不可思议的生命

乔纳森·洛索斯（Jonathan B. Losos）

进化生物学家，毕业于哈佛学院和加州大学伯克利分校，获博士学位。曾在圣路易斯华盛顿大学任教14年，现任哈佛大学生物学教授，哈佛大学博物馆馆长，爬虫研究专家，美国国家地理杂志研究与探索委员会成员。曾发表论文150余篇，他的学术研究经常出现在顶级科学杂志如《自然科学》上，曾为《纽约时报》写过系列专栏，受到热烈追捧。获奖无数，包括杜布赞斯基奖，David Starr Jordan奖和爱德华威尔逊博物学家奖。著有《进化中的蜥蜴：变色龙的生态学与适应性辐射》。

前　　言

像许多孩子一样，我有段时间也曾非常迷恋恐龙。幼儿园时代的我是个传奇人物，每天都会拎着一整篮子各式各样的塑料恐龙向大家炫耀一番：异特龙、剑龙、甲龙、霸王龙等。那个时候的我至少拥有20种以上的恐龙玩具。当然，今天孩子们的玩具箱里可能远不止这些。

不过和多数孩子不同的是，我至今仍沉迷其中。我仍然有许多心爱的恐龙玩具，而今尤甚。我还能记得它们的名字，甚至能清晰地拼出诸如“副栉龙”的发音。但我的兴趣已经转移到更宽泛的爬行动物身上了，例如蛇、龟、蜥蜴和鳄鱼。

这种转变在很大程度上源于一部名为《天才小麻烦》（Leave it to Beaver）的电影，其中一段情节令人印象深刻，沃利和比弗邮购了一条小鳄鱼，并把它藏在了浴室中。结果可以想见，当管家密涅瓦发现它的时候，一场欢闹就开始了。当我知道那时候（20世纪70年代早期）宠物商店里有卖幼年凯门鳄（一种在中美和南美洲生存的鳄鱼）后，我欣喜若狂，便苦苦央求母亲豢养一条。幸运的是，她并没有随意否定我的想法，而是建议我们联系一位远房亲戚——在圣路易斯动物园任副主任的查理·赫赛尔，期望他能够挫败我的“妄想”。那段时间，每天当我父亲下班回家时，我便跑去问他：“你今天和赫赛尔先生聊了吗？”坦率地说，我天生没什么耐心（更别说当时只有10岁）。这件事随着时间的流逝，让我从烦躁到懊恼，再到生气。我在想问题出在哪儿？因为父亲并没有简单地和对方电话沟通，而是坚持选择要与赫赛尔在会议中见面时再提及此事。可是如果两人永远没有见面的机会怎么办？就当我想要放弃希望时，有天晚上父亲回到家告诉我，他已经和赫赛尔先生沟通过了。我充满希望却又紧张、坐立不安地问他：“结果如何？”结果让我异常兴奋，赫赛尔先生认为这个想法很棒，他当年就是以相同的方式对爬行动物产生了浓厚的兴趣！a我的母亲因此无话可说了。接下来，我家的地下室很快就被各种爬行动物占领。事实上，从那时起，我已悄然踏上了自己的职业生涯。

在我照料这些带鳞生物的同时，我还是美国纽约自然历史博物馆出版的月刊《自然历史》的忠实读者。我认为每期杂志的亮点是由学识渊博的哈佛古生物学家斯蒂芬·杰·古尔德所撰写的《生命观》专栏。专栏的标题源于达尔文的《物种起源》。这个专栏呈现了古尔德关于进化过程的一些怪异思想，常常强调不确定性和不可预知性的进化。在古尔德优美的文笔下，历史、建筑甚至棒球等各种小插曲夹叙其间，他用引人入胜的事例向人们展示他的世界观。

当我于1980年被哈佛大学录取时，我急切地想要学习古尔德的选修课程《地球和生命的历史》。他太让人着迷了，我感觉他本人比他在主要是两栖动物和爬行动物的研究。

出版物中的形象更有吸引力。但给我印象最深的教员是厄内斯特·威廉姆斯，他是哈佛比较动物学博物馆两栖动物和爬行动物馆的馆长（目前这个职位由我担任）。他虽然是一位上了年纪的古板科学家，但是却非常欢迎年轻人培养对于爬行动物的兴趣。不久我就发现，我研究的一个特殊种群的蜥蜴原来早就成了他工作生活的重点。

镜头下的变色龙蜥蜴总是显得娇小可爱，它们时而变为绿色，时而变为棕色，脚趾上有粘垫，喉咙下色泽绚丽的皮肤上有伸缩性的皮瓣。但真正让它们在科学家圈子里声名鹊起的是它们惊人的进化能力。目前已经确认物种的就有400多种，并且这个数目还伴随着每年的新发现而不断增加，由此安乐蜥属成了脊椎动物最大的属之一。许多具有繁杂种属的物种都有一个共同的特点，物种多样性的丰富度往往与区域的富饶度，以及局地的自然环境有着密切的关系，多数物种都局限于单独的岛屿或者如美洲热带大陆的局部地区。

20世纪60年代，威廉姆斯的研究生斯坦兰德撰文记叙了不同种群的变色龙适应不同的栖息环境而共生的情况。一些变色龙可以生活在高高的树上，而另一些则栖息在草丛中或者细小的枝杈上。威廉姆斯的过人之处就在于他意识到这种对于栖息地的适应情况可能会在大安的列斯群岛［古巴、伊斯帕尼奥拉（海地）、牙买加和波多黎各等］的每个岛屿上同时发生。也就是说，蜥蜴进化的多样性是独立的，它们在上述提及的这些岛屿的栖息地中也几乎是在同步进化的。

作为一名大学生，我只参与了这个故事中很小的一部分，我主持了一个关于多米尼加共和国两个物种相互作用的荣誉研究项目。毕业后，我前往加利福尼亚州参加了一个博士项目，并且发誓再也不从事蜥蜴方面的研究了，因为我觉得所有重要的东西都已经被威廉姆斯和他的实验室发现了。

只叹我当时是多么年少无知啊！任何人都知道，成功的科学项目往往是回答了一个问题，却会产生3个新的问题。在经历了两年的研究生学习时光，以及一系列失败的项目后，我最终才明白，岛上的这群变色龙才是研究物种进化多样性如何发生的最佳实验对象。

因此，我花了4年的时间遍历加勒比海，爬树、捉蜥蜴，偶尔还品尝一下飘香怡人的pin.a colada（椰林飘香，一种由朗姆酒、菠萝汁和椰子汁制成的鸡尾酒）。我最终发现，即便是利用最新的分析技术，威廉姆斯的有关论断也完全正确。生理和解剖结构相似的物种在不同的岛屿上确实是各自独立进化的。而关于蜥蜴如何跑、跳、攀爬，我从生物力学的角度进行了研究，并发现了生理结构变异的适应基础，从而解释了为何在特定的栖息环境下，物种会演化出诸如长腿或者大趾垫这样的特征。

当《奇妙的生命：伯吉斯页岩中的生命故事》（正文简称《奇妙的生命》）——这部可以说是斯蒂芬·杰·古尔德最伟大的作品——出现在书店的时候，我的论文还未完成。我如饥似渴地读着这本著作，觉得当中的论断十分令人信服。古尔德认为，进化的道路是离奇又难以预测的，重放生命这盘“磁带”，你就可能得到一个完全不同的结果。

不过我们在这里稍微停下来想一想，古尔德认为倒退时间和重放生命进化“磁带”的想法是不可能实现的（至少实际上是这样），但另一种测试进化重复性的方法是在多个地方播放相同的“磁带”。在加勒比群岛上，始祖变色龙的繁殖方式，本质上不都是一样地在重放生命的“磁带”吗？假设这些岛屿有或多或少相同的环境，这不就是进化重复性的检验吗？

的确如此，于是我发现自己陷入了一道智力难题。古尔德坚信进化不会重演，但我自己的研究表明，进化确实重演了。究竟是古尔德错了，还是我的研究成果以某种形式证明了这条规则的例外情况？我选择了后一种解释，接受了古尔德的观点，即使我自己的研究成果因此成了一个反例。

过去的25年里，古尔德的这一观点被不断挑战。一些观点与古尔德对不可预测性和不可重复性的强调形成了鲜明的对照。这些观点强调了适应性趋同进化的普遍性：生活在相似环境中的物种将进化出相似的特征，以适应它们所面对的共同的自然选择压力。我对安乐蜥的研究就是这种趋同性结果的一个例子。这种观点的支持者认为，趋同性表明了进化并不是怪异和不确定的，相反，它其实是可以被预见的：在自然界中谋生的方式是有限的，所以自然选择一次又一次地推动着有相同特征的进化。

自从《奇妙的生命》出版以来，进化生物学有了长足的进步，我也获得了博士学位。这期间各种新的想法、新的方法和新的数据收集方式不断地出现。研究进化的科学家数量也大大增加了。我们已经破译了基因组，绘制了生命树，了解了不断变化的微生物。一些壮观的化石的发现澄清了进化的许多历史问题。

有太多的实例和数据表明了进化的可预见性。我们对于这个星球上的生命的历史了解得越多，就会看到更多这种趋同行为的发生，非常相似的演化结果总在不断地重复发生。我的变色龙研究并不是个例外，古尔德的法则受到了更多的质疑。

但我们现在知道，除了记录历史上发生的事情，我们还有其他研究进化的方法。我们现在可以做到让进化的过程在我们眼前发生，从而展开相应的研究。也就是说，我们可以利用实验的方法实现生命的“倒带”，这是实验室科学用来解决进化预测性问题的标志。

实验是研究进化的一种有力工具。实验过程也充满了各种乐趣。这可能会让你想起高中时期化学课堂上做的各种实验。将各种化学试剂在烧杯中混合后倒入试管中，这个过程并不总是令人愉快的，至少对我来说是这样。但是，当你的试管是巴哈马群岛而你的试剂是各种蜥蜴的时候，情况就完全不同了。当然，有时候太阳是毒辣了点儿，而且没有什么比抓不到一只重要的蜥蜴而更让人沮丧的了，可能因为当时恰巧游过了一条海豚，分散了你的注意力。但实验性进化是进化生物学的前沿领域，它能够让我们在真实的大自然中，在真实的时间里，真实地检测我们关于进化的种种想法。还有比这更让人兴奋的吗？现在进化实验遍及全世界——从特立尼达的山地雨林到内布拉斯加的沙丘，再到大不列颠哥伦比亚省的池塘，这些地方让我们可以更直观地探究进化预测的可能性。

没错，我再次成了一名研究生。不得不说这是一个成为进化生物学家的辉煌时代。这是一个黄金年代。我们可以运用各种工具，从基因测序到野外实验，终于可以回答20世纪那个困扰人们已久的难题了。

围绕正在开展的工作，我准备着手写一本书，书中试图回答这样一个问题：进化究竟如何预测？但当我开始写的时候，我发现书中有太多的内容已经不是目前的科学能够解答的了。科学知识并不是偶然出现的，而是科学家们辛勤努力工作，利用他们的创造力和洞察力去了解自然界的结果。而这也正是研究进化预测性的那群人特别令人着迷之处。

正因如此，本书不单单描述了我们对于进化的了解，还告诉了我们应该怎样去认识我们所了解的这些内容。书中不光有对相关科学理论和技术的论述，还告诉了人们重要思想和理论的来源——研究者们是如何思考问题的，他们在野外实验中经受了怎样的磨炼，有多少科学发现就是由完全不同的想法的偶然碰撞而带来的意想不到的结果。此外，他们所研究的看似深奥的学术问题，实际上对我们理解我们自己在宇宙中的地位，以及我们周围的生物如何应对变化的世界都是至关重要的。因此，本书讲的是一个关于人与环境、动物与植物、重大问题和哲学命题的故事。怀着我对自然界的热爱，故事就这样开始了，一如那个迷恋恐龙的小男孩。