式,以这样的思维方式反过来指责科学,是自相矛盾的。宇宙的演变没有目的,因为宇宙没有意识。但是人生可以有目的,因为人有自我意识。在一个冰冷的、凄凉的宇宙中,同样可以有、也应该有温暖、亲密的人间。

   
如果将人生目的和宇宙的命运联系起来,未免过于多愁善感。但是人生的目的本来就属于主观的价值判断,可以有多种形式,科学无法证明其必对或必错;所以如果有人非要如此多愁善感地唉声叹气,虽然道金斯暗示这属于精神失常,虽然我也觉得大可不必,但是却不能说就错。然而,如果在绝望之余,还要质疑“如果我们命中注定是自私的,我们的非进化论的道德观念何以可能?”,却是严重的混乱。基因是自私的,并不能推导出我们命中注定是自私的,因为我们的“命”有两条:生物的和文化的。

   
人类同时是生物进化和文化进化的产物。“自私的基因”理论试图说明的仅仅是自然选择作用下的生物进化(它甚至不试图解释所有的生物进化),而文化进化有非常不同的机制。无意识的自然选择只对个体的短期利益起作用,因此它必然是对“自私”有利的。但是人类具有自我意识,有理性推理和预见能力,能够做长期的计划,因此能够为了长远的利益牺牲目前的利益,为了群体的利益牺牲个人的利益。文化的适应性进化,在很大程度上是环境对群体,而不是对个体进行选择的结果,真正的利他行为因之产生。道德观正是这种文化选择的结果。一个有着更“好”的价值观的文化群体能够扩张、繁衍,并吞并、灭绝其他的文化群体。因此,价值观也是进化而来的,是经过长期、持续的无数次试错、成败,而得到的最适合于某个文化群体生存的结果。如果将生物进化和文化进化混为一谈,试图用生物本能解释一切文化现象,恰恰是极端的生物决定论者的思维方式,以这样的思维方式反过来指责科学,又是自相矛盾。

   
最后值得指出的是,文化进化论只是要说明为什么一种价值观系统会产生、传递,并不肯定那些占了优势的价值观就一定是真实、美好。那些因历史原因被认为对文化群体有利的行为,即使在我们看来是虚假的、丑陋的(比如宗教、迷信),也会在文化选择的作用下,得到保留、传播。视死如归有种种因素(甚至包括精神失常),并不都是那么崇高和辉煌的。革命烈士的视死如归固然令人肃然起敬,邪教徒的视死如归却就只有让人惋惜了。

2001.2.4.


站在黑猩猩的立场上看【旧作】

26 09 2006年
   美国科学院院士基本上是个荣誉称号,在其不多的特权中,很重要的一项是可以直接把自己的论文或推荐别人的论文到《美国科学院会刊》这份闻名世界的学术刊物上发表。美国韦因州立大学生物学家莫里斯·古德曼去年四月新当选院士,最近在《美国科学院会刊》上发表了其“就职论文”,在世界范围内引起了小小的轰动。在这篇论文中,古德曼实验室提出应该把现有类人猿都划入人科,进而再把现存的两种黑猩猩(普通黑猩猩和矮小黑猩猩)都划入人属,名副其实成了我们人类的亲兄弟。

   
生物的分类单位从大到小依次为域、界、门、纲、目、科、属和种。现代人类属于真核生物域、动物界、脊索动物门、哺乳纲、灵长目、人科、人属、智人种。在被普遍接受的传统分类中,类人猿被认为与人类的亲缘关系很远,属于两个不同的科,各种长臂猿被归入长臂猿科,而猩猩、大猩猩和黑猩猩被归入猩猩科,两种黑猩猩属于猩猩科下的黑猩猩属。古德曼在1998年就批评这种传统划分法是出于人类中心主义的偏见,提出应该把类人猿都归入人科,而把黑猩猩归入人属。这一次,他为这个主张出示了更进一步的证据。一般来说,两个物种的基因序列的相似程度越高,则表明它们之间的亲缘关系越近,而且可以根据基因序列的相似程度推算这两个物种从共同祖先分离出来的时间。以前,已有多项研究表明人和黑猩猩在遗传上的相似在98%以上。这些研究其实并没有涉及到具体的基因序列,而是用其他方法做的估算。这一次,古德曼和他的同事决定具体比较人、黑猩猩、大猩猩、猩猩、旧大陆猴这几个物种在97个基因上的相似程度。他们发现,像以前的研究所表明的,黑猩猩与人的亲缘关系最近,甚至超过了它们与大猩猩的亲缘关系。这种亲缘关系,要比以前所认为的还要密切,在那些不重要的基因位点中,人与黑猩猩的相似程度为98.4%,而在那些重要的基因位点中,人与黑猩猩的相似程度高达99.4%。

   
国内媒体在报道这件成果时,说古德曼等人把黑猩猩归入人属,理由是黑猩猩编码功能基因的遗传信息与人极其相似。于是又有专家在接受采访时表示不赞成古德曼等人的分类方法,不能只根据基因序列的相似性来分类,还要根据形态学、解剖学或考古学方面的证据。换句话说,凭什么因为人与黑猩猩的基因相似程度可达99.4%,就要把他们归为同一属呢?其实这个报道和专家评论都没有真正理解古德曼的这项研究。古德曼如此分类的目的并不是为了反映出不同物种的基因相似程度,而是为了反映出不同物种的进化关系。

   
根据这些基因序列比较,可以推测出猿、人的进化表:大约在2千5百万年前,猿的祖先与其他灵长类分离开来;在1千4百万年前,大猩猩、黑猩猩和人的共同祖先与猩猩的祖先分离开来;在6-7百万年前,黑猩猩和人的共同祖先与大猩猩的祖先分离开来;在5-6百万年前,黑猩猩的祖先和人的祖先分离开来。从进化上看,黑猩猩与其他灵长类动物的关系从近到远分别是人、大猩猩、猩猩。如果生物分类像达尔文所希望的那样,要能真正反应出亲缘关系也即进化关系,那么当然首先要把黑猩猩和人先归为同一类,然后再把二者与其他类人猿归为同一个更大的类,而不是像传统那样倒过来,先把黑猩猩和其他类人猿归入同一科,然后再和人归入同一目。

   
把黑猩猩和人归入同一属,也并不怎么辱没了人。黑猩猩的行为表现出相当程度的人性,例如它们能够制造工具、有推理能力、自我意识、移情能力(即能够意识到其他意识的存在,设身处地地猜测其他个体的想法。人类在3岁以后才有这种能力)、识数能力(经训练后能识别从0到9的数字并从小到大排列)、语言能力(经训练后能使用数百个单词符号,听懂数千个英文单词)、感情能力(例如会为亲属的死亡感到悲伤)等等。黑猩猩经过训练后,能大约具有4岁小孩的思维和语言能力。黑猩猩和人类一样是高度社会化的动物,而且不同地区的黑猩猩群体还存在不同的社会文化。我们对黑猩猩研究得越多,越是意识到它们与人类并无本质的区别,有的只是量的差异。正是在这个意义上,我认为杀害黑猩猩(以及其他类人猿)的行为,应该被视为谋杀。

   
不过古德曼的分类法很难被广泛接受。人类中心主义已根深蒂固。自古以来,人类就认为自己是与其他动物完全不同的万物之灵。达尔文进化论让我们深刻认识到了人类的动物起源,人类只是进化过程中的偶然产物,而不是进化的方向和颠峰,也不是“最高等”的动物。但是人类中心主义并没有从我们的心中完全被消除。在研究人类与其他动物的关系时,我们仍然习惯于站在人类的立场上,而不是其他动物的立场上。所谓生物分类不能做到完全客观,而或多或少有些主观,就是人类中心主义的一个借口。甚至古德曼也还没有完全摆脱人类中心主义:他把人类与黑猩猩共同的那个属称为人属而不是黑猩猩属,把人类与猿共同的那个科称为人科而不是猿科。如果我们能够设身处地地站在黑猩猩的立场上看,那么把黑猩猩和人类视为同一个属的兄弟物种,恐怕就是再自然不过的事了。从生物学的角度看,人类可以说是第三种黑猩猩。

2003.6.13.


宇宙与生命的沉思【旧作】

26 09 2006年
   一个流传颇广的对进化论的攻击为:生命是如此复杂,它的产生和进化是一个概率几乎为零的不可能事件。攻击者往往还煞有介事地做一番概率计算,“证明”即使把宇宙的时间全都用完,也无法自发生成一个细胞。其实这是一个早被达尔文用自然选择原理解决了的问题。高度复杂的事物可以分解为更简单的事物一步一步地通过选择形成。突变是偶然的,但是在自然选择的作用下,偶然性大大降低。生命的产生和进化并不是一个完全随机的过程,因此不能做简单的概率计算。举例来说,打麻将摸到一手清一色一条龙,是一个几乎不可能的小概率事件,或许从来就没人摸到过。但是通过不断地换牌,最后得到清一色一条龙的机会虽然很小,还是有许多许多次出现了。

   
严格地说,基因突变也并非是完全随机的。基因组的某些区域要比其他区域更容易发生突变。在物理、化学因素的作用下,基因组也会自发形成某种有序的结构。这种所谓“自组织”现象,更大大降低了生命的产生和进化的偶然性,有的学者甚至认为自组织对生物进化的作用,并不亚于自然选择。事实上,自组织是在生物界和非生物界都普遍存在的现象。如果不考虑自组织因素而单纯做概率计算,我们会发现水结成冰也是一个概率几乎为零的不可能事件。以概率计算攻击进化之荒谬,由此可见。

   
比利时生物学家克里斯蒂安·德迪夫(Christian de
Duve)所著《活力之尘》(Vital
Dust,中译本名为《生机勃勃的尘埃》,王玉山等译,上海科技教育出版社出版),更试图说明,生命起源和进化,乃是生物化学作用的必然结果。它的新版副标题“生命做为宇宙之必然”(Life
as a Cosmic
Imperative,原副标题为“地球生命的起源和进化”)即是对这一观点的归纳。现年83岁的德迪夫是现代细胞生物学的主要创建者之一,因发现溶酶体和过氧化物酶体这两种细胞器而在1974年获得诺贝尔生理学奖。晚年致力于研究生命起源和科普创作,在此之前已出版过两本很受欢迎的科普著作《活细胞导游》(
Guided Tour of the Living Cell,1984)和《细胞蓝图》(Blueprint for
a
Cell,1991)。在自传中,他说:“我计划将我的余生贡献于进一步探讨我们对生命和心灵日益增长的了解能告诉我们宇宙有何结构和意义。”

   
宇宙具有结构,这是科学已发现的,事实上也是科学研究能够成立的前提。但是宇宙是否真的有意义?这是一个哲学问题,而不是科学问题。德迪夫认为,宇宙的结构必然能够产生生命和思维,再由思维发现宇宙的结构和理解真善美爱,就是宇宙的意义。这是一种改头换面的目的论,只不过导向目的的神秘力量由生物化学力量所取代。宇宙学认为我们的宇宙的确令人惊讶地适宜生命的生存,如果在宇宙大爆炸的最初时刻,物理常数略有不同,就很可能不会有生命。但是我认为这并不意味着宇宙有什么既定目的或意义。对此最简单的也是最好的解释是人属原理(Anthropic
Principle,常被不恰当地译为“人择原理”):因为这是我们所从属的宇宙,如果没有这样的宇宙,就不会有我们人类。可能还有许许多多不同的宇宙有着不同的生存条件,我们无法知道而已。我们很容易把一个仅知(未必是仅有)的偶然结果误解为必然结果。根据现状去推想起始条件的必然意义,乃是没有意义的事后诸葛亮,就象一位在混战中夺得皇位的人自称是真龙天子。

   
不管宇宙是否有意义(我认为没有),我们的宇宙看来是充满活力的。我和德迪夫一样相信,宇宙中充满了生命。我们已经有充分的理由相信,宇宙中布满了适于生命生存的行星、卫星,生命小分子到处都是,而只要有合适的条件,生命就可能产生。在某颗适宜星球上的生命产生未必是一个必然事件,但也不会是一个小概率的偶然事件,而只要考虑到宇宙星球之多,年代之久远,宇宙就必然是充满生机的。但是我无法同意德迪夫的观点,认为生物进化存在从简单到复杂的总方向,最后必然产生理性生命。生命的发展趋势是多样化,任何能够适应环境的方式,不论是简单还是复杂,都是可行的,并不存在一个总方向,当然,从简单到复杂的进化途径是存在的,就象存在着复杂到简单,或复杂度不变的其他途径。我也同意在宇宙中可能存在许多理性生命,我们人类并不孤独,但这绝不意味着理性生命是进化的必然终点,而同样是一个概率并不很小的可能事件分布在众多星球上所体现出来的必然结果。其他星球上的理性生命也绝无可能与人类相同,我们这个物种,乃是无数偶然事件的结果。德迪夫令人惊讶地认为现存物种有着高级和低级之分,在他绘制的生命树中,不同的枝干按高低排列,被置于顶端的是人类。这种以人为中心、从低级到高级的“自然界阶梯”的观念,从达尔文起就已被抛弃了,但在许多人,包括一些专家心中,仍然根深蒂固。

   
不管你是否同意德迪夫的宇宙观、进化观,《活力之尘》都是一本妙趣横生的科普著作。它描绘了一幅从生命最初的分子到人的心灵产生的地球生命进化的全景图象。一般的进化论科普著作都着重于多细胞生物的进化,这本书却将重点放在了生命起源和单细胞生物的进化,占了七分之四的篇幅。我还没有见过有其他的科普著作如此全面又通俗地介绍生命起源和进化的生物化学因素,而且没有用到一个化学方程式。对多细胞生物的进化介绍较为简略,但也涉及了各主要方面。一般读者可以将这本书作为全面了解地球生命进化史的很好的入门读物,感受一次引人入胜的生命之旅。在旅途结束时也不妨思考一下德迪夫提出的问题:我们的宇宙是否有活力、会思想、有意义?

2000.4.22.