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当年科学也青涩:以《自然》所刊生物学论文…  

2009-12-25 10:31:00|  分类: 封面故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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当年科学也“青涩”
———以《自然》杂志所刊“演化论”相关论文为例
 
 
当年科学也青涩:以《自然》所刊生物学论文… - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》 
嘲笑“演化论者”达尔文和华莱士的漫画。通过《自然》杂志的早期文章,我们可以读到不少对“演化论”的误解。 
 

《自然》杂志不断刊发最新的科学论文,具有强大的影响力;而回首1869年到今天140年的历史,会发现《自然》杂志本身就是近一个半世纪以来科学发展的记录。所以外语教学与研究出版社出版的副题是“科学的活记录”。

 

《〈自然〉百年科学经典》第一卷收录了1869年到1930年之间《自然》杂志经典文章,而第二卷收录了1931年到1933年的经典文章。两者的厚度相差无几,但时间跨度相差明显,可以从中窥见科学发展的很多有趣细节。科学的前沿从来都是在黑暗中摸索,没有前人大胆的猜测、尝试性的解释,甚至错误的结论,就不可能有我们的今天;而今天的前沿科学论文在几十年后看起来肯定也会给人“雷人”的感觉。下面,我们就以达尔文主义和遗传学为例,以从《自然》杂志上精选的文章作为幻灯,看一看科学艰难前进的过程。

 

1 创刊

华莱士说“眼睛”

 

1859年,达尔文的惊世之作《物种起源》出版。10年后,《自然》杂志创刊。在第1期《自然》杂志上,就刊发了达尔文的论文《冬季开花型植物的受精作用》,但并未涉及演化论。在同一期杂志上,还发表了达尔文的支持者华莱士的《物种起源论战》。这篇文章其实是墨菲(JosephJohnMurphy)的科学论文集《习性与智能,及其与物质和力的法则的关系》的评论。和达尔文学说有关的是墨菲的“自适应”理论。墨菲认为,所有生物都是“有智能的”,具有感觉、感知和思考功能的器官都应当起源于“组织智能”的活动。他举了眼睛为例子,认为眼睛这么复杂的器官不可能仅仅通过自然选择来形成。墨菲说:“除非透镜材料和曲率同时得到完美的改变,否则,任何方法都不可能改进任何由透镜组成的仪器的性能”。

 

华莱士在文章中反驳了这个观点。他写道:“这个观点是完全错误的,如果一个透镜的焦距太长或者太短,我们就可以通过改变曲率或者改变密度使透镜的性能得到改善。如果曲率不规则导致光线无法汇聚到一点,那么任何能使曲率变得规则的方法都可以改善透镜的性能”。他接着指出:“一旦有了眼睛的雏形,那么在那些对光和色彩具有敏锐感知能力的神经中发生的多个自发变异完全有可能使眼睛的微观结构发生有利改变。”所以,眼睛完全有可能通过自然选择而生成。

 

140年后的今天,仍然有人把“眼睛的演化”当做反驳达尔文的证据。事实上,在《自然》杂志的创刊号上,这个问题就已经被说清楚了。

 

2 误会

表兄弟“相争”

 

在1871年出版的总第3期《自然》上,刊发了达尔文写的《泛生论》(Pangenesis)一文。在那时,生物遗传的奥妙还没有被揭开。“生物如何遗传”成为演化论绕不开的问题。

 

达尔文假设,体细胞会产生“微芽”(gemmules),而生殖器官在受精之前会收集这种“微芽”。每个体细胞会对后代的性状“投票”。“微芽”对身体的修复也有作用。由此可见“泛生论”是一种很不达意的中文翻译,更准确的翻译应当是“全身决定生殖论”。现在我们知道,决定生物下一代性状的因素(基因)同时存在于体细胞和生殖细胞之中。它确实会和配偶的基因混合,决定下一代的性状。所以达尔文的“泛生论”有它的合理之处。

为了证明“泛生论”的真伪,达尔文的表弟高尔顿(FrancisGalton)做了一个实验。他通过输血和交叉循环的方法把两只兔子的血液混合。如果身体里的“微芽”真的和生殖有关的话,那么这只兔子就可能生下混合了两只兔子性状的后代,结果当然是失败的。达尔文认为,高尔顿的实验意在反驳他的观点,所以在文章中称“如果高尔顿先生可以证实高等动物的生殖物质包含在血液里,仅由生殖腺隔开或聚集,那么他可就是取得了一个非常重大的生理学发现。……但到目前为止,尽管‘泛生论’暴露了许多弱点,……我也有理由为它辩护”。

 

在同年出版的总第4期《自然》上,高尔顿回应说,自己并没有否定表哥伟大学说的意思,他只是误解了“泛生论”的意义。最后他以半开玩笑半讽刺的语气表示,人类语言总是会引起误解,他搞错了大哥的号令,“祝泛生论万岁”。

 

3曲解

“强者”不延续?

 

1871年出版的总第4期《自然》发表了一篇《对达尔文学说的新看法》。它带有明显的喜剧色彩。通讯员亨利·霍斯(HenryHoworth)在认可达尔文学说的同时,提出了自己的一点质疑。他说:“自然选择已经被概括表述为‘强者的延续’、‘强者生存’”,但家畜饲养者都知道,如果不让母羊、母猪和母牛保持瘦弱的话,它们就不会繁殖。

 

《自然》杂志把霍斯的信转给了达尔文和华莱士。他们的回信在同一期上发表。

 

达尔文表示,他恳请霍斯先生看一下自己写的《动物和植物在家养下的变异》第2卷,这样霍斯就会发现对食物增加和其他原因异致的不育性进行的讨论。

 

而华莱士则非常尖锐地指出,“强者的延续”是对达尔文学说的纯粹曲解,达尔文没有说过任何这种意思的话。事实上,达尔文一直在说“适者生存”。“强”只是许多不同的有助于在生存斗争中取得成功的力量和能力中的一种。微小的体形、晦暗的颜色、敏捷、防护、狡猾、大量繁殖、腐臭或者不好的气味,拥有这些特点中的任何一点都可以被当做是“延续”下来的原因。更何况牲畜的肥胖和“强大”也毫无关系,所以用“肥胖者不育”来反驳“适者生存”完全是文不对题。

 

4 飞跃

大家说“基因”

 

1928年,摩尔根证实了染色体是遗传物质的载体。于是,在上世纪30年代,关于“基因”和染色体的讨论在《自然》杂志上就热闹起来。

 

当时距沃森和克里克推证出DNA的双螺旋结构还有20多年的时间,对于基因的认识还处于摸索状态,因此,科学家们产生了很多在今天看来耐人寻味的正确和错误的看法。

 

在1930年总第126期的《自然》上,珀泽(G.L.Purser)在《胚胎学与进化》一文中大胆提出假设:生物的发育好比“汽车流水线”,胚胎里的物质是成品车辆的所有零件和材料,而基因是工人。这个假设今天看来是相当正确的。但珀泽在遗传物质与环境的关系上仍然抱着糊涂的观念,认为“基因肯定是在适当环境出现之后才产生的”。事实上,基因的自然变异和环境因素无关。但外界环境,比如X射线有时会诱发基因变异,当时的人已经观察到了这种现象,所以“拉马克主义”的最后支持者麦克布赖德(E.W.MacBride)随后撰文表示,可以通过X射线辐射昆虫来人为地产生基因,所以基因就是“外在表现为突变的配子损伤”,自然选择对这种异常的唯一反应就是清除它们。

 

关于染色体、基因的关系在之后一直在科学界火热地进行着。1953年4月25日,英国的《自然》杂志刊登了沃森和克里克的研究成果:DNA双螺旋结构的分子模型。基因的观念深入人心,达尔文、孟德尔学说和基因科学结合起来,形成强有利的新达尔文主义学说。

 

新知专题采写 本报记者 刘铮

 

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