生命之数(用数学解释生命的存在)(精)

作者简介

伊恩？斯图尔特，英国沃里克大学数学教授，英国皇家学会院士，国际知名数学科普作家。1995年斯图尔特教授荣获法拉第奖章，2002年获得美国科学促进会公众理解科学技术奖，2008年因其向公众推广数学知识的杰出贡献而成为塞曼奖章的首位获得者。他的著作超过80种，包括《自然之数》《给年青数学人的信》和翻译成13种语言的《上帝掷骰子吗？》。他是《新科学家》杂志的数学顾问、《不列颠百科全书》的顾问，曾担任《科学美国人》杂志的“数学游戏”专栏撰稿人。 译者简介： 杨昔阳，泉州师范学院数学与计算机科学学院教授，主要研究方向为应用数学与数学教育，发表过多篇学术论文，代表译作有《爱+恨数学：还原最真实的数学》。

内容简介

第14章片段 14 蜥蜴的游戏 经过苦苦的追求，一只雄蜥蜴终于让一只雌蜥蜴接纳了“他”，不久之后它们将要交配。“她”喜欢“他”的天蓝色喉咙，喜欢“他”经常陪“她”外出散步。但是，突然有一天，一只橙喉蜥蜴闯入了它们幸福的婚姻。橙喉蜥蜴的体型更大，也更加强壮，它恐吓这只雄性蓝喉蜥蜴，希望能将其赶走，并且夺走其伴侣。但蓝喉蜥蜴似乎不肯就范，一场争斗在所难免。 然而在战术上，两只蜥蜴都犯了错误，因为当它们打得你死我活的时候，一只小小的黄喉蜥蜴偷偷与它们的争夺对象进行了交配。 在北美西海岸的一些岛屿，蜥蜴们不断上演着这样的肥皂剧。因为这三只雄性蜥蜴争夺同一只雌性蜥蜴，并且都可以与之交配，所以它们被认为属于同一个物种，尽管它们的喉部颜色不同。事实也的确如此。这三只蜥蜴是不同形态的普通侧边斑点蜥蜴，学名为美洲侧斑鬣蜥（Uta stansburiana）。 这类足以登上娱乐杂志的交配方式，为我们研究生物的生存策略提供了非常重要的启发。 巴里？斯内沃（Barry Sinervo）是加州大学圣克鲁兹分校的生态学和进化生物学实验室的一名科学家，自1989年以来，他一直在研究侧斑美洲鬣蜥的遗传规律。这些蜥蜴生活在同一个岛屿，并且可以相互交配，所以多数生物学家认为它们属于同一物种。正如我们刚刚所说，这些蜥蜴有三种形态，区别它们的主要标志是喉部的颜色：橙色、蓝色或黄色。这三种形态的蜥蜴在体型上也有差异，橙喉蜥蜴最大，黄喉蜥蜴最小。 喉部的颜色并不会给蜥蜴带来生存上的好处，但是却可以吸引雌性的注意，这种情况似乎符合达尔文所说的性选择理论。雌性所喜欢的性状将会普遍存在，因为这种性状会遗传给它们的后代。这样的例子还有很多，比如雄性孔雀那巨大的、色彩鲜艳的尾羽，极乐鸟的华丽而奇异的饰羽，等等。 年复一年，每一种形态的蜥蜴都延续着自己独特的交配策略。雄性蓝喉蜥蜴倾向于与雌性蜥蜴形成稳定的配偶关系，橙喉和黄喉蜥蜴则不然。橙喉蜥蜴非常强壮，喜欢四处抢夺蓝喉蜥蜴的伴侣；而黄喉蜥蜴经常“男扮女装”，悄无声息地在其他两种形态的蜥蜴发生打斗的时候，偷偷与它们的争夺对象交配；蓝喉蜥蜴的优势在于它们会与伴侣结成稳定的婚姻关系，尽管它们打不过橙喉蜥蜴，但对付黄喉蜥蜴绰绰有余。这三者之间的关系可以简单地概括为： ？橙色战胜蓝色， ？蓝色战胜黄色， ？黄色战胜橙色。 因此，橙色比蓝色更有优势，蓝色比黄色更有优势，而黄色比橙色更有优势。这与“适者生存”矛盾吗？到底是怎么回事？这种演化的竞争是如何形成的？应当如何用达尔文的理论来解释呢？ 进化论的一个最大的问题是，每个人都认为自己理解进化论。但更公平的说法是，没有人真正理解它，甚至连进化生物学家也未必。演化极其复杂，极其微妙。“最佳”或“最合适”的生物得以生存，这样的论断无疑将进化论过度简化了。如果真的如此，那么就不应该存在三种蜥蜴形态，因为其中两种形态一定在很久以前就被消灭掉了。 这是否表明进化论在这群蜥蜴身上不起作用呢？如果我们只是肤浅地理解“适者生存”的字面意思，那么进化论确实在这群蜥蜴身上失效了，虽然这些奇怪的策略的确是蜥蜴们经过长期演化形成的。这个案例说明，“适者生存”显然不是进化论的一个好的口号，正是出于这个原因，生物学家总是避免这种说法。 生存并非自然选择的首要标准，能够繁殖才是最重要的。很明显，如果生物想获得繁殖的机会，那么它们一定得活到能够繁殖的年龄。但是这并不意味着一个生物只要活了足够长的时间，就有机会繁殖后代。蜥蜴就是一个很好的例证。在无数物种中，只有少数雄性才有机会繁衍后代，为此它们需要花费大量的时间与其他同类进行斗争，以捍卫自己的交配权。 和数学科普大师畅游生命世界的嘉年华！ 著名数学家伊恩？斯图尔特的精彩“跨界”之作； 以数学的视角解读生命的奥秘 为什么令人深恶痛绝的病毒拥有完美的对称结构？ 为什么黏菌能够设计出最优的铁路系统？ 为什么斑马不可能长出有斑点的尾巴？ 为什么斐波那契数列在自然界中如此频繁地出现？ 生命的奥秘总是令人着迷。生物学研究似乎从不把数学作为重要角色，然而正是数学思想的加入，让上述令人百思不得其解的难题迎刃而解。更加奇妙的是，生命科学发展中的每一次重大变革，竟然都与数学密切相关。