首页美国康州一个村子里的村民被一件怪事彻底打倒了,一头母猪生下了一只独眼的猪崽。在科学还不发达的时候,这种怪事由清教徒负责解释。他们懂得些一知半解的遗传学知识,最后的责任人被锁定为一个独眼的小伙子。这个独眼的小伙子本来可以很好地生活,但这只独眼猪崽的诞生毁灭了他。清教徒们认定他与母猪有过不轨行为,独眼猪崽就是铁的证据,小伙子被判处死刑。
小伙子有嘴说不清,谁让那只猪崽也正好是独眼呢。这不是开玩笑,地方法官把那只猪崽当成有效证人,迅速用绞刑架结果了独眼小伙子的性命!
但独眼的性状可以遗传吗?独眼的父亲就会生下独眼的后代吗?更何况是猪呢!这是典型的拉马克获得性遗传理论在作怪。可怜的独眼小伙子就这样被错误的理论杀死了。
获得性遗传不是拉马克的专利,达尔文有时也相信用进废退和获利性遗传,而且是越老越相信。他清楚地知道,遗传对于进化是非常重要的,如果物种产生的突变不能遗传的话,那么进化就无从谈起。这种认识无疑是正确的,可惜,他当时没有正确的遗传学知识作为理论的基础,当然也不知道新的性状只能通过基因的突变而来。而任何基因水平的突变都是有可能将变异传给下一代的,所以,达尔文的担心纯属多余。
在没有新的遗传知识的前提下,达尔文只好拾起流行了很久的“泛生论”并加以改造,以期用这一理论来解释他眼里的遗传和变异现象。错误的理论当然不会引出正确的结果。他提出的“泛生论”简直就是为了解释获得性遗传而量身定做的理论。
所谓“泛生论”,即假设生物体内存在一种很小的遗传颗粒,达尔文把其称为胚芽式微粒。这种小微粒存在于身体的任何部分,无处不在,连细胞里都是,仍处于发育不完全状态。这种微粒可以传给后代,并随着后代细胞的分裂而繁衍。换句话说,达尔文相信机体的每一个独立的部分或者器官都是可以自我繁殖的,因为这些部位都包含有胚芽。这个说法在植物身上有很好的体现,折下一根树枝就可以栽成一棵大树;但是用于动物就很难理解,就算是现在哺乳动物的克隆成为可能,但也没有谁能砍下一根手指然后再培养一个自己出来。
达尔文以为,用这种理论可以解释为什么有的身体特征能够遗传,而有一些特征又不能遗传;为什么有的孩子像父亲,有的像母亲,而也有的兼具父母双方的特征;而有的人身上又会出现返祖现象,长得像他们的祖父母。达尔文以为这都是因为那些微小的胚芽混合的方式不同造成的;但他的解释非常曲折,概念模糊且自相矛盾,不免非常难懂,连他自己也承认对遗传是“深深的无知”。这种奇怪的解释也使他自己陷进了遗传学的深渊,成为被攻击的软肋之一。更严重的是,他的这一理论直接支持获得性遗传。
其实,当时在奥地利有一个人,名叫孟德尔(GregorMendel),已经为达尔文解决了这个难题,只不过达尔文不知道而已。
孟德尔出生于1822年,比达尔文小了十三岁。达尔文出版《物种起源》后七年,孟德尔发表了论文《植物杂交的实验》。这是他在一个修道院里用豌豆埋头做了八年实验总结出的成果,并正式提出了生物的“遗传因子”理论,开创了现代遗传学这门重要的学科。
孟德尔在实验刚开始的时候就已读到了达尔文的《物种起源》,并做了详细的读书记录,后来他还曾经于1863年去过伦敦,可惜并没能见到达尔文。数年后,当孟德尔把论文寄给达尔文的时候,达尔文甚至都没有把论文拆开来过!一个原因可能是达尔文已经很老了,没有精力阅读;另一个原因可能是,孟德尔实在是一个无名之辈,而达尔文的名声却已是如日中天,两人缺乏平等交流的基础。
更为可惜的是,当孟德尔的论文发表后的第三年,达尔文才出版《动物和植物在家养条件下的变异》一书,仍然是在用他错误的“泛生论”解释遗传问题。博览群书的达尔文就是没有看到孟德尔的论文,而这论文对他来说是如此的重要,几乎可以让他重新修订自己的全部作品中关于遗传的论述。而且,造化是如此地捉弄人,有一个德国的植物学家曾把自己写的《植物杂种》一书寄给达尔文,当中多次提到了孟德尔的论文,而且作了详细的评论。达尔文收到了这本书而且认真阅读过,有他认为重要的地方还用笔画了下来,可他跳过了所有关于孟德尔的字句!对于收集资料非常勤勉的达尔文来说,这真是让人难以理解的事情。这样一种严重的错过,直接导致达尔文关于遗传的观点全部是建立在错误理论的基础之上,因而毫无价值可言。
孟德尔的教士身份可能也妨碍了达尔文对他的认识。当时宗教和科学的对立情绪非常强烈,达尔文自己都担心有被烧死的可能。为此,达尔文对宗教界人士是戴着有色眼镜来看的。而孟德尔,一度做过一个修道院的主教,达尔文当然会对他的研究持怀疑态度。
有学者认为达尔文是在故意忽略孟德尔,因为在孟德尔之前,曾有一位法国博物学家出版过《植物杂交新研究》一书,书中的很多论点与孟德尔相似。达尔文曾认真读过这本书,可以想象,因为书中的观点和他的遗传理论相违背,所以达尔文看后很不高兴。他给胡克写的信中曾提到过此书说：我无法想象它会保存下去,这里面提到的杂种问题,只有上帝才知道。
如此看来,就算达尔文真的读了孟德尔的论文,可能也只会一笑置之。当然,这只能是猜测了。
最可能的原因仍然是,孟德尔的研究太超前了。他直接在一堆无序的研究中跳进了有序的遗传学研究的大门,而且他用了前人都没有使用过的数学方法来研究遗传,这更是让他曲高和寡。很多人以为他在玩掷骰子的游戏。比如,孟德尔曾不辞辛苦地把自己的研究成果向多位专家做过自我推荐。其中有一位专家收到了孟德尔的十封信,很多大学的图书馆也收到了孟德尔论文的油印本,但这些书信和复本都沾满了尘埃,无人问津。
孟德尔的研究就这样被埋没了。
所以,不止是达尔文,当时的科学界全部无视孟德尔的研究成果,更有甚者,他们还对孟德尔进行了无情地嘲笑和讽刺,结果把孟德尔搞得抑郁而终。直到三十五年以后,孟德尔的论文才被三位科学家重新发掘了出来。再后来,1909年,科学家创造了“基因”一词来替换孟德尔的“遗传因子”,现代遗传学的基础渐渐清晰起来。当科学界用基因的眼光来考察生物的进化现象时,他们得到了一些新的认识。达尔文的一些错误看法得到了纠正,“新达尔文主义”出现了。
“新达尔文主义”的开创者,正是那个坚持不懈地切小鼠尾巴的魏斯曼。魏斯曼1834年出生于德国,家庭条件不错,从小受到了良好的教育,22岁博士毕业后做起了医生,这个职业为他思考生物学问题提供了一些方便,在读了达尔文的《物种起源》以后。成为了生物进化论的重要支持者。以医生的职业标准来看,他是个不务正业的人,因为他出版了一本论述双翅目昆虫发育的书。这和治病救人实在是没有多少联系,但这本书使他得以进入大学专心进行研究工作。因为狂看显微镜,以至于他把眼睛看坏掉了,没有办法,只好转而研究动物学,并在理论生物学方面取得了不错的成绩。1875年,他出版了《进化论研究》,并请达尔文为英译本写了序言。与孟德尔相似,虽然魏斯曼曾三次到过英国,却也一直没能和达尔文当面谈论进化论。达尔文接连错过孟德尔和魏斯曼这两个可能对他的遗传理论产生重要影响的人,实在是科学史上的一大憾事。
魏斯曼在遗传学方面的研究使他成为现代遗传学的开拓者之一。他提出的“种质论”遗传学说与孟德尔的“遗传因子”理论有异曲同工之妙。两人一道为日后的基因学说奠定了理论框架,后来经过摩尔根的努力,遗传学大厦得以基本完成。
“种质论”认为,生物机体可以分为“种质”和“体质”两部分。这个“种质”,就类似后来的基因或染色体,而“体质”则相当于细胞质,也就是基因以外的部分。
魏斯曼认为,“种质”是连续的,从上一代传给下一代,生生不息,永不消失。“体质”则不然,只不过是一具“种质”借以路过的臭皮囊,机体一旦死亡,“体质”即告消失。“种质”因为存在于“体质”之中而得到了保护,因此,“种质”不容易受到环境的影响。这种说法,基本上描述了基因和细胞质的关系,而且为后来道金斯提出“自私的基因”理论有一定的启发作用。更难能可贵的是,在这一理论基础上,魏斯曼得出了很多正确的遗传学知识。他认为,既然只有“种质”能传给下一代,那么“体质”特征就不会遗传下去。
可不要小看了这个理论,这可是从根本上否定了拉马克的“获得性遗传”!
正因为如此,所以,魏斯曼在进化思想上是坚决排斥获得性遗传的。他比达尔文的态度要坚决得多。达尔文常常在自然选择和获得性遗传之间徘徊。他有时讽刺拉马克,有时却又用获得性遗传来解释一些现象。相对于达尔文在这一方面的糟糕表现,魏斯曼有理由骄傲一下,为此他的理论被称为“新达尔文主义”。所谓“新达尔文主义”,就是继承了自然选择理论,但彻底放弃了获得性遗传的达尔文主义。
魏斯曼对达尔文的错误抱着宽容的态度。他在向达尔文致敬时曾说到：“这样一些弯路是难以避免的。”
可是魏斯曼走得太远了,因为对生存竞争的过度相信,以至于认为生物各器官之间也存在竞争,并以此解释某些器官的退化现象,因为这些器官在竞争中处于下风,渐渐被淘汰了。进而,魏斯曼把这一广泛竞争的思想“推广到一切生命单位”。按这种说法,同一机体的细胞与细胞之间也存在竞争。现在看来,这似乎是不合适的。同一机体细胞之间的合作精神明显要大于竞争,否则的话,如果细胞之间的竞争过于激烈,一个人施施然地正走在路上,不免要面对突然散架解体化为乌有的危险。
达尔文之所以时有摇摆,是因为他没有建立一套正确的遗传理论。虽然他和魏斯曼一样,都在用强大的头脑对遗传现象进行着合理的推测,但他推错了方向。
当然,推错方向的不止达尔文一个。在当时的科学界,虽然拉马克的理论在达尔文风潮冲击之下,相信的人已经很少了,不过仍有很多支持者,而且,他们采用了与达尔文的支持者相同的手法,对拉马克的理论作了改进,称之为“新拉马克主义”。“新拉马克主义”者和“新达尔文主义”者进行了长期的论战,虽然几乎一直是处于下风,但他们的战斗精神却并没有消失。
“新拉马克主义”一词是在魏斯曼对获得性遗传进行猛烈批评之后出现的,源自于拉马克的祖国法国,但这种思想却早就存在。他们针对达尔文的理论提出的针锋相对的主要观点是：自然选择不是真理,最多只能算是生物进化的辅助因素。在他们看来,生物具有强大的可塑性,只要环境发生改变,生物也就随之发生改变,以适应新的环境;并且,这种变异绝不是如达尔文所说的那样是随机发生的,而是经过环境的诱导而出现的,或者是生物对环境长期习惯的结果。这就是所谓的定向变异。定向变异产生的性状就是“获得性”性状。自然选择虽可以淘汰不适应的个体,但获得性遗传才是真正“适应”的原因。
这种说法特别容易理解,而且在表面上看起来,似乎也和实际情况相吻合。比如在暗无天日的洞穴中生活的动物,由于长期见不到光线,它们的眼睛没有什么用处,于是乎日益萎缩,最终消失了。这似乎正是典型的用进废退和获得性遗传。
不要说普通读者,就连达尔文都对这一现象不知所措。他在《物种起源》曾专门介绍了鼹鼠等穴居动物眼睛退化的事实,然后达尔文说：“这种眼睛的状态很可能是由于不使用而渐渐缩小的缘故。”但他还不甘心彻底放弃自然选择的作用,所以接着又说了一句：“不过恐怕也有自然选择的帮助。”
真实的情况是,仍然是自然选择在起作用。在黑暗环境下,当眼睛不能给动物提供生存优势时,反而会一变而成为劣势。因为眼睛经常发炎,加上地下的某些营养跟不上,所以,眼睛退化的变异体反而更容易成功生存。而埋在皮下残存的眼睛在感知方向方面仍起到重要作用,所以也不能彻底抹掉。
既然连达尔文自己都拿不准,其他人就更容易动摇了。达尔文去世以后,“新拉马克主义”的风头渐渐强劲起来,特别是达尔文对遗传问题的不充分认识,令很多科学家感到迷惑。在1900年前后,许多坚定的达尔文主义者都转而相信“新拉马克主义”,甚至斯宾塞和海格尔都认为,需要把自然选择和“新拉马克主义”结合起来共同解释进化现象。这一段时期被称为达尔文主义的黑暗期。
不过“新拉马克主义”者也面临着强大的挑战。当魏斯曼对其提出严重质疑以后,他们必须用实验来证明自己的正确性;可惜,能够被派上用场的实验成果很少,仅有的几个实验还经不起反复推敲。遗传学诞生后,“新拉马克主义”者更是被逼进了绝境,他们必须证明在遗传水平上的突变是可以传给下一代的。正是在这种迫切需要之下,奥地利学者卡梅勒(PaulKammerer)出场了,其人是拉马克获得性遗传理论的狂热支持者。为了向世人证明拉马克理论的正确,他在20世纪20年代设计了一系列实验来证明获得性是可以遗传的。其中的一个典型实验是用产婆蟾做的。
产婆蟾主要产于欧洲,是一种陆地生活的蟾蜍,春夏季时在陆地上交配。卡梅勒用这种蟾蜍设计了一个实验,水生雄蟾蜍为了牢固地趴在雌蟾蜍背上交配,往往会生有黑色的指垫以把雌蟾蜍抱得更紧以免滑下,而陆生的产婆蟾则不需要这种东西。卡梅勒强制性地把产婆蟾放在水中生活,如果经过若干代以后这种动物也长出了黑色的指垫,那就充分说明动物可以对环境作出定向的进化,并将这种获得性状遗传下去。
实验的设计没有任何问题,如果结果真如预料那样,拉马克的用进废退和获得性遗传的说法也将会得到更多的尊重和认可。
根据卡梅勒的实验报告,产婆蟾被郁闷地关在水牢中经过几代以后,终于被全部折腾死光了。这是对环境不适应的典型表现,但是,有些产婆蟾在被搞死以前,确实长出了黑色指垫,而且,指垫的颜色和厚度一代比一代明显。据此,卡梅勒宣布,水生环境迫使产婆蟾进化出了黑色指垫,这种适应性突变是对拉马克主义的最直接证明。
为了强化宣传效果,顺便拉点赞助,卡梅勒把这些长了黑色指垫的死掉的产婆蟾做成标本,然后周游各国到处演讲宣传,一时间名声鹊起,备受吹捧,甚至被誉为达尔文第二。当时的生物学家被卡梅勒这样一搞,不得不努力寻找合适的机制来解释这一现象。但这些学者们试图重复卡梅勒的实验时全部以失败告终,产婆蟾很难在人工条件下饲养,更不要说硬性把它养在水里了。
当卡梅勒周游到英国演讲时,受到了剑桥大学教授、著名遗传学家贝特森(WilliamBateson)的怀疑。贝特森是坚定的达尔文主义者,正是他创造了“遗传学”这个词,其研究工作对现代遗传学具有极其重要的影响。基于对遗传学的认识,他认为卡梅勒的工作可能有问题,但当他提出要检查产婆蟾标本时,却被卡梅勒一口拒绝了。
在欧洲过足了嘴瘾以后,卡梅勒带着标本去了美国继续宣传,结果却栽了个大跟头。当时各方都给卡梅勒施加了强大的压力,要求他把标本拿出来接受检查。卡梅勒最后只得同意由美国自然历史博物馆对他的标本组织检查工作,结果令人难以置信。英国《自然》杂志专文刊出了检举信,卡梅勒标本上的所谓“黑色指垫”是用黑墨水涂出来的!
一个多月后,卡梅勒开枪自杀,那时他已经准备前往莫斯科大学当教授。死前他给莫斯科大学写了一封辞职信,承认产婆蟾标本有假,但他声明自己是无辜的,是有人背着他造了假,他只是背了黑锅而已。
后来有人试图为卡梅勒洗刷恶名,但进一步的检验无不证明,卡梅勒用来证明拉马克理论的实验结果均有作假现象。卡梅勒事件成为遗传学上著名的丑闻,本就处于风雨飘摇中的拉马克主义在此打击之下基本破产了。
后来古尔德曾无情地指出,就算卡梅勒的实验没有作假,也根本不能证明获得性遗传,相反,恰恰是证明了自然选择的正确。因为卡梅勒实验中死掉了大量的样本,这些都是环境淘汰的结果;而仅剩的产婆蟾,就算长出了黑色指垫,也只能充分说明突变体只有适应环境才可以生存。
这次打击对“新拉马克主义”来说相当严重,但百足之虫,死而不僵,“新拉马克主义”特别容易被普通读者所理解并接受,加之由于政治问题,后来终于又出了一件李森科闹剧。
李森科是乌克兰的一个农民出身的育种站技术员。当时乌克兰的冬季农作物经常会受到霜冻天气的影响造成减产和歉收现象。1929年的一天,李森科的父亲偶然发现,在雪地里受过冻的小麦种子,春天播种时可以提早成熟,这样可以躲开霜降的威胁。李森科在此基础上发展出了“春化处理”技术,在种植前把种子冻一下,可以加速生长。这种技术对地处寒冷的苏联有重要意义,李森科从此一鸣惊人。他虽然从本质上根本不懂科学,但他懂得政治,这在斯大林统治之下的苏联就已经足够了。
前面介绍过,因为政治原因,斯大林不喜欢达尔文的自然选择理论。李森科当然也知道自己应该怎么做。他在学术上坚决支持拉马克的获得性遗传,并用政治术语攻击西方的遗传学研究成果,把孟德尔和摩尔根等学者当成是苏维埃人民的敌人。
因为紧紧追随斯大林的政治步伐,李森科对斯大林的整人技巧也学习得相当到位,并得到了斯大林的赞许。斯大林警告苏联科学界,要像李森科这样搞科研。结果是可以想象的,与政治斗争如出一辙,反对李森科理论的学术对手们被一一打倒了,有的学者被关进了监狱,甚至被搞死。在这种白色恐怖之下,李森科和他支持的科学理论一枝独秀。全苏联的遗传学家被迫改造自己的知识,大学禁止教授摩尔根的遗传学。
李森科在生物进化思想方面是拉马克主义者,可他更愿意把自己的理论打上达尔文的标签。不过这里面有一个难办的事情,因为当年马克思虽然热情地表扬过达尔文,但后来也曾批评过达尔文。马克思的思想里已经种下了拉马克主义的种子,他相信自然界和社会一样,都有着明确的发展方向,而这种方向感是达尔文所反对的。
这些理论上的问题是如此的重要,甚至涉及了共产主义理论的根本,所以李森科踩着马克思的步伐,又需要适当批评达尔文。他指出达尔文的理论有着严重的错误,指责达尔文提出的物种生存竞争其实就是生物种内的阶级斗争。自然界必须是和谐的,生物之间应该是互相帮助的,利他行为是令人感动的,不然的话,所有生物斗争不休,则共产主义势难成功。为此,李森科提出了所谓的“苏联创造性的达尔文主义”,其本质仍然是拉马克主义。李森科反复宣讲拉马克主义的核心观点,那就是承认外部环境在生物体形成过程中的积极作用,以及已获得属性的遗传性,李森科认为这些论点是完全正确和非常科学的。
斯大林之所以支持李森科,是因为他早就相信拉马克的获得性遗传理论。其原因和所有的社会工作者相同,因为这种理论听上去含有“进步”的味道,有“发展”的含义,甚至可以从中看出某种“创造性”来。到了斯大林这里,这一切就意味着“革命”。那可是真的要人命的事情,很多人的命,包括持反对观点的科学家的“命”就这样被“革”掉了。
在自己的理论体系中,李森科把魏斯曼也大骂了一顿,并指责“新达尔文主义”是对达尔文的曲解和诋毁,正因为“新达尔文主义”去掉了获得性遗传的影子。魏斯曼就这样在一个毫不相干的国家被大加鞭挞,戴上了一顶反动生物学代表的帽子。
为了支持获得性遗传理论,李森科带领手下的一批“科学家”做了大量的实验,得到了很多结果。在他那里,植物之间是可以变来变去的,连奶牛都可以按照人类的需要产出又多又好的牛奶来。这一切都是如此积极,看上去前景光明,生机一片。
这些故事现在都已被当成趣闻来谈了,但有意思的是,“新拉马克主义”的余音仍在。在法国,不知是不是出于对拉马克的尊敬,所谓现代的“新拉马克主义”学派仍然占据着一席之地。他们面对生物科学的发展成果,不断提出修补理论。其中的典型观点是：生物的新种并不是局部的基因突变造成的,基因的突变也不能解释进化,相反,基因突变往往造成畸形然后导致死亡。那么,生物变异和进化的动力来自何方呢?他们认为是来自细胞质而不是细胞核,细胞质对环境产生了适应,然后这种适应能力传递给基因并遗传给下一代。
这就是改头换面的细胞水平的获得性遗传。
在这一理论中,基因的决定性地位被迫让位于细胞质,基因只不过是细胞质实现自己理想的中转工具而已。所以,现代的“新拉马克主义”更加重视细胞质的生理和生化分析,而轻视基因的决定作用。后来,这一理论遭到了社会生物学理论的强烈反驳,但无论如何,“新拉马克主义”没有退出科学舞台,他们仍然在不断寻找新的证据。新的争论来自著名的细菌耐药性。
几乎所有人都知道细菌会出现耐药性,而且这种耐药性的增加是可以看得见的。年轻的父母往往被孩子不断的咳嗽折腾得死去活来,从前简单的一片药剂就可以解决的小病,现在却需要用最新的抗生素连续几天打点滴。我们所有人都受到了细菌耐药性的威胁。
问题出来了,这种耐药性是如何出现的?
这个问题对于主流的科学界而言,几乎不成为问题,因为早在1934年就已被著名的彷徨实验所证明,耐药性基因早就通过随机突变的方式出现并保存在细菌体内了。这种耐药性基因可以在细菌之间来回传播,抗生素的使用只不过是提供了一种淘汰的环境。大量的药物杀死了没有抗药性的细菌,反而为具备抗药性的细菌腾出了充裕的生存空间。抗药细菌的生活越来越好,人类的日子则越来越艰难了。
但“新拉马克主义”者不承认这种说法。他们坚持细菌是在与药物接触的过程中出现了定向的进化,通过自身的应答反应而制造了耐药性基因,然后通过传播使所有细菌共享这一成果,抗药细菌因此而越来越多。
这一说法已被微生物学家嗤之以鼻了,诺贝尔奖获得者莱德伯格(JoshuaLederberg)夫妇在1952年设计的影印培养实验已经彻底击碎了这种理论。但“新拉马克主义”者们仍不死心,他们在另两位诺贝尔奖获得者雅各布(FrangoisJacob)和莫诺(JacquesMonod)的埃希氏大肠杆菌乳糖操纵子模型研究中又看到了曙光。
正常情况下,埃希氏大肠杆菌所在的环境中基本上只有葡萄糖,这种菌也就优先利用葡萄糖。可是,当培养基中只提供乳糖时,只需几分钟时间,它们就通过基因诱导手段生产出半乳糖苷酶,这样就可以利用乳糖作为能源了。如果环境中同时有葡萄糖和乳糖,或者只有葡萄糖时,细菌就会关闭半乳糖苷酶生产线,以节约生产成本。
“新拉马克主义”者从这个研究中看到了什么救命稻草呢?他们看到了机体和环境之间一一对应的互作关系。因为环境中只有乳糖,所以细菌就产生了半乳糖苷酶。这简直是定向进化的活生生的例证。可惜的是,进一步的研究彻底打破了这些人的理想。大肠杆菌并不是针对环境而出现了适应,这种适应能力本就存在,只是环境适时被调用了出来而已。乳糖可以和一种起阻遏作用的蛋白质结合,而正是这种阻遏蛋白阻止了半乳糖苷酶的基因表达,和乳糖的结合,使得阻遏蛋白作用消失。于是半乳糖苷酶基因开始表达,细菌就拥有了利用乳糖的能力。
从这个例子中可以清楚地看出“新拉马克主义”的核心观点,他们力图寻找到生物与环境之间直接对答的关系。但他们每次找到的都是假象,生物似乎并不具备这种直接对答的能力,它们只是贮备了很多工具,什么时候需要,就拿出正确的工具来应对环境的变化,而绝没有能力针对新的环境迅速拿出一种前所未有的工具来。
可是“新拉马克主义”者仍然在寻找新的证据,他们希望分子生物学的发展会给他们带来新的机会。可惜这些机会也都是假的,一种病毒的DNA可以插入到细菌的染色体中去,并随着细菌的增殖而遗传给下一代。病毒所携带的DNA所产生的新的性状似乎就是获得性,并且可以遗传。从字面上来讲,好像就是这样的。
但只要仔细考察一下,这种说法与“新拉马克主义”无关。因为病毒DNA的强行插入,并不是细菌对环境作出反应的结果,而且,这种新的性状也未必就是“适应”的。在这一案例中,细菌并没有机会表现出“新拉马克主义”者希望的积极主动性与定向性来。
中心法则的提出在根本上否定了获得性遗传,因为信息只能从DNA传递给蛋白质,而获得性的性状则无力主动去改变DNA序列,这一事实使得获利性遗传成为不可能。
到目前为止,还没有真正支持“新拉马克主义”的生物学证据出现。加拿大多伦多大学医学院的高津斯基(ReginaldGorczyncki)等曾报道说,如果反复将一个品系小鼠的免疫细胞注射给另一品系的雄鼠,然后让这些雄鼠与没有经过处理的雌鼠交配,结果发现有60%的后代个体具有其父的获得性状。
这一发现是严重的,如果被证实的话,将为“新拉马克主义”奠定坚实的生物学基础,同时将彻底动摇达尔文理论的根基。可惜,随后即有学者在《自然》杂志发表文章指出,这一试验在英国的几个著名实验室都重复不出来。高津斯基对此也没有作出回应,一个最有希望的证据就此不了了之了。
但是到了1988年,事情却出现了意外的变化,而且这次似乎真的是找到了获得性遗传的证据。虽然还有争论,但其意义非同一般。
事情的原委还要从1943年的一个实验谈起。
T1噬菌体是一种可以杀死细菌的病毒,在细菌培养基中加入T1噬菌体,接种上去的细菌会被杀死,培养板上不出现菌落,这是一个肉眼可见的指标。
但是,有的时候,在这种培养板上也会出现菌落,明显的是这些细菌有了抗T1噬菌体能力。现在的问题是,这种突变了的抗性菌株是怎么来的?是被T1噬菌体诱导出来的,还是细菌自己偶尔的随机突变碰巧搞出来的?如果是前一种情况,则符合“新拉马克主义”所说的生物可以针对环境出现定向突变的理论;后一种情况当然是符合达尔文的随机突变理论。现在需要做实验来证明到底是哪种情况起作用。
这里面有一个麻烦,因为无论是定向诱导而来或是随机突变而来,其结果是一样的,很难找出一个办法来验证其根源是什么。
科学家们不是吃素的,他们自有办法解决这一难题。当时重要的分子遗传学研究者鲁拉(SalvadorLuria)和德尔布鲁克(MaxDelbruck)是研究噬菌体的专家,他们在1943年设计了一个实验,即著名的波动实验成功解决了这个麻烦。
实验的原理是这样的：
他们把来源相同的细菌分为两组,分别装入甲、乙两只试管中,然后把甲管再分装入50支小管,保温30小时左右,让细菌突变,再把50支小管中的细菌分别涂到含有T1噬菌体的培养基上培养,并计算出现的抗性菌落数目。
乙管用另一种办法处理,并不把它分装,而是先保温30小时左右给他们突变的机会,然后再分装到20支小管中去,直接涂到含有T1噬菌体的培养基上培养,同样计算出现的抗性菌落数目,与甲管进行对比。
结果发现,甲管分装后涂出来的20个平板中,各平板菌落数相差很大;而乙管直接分出来的各板上菌落数则大致差不多。
这说明了什么呢?
说明细菌对T1噬菌体的抗性是自发的随机的突变产生的,而不是诱导产生的。因为这两管细菌在涂到培养基上之前都没有接触过T1噬菌体,所以谈不上什么诱导,细菌也就没有机会产生所谓定向突变。
甲管分出来的各个平板上之所以出现不同数量的抗性菌落,是因为对应的小管中在保温阶段出现突变的细菌数量不同。如果碰巧哪一管中没有细菌发生突变,那么对应的平板就没有菌落生长。乙管则不然,因为它们是从一个大管中直接分出来的,所以突变细菌的分布很均匀,在平板上的表现当然也就很均匀了。
这个实验也可以用来证明细菌抗药性的出现是否与接触药物无关。
这本是一个经典的实验,在生物学上又叫做彷徨实验或变量实验。后来的影印实验可以认为是这一实验的翻版和改进,基本原理大致相同,意义也差不多,同样证明了细菌的抗性突变不是由环境定向诱导造成的,而是随机突变出现的。本来已经没有什么好争议的了。鲁拉和德尔布鲁克两人也因相关研究而于1969年共同获得诺贝尔生理奖和医学奖。
这是对新拉马克主义的一次沉重的打击。自此以后,谁如果还是坚持定向突变和获得性遗传,都将会被视为是保守和无知的表现。
但到了1988年,事情却又出现了变化。当时的分子生物学研究已经相当发达,借助这一有力工具,分子生物学家凯恩斯(JohnCairns)对波动实验提出了挑战。他认为,这一实验只是证明了抗性突变是由随机突变而产生的,但是没有同时否定定向突变存在的可能性。T1噬菌体在这个实验中只是选择因素,而不是诱导因素,细菌根本没有机会来适应T1噬菌体,何谈定向突变?要想否定定向突变,必须重新设计实验,即用温和的方法来作为诱变因素,而不是上来就把细菌给搞死,那是“霸王硬上弓”。
为此,凯恩斯设计了一个新的实验。有一种细菌在利用乳糖的半乳糖苷酶基因上出现过一个突变,其中的一个氨基酸密码子变成了终止密码子。这样,这个基因经过转录和翻译后,就只能得到一个不完整的蛋白,这样的蛋白当然不能分解乳糖。如果把这个突变了的细菌放在只有乳糖的培养基上培养,肯定会非常饥饿,不过一时之间也死不掉,只有饿得受不了时才会一命呜呼。这是一个被动的和温和的过程,和被凶狠的T1噬菌体一刀杀死是两回事。
这种培养方式满足凯恩斯的要求：他先把这种细菌接种到平板培养基上,在上面加上一层没有任何营养的琼脂糖把细菌盖住,在培养不同的时间后,比如0天以后、一天以后、两天以后、三天以后等,分别再在上面加上一层只含乳糖的培养基。这个所谓0天以后,就是直接加乳糖培养基。
这样再观察细菌的生长情况,实验结果令人大吃一惊!
根据随机突变理论,无论是培养多少天的细菌,在加上乳糖培养基后,出现可以利用乳糖的突变细菌的概率应该是相同的。这一点没问题,因为无论预先饥饿的是几天时间,一天也好,两天也好,只要加入了乳糖培养基,都会在两天后长出能利用乳糖的突变菌落。这些菌落,就是事先已有了的随机突变的生的。
问题是,随着加入了乳糖培养基的平板培养时间越长,则出现突变菌落的数目也越多和时间呈现一种线性关系。换句话说,接触乳糖时间越长的细菌,越容易出现能利用乳糖的突变菌落。
这当然就是定向诱导突变!
定向突变就是适应性突变!
也就不是随机突变!
也就是说,生物确实可以针对环境来主动改变自身的结构。长颈鹿的脖子确实就是这样越变越长的。
这一小小的结果等于否定了达尔文主义的理论根基!
这篇论文被发表在了1988年9月8日号的《自然》杂志上。《自然》杂志也很重视这一结果,同期发表了一些评论文章。果然,论文马上引起了强烈反响,许多学者纷纷发表自己的看法。《科学》与《遗传》等重量级杂志也发表了一些研究论文,不仅肯定了凯恩斯的实验结果,还报道了其他细菌的其他基因也有类似的定向突变情况,甚至连真核的酵母菌都可以出现定向诱导,定向诱导竟然有一定的普通性!
这场骚乱没有马上平息,至少到现在还没有平静下来,而且仍有后续文章在发表。看来,如果达尔文主义者不能指出这个实验过程中存在什么设计上的失误的话,这确实是一个需要重视的问题。
当然也有质疑的声音。怀疑者认为,要想真正断定这是定向突变,就需要进一步证明,突变了的细菌除了发生能利用乳糖的基因突变外,其他的无关的基因都没有发生突变,才能证明这是仅仅针对乳糖的适应性的突变。否则难下定论。而要做到这一点,就必须随时检测大量细菌的全部基因序列,当然这是不可能的任务。
其他例外出现在天然的基因工程上。现代分子生物学的发展,已经使人类具备了在基因水平对细胞进行操作的能力,从而使细胞获得新的性状。这就是所谓的基因工程。人为的基因工程可以让细胞定向获得某种性能,比如提高一些有用蛋白的产量等等。然而,这种定向的突变因为是人为干涉造成的,当然不能算数。
可是,近来发现,某些细菌竟然也有自己的基因工程,它们会对自己的基因作出一些操作,从而达到适应环境的目的,这就很有意思了。
1994年,分子生物学家们培养出了一种新型细菌。这种细菌完全丢失了利用乳糖的基因,靠自身的力量是没法再利用乳糖了。但是,它们还有其他措施来解决这个问题,这就是质粒。
这种细菌自身的基因虽然彻底失去了利用乳糖的基因,但在它的质粒上,却有一段利用乳糖的基因。不过不巧的是,质粒上的这段基因中间多了一个碱基,使基因实质上处于无效状态。理论上来说,这个细菌仍然没有利用乳糖的能力。
但是,当把这种细菌接种在只含乳糖的培养基上培养时,情况发生了令人意想不到的变化。
按常规来说,细菌还有另一种能力,就是把一些碱基给删除掉,这样处理后的基因也就是发生了突变的基因,往往会产生负面作用,影响细菌的生理功能,甚至造成死亡。所以,凡是出现了删除的地方,细菌往往又会用专门的蛋白质工具设法把它们补齐,受到伤害的细菌才有可能继续坚强地生活下去。这种删除工作基本上是随机进行的,而且修复也是随机的,并没有很强的特异性。
也就是说,前面提到的那段多了一个碱基的乳糖酶基因有可能被随机删除的方法去掉多余的碱基然后恢复乳糖利用能力,但通过前面的分析可以看出,发生这种结果的可能性是很低的。首先,它必须正好删除那个多余的碱基;其次,细菌的修复系统不要再把被删除掉的碱基补齐。这两者都没有可控性,所以,出现预期的结果是很难的。
但是,难并不意味着做不到。细菌就真的做到了。它们利用自己天然的基因工程技术,启动复杂的基因重组程序,其中涉及一系列的重组蛋白,最终成功的是把那个多余的碱基删除,然后在那个位点降低修复工作的效率,或者不修复,这样就得到了能利用乳糖的正常基因。整个细菌因此在那种贫困的培养基上生活了下来。
所谓天助自助者,似乎在细菌身上也得到了体现。
这说明了什么呢?这说明,细菌并不是只会随机突变,在某种程度上它主动控制了基因的突变,使细菌朝着对环境更适应的方向前进。
而且,这些基因突变就这样成了细菌的“获得性”,如此一来,获得性也真的是可以遗传的。
关于获得性遗传,在细菌与病毒层次上与复杂的机体有着特殊的含义。细菌的几乎每一个变化都是基因水平的变化,所涉及的性状改变当然都是获得性改变,而这些改变无一例外的,都可以遗传下去。细菌可以获得质粒上的遗传信息,并且也可以遗传下去。从这种意义上说,获得性遗传对于细菌和病毒而言是正确的。或者说,对于所有的细胞而言,都是正确的。
然而,这又不符合严格意义上的拉马克主义标准,反而正是达尔文主义所强调的那种变化：在基因水平出现随机突变,然后面临着自然的选择。因为拉马克主义所要求出现的变化必须是针对环境而作出的变化,也就是前面一再强调的所谓定向突变。在这一点上,两者有着决然的不同。
当然,关于这些研究成果的意义仍然存在着不小的争议,达尔文主义者仍然坚持着正统的理念,全方位的检测这些成果的科学性,要想就此得出定论,可能为时尚早。主流的科学界,目前仍拒绝拉马克主义。
拉马克主义为什么不死?不单因为这一理论容易理解,而且因为这一理论隐含着某种“积极”的暗示。这种暗示甚至可以应用于人类社会,以不断引导人类社会向着正确的方向前进。这种理想是好的,但好的理想并不能带来好的科学。拉马克主义的科学基础是错误的,它把生物进化和适应解释为一个简单的过程,就是生物感受环境的变化,然后根据变化来调节自己的身体。如果天太冷,那么动物就会长出厚厚的皮毛来。
达尔文主义则把这种事情分为两步,首先是物种变异,然后是自然选择,变异是随机的、无方向的,生物并不能预知环境将会起什么样的变化。所以,它们也不可能预先做出某种反应,它们只是盲目地变化然后提心吊胆地等待着,剩下的事情与它们无关,自然选择之手丝毫不考虑它们哀怨的眼神,合适的就留下来,不合适的只有被无情地淘汰。
达尔文的过程虽然比拉马克的复杂并且也付出了沉重的代价。但这个过程,迄今为止,仍然是正确的。
至于拉马克主义者,只能怀抱着美好的理想,继续不断地寻找与等待,等待着支持他们理论的证据出现。
巴特勒：我们不希望在国立中学教授进化论,因为这不是一个科学知识,而只是一种科学假说。如果不服气的,罚款!
斯科普斯：好吧,我讲了进化论了,来判我有罪吧。
布莱恩：还真有愣头青,那我来作公诉人。
达罗：别怕,我来做辩护人!
各大媒体：赶快看热闹去!
法官：你们吵的这么激烈干什么。这个案子没什么好吵的,因为我是法官我说了算,我就要判斯科普斯有罪!阿门!
达罗：这是一个可耻且可笑的判决。
达尔文：确实可耻……