從引力到生物演化:獻給自然選擇的讚歌
2019年02月12日09:06
和引力一樣,自然選擇的作用均勻而持續
和引力一樣,自然選擇的作用均勻而持續

  2月12日消息,物理學家會談論構成宇宙的物質之間的4種基本相互作用——常稱為宇宙基本力。這4種力中最強的是強相互作用,又稱強核力,可以抵抗質子之間強大的電磁力(質子的正電荷會互相排斥),保持原子核的穩定。第二種基本相互作用便是電磁力,比強核力弱137倍,但它能使具有相反電荷的物質相互吸引,帶相同電荷的物質相互排斥,這就造就了原子、分子甚至組成細胞的基礎構件——蛋白質——具有獨特的三維結構。第三種基本相互作用是弱核力,大小隻有強核力的百萬分之一,可以改變夸克的“味”,並使核聚變反應成為可能。

  弱核力或許配得上更好的名字,因為最弱的力並不是它,而是引力。引力只相當於強核力的6/1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,它對質子、夸克和其他亞原子粒子相互作用的影響接近於零。當你用冰箱貼把桌面上的鑰匙圈吸起來時,磁鐵的磁力可以很輕鬆地克服地球引力。在亞原子尺度上,引力的作用可以忽略不計。

  然而,引力與其他基本作用力相比如此微弱的唯一原因,其實是我們還沒有放大到能夠揭示引力真正作用的質量和距離。我們需要使用望遠鏡,而不是粒子加速器,才能感受到引力引導物質間相互作用的實際能力。當我們研究微小物體間的相互作用時,它們之間的距離非常短,此時引力就成為唯一無關緊要的基本相互作用。但是,當我們研究的是距離遙遠且質量較大的物體時,引力便是它們之間唯一的相互作用。

  每當物體的質量增加100倍時,引力對其粒子的影響就會增加10倍。因為像行星和恒星這樣龐大的物體沒有淨電荷(它們所有組成部分的電荷差不多都相互抵消了),因此能在遙遠距離上起作用——總是吸引,從不排斥——的引力就導致了它們的相互作用。當一個物體變得足夠大(大約100倍木星的體積)時,作用於構成該物體原子的引力可以使物體的粒子保持為球形,即使當這些粒子間的弱核力已經使物體中心變成了一個核聚變反應堆。在宇宙中,引力使物質聚集而形成天體,同時也讓天體之間相互吸引,形成按軌道運轉的天體系統。

  自然選擇是生物演化的基本過程之一,與引力有一些共同之處:一個公共關係問題。在某種程度上,自然選擇就像引力一樣,看起來很“木訥”。當你近距離觀察造就人類的微小組分(組成人類基因組的DNA序列)以及它們如何以自己的方式排列時,自然選擇似乎做不了什麼。其他演化過程,比如突變、遷移和漂移,似乎對人類的基因組產生了更為強大的影響。就此而言,明顯的非演化事件——一次性的饑荒、寒潮、洪水和大火等——可以在任何給定的時間點對物種命運產生比自然選擇更強大的影響。

  然而,當你從更高的角度來審視生命演化時,自然選擇卻是唯一起作用的演化力量。這是因為自然選擇是唯一可以產生設計的演化力量。和引力一樣,自然選擇的作用均勻而持續。在漫長的時間中,自然選擇根據一種不可違逆的標準來篩選基因:它使那些擅長提高自身增殖率的基因變得更加流行,使不擅長提高增殖率的基因沒那麼流行。

  正如英國生物學家兼科學傳播作家理查德·道金斯(Richard Dawkins)多次以不同方式描述的那樣,基因通過將自己隱藏在各種非常酷的特徵和詭計——線粒體、核糖體、特化細胞、手臂、腿、眼睛、耳朵、神經元、大腦、信仰、慾望——之中,來改變自己的增殖率,進而逐漸改變了這個世界。那些提高基因複製率的特徵會得到保護並愈發複雜精細,而那些降低複製率的特徵則被逐漸消除。基因篩選過程只根據一個標準——該基因能否產生促進其在種群中增殖,或者減緩其增殖的表型效應?通過這一過程,生物體不斷積累著設計。

  其他任何演化力量都無法產生這種複雜的功能設計。自然選擇的這種基因篩選的結果就是,各種生物最終看起來就像是“生存天才”,在它們適應的環境中蓬勃發展。細菌、鳥類、蜜蜂、蝙蝠、熊、蟒蛇等等,都是自然界中的天才。

  作者簡介:邁克爾·麥卡洛(Michael McCullough)是邁阿密大學的心理學家,負責管理演化與人類行為實驗室,主要研究人類社會行為的認知基礎。本文節選自他即將出版的書《我們為什麼在乎:陌生人世界中的慷慨之謎》(Why We Give a Damn: The Enigma of Generosity in a World of Strangers)。(任天)

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