進(jìn)化不可逆達(dá)爾文的進(jìn)化論可以解釋現(xiàn)代生物因何多姿多彩。與此同時(shí)，一些科學(xué)家也琢磨著這一進(jìn)程是否會(huì)逆轉(zhuǎn)，動(dòng)物們能否找回昔日所遺棄的特征。19世紀(jì)的古生物學(xué)家認(rèn)為不可能，然而他們也沒(méi)有可靠的證據(jù)。證據(jù)直到今天才終于浮出水面。 150年前，達(dá)爾文經(jīng)過(guò)多年潛心思考，發(fā)表了著名的進(jìn)化論，震撼了整個(gè)科學(xué)界，生命的歷史從此改寫。達(dá)爾文首次用大量例證表明，各個(gè)物種都在適應(yīng)環(huán)境的過(guò)程中不斷進(jìn)化著，并且他還歸納了進(jìn)化方式：物競(jìng)天擇。不過(guò)他沒(méi)有告訴我們，在進(jìn)化過(guò)程中，物種是否會(huì)重新找回已經(jīng)失去的特征達(dá)爾文是嚴(yán)格按照歷史順序來(lái)闡述其理論的，從見(jiàn)證遠(yuǎn)古物種的化石，直到生存在當(dāng)下的物種。但是，只要稍稍留意就能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物的共同祖先，最早是從水里上岸后成為陸生動(dòng)物的。而我們知道，其中的一些，如鯨類，就重新返回了水中。難道進(jìn)化還能“兜圈子”，就像錄影帶可以倒回去重放？ 1893年，比利時(shí)古生物學(xué)家路易多洛(louis dollo)的回答是“不能”。他認(rèn)為在進(jìn)化的某一分枝中消失的器官不會(huì)再以相同的形態(tài)出現(xiàn)。這一觀點(diǎn)是他在對(duì)恐龍和脊椎動(dòng)物化石進(jìn)行了10多年研究后提出的，被稱為“多洛定律”或“進(jìn)化的不可逆法則”?？墒峭瓷先ピ绞敲靼椎氖虑榍笞C起來(lái)就越麻煩，如何證明進(jìn)化是單向的？一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，隨著進(jìn)化論的不斷發(fā)展，生物學(xué)家與遺傳學(xué)家無(wú)不試圖攻克這一難關(guān)，卻始終未能如愿。 個(gè)別學(xué)者，如史蒂芬杰古德(stephen jay gould)，為多洛定律提供了有利證據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，鯨類其實(shí)是滿足進(jìn)化的不可逆法則的。19世紀(jì)的博物學(xué)家們就已經(jīng)知道鯨類的鰭和它們的遠(yuǎn)親魚類完全不一樣。鯨的祖先作為最早的四足動(dòng)物之一，在離開(kāi)海洋時(shí)，并沒(méi)有將它們的鰭妥善保存下來(lái)以備日后重派用場(chǎng)不錯(cuò)，一旦走上陸地，它們就適應(yīng)了新的環(huán)境，而后又重新適應(yīng)了水環(huán)境，但以一種全新的方式保留了肺而不是找回鰓。徒有其表 相反，其他例子就比較模棱兩可了。2003年，多洛定律最嚴(yán)重的危機(jī)之一終于爆發(fā)。美國(guó)生物學(xué)家邁克爾懷廷(michael whiting)注意到，竹節(jié)蟲在其進(jìn)化史中曾多次失去又找回了翅膀！而與鯨類不同，它們的生活環(huán)境并沒(méi)有改變，無(wú)法為這種看似進(jìn)化中的“搖擺”現(xiàn)象提供解釋。邁克爾懷廷由此認(rèn)為，這些昆蟲可能在幾百萬(wàn)年的漫長(zhǎng)歲月中保留了長(zhǎng)翅膀的官能。 然而，發(fā)生在竹節(jié)蟲身上的奇特現(xiàn)象卻也證明不了什么，因?yàn)閷?duì)于其幕后機(jī)制我們一無(wú)所知。在生物學(xué)研究中，羅列正反案例毫無(wú)用處，它們只是深層過(guò)程的外在表達(dá)而已，沒(méi)有任何理論意義。若要弄清其中原委，就要更進(jìn)一步，深入生命的核心，拷問(wèn)那個(gè)令達(dá)爾文徒勞地尋找終生的最后一環(huán)：基因組。蜷縮在細(xì)胞中的dna是唯一展現(xiàn)進(jìn)化狀態(tài)的生命物質(zhì)。它就像一部鴻篇巨制，用僅以4個(gè)“字母”(堿基)組成的“單詞”，記錄著我們的遺傳信息，這些內(nèi)容在很大程度上決定了人類成為今天這樣的生物。換一個(gè)“字母”就會(huì)改變“單詞”，就有可能使其所在的“句子”失去原有的含義，或是獲得新的含義。在語(yǔ)言中，我們把這稱作“文字錯(cuò)誤”，在遺傳學(xué)上，則叫做變異這是進(jìn)化最有力的武器，現(xiàn)代生物種類的多樣性就來(lái)源于此。而尋找dna的“文字錯(cuò)誤”正是生物學(xué)家最主要的工作之一，隨后他們就會(huì)把這些變異與生物體可觀察的軀體變化一一聯(lián)系起來(lái)。 他們尤其鐘情以果蠅為對(duì)象進(jìn)行這項(xiàng)工作，一方面因?yàn)閷?duì)它們十分了解，另一方面因?yàn)檫@種小蒼蠅繁殖速度超快。幾年來(lái)，亨瑞克特奧托尼奧(henrique teotonio)的小組一直關(guān)注著多洛定律在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室明星動(dòng)物身上的表現(xiàn)。他們將一組果蠅置于多種生存環(huán)境中(改變食物豐盛程度、溫度、光照和濕度)世代繁殖，以使自然選擇發(fā)揮作用，從而對(duì)與繁殖和耐饑餓能力有關(guān)的新陳代謝變化進(jìn)行研究。結(jié)束這第一階段后，研究人員又將果蠅放回原始環(huán)境中生活了50代，以使它們“逆向進(jìn)化”。這次則對(duì)它們的基因組，尤其是3號(hào)染色體上的基因，進(jìn)行了仔細(xì)的排查。結(jié)論很明確。表面上，果蠅找回了它們祖先的體征，然而對(duì)基因的研究卻揭示了多處不同，同一基因出現(xiàn)了許多變體(等位基因)，若干堿基被取代。這說(shuō)明進(jìn)化依然在不斷向前，而沒(méi)有倒退。回到從前 該研究于2009年初發(fā)表，它明確指出在基因?qū)用?，進(jìn)化過(guò)程完全不像人們?nèi)庋鬯?jiàn)，沒(méi)有所謂的倒退，“進(jìn)化”這個(gè)詞當(dāng)之無(wú)愧。這為多洛定律的論證開(kāi)了個(gè)頭，但還有一個(gè)大大的問(wèn)號(hào)為什么？ 在科學(xué)研究中很少見(jiàn)的是，這問(wèn)題沒(méi)拖多久，到了9月份就有了答案。一切都拜機(jī)緣所賜，美國(guó)生物學(xué)家約瑟夫桑頓(joseph thornton)可說(shuō)是無(wú)心插柳。其實(shí)，他研究的并不是單一物種整個(gè)基因組內(nèi)產(chǎn)生的變異，而是進(jìn)化過(guò)程中某個(gè)共有基因在多種生物體內(nèi)發(fā)生的變異。換句話說(shuō)，他找的不是某一組果蠅基因組內(nèi)的“文字錯(cuò)誤”，而是在多個(gè)物種魚類、人類、鼠類等身上，尋找某個(gè)特定“單詞”的不同寫法。這是分子生物學(xué)的經(jīng)典手法：通過(guò)對(duì)比，“回溯”至某一基因可能的最初形態(tài)。約瑟夫桑頓當(dāng)時(shí)關(guān)注的是編碼糖皮質(zhì)激素受體(gr)的基因。該受體使脊椎動(dòng)物得以固定皮質(zhì)激素，從而減緩緊張。因?yàn)檎缫槐緯谐霈F(xiàn)的文字錯(cuò)誤會(huì)在其再版時(shí)繼續(xù)出現(xiàn)，發(fā)生基因變異的生物體會(huì)將這一變異傳給下一代。例如，只出現(xiàn)在靈長(zhǎng)動(dòng)物身上的變異定然源自它們的共同祖先。而了解各大類動(dòng)物分化時(shí)間的進(jìn)化生物學(xué)家們便可據(jù)此為基因變異斷代。通過(guò)這一方法，約瑟夫桑頓“再現(xiàn)了4.4億年中歷代gr基因的形態(tài)，并采用分子操作技術(shù)還原它們的進(jìn)化軌跡”，推斷出它們的功能。困于現(xiàn)在 好戲還在后頭。約瑟夫桑頓還使用了另一項(xiàng)同樣為生物學(xué)家所青睞的技術(shù)：收集目標(biāo)基因編碼的蛋白，并通過(guò)結(jié)晶學(xué)方法和x光確定其空間形態(tài)。他率領(lǐng)研究小組重建了gr的現(xiàn)代版和始祖版，并比較了兩者的結(jié)構(gòu)。他們首先發(fā)現(xiàn)，4.4億年前的gr能識(shí)別很多荷爾蒙，皮質(zhì)激素還算不上它的摯愛(ài)。其次，從始祖版gr直到出現(xiàn)于4000萬(wàn)年后的現(xiàn)代gr，該蛋白一共發(fā)生了37次變異，而只有7次才真正導(dǎo)致了變化，其余30次對(duì)該蛋白的功能沒(méi)有產(chǎn)生任何明顯影響。為了弄清新老gr的轉(zhuǎn)化過(guò)程，研究人員決定以新gr為母本，再造始祖版的gr。于是他們?nèi)?lái)現(xiàn)代gr基因，然后“除去”那7處產(chǎn)生了作用的變異 結(jié)果令人目瞪口呆：經(jīng)如此改造的gr基因未能合成功能健全的始祖蛋白。“我們?cè)斐龅氖且粋€(gè)百無(wú)一用的死蛋白?！奔s瑟夫桑頓講述道。怎么會(huì)這樣？或許在余下的、因?qū)Φ鞍坠δ軟](méi)有影響而被排除的30次變異中，某些還是起到一定作用的，“就像分子閥門，阻止蛋白恢復(fù)之前的形態(tài)”專家如是推測(cè)。但這種初看“無(wú)效”的變異是如何做到這一點(diǎn)的呢？ 研究人員比較了重建的始祖蛋白和真正的始祖蛋白，發(fā)現(xiàn)了5個(gè)結(jié)構(gòu)差異(分子排列)，它們是由30次變異中的5次決定的這一出乎意料的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，某些看來(lái)“中性”的變異的確從物理上阻止了蛋白恢復(fù)原始形態(tài)。為了更好的理解這一作用方式，約瑟夫桑頓建議把基因(或其編碼的蛋白)想象成一間改變了布局的臥室：床和衣柜被挪開(kāi)，在它們?cè)人幍奈恢梅帕艘慌柚参锖鸵槐K燈。臥室還是臥室，但不移走添置的物件就無(wú)法使其恢復(fù)原樣。對(duì)于gr也是同樣道理，光處理重大變異而不顧小的一樣回不到原始狀態(tài)。 于是我們便涉及了這一機(jī)制的要點(diǎn)所在：出現(xiàn)的“中性”變異之所以能被保留，是因?yàn)樗鼈儧](méi)有影響到蛋白的功能。既然“無(wú)效”，自然選擇就無(wú)從發(fā)揮，只當(dāng)它們不存在，既不會(huì)改變它們，同樣也無(wú)法使蛋白恢復(fù)原來(lái)形態(tài)! 要讓基因回到初始形態(tài)并編碼始祖蛋白，除非出現(xiàn)天大的巧合，發(fā)生一連串變異，恰好恢復(fù)基因的原始面貌而從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度看，這種概率是零。換句話說(shuō)，在進(jìn)化中，蛋白發(fā)生其他變化的可能性比回到從前沒(méi)有留下任何痕跡的老樣子的可能性大得