会走路的鱼

有脚的鱼

2004年7月，芝加哥大学的古生物学家尼尔·舒宾（Neil Shubin）终于在北极找到了他寻觅十载的东西。一条在岩层中沉睡了3亿7500万年的鱼。它有鳄鱼一样扁平的头颅，可以灵活转动的脖颈，还有可以在泥里爬行的胸鳍，肌肉发达到足以做俯卧撑，几乎能说是原始的腿。这个怪物被命名为提塔利克鱼（Tiktaalik）。

真正的科学理论不仅能解释现有的东西，也能预言未来的东西，在3亿8500万年前的岩石里有许多种鱼的化石， 3亿6500万年前的岩石里，则有许多种两栖动物的化石。根据进化论的预言，我们应该能在这两个时代，两类生物之间发现一个过渡的环节。科学家们去找了，发现了3亿7500万年前的有腿、会走路的鱼。达尔文再次证明了他的英明与正确。

不过，为什么是达尔文？他说我们是猿猴的后裔，固然惊世骇俗，但还不是绝无仅有。你在生物课本上能看到让·巴蒂斯特·拉马克（Chevalier de Lamarck）这个名字，“生物学”（biology）一词就是他创造的，早在达尔文的名著《物种起源》出版前50年，他就提出了生物进化的概念。

拉马克相信，“用进废退”是生物进化的动力。多用的器官就会进化，不用的则会退化。提塔利克鱼苦练走路，锻炼肌肉，它的鳍就会进化成腿。长颈鹿伸颈去够树叶，脖子就会进化到两米长。这样拉马克甚至考虑过，如果猿练习直立，也许会进化成人。

有一个美国老笑话，准确地表达了拉马克的观点：有人养了一条大马哈鱼，懒得换水，就教它呼吸空气。他把鱼从桶里拿出来，让它离水几分钟，然后是几小时，接下来延长到几天。后来，这个活宝完全适应了陆地生活，像狗一样，跟在主人后边。后来有一天，发生了不幸：它掉到了河里，倒霉的大马哈鱼忘记了怎么游泳，淹死了。

我们每天都看得见无数熟能生巧的例子，肌肉要锻炼才强健，脑子越用越灵活。这样看来，拉马克似乎很有道理。但我们都知道，演化是缓慢的，从鱼鳍到腿，历经3亿7500万年。一条鱼锻炼一下，马上满地跑，这种事只能出现在笑话里。

对此，拉马克回答说，在一代鱼（或者长颈鹿或者猿）的生命里，锻炼只能造成微小的变化，而这些变化会遗传给子女，它的子女继续锻炼，在父母的基础上增加一点点。这样，经历漫长的时间，积土成山，鱼鳍会发生巨大的变化，而猿也可以变成人。

锻炼加强的那些特征，可以遗传给下一代，这种观点被科学家称为“获得性遗传”。鱼爸鱼妈的鳍经过锻炼，鱼儿子一生下来也会有强壮的鳍，在今天看来，这种想法可能很荒唐，但在现代科技破解遗传的秘密之前，大多数学者都接受获得性遗传的观点，其中包括达尔文的祖父伊拉斯谟·达尔文（Erasmus Darwin），顺便提一句，达尔文一直认为拉马克抄袭过伊拉斯谟的观点，还为自己的爷爷愤愤不平。

倒霉的蟾蜍

在拉马克生前，“用进废退”的思想并没有引起太多注意。直到达尔文出版了阐述进化论的名作《物种起源》，才掀起轩然大波，达尔文的反对者把拉马克的观点翻出来，作为和达尔文交战的武器。

保罗·卡默勒（Paul Kammerer）就是其中之一。他养了一种叫产婆蟾（学名Alytes obstetricans）的蛤蟆。蛤蟆是体外受精的动物。雌蛤蟆产卵的时候，雄蛤蟆会抱住它，把精子撒在卵上。蛤蟆在水里特别滑，所以雄的水生蛤蟆脚底都有粗糙的肉垫，叫做“婚垫”（nuptialpad），以免在拥抱的过程中滑脱。

产婆蟾是在陆地上生活的，没有这一器官。然而卡默勒很不讲蛤蟆权，把产婆蟾养在水里。养了几代产婆蟾之后，他激动地宣布，我让旱地蛤蟆的脚上长了婚垫！卡默勒得意地表示，产婆蟾靠着锻炼得到了婚垫，这说明拉马克是正确的。虽然一块垫子算不上精巧的器官，毕竟也是一个“用进废退”的特征啊。

这个发现引起巨大的反响，最后却有个可笑又可哀的结局。有的科学家做了同样的实验，却无法培育出带防滑垫的蛤蟆，检查卡默勒的产婆蟾的要求总是遭拒，这引发了怀疑。甚至有人发现，卡默勒用注射器在蛤蟆脚上打墨水，让蛤蟆皮上肿起黑色的一块，然后称这是“用进废退产生的防滑垫”。最后卡默勒竟以自杀结束生命，我们无从知道他是不是出于对欺骗行为的悔恨，但他显然是承受了很大的心理压力。

这样看来，“用进废退”的观点相当可疑。达尔文的支持者奥古斯特·魏斯曼（August Weismann）把老鼠的尾巴砍掉，再把它们生的小老鼠尾巴砍掉，这样重复了22代，老鼠还是坚持不懈地长出尾巴。他因此提出，动物在生活中获得的特征，不能遗传给下一代。断尾的老鼠不会生断尾的小老鼠，小鱼也不会继承爸妈强壮的鳍，一个我们更熟悉的例子是，即使很多代裹小脚，中国的小孩生下来依旧是天足。

在卡默勒的时代，科学家还不知道让鱼长鳍，让蛤蟆长婚垫，并且保证鱼鳍和婚垫传给下一代的东西是什么。这个问题的答案要等到科学更加进步的时代才能揭开。

厨艺高超的基因

广受欢迎的科普作家理查德·道金斯（Richard Dawkins，成名作是《自私的基因》）曾说过，基因是生命的蓝图，这个比喻也许动听，但它离事实其实很远。

蓝图，不管是房子的还是汽车的，都是一（多）幅图画，和它所制作的东西是“一一对应”的，你可以在画面上指出哪里是檩子，哪里是椽子。

基因不是画，如果非要用比喻的话，和它最像的东西也许是菜谱。这部菜谱写的是制造蛋白质的方法。蛋白质既是构成身体的砖瓦，也是搭建身体的工人，基因借此创造出活生生的生物。

菜谱长得既不像动物饼干也不像葱爆羊肉，和菜肴糕点也没有严格的对应关系。如果你改动菜谱前面的字，比如放多少糖，结果不是摆在前面的几块饼干变化，而是所有饼干的味道都改变了；如果你改动最底下的字，比如烘烤的温度，饼干的最顶上一层会变黑。同理，鱼的基因长相并不像鱼，人的基因也不像人，并不会从头到脚，整齐排列出一个人形来。有些基因的作用波及全身，有些基因只管一小块地方。

1953年，物理学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）、生物学家詹姆斯·沃森（James Watson）与莫里斯·威尔金斯（Maurrice Wilkins）共享诺贝尔生理学或医学奖。他们证明，在生物遗传中，最重要的化学物质是DNA，并发现DNA分子的形状是双螺旋状，或者说“麻花”。生物学从此迈进了一大步。

今天，“DNA”、“基因”和“遗传”三个词可以说是鼎鼎大名，妇孺皆知。但你可能没有想过，你不能说DNA就是基因。DNA是物质，基因是菜谱，也就是说，是信息。“书”指的是一大堆纸和一点油墨吗？基因与DNA的关系，犹如书中的信息与材料的关系。如果你有一堆纸，你可以在上面印随便哪本书，如果你有一堆DNA，你可以在上面写出鱼、人、蛤蟆的配方。

信息的特征之一是流动性，可以从一种载体流到另一种载体，书的内容可以扫描进电脑里，也可以在登载在纸片上。基因也不例外，在制造生物的时候，基因之中蕴含的信息从DNA流动到蛋白质上，现代科技甚至允许我们把基因的内容输入电脑，让它变成写在芯片上的信息。

官僚主义的DNA

克里克、沃森和威尔金森在发现DNA双螺旋结构的同时，还提出了另一个伟大发现，它有个很厉害的名字：“遗传学的中心法则”（Genetic Central Dogma）。

它的原理非常简单：基因里的信息流动是“单向”的。也就是说，基因里的信息能传给蛋白质，而蛋白质不能把信息传给基因。

生物的身体造成之后，就再也不能把信息交给基因，这就导致它无法命令基因去做任何有“意义”的事。3亿7500万年前，提塔利克鱼被凶恶食肉鱼追杀的紧急时刻，身体和基因的对话可能是这样的：

身体：救命！前面没水路了！

基因：……

身体：请修改配方，加入制造腿的基因！

基因：……

身体：尾尾尾尾巴被咬咬咬咬咬住了！

基因：……

身体：完完完完完……完……蛋……了……

基因：……

不管鱼在泥淖里如何苦练身体，基因仍然是八风吹不动端坐紫金莲，不会根据身体的需求，产生腿的配方。根据中心法则，身体“上访”基因的这条路根本就没开通。

如果基因是蓝图，这种“一言堂”的场面也许还能改变。假设远古时期的鱼基因是一张袖珍鱼画，有脑袋、心脏和鱼鳍，并精确地一一对应。如果提塔利克鱼想要锻炼出强壮的鳍，蛋白质可以找到图纸上“鱼鳍”的一部分，把更加强壮的鳍写进蓝图，流传后世。

然而基因是菜谱，生物是饼干，动物身体的变化，无论是锻炼出更多肌肉，还是被切掉尾巴，都很难反馈到单一的基因上。精确地按照身体的变化修改基因是不可能的。生物按照基因菜谱烹烧好之后，不管是被吃掉、放凉了还是馊了，都不会使菜谱发生相应的变化。

达尔文的观点

这样说来，基因好像是铁板一块、一成不变的，跟魏斯曼的观点比较相符。但是，如果生命的配方永远不变，鱼永远不可能长出腿，进化也就不可能发生。既然锻炼不能改变鱼的基因，走路的能力又是如何出现的呢？

基因确实会改变，但是，并非蛋白质给予的有价值的信息，而是随机的变化，也就是我们所说的“基因突变”。比如紫外线辐射，会把DNA分子打坏。太阳晒多了，会增加患皮肤癌的概率，就是因为防止癌细胞产生的基因出了错误。

有些生物的基因，甚至是一本活页菜谱，可以随时变更。细菌经常从别的细菌身上，甚至死细菌身上获得新基因，来丰富自己的配方。科学家把这称作细菌的“性”（在细菌的世界里，“性”和“繁殖”是没有什么关系的）。细菌随时可以得到新的配方，这使它们之间的基因流动非常快，也使人类非常头痛。细菌很容易产生抗药性，因为一个细菌获得了不怕杀菌药的基因，它可以把这个配方传递到四面八方。

基因突变是配方的变化，制造出的生物体，也可能产生变化。如果突变发生在用于繁殖的细胞（例如精子和卵子）里，就会传给下一代，使后代变得不同。如果这个不同碰巧是对适应环境有利的，比如住在泥潭边的鱼长出健壮有力的鳍，让这条鱼可以在生存竞争中取胜，繁殖更多的后代，把新的配方传播开来。在新一代的鱼里，碰巧又产生了新的基因突变，在前一代的基础上，让鳍变得更适合走路，这些“精益求精”的鱼又成为胜者，繁殖自己的后代……积土成山，基因菜谱上“美丽的错误”不断积累，最后形成今天的腿。

这就是达尔文的自然选择理论。它解释了一切复杂、精致的东西，从蛤蟆的腿到人的脑子，如何从零开始，在自然界产生出来，不需要“造物主”。

尾声

虽然在前文里，我把卡默勒说得像个骗子——这并不公平。也有一种观点认为，他虽然在一些蛤蟆上做了假，但“产婆蟾事件”并不全是一场闹剧。卡默勒可能真的得到了几只长着婚垫的陆生蛤蟆。不过，他并不是通过拉马克的方法。

基因这本菜谱（当然）很长，你不是随时都要用到全部信息。你甚至可以在菜谱里找到你几亿年前祖先的信息。直到今天，鱼的配方仍存留在人的基因里（一个月大的人类胚胎有类似鳃的裂缝，还有尾巴）。产婆蟾虽然没有防滑垫，但它的祖先是水生蛤蟆（更早的时候，也是鱼），它的基因里还保留着制造出婚垫的能力（当然，不是一幅画着婚垫的小蓝图）。

卡默勒把产婆蟾泡到水里，因为没有防滑垫，蛤蟆的繁殖也就变得很难。这时如果有一只基因突变的产婆蟾重新启用了祖先的基因，长出了婚垫，它就会成为许多小蛤蟆的父亲，把婚垫的特征遗传下去。这是一个进化的过程，不是拉马克的“用进废退”，而是达尔文的“适者生存”。蛤蟆之所以进化出婚垫，不是因为它们多么努力，而是因为没有婚垫的蛤蟆在繁殖中被淘汰了。

卡默勒觉得实验结果不够“惊人”，索性用墨水“制造”更多有婚垫的产婆蟾，这才搞臭了自己的名声，其实这个实验是有些价值的，只是不能证明拉马克的正确性。斯人已逝，我们也许再找不到充分的证据来揭露事情的真相，但这个推理过程是合理的，产婆蟾事件旨在“打”达尔文的“脸”，没想到反而证明了达尔文是对的。