200年前,现代生物学之父查尔斯·R·达尔文(Charles R.Darwin)诞生,并成为那个时代最有名望的科学家。达尔文深入研究了已灭绝的和活着的生物,从中破解了生命进化史,由此解释了生命多样化的起源奥秘。直至今天,达尔文提出的“自然选择”进化论仍然是生命科学研究的核心,其方法论影响着生命科学的各分支领域,并渗透到其他多个领域中,如量子物理学和计算机科学等。达尔文留给人类的并不仅仅是一些教科书上的遗产,达尔文主义还为生物学研究的许多前沿领域注入活力,激励人们对生命科学以及生命本身进行更深刻地思考。
伟大与平凡书写人生
达尔文生活在一个和当今大相径庭的年代。他于1809年2月12日出生时,现代科学正处于萌芽时期。1808年,英国化学家、物理学家约翰·道尔顿(John Dalton)提出了现代化学的原子理论,但是没有人知道原子究竟是什么样的。当时的物理学家还都不了解能量守恒定律和热力学定律,发现电磁感应并提出相应理论(1831年)的英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)当时还不明白电磁原理,也没有人了解光的电磁特性。地质学研究还局囿于上古洪水的模式中,心理学还未诞生,而生物学在几个关键问题上仍然与宗教混淆在一起,阻碍了生物实验和理论研究。
直至1882年达尔文辞世之时,热力学拥有了两个颠扑不破的定律,俄国化学家德米特里·门德列夫(Dmitri Mendeleyev)发现了化学元素周期表,英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦(James Maxwell)建立了电磁学理论的数学模型,并用来解释闪电现象,英国地质学家查尔斯·莱尔(Charles Lyell)提出了“均变论”,奠定了现代地质学的基础,德国心理学家威廉?冯特(Wilhelm Wundt)创办了世界上第一个实验心理学实验室。其时,现代科学已经拥有了坚实的基础,人类探索各种奥秘的时机也已到来;而人类起源之谜的揭开则要感谢达尔文敏锐的洞察力、孜孜以求的好奇心、严谨的科学态度以及坚定不移的探索精神。
达尔文的生平可用伟大与平凡两个词来概括。英国著名作家奥尔德斯·L·赫胥黎(Aldous L.Huxley)的祖父托马斯·亨利·赫胥黎是当时颇有争议的达尔文进化论的坚定拥护者,他曾称赞达尔文“高尚的人格比他的智慧更为可贵。”
即便达尔文没有写下关于进化论的只言片语,他也仍然是19世纪杰出的植物学家、昆虫学家和地质学家。在肉食植物、珊瑚礁、鸽子、蜜蜂、蚯蚓、兰花、甲虫和藤壶的研究方面,达尔文都是无可置疑的权威人士,他奉献给科学的是其卓越的大脑。
“小猎犬”号传奇探险
小学时,达尔文学习成绩中等,但酷爱阅读,从小就对观察和收集植物感兴趣,特别是甲虫和蝴蝶。在达尔文开始有名的海上探险之前,一位朋友曾开玩笑称这是“所有南美洲甲虫的厄运,所有热带蝴蝶的悲哀”。高中毕业后,达尔文到离家数百公里的爱丁堡大学学医,不久因晕血而中途放弃,父亲又将他送到剑桥大学改学神学,希望他将来成为牧师。
然而达尔文的心思却不在宗教神学上,在剑桥求学的几年里,他将大部分时间都花在了其他学科上。例如,他经常去听植物学讲座,和地质学家亚当·塞奇威克(Adam Sedgwick)到野外调查,并与约翰·S·亨斯洛(John S.Henslow)等一些生物学家建立起了深厚的友谊。达尔文对科学的浓厚兴趣在很大程度上受到了德国自然科学家亚历山大·V·洪堡(Alexander V.Humboldt)和英国天文学家约翰·赫舍尔(John Herschel)的影响,几十年后达尔文曾写道,这些科学界的前辈激发了自己“想要为崇高的自然科学贡献绵薄之力的激情”。
达尔文的导师、生物学家亨斯洛教授也许是第一个发现达尔文具有成为杰出科学家潜质的人,于是推荐达尔文作为一名博物学者参加了“小猎犬”号的海上探险活动。在“小猎犬”号周游世界途中,达尔文花了5年时间,观察全球各地的生物多样性特征、地质构成以及丰富的生物化石记录。达尔文善于通过表面发现本质,他记录了动植物化石与现有生物的差异、相距很远的物种之间的相似性、南美大陆及附近加拉帕戈斯群岛有机物之间微妙的差异和联系等。“小猎犬”号探险于1836年结束时,达尔文已经对地球生命多样性和奇妙之处有了大量的了解,这给了他极大的思考探索空间。
病魔中研究“物种起源”
达尔文随“小猎犬”号出海探险,返回时造就了一位科学界名人。但达尔文不久因健康原因回到伦敦东南部的乡村老家。
在这之后的一生中,达尔文几乎每天都受到一种神秘疾病的折磨,症状类似于食物中毒。当时的医学无法根治,病痛让达尔文十分受罪,但这也许促使了达尔文科学研究的成功。由于身体原因,他被迫居于乡间,没有工作,也几乎没有什么消遣活动。他可以用自己的方式观察自然,例如,他曾花了整整8年时间研究不同种类的藤壶(一种附着海边岩石上的长有石灰质外壳的小生物)。在那些日子里,他也大量的阅读书籍和编辑资料,对所阅读过的书籍做了详尽的索引笔记,每一期《自然》他几乎都看过,一些物理学和数学方面的文章他也非常感兴趣,虽然他坦承有些也看不懂。他的阅读面极广,自然科学、哲学、历史等都有涉猎,甚至有时他还看一些没什么价值的小说。
正因如此,达尔文博闻广记,知道了许多别人所不知道的事情,一些无法通过观察确认的事情,他也会通过推理去猜测事情的本质。他知道哪些是前人已经观察过的,如果觉得有不足之处,他就亲自去实践,为此他还种兰花、养鸽子、观察蚯蚓等。
达尔文对奠定了生物学基础的“物种起源”问题进行了系统的调查研究。传统的观点认为,物种是各自独立创造出来的,并且是永恒不变的,就像当时的天文学家认为宇宙是永恒静止的一样。但也有一些思想家,其中包括达尔文的祖父伊拉兹马斯(Erasmus)却并不这么认为。跟随“小猎犬”号探险时,达尔文就开始怀疑所谓物种“永恒不变”的观点可能是不正确的(虽然他一直对其祖父的著述并不十分赞同,认为其猜测成份多于事实),但当时达尔文大脑里还没有产生自然选择的概念。
英国经济学家托马斯·马尔萨斯(Thomas Malthus)1798年发表的人口论对达尔文学说的形成起到很大的帮助。马尔萨斯理论认为,人口如果不加以控制,将导致粮食短缺和生存条件恶化。根据这一理论,达尔文对各种动植物进行了大量观察,揭示了大自然中的“生存竞争”法则。他在自传中写道,在大自然严酷的环境下,“能够适应环境的物种保存了下来,而那些无法适应环境的物种便被淘汰,这种竞争的结果就是新物种的诞生。”
小插曲中诞生进化理论
1842年,达尔文已经写了大约35页的进化论大纲(是用铅笔写的),1844年扩充为230页的手稿。在给妻子的一封信中,他毫不讳言道,如果他的理论能被人们接受的话(即使能得到一位有识之士的认可),将有可能成为“科学发展道路上相当重要的一步”。他还在信中写道,如果他在有生之年没来得及将书稿出版,请求妻子务必将这份手稿想办法出版。期间,他曾将手稿给几位同行看过,但是这一生物科学史最具震撼力的观点却久久没有公开,达尔文无暇顾及,他一直在忙于藤壶的分类工作。
从1854年开始,达尔文将大部分时间用于研究物种的起源。1856年,莱尔提醒他,赶快将他的手稿发表,否则另一位博物学者有可能捷足先登。果不其然,两年后,在印度尼西亚从事研究工作的阿尔弗雷德·R华莱士(Alfred R Wallace)得出了几乎相同的理论:随着时间的推移,物种在缓慢地进化,幸存物种适应环境的能力得到提高。华莱士将论文寄给了达尔文,征求他的意见。
惊慌沮丧之下,达尔文向莱尔求教,华莱士的理论显然是正确的,完全可以发表。那么达尔文此时还敢将自己的手稿公开发表吗?会不会被人疑为剽窃华莱士的发现呢?
莱尔和亨斯洛商量出一个折衷的办法。华莱士的论文可在林奈学会(为纪念瑞典博物学家林奈去世后成立的一个研究生物分类学机构,建于1778年,1802年获英国政府许可,迁入伯灵顿宫旧址)上宣读,达尔文1844年的手稿摘要同样也可以在林奈学会一次会议上宣读,莱尔和亨斯洛作证,他们确实在几年前就已看到过达尔文的手稿。华莱士的研究成果被认可,达尔文的发现先于华莱士也被认可。
达尔文忙于藤壶分类,延迟了进化论的发表
但这一插曲并没有影响到达尔文,他精妙的推理和收集到的大量证据,于1859年出版了《物种起源》一书。他所建立的自然选择进化论,在当时的科学界和知识界引起一场“超级大地震”,并引发了一些偏见者的大肆攻讦,但却成为此后几个世纪里勇于接受新思想的生物学家的宝贵精神食粮。
达尔文用一段简炼的话来解释伟大的进化论:后代与父母有一点微小的差别,后代之间也有差别(遗传过程中会有些修改),所以在生存竞争中,有的后代会成为更强的“适合生存者”(适者生存)。在漫长岁月里,微小的变化一代代积累起来,最后产生突变,从一个物种进化为另一个物种。在较短的时间里,如此积累起来的变化可从不同品种的狗、鸽子或植物中看到,这些通常都是人工饲养的结果。而在数百万年历史长河的进化过程中,大自然选择则会产生与原来物种大不相同的新物种。
有些科学家(比如生物学家老赫胥黎),很快就认可了达尔文的观点,而有些人则是渐渐接受的。当然,还有一些持强烈反对态度的人,他们攻击达尔文和达尔文的著作。但是大多数的进化论反对者,即使时至今日,也举不出什么反对的证据来。比如,化石记录缺失某些环节?这是可以想象到的,达尔文解释道,因为地质学的记录也是不完整的。
不同人士对达尔文的观点看法不一
影响现代科学无人能及
除了解释各种奇特的生命形式之外,从某种意义上来说,达尔文还成功地进行了一些了不起的预测。其中之一就是遗传的突变机制条件。之后的遗传学研究,从发现遗传定律的奥地利遗传学家格雷文戈·J·孟德尔(Gregor J.Mendel),到发现DNA双螺旋结构的美国生物学家詹姆斯·沃森(James Watson)和英国生物物理学家弗朗西斯·克拉克(Francis Crick),他们的发现都是建立在达尔文遗传学理论基础之上的。
达尔文将他的成功归于“对科学的热爱”、“极大的耐心”以及“孜孜不倦地观察和积累”。他十分清楚自己所从事工作的重要性,但达尔文也是一个谦虚的人,对自己所取得的成就一直保持着低调。“我只是一个能力平平的人,”他曾写道,“能在一些重要的科学发现上对科学界产生如此广泛的影响,这真的让我很惊讶。”
达尔文的物种起源观点一直流传至今,并已经发展出了许多复杂的不同分支,使得进化论成为一个不断发展的研究领域。而达尔文的方法论也为其他各学科所借鉴,比如心理学家试图解释人类祖先的哪些行为方式能够增强他们的生存能力,包括生物医学研究人员依据进化论原则来指导他们与病毒抗药性的斗争。在物理学领域,“Darwinian”一词甚至还经常出现在热力学、量子物理学和黑洞学说等学术论文中。达尔文受到各领域科学家的推崇,他本身无疑对这些领域也多有涉猎,因为有很多基本推理都是源自他的理论。
200年来,达尔文的进化论有了许多改进和发展,达尔文如果地下有知,也会为此感到欣慰。如今的进化论者相信,进化并非永远是渐近的,改变也不总是自然选择的结果,生物体也并非自然选择的唯一单元。这其中一些观点达尔文也曾有所预测,作为一个科学家,他对此一定会持欢迎态度。“可以放弃任何的假设,不管曾多么地为自己所珍爱……只要有事实证明它是错误的。”达尔文曾如此说道。