AL123 人文社科免费专区文学 2022-09-17

复杂生命的起源_AZW3_MOBI_EPUB_尼克·莱恩

内容节选

4细胞的诞生 “I think”（我认为），达尔文在笔记本上潦草写下这两个单词，旁边还画着一张生命树的草稿。那是1837年，自他从小猎犬号环球之旅归来后才刚刚过去一年时间。22年后，《物种起源》的初版仅有一幅插图，那就是一棵生命树，画得比草稿更精美而已。生命树的概念是达尔文思想的核心，自他以后也一直是演化生物学的核心。所以当有人站出来宣布它存在错误时，总会令人震惊。2009年，恰逢《物种起源》出版150周年纪念，《新科学人》杂志（New Scientist）就在封面上用大号字体发出了挑战。杂志封面为了吸引读者，当然会觍着脸夸大其词，但文章本身还算温和，而且提出了具体的论证。科学上对与错的界限很难确定，不过我们可以说：生命树确实存在错误。但这并不是说达尔文对科学的主要贡献——自然选择演化学说也是错的；只能说他的遗传学知识受到了时代的局限。这也不是什么新闻，我们早就清楚达尔文对DNA、基因和孟德尔定律无所知，更不用说细菌之间的水平基因转移。所以，他对遗传学的认识就像隔着一层遮光玻璃。所有这些局限都无损达尔文自然选择学说的正确。所以从狭义的专业角度来看，那个耸人听闻的封面是对的；但在深层次的意义上，它严重误导了读者。要说这个封面有什么积极意义，那就是把一个重要的课题放在聚光灯下。生命树的概念有一个基本设定：“垂直”遗传，即亲代通过有性繁殖，把基因拷贝传给子代。基因的代代相传通常在物种内部进行，而物种之间鲜有基因交流。一个物种内部的种群之间如果产生了生殖隔离，基因会慢慢出现差异，彼此交流越来越少，最终形成新的物种。这就是分支生命树的由来。细菌的情况比较复杂。它们不进行真核生物那样的有性生殖，所以就无法像真核生物那样，将它们分类为清晰的“种”。“物种”这个概念在细菌中的定义一直都很麻烦。关键在于，细菌通过水平基因转移扩散基因，除了把整套基因组传给子代细胞，还会像撒零钱似的把几个基因的组合（质粒）传给其他细菌。这些情况与自然选择没有任何冲突，基因在遗传中仍然伴随着改变；但造成这种“改变”的方式，比我们从前认识到的更加多样。细菌中普遍的水平基因转移，让生物学知识的可靠性范围出现了重大问题。这个问题就像物理学中著名的“测不准原理”一样根本。在分子生物学时代，你看到的任何生命树都是基于仅仅一个基因绘制的。这个基因负责编码核糖体小亚基RNA，它由前面提到的分子种系发生学先驱乌斯精心选出。①乌斯认为这个基因存在于所有生物中，而且它极少甚至没有机会通过水平基因转移扩散。这种看法有一定的根据。所以乌斯认为，对这个基因的统计可以用来代表细胞生命“真实的亲缘关系”（图15）。如果我们严格认为，亲代细胞分裂成子代细胞，子代细胞的核糖体RNA基因总是来自亲代细胞，那么乌斯当然是对的。但如果很多代之后，细胞的其他基因都被水平基因转移替换，又会发生什么呢？在复杂的多细胞生物中，这种情况很罕见。如果我们对鹰的核糖体RNA进行测序，结果会告诉我们这是一只鸟。我们可以据此推断，这只鸟有喙、羽毛、爪、翅膀，会下蛋，等等。这是因为垂直遗传保证了，核糖体RNA的“基因型”（genotype）和生物整体的“表［现］型”之间总是保持高度的相关性。编码这些鸟类特征的基因，都是核糖体RNA演化旅程中的旅伴。它们一代代结伴同行，在漫长的岁月中当然会发生一些改变，但极少有剧烈的变动。图15 著名而误导性的三域生命树这是乌斯于1990年提出的生命树。这张图是基于一个极端保守的基因（编码核糖体小亚基RNA），通过两两比对不同物种之间同一个基因的差异而绘制的（因为这个基因存在于所有生物中，所以它也应该存在于最后共同祖先“露卡”身上）。我们可以通过这棵树看到，真核生物与古菌这两个域比较接近，而它们二者与细菌的关系都比较远。这对于一小群核心基因来说确实没有错，但对大部分真核生物基因来说并不正确；大部分真核生物基因与细菌的关系比与古菌的关系更近。所以，这张极具象征意义的生命树图实际上非常误导人。它可以说是一个基因的演化树，但绝不是广义的生命树。现在我们假设，水平基因转移占主导地位。我们又对核糖体RNA测序，结果依然显示：这是一只鸟。到这时，我们真的去看一眼这只“鸟”：原来它有一个身体，六条腿，眼睛长在膝盖上，全身被毛；它会下蛙卵一样的蛋，没有翅膀，叫声像鬣狗。这种场景当然很荒谬，却是我们研究细菌时遇到的实际问题。我们经常跟这些四不像的怪物面对面，只不过因为细菌都很小、形态也简单，我们还不至于尖叫。细菌几乎总是基因嵌合体，其中有些更是真正的怪物，基因组乱七八糟，就像我刚才描述的“鸟”一样。种系发生学家真的应该发出惨叫，因为如果只看核糖体基因型，我们很难推测这些细菌是什么样子、是怎样生活的。如果单一基因测序无法告诉我们细胞的其他情况，那它还有什么用呢？它当然有用，用处取决于时间跨度，以及基因......