不可思议的生命(进化的命运时机和未来)

作者简介

乔纳森·洛索斯（Jonathan B. Losos） 进化生物学家，毕业于哈佛学院和加州大学伯克利分校，获博士学位。曾在圣路易斯华盛顿大学任教14年，现任哈佛大学生物学教授，哈佛大学博物馆馆长，爬虫研究专家，美国**地理杂志研究与探索委员会成员。曾发表论文150余篇，他的学术研究经常出现在**科学杂志如《自然科学》上，曾为《纽约时报》写过系列专栏，*到热烈追捧。获奖无数，包括杜布赞斯基奖，D**id Starr Jordan奖和爱德华威尔逊博物学家奖。著有《进化中的蜥蜴：变色龙的生态学与适应性辐射》。

内容简介

第九章.“重放磁带” 我们来回顾一下研究进化的一些标志性地点：加拉帕戈斯群岛、奥杜瓦伊峡谷、澳大利亚、马达加斯加、兰辛等。令人惊奇的是，在*近几十年，关于进化方面*为重要的研究主要来自发生在五大湖**中部的进化变化方面。 密歇根州立大学生物医学和物理科学大楼的6140室看起来和普通的生物实验室没什么两样。两张装有架子的大桌子摆在实验室中间，形成了3条通道。两张桌子的两边都是工作站，研究人员坐在那里，周围都是实验室科学装备：架子上摆放着装满了琥珀和透明化学药品的瓶子，成堆的培养皿，以及奇形怪状的桌面设备铺在桌子上。墙上挂满了各种各样的明信片、书虫科幻漫画、动物照片和科学名人肖像等。一块木头莫名其妙地悬挂在架子上，被两个弯曲的夹子夹住，水平悬挂着。各种小孩子的玩具和其他小玩意堆在角落里和电脑显示器后面。一个带有玻璃门的展列式冰箱里装满了化学药品和其他大型机器设备。另一面墙由延伸到天花板的大窗户组成，向外可以看到整个校园。 许多实验室都有自己的特质，这个实验室也有。屋子里的几扇窗户上贴着几张蓝色的纸，上面排列着几个大大的数字，每个窗格一个，几个数字连起来拼成“**000”。关于这个，我们稍后再讨论。 实验室里挤满了穿着休闲T恤和牛仔裤的科学家，他们大多是年轻人。但是有个年轻人显得很特别，他穿着一件不同深浅的蓝色衣服，这件衣服看起来像是实验室大衣和巫师长袍的结合体。我们也会在适当的时候再提到他。 门旁的一台笨重的设备作为实验室的焦点，同时也是实验室存在的理由。在尺寸和外观上，它类似于加油站迷你超市里的那种平开式冰柜，里面有冰激凌、三明治、克朗代克酒等。但这种设备肯定比你在服务站看到的*新奇、*有科技感，不过就算你发现里面真的有很多冰激凌和*腿也不足为奇。 *后，等待已久的时刻到来了，屋子主人打开了这个“伪冰柜”的盖子，让我看里面是什么。我向前倾了倾身，温暖的气体飘过我的脸，可以肯定的是，这个金属箱里**没有冰棍。取而代之的是两排（每排7个）小玻璃烧瓶，每个瓶子都紧紧贴在一个金属板上。这个金属平台前后左右慢慢地来回移动，轻轻地使每个烧瓶中的少量液体上下起伏着。 不得不承认，我多少有点儿意外，甚至有点儿失望。我现在正位于过去25年来从事进化生物学*重要的研究之一的地方，但这里真的称得上很简朴了。这里平淡无奇，也不会给人留下什么深刻的印象。只有装着清澈液体的容器，在一个发热的“冰激凌盒子”里缓慢地来回晃荡着。 这种小容器如何产生大轰动的故事并非始于密歇根州的实验室，而是源自40年前在北卡罗来纳州的阿巴拉契亚山脉。在那里，一个名叫里奇·伦斯基的年轻研究生正在使用久负盛名的陷阱方法调查甲虫种群。陷阱的机制就像它的名字本身一样简单。研究人员挖了个洞，等待动物掉进洞里。你可能会认为动物可没那么愚蠢，但事实证明它们确实不太聪明。动物走来走去，一不小心就突然掉进坑里出不来了。坑的大小取决于你想抓住什么，对于甲虫来说，纸杯大小的洞就可以了，但是对于蜥蜴和蛇则可能需要水桶一样大的坑。 伦斯基长期以来都为自然界深深着迷。这位北卡罗来纳州的本地人在俄亥俄州奥伯林学院主修生物学，奥伯林分校是俄亥俄州一所以音乐闻名的小学院，同时也是一个学习科学的好地方。在那里，他迷上了利用实验方法来研究科学问题。在实验室中做研究再平常不过，但是以实验方式研究自然界的体验则是少之又少了。 就在此时，生态学领域陷入了混乱。大多数研究都是以观察和对比的方式为基础的：在多个地点收集详细的数据，然后寻找变量之间的关联来解释相似性和差异性。可能蝴蝶比较多的某个地方，蜻蜓也*多。这也许意味着，蝴蝶的丰度决定了在给定地点可以出现多少只蜻蜓。如果蜻蜓吃蝴蝶，则这种关联性的暗示就有意义，但因果关系可能相反：也许蜻蜓的丰富程度决定了蝴蝶的数量——作为一种可能的解释，蜻蜓可能吃掉了蝴蝶捕食者，所以*多的蜻蜓意味着有*少的蝴蝶捕食者，从而也就有*多的蝴蝶。或者说蜻蜓和蝴蝶之间可能没有直接的联系，确切地说，二者的丰度是由第三个变量决定的：也许潮湿的地方对蝴蝶和蜻蜓都有积极的影响。在这种情况下，即使蝴蝶和蜻蜓不会相互影响，它们的丰度也会相互关联，因为它们都对湿度做出了反应。 这是一个由来已久的关联与因果关系的问题，*直接的方法是进行实验。如果蝴蝶种群的规模决定了蜻蜓的数量，那么改变前者的数量将会导致后者数量的变化。实验设计**简单直观：去一些地方，增加或减少蝴蝶的数量，看看蜻蜓种群会做何反应。当然，你看到的任何变化可能只是侥幸的现象，因为这种变化可能是由天气或其他外部变量驱动的。为了排除这种情况，你需要一个对照区，在该对照区内，除了不改变蝴蝶的数量，其他*作都相同。如果你在实验区而不是对照区得到响应，你就有证据表明蝴蝶的数量影响蜻蜓的数量。然而，实际上，一对实验点是不够的，任何差异仍然可能造成随机波动。因此*好利用一组站点对蝴蝶种群进行*作，另一组站点用于控制，以确保任何趋势都是一致的。当然，你需要以同样的方式来随机地对待任何一组实验区，以免实验结果被任何偏见影响。 在20世纪70年代末，包括席尔伍德庄园的米克·克劳利在内的一群生态学家正在推行实验方法，他们认为几十年的观测性生态研究导向并不正确，需要找到一种*强有力的方法。他们认为，在自然界中进行实验可能是困难的，但这样做是必要的。这次运动的***之一是北卡罗来纳大学的纳尔逊·海尔斯顿，年轻的伦斯基在20岁大学毕业后被拉到他的实验室里。 海尔斯顿对需要解决的问题，以及解决问题的机制都有普遍的兴趣，他始终坚持实验方法是*重要的。伦斯基对生态系统是如何运转的有着浓厚的兴趣，而阿巴拉契亚山脉的甲虫是一个很好的研究对象。 伦斯基的博士研究集中在北卡罗来纳州森林中两种常见甲虫的丰度上。伦斯基有两个问题：物种是否为资源而竞争，人类行为是如何影响环境的，如甲虫群落会因森林被砍伐而*到怎样的影响？ 伦斯基分两个阶段来探讨这些问题。他先采用了经典的比较的方法。他调查了多个地点并采集了甲虫。通过这些数据，他可以看出哪些因素与昆虫物种的丰度相关。然后，为了检验这些数据提出的假设，他建造了大型围栏进行实验。在实验中，这些因素（如甲虫密度、森林与开阔地等）都可以改变。 这种方法听起来简单，但工作量却**大。通常需要挖一个4.5英寸深的洞穴，然后放入一个塑料杯，才能做成单个陷阱。听上去好像也不是很糟糕。但是有一项研究，共挖了192个这样的洞；在另一项研究中共挖了**个。两个月来，伦斯基每天都匆匆赶往研究地点，然后从一个杯子走到另一个杯子，核实里面的东西，取出来，仔细检查，然后释放杯子里面的生物。 设置和运行实验也是费力的。实验所需要的方形围栏规格不同，有的实验需要边长5英尺的围栏，而有的实验需要20英尺的——需要通过将铝埋入地下来建造。围栏内的甲虫*到定期监测，幸运的甲虫每次被捕获时都用手喂养，看看它们的大小和繁殖情况是否*到食物供应的限制。有些实验短则持续两周，长则3个月。 项目的两部分结合得很好，通过观测研究，实验总体上证实了提出的假设。结果表明，森林中的甲虫比伐木之后空旷地带的甲虫表现得*好，物种之间的食物竞争可能是调节其种群的重要因素。 和博士论文一样，伦斯基的研究取得了巨大的成功。整个研究过程共促成6篇论文发表，其中3篇发表在该领域的**期刊上，这充分表明这项工作的质量之高，伦斯基前景一片光明，未来可期。 然而，一切并没有想象中那么美好，伦斯基对他的研究计划并不感到兴奋。他的兴趣在研究生阶段发生了变化。关于进化论的一系列发人深省的课程，与志趣相投的研究生关于吃豆人游戏的讨论，还有星期五晚上的啤酒，激发了他对研究有机体如何适应环境的兴趣。因此，他着手寻找一种*适合研究进化变化的有机体，尤其是一种他比较欣赏的，能够经*得住实验方法验证的有机体。 在研究生院里，伦斯基了解了一个关于微生物遗传学的经典实验。a他说：“我认为，只要我打算研究一些新生或不熟悉的事物，微生物所具备的模型系统的优势，在其他领域也同样可以体现价值。”因此，一名鞘翅目学家就这样变成了微生物学家。 伦斯基加入了研究实验种群进化的科学家的大*。自20世纪初以来，他们已经进行了成千上万个这样的实验，而且实验结果惊人的一致。对于任何可以进入实验室并繁殖的生物体，对任何性状的倾向性选择几乎都将导致进化沿着预测的方向快速发生。这些研究不仅包括你期望的性状，如体形、颜色、果蝇屁股上的鬃毛数量，还包括许多其他性状，如老鼠对蛀牙的抗性、果蝇朝光飞行的倾向及对于酒精烟雾的耐*性等。在大多数情况下，一个种群中任何性状的变化或者施加较强的人工选择性干预，都会得到进化的响应。 其实同样的方法已被用于生产我们熟悉的农场动物和农业植物，但它们与其野生祖先几乎没有相似之处。例如，墨西哥类蜀黍是墨西哥高地玉米的始祖，有一只长4英寸的“耳朵”，也许有12粒玉米，且外皮坚硬，这与我们每年夏天享用的玉米棒上甜美无比且没有任何保护的玉米粒相去甚远。工厂饲养的*每年能产300多个蛋，远远超过它们的丛林*祖先。同样地，人工选择也从始祖狼身上培育出了大丹犬和吉娃娃。 现代版的《物种起源》 美国知名进化生物学家乔纳森·洛索斯博士的倾心之作。 作者用各种充满冒险的野外实验，和多个来自科学研究前沿的有趣故事，带领读者探讨生命进化论究竟是可预测的，还是纯属偶然，用科学性与幽默感兼具的方式阐述进化机制。 《华盛顿邮报》《大众科学》《英国自然杂志》《出版商周刊》等多家知名媒体联袂**。 精彩好读，图文并茂。数十幅原创古今生物插图，直观展示自然界的生物多样性。 韦纳奇谷学院艺术讲师、插画师马林为本书绘制精美插画