空间生物学和时间生物学的争吵, 进化理论的合与分

对物种起源的新理解表明生物学家们之间的分歧比他们所想的要小!

许多物理学家都埋头于“万有理论”的搜寻中。而生物学家们正在一旁沾沾自喜,认为已经发现了一个生物学的“万有理论”。有机体不仅要存活足够的时间繁衍后代,而且要具备足够的魅力吸引异性以求将自己的基因传给下一代。那些无法达到上述要求的便会走入进化上的死胡同。但各种详细的解释——你如何用基本的进化原理解释生物学中各种大尺度的格局——更是争议连连。倡导不同理论的科学阵营故此形成。各理论的倡导人都口若悬河般地鼓吹自己的理论;却很少有人接受那些反对者的理论同自己的并不总是水火不容这一事实

自上世纪70年代初开始,两大最宏观的生命格局——物种在空间上和时间上如何配置——将上述争论的话题简单地分割成了两大阵营。一些人将争论的焦点放在空间的不一致性上,即为什么热带地区比起其他地区具有更丰富的物种。对这些人来说,热带地区要么是物种产生频率更高的地方(生物多样性的源),要么是物种不易消亡的地方(生物多样性的汇)。相比之下,那些关注时间格局的生物学家们孜孜以求、不断争论的是:新物种究竟是以缓和渐进的方式形成还是说生命史实际上是一系列没有来由的周期性大爆发呢

两篇刚刚刊登于《科学》杂志的文章有助于解决上述各种争论,而且即便文中的发现不能调和各种争论,它们也无疑具有供他人参考学习的价值。“空间生物学家”已经开始研究时间因素,即从1100万年前至今的化石记录;而与此同时,“时间生物学家”也开始关注现在并发现了现存物种在基因水平上存在快速进化阶段

生物学的时空争议

空间生物学家的优势在于他们一致认可试图去解释的格局。生物界中,几乎所有研究过的类群——无论是真菌、植物、脊椎动物还是无脊椎动物,也无论生活在森林、河流或海洋中——似乎越靠近赤道物种数就越多

海云青飞 点评:为什么靠近赤道的地方物种数比较多?因为热量就是能量,赤道热量多,其他条件相等的自然条件下自然赤道的物种多

然而,要确定热带地区究竟是源是汇就要牵涉到应用统计学的方法检验这种格局。而且当你所拥有的样本数大于一时,统计学是最有效的帮手。这也是将研究的时间延伸回过去的原因

芝加哥大学的大卫·捷布朗斯基(David Jablonski)博士和他的同事们把过去的1100万年分为三个时期从而得到了他们的样本。为了简化,他们也将地球的表面切成了两半:热带区域和其余区域,他们将后者称为“热带外区域(extratropics)”

为了防止取样的偏颇,他们将分析的对象限制在一类化石记录保存完备动物——双壳类软体动物。这样,他们便可以沿着地质学的时间轴逐个研究431 支海洋双壳类的“世系(lineages)”。这些世系中绝大多数出现在热带地区,接着向热带外区域扩散分布。换句话说,热带地区确实起着生物多样性之源的作用

实际上,真实的格局可能比捷布朗斯基博士根据数据所报导的更显著。原因在于基本上这些古生物本身就是温带物种,而且绝大多数出现在北半球。这意味着同热带区域相比,这一区域岩石的样本数过多。而且,热带区域的岩石往往要承受更为严重的风化作用,很少有类似岩石露头的情况发生。这使得样本采集难上加难,即便你能耐着性子待在最初的地点观察

上述两种因素都表明某些世系虽最早出现在热带外区域的化石记录上,实际上却有可能起源于赤道附近。那么,源假说似乎是可靠的。但是,这并不一定表示汇假说是错误的——因为热带地区产生多样性的同时似乎也在不断保存多样性。尽管捷布朗斯基博士所研究的双壳类世系随着波涛从赤道开始蔓延扩散,但它们并没有随着波涛的消亡而一同绝灭。它们非但不是被迫离开热带地区,相反,它们主动向两极扩散,并在那儿发展壮大

同样的问题似乎也出现在了时间生物学领域。争论的双方分别是渐变论者和突变论者(认为地质记录中所见的化石类型骤变是一种真实的现象,而不是岩石的不规则排列所造成的结果)。几年前,争论愈发具有针对性,变为匍匐式进化同跳跃式进化之争。但是,正如捷布朗斯基博士的研究表明将源、汇模型对立起来是错误的一样,一篇出自时间生物学领域里渐变论阵营中某个成员的论文同样地支持某些跳跃式进化的特性

生物的跳跃进化与匍匐进化同在

英格兰雷丁大学的马克·佩格尔(Mark Pagel)博士和他的同事论证了间断平衡论(punctuated equilibria)[1](进化大爆发理论的正式称谓)能预测出新物种形成的速度同有机体近期的遗传学改变速度之间的关系。一支在此后产生了大量物种的世系表现出的遗传学改变将多于那些产生较少物种的世系。与此相对应,认为进化上的改变是渐进式的观点认为突变是随着时间的流逝而不断积累的,这一过程同一支世系衍生出新物种的多少无关

佩格尔博士用这种方式研究了122个科的树种。他发现有大约三分之一的树种其DNA的改变同衍生出的物种数呈现正相关性。他还发现大约22%的遗传变化要通过间断式进化来解释,其余的则通过随时间渐进式进化来解释。这意味着先不考虑其他因素,若生物学家仅凭遗传变化具有规律性这一假设推算两个世系分化的时间,那么这种推算出来的时间可能就已经错了

捷布朗斯基博士和佩格尔博士都通过对数据的严格分析从而在一定程度上调和了两种对立的观点。二人均在各自的领域内提出了更多的问题:为什么在某些世系中间断式进化的影响更大?(植物和真菌类所受的影响大于动物)各世系究竟怎样扩散到气候更寒冷的高纬度地区呢?

但是,一些老问题的解释依旧犹如不解之谜般莫衷一是。例如,捷布朗斯基博士的研究未能解答究竟是因为气候更加温和导致更高的突变率,还是因为种间相互作用更强加速了进化上的改变,从而使得热带地区成为物种的发源地。从折中的角度出发,似乎没有理由认为这两种观点不能有丝毫的共同之处。(edenbahamut)

注释: [1] 间断平衡论是从古生物学研究中提出的一个进化学说。认为新种只能通过线系分支产生,只能以跳跃的方式快速形成;新种一旦形成就处于保守或进化停滞状态,直到下一次物种形成事件发生之前,表型上都不会有明显变化;进化是跳跃与停滞相间,不存在匀速、平滑、渐变的进化

来源:经济学人中文版论坛

[进化论]进化理论的合与分

2006-10-31

2009-02-18


海云青飞,生命进化规律破解者
宗教已经过时了,死了以后再活,这是要多低的智商才会相信这种鬼话
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海云青飞 主要作品:《直立人归来》 - 《从零开始发明修行》 - 《悟道进化生物学》 - 《悟道相对论》