简单解释进化论:我们如何知道生物进化正在发生(2)

2015年08月05日08:24   新浪科技 微博    收藏本文     

  而从怎样培育下更多蛋的鸡到自然新物种的进化确实是一个比较跳跃的转变。根据进化论理论,那些鸡最终的祖先是恐龙,再往后一点就是鱼了。这就是答案所在,很简单。足够长时间的细微改变最终会形成巨大的变化。想要看证据,那就看看一些古老的记录吧,比如化石。

一只龟的化石,大概有数百万年的历史。一只龟的化石,大概有数百万年的历史。
小盗龙是一种恐龙,但更像一只鸟。小盗龙是一种恐龙,但更像一只鸟。
海洋爬行动物的化石海洋爬行动物的化石

  化石是很久之前的动物死掉后在岩石中得以保存的尸体。由于岩石是一层一层地藏在地底下,所以化石通常是按照时间顺序存在的,最古老的化石就藏在最底层。按照时间顺序看一遍化石记录,你就能很清晰地发现随着时间的推移所产生的变化。所有最古老的化石都存在被叫做单细胞的生物,比如细菌。而具有更复杂结构动植物的出现时间要比它晚的多。在动物化石里,鱼要比两栖动物、鸟类和哺乳动物出现的更早。我们人类的近亲类人猿则处在最浅的岩石层,也就是在最晚的化石中找到。通过仔细地研究化石,科学家已经能够将现有物种与已经灭绝的物种联系起来,通常都预测出一种是另一种进化的后代。比如在2014年,科学家们发现了一块5500万年前一种叫作Dormaalocyon食肉动物的化石,它可能就是今天狮子、老虎和熊的共同祖先,而这个秘密是科学家们从它的牙齿上发现的。然而,也许你还是不太信服。那些动物的确可能有一样的牙齿,但狮子、老虎和Dormaalocyon却终究是不同的物种。我们又是如何知晓它从一个物种进化为其他的呢?

  化石所能起到的作用仅限于此,因为它毕竟还不太全面。Jones说:“如果你看了足够多的化石,你所看到的就只是一个存在了足够长时间的物种,接下来你看到的则是与原先有很大不同的另外一个罢了”。但随着越来越多的化石被发现,大量的过渡化石也被发现了。这些丢失的联系就是相近物种之间的联系所在。

加拉帕戈斯群岛上的一种新雀类。加拉帕戈斯群岛上的一种新雀类。

  观察一个新物种的产生也是有可能的。2009年,来自新泽西普林斯顿大学的Peter和Rosemary Grant就描述了在加拉帕戈斯群岛上一种新雀类的产生过程。1981年,一只新雀来到了一座叫作达芬梅杰的岛上。它的体型不同寻常的大、发出的声音也与当地的鸟类不同。后来,它成功的繁殖而它的后代也继承了它不同声音的特点。几代之后,它们的新一代再度被隔离,因为它们与其他鸟长得不同、声音不同。它们成为了一个新的物种,它们已经通过进化形成了新物种了。这种新物种与祖先只有轻微的差别:样子和声音不同,但这让观察更大变化的发生成为可能。

被观察到的正在进化的大肠杆菌。被观察到的正在进化的大肠杆菌。

  来自密歇根州立大学的Richard Lenski 管理着世界上历史最久的进化实验。自1988年以来,Lenski在他的实验室里已经追踪了12种大肠杆菌,细菌被储存在专门的设备容器中,Lenski的团队还会频繁地去冰冻保留一些样本。他说:“我们已经努力每天都去完成这项工作。现在的大肠杆菌早已不是1988年的大肠杆菌了。”在所有12种细菌中,相比于它们的祖先,现在进化后的细菌成长得更加迅速。”它们已经适应了所给予它们的化学混合物质。“这是一个关于达尔文物竞天择观念很直接的演示,经过20多年的实验,现在的成长要比它们的祖先快80%。”

  2008年,Lenski的团队宣布他们实验的细菌已经有了一个巨大的改变,它们生存的物质中所添加的化学混合物包含一种叫做柠檬酸盐的物质,普通大肠杆菌难以消化。但经过31,500代之后,12种大肠杆菌中的一种开始以柠檬酸盐为营养来源。这就好像人类某天突然具有吃树皮的能力了。Lenski说:“柠蒙酸盐一直都有,所以12种大肠杆菌都有机会产生这样的改变,但为什么最后只有一种呢?”这时候,Lenski每天都会冰冻一部分样本细菌的习惯就显得格外重要。借此,他得以重新回过头来检查以前的细菌样本,从而研究出让细菌能够消化柠檬酸盐的改变的原因是什么。

我们都是通过DNA分子来携带基因信息。我们都是通过DNA分子来携带基因信息。
完整的DNA信息存在于配对的染色体上。完整的DNA信息存在于配对的染色体上。
生命之树,我们也处在“脊索”之中生命之树,我们也处在“脊索”之中

  为了做到这点,他必须掀开真相外面的面纱。他使用了在达尔文时代并不具有的工具,一个对我们关于进化这一概念进行彻底革命的工具:基因。所有的生物都携带着基因。基因最终控制着生物怎样生长,而且一代接一代的传递给后代。当一只母鸡下很多的蛋,它的后代也能下很多的蛋,这得益于基因。自上个世纪以来,科学家就已经解译了一些不同物种的基因。也就是说所有的生物都以同样的方式在DNA中储存着信息,既基因密码。而且,生物也会共用很多基因,许多人类中发现的DNA在其他生物的DNA中也会发现。这两个事实说明了现在的生命都有着一个共同的祖先,最后一位所有生物的祖先至少生活在数亿年前。

  通过比较共有的基因数量,我们能够判断出生物的关系有多近。“试着换一种方式来解释,而不是依靠随着时间顺序性而产生的改变。”来自伦敦自然历史博物馆的Chris Stringer 说。“我们与黑猩猩有共同的祖先,我们也是从那位共同的祖先开始分化的。”我们也能够使用基因技术来调查进化所产生的改变。当Lenski重新回过头来研究大肠杆菌样本时,他发现能消化柠檬酸盐的细菌DNA上具有一些其它细菌不具有的变化。这种变化我们叫做突变。一些突变可能在它们具有这项新能力之前就发生了,但当具有了突变所需要的环境之后,这种能力就会显现。 

  Lenski的研究显示了进化能够产生革命性的变化,但进化并不一定总是好的。由突变所引起的改变通常很少是好的,实际上大部分的突变要么没有影响,要么就是坏的影响。当细菌局限于一个孤立的环境,它们有时会将一些不好的基因突变代际传递下来。随着时间推移,这就会严重阻碍这个物种的存在。Moran说:“这真的是一个进化的过程,它说明并不是所有的进化都能提高适应性或者更好,它们更有可能是坏的。”更有甚者,生物会失去某项能力。比如,居住在黑暗洞穴的动物往往都会失去它们的眼睛。

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文章关键词: 进化生物进化论物种

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