文｜大科技

如果時(shí)間倒流，地球生命重新演化，人類是否還會(huì)出現(xiàn)？沒有人能準(zhǔn)確回答這個(gè)問題。不過(guò)，或許我們能從現(xiàn)有的知識(shí)來(lái)試著尋找答案。

一個(gè)關(guān)于演化的思考

文章開頭提到的問題，出自美國(guó)生物學(xué)家斯蒂芬·杰·古爾德所著的《奇妙的生命》一書。這本書出版于20世紀(jì)80年代。在書中，古爾德對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了思考，他認(rèn)為，演化具有隨機(jī)性，人類演化是一個(gè)罕見的事件，如果重來(lái)一次，甚至上百萬(wàn)次，人類這個(gè)物種可能不會(huì)再出現(xiàn)。

因?yàn)?，偶然事件在演化中扮演著重要的角色。所謂的偶然事件包括大規(guī)模滅絕事件，如災(zāi)難性的小行星撞擊和火山爆發(fā)等。當(dāng)然，這里的偶然事件也包括微觀尺度上的偶然事件，比如基因突變。

在現(xiàn)實(shí)中，時(shí)間不會(huì)倒流，地球生命也不會(huì)再重新演化一次，因此，我們永遠(yuǎn)無(wú)法準(zhǔn)確得知這一假設(shè)的結(jié)果。不過(guò)，自從這本書出版之后，許多生物學(xué)家都針對(duì)這個(gè)問題做了研究。其中一些科學(xué)家通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中研究細(xì)菌的演化，從微觀尺度來(lái)檢驗(yàn)古爾德的部分理論。

有條不紊又錯(cuò)綜復(fù)雜的演化

微生物分裂和演化的速度非?？?，因此，科學(xué)家不僅可以同時(shí)檢測(cè)數(shù)十億個(gè)相同的微生物，還可以無(wú)限次地改變它們的生存環(huán)境，在較短時(shí)間內(nèi)觀測(cè)它們的后代在不同環(huán)境中的演化過(guò)程。

在這些實(shí)驗(yàn)中，許多細(xì)菌演化研究都有一個(gè)共同的發(fā)現(xiàn)，那就是演化通常會(huì)在短期內(nèi)遵循可預(yù)測(cè)的路徑。例如，在自1988年以來(lái)一直未間斷過(guò)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員用一株大腸桿菌克隆出了12株大腸桿菌，30多年來(lái)，這些大腸桿菌竟然已經(jīng)繁衍超過(guò)65 000代了，而自現(xiàn)代智人出現(xiàn)以來(lái)，人類只經(jīng)歷了7500～10 000代。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，所有演化的群落都比它們的祖先表現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性，擁有更快的生長(zhǎng)速度和更大的細(xì)胞。這表明，生物通常向著“最優(yōu)”的方向演化。

然而，在演化中，自然選擇就像一根“指揮棒”，為生物指出演化的方向，在隨機(jī)突變和有利突變出現(xiàn)矛盾時(shí)，自然選擇會(huì)決定讓哪一種突變保留下來(lái)。這意味著，隨著時(shí)間的推移，許多基因突變將逐漸消失，只有最適應(yīng)自然的突變基因才能保存下來(lái)。因此，在同樣經(jīng)受自然選擇的完全不相關(guān)的物種中，會(huì)演化出相同的特征。

研究人員在演化史上找到了這方面的證據(jù)。已經(jīng)滅絕的翼龍和鳥類都演化出了翅膀和喙，但我們知道，鳥類并不是從翼龍演化而來(lái)的，并且翅膀和喙也不是從它們最近的共同祖先那里“繼承”而來(lái)的。這意味著，翅膀和喙由于演化的壓力，基本上是同時(shí)演化了兩次。那么這是否意味著，演化是可預(yù)測(cè)的呢？經(jīng)歷漫長(zhǎng)的演化過(guò)程，現(xiàn)在的人類也很適應(yīng)地球環(huán)境，那么，是否說(shuō)明生命重新再誕生一次，也依然會(huì)演化出人類呢？答案可能會(huì)讓人有些失望。

基因經(jīng)常被比喻成類似于電路的網(wǎng)絡(luò)，有“主開關(guān)”和“備用開關(guān)”。其中，“主開關(guān)”的突變會(huì)導(dǎo)致更大的變化，因?yàn)槭芷淇刂频乃谢蚨紩?huì)對(duì)其突變產(chǎn)生的連鎖效應(yīng)有反應(yīng)。這意味著，基因組中的某些位置會(huì)更頻繁或更大程度地影響演化，這可能會(huì)導(dǎo)致演化結(jié)果出現(xiàn)偏差。這就是說(shuō)，如果演化再重來(lái)一次，在某些基因突變的影響下，人類也許就不會(huì)出現(xiàn)在地球上了。

生物學(xué)之外的證據(jù)

從生物學(xué)上來(lái)說(shuō)，演化有不可預(yù)測(cè)的成分，人類的出現(xiàn)可能是個(gè)偶然，那么演化真的無(wú)法預(yù)測(cè)嗎？我們能否在物理學(xué)上找到一些證據(jù)呢？

在非常大的尺度上，物理定律似乎具有可預(yù)測(cè)性，在我們的宇宙中就有許多例子。例如，引力是一種可預(yù)測(cè)的力量。因?yàn)橐Γ覀儞碛辛撕Ｑ?、厚重的大氣層，還有為我們提供能量的太陽(yáng)核聚變。在大尺度上，引力是一種確定性力，因此基于它，我們可以預(yù)測(cè)和描述宇宙中的許多系統(tǒng)。如果牛頓的觀點(diǎn)是完全正確的，那么演化應(yīng)該就是具有確定性的，不管演化多少次，人類的出現(xiàn)應(yīng)該是不可避免的。然而，到了20世紀(jì)，量子力學(xué)的出現(xiàn)撼動(dòng)了這種可預(yù)測(cè)性，帶來(lái)一個(gè)矛盾而又奇幻的充滿不確定性的世界。

量子力學(xué)闡述的是一個(gè)微觀尺度的世界，在那里，隨機(jī)性發(fā)揮著重要作用。這意味著，我們的世界在最基本的層面上是不可預(yù)測(cè)的。也就是說(shuō)，無(wú)論我們重復(fù)多少次，從大尺度層面上來(lái)說(shuō)，演化的“規(guī)則”都不會(huì)改變——適應(yīng)自然選擇的終究會(huì)成為演化中的勝利者；然而，不容忽視的是，許多演化過(guò)程中的隨機(jī)性會(huì)制造出許多種可能的結(jié)果。

天文學(xué)中有一個(gè)例子比較恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)明了這個(gè)問題。18世紀(jì)，一家法國(guó)研究機(jī)構(gòu)為了解決“三體問題”設(shè)置了一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，法國(guó)數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家約瑟夫-路易斯·拉格朗日是這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的獲得者，他提出了我們現(xiàn)在所知的拉格朗日點(diǎn)的概念。他的研究證明：就像隨機(jī)突變帶來(lái)的混亂一樣，在三體問題中，一點(diǎn)點(diǎn)的初始誤差都會(huì)引發(fā)一系列的變化，這使我們無(wú)法輕易確定三個(gè)天體未來(lái)的軌道。當(dāng)然，作為母恒星，太陽(yáng)還是能在一定程度上決定地球和月球的軌道，這讓我們可以將這兩個(gè)天體可能的位置縮小在一定范圍內(nèi)。

如此看來(lái)，在演化中，適應(yīng)性仍能將生物體的演化拴在固定的路徑上，但演化的結(jié)果不是唯一的，而是多種多樣的。我們也許不能完全確定當(dāng)演化重來(lái)一次時(shí)，人類會(huì)不會(huì)出現(xiàn)，但是生物的演化路徑并非無(wú)限多。因此，也許人類再也不會(huì)出現(xiàn)了，但在地球或其他星球上，很可能會(huì)演化出其他的智慧生命，說(shuō)不定他們也會(huì)建立與人類相似的文明。

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