【演化生物学】4. 查尔斯·达尔文（二）：自然选择

内容提纲

• 达尔文以其人的观点为基础

• 达尔文从研究和生活经验中学习

• 自然选择的基本点

• 自然选择用于科学方法

你知道么？

• 物种内部的变异，在环境发生变化的情况下，至少增加了一部分种群成员得以生存的可能性。
• 一个种群中，那些具有有利特征的个体将变得最为常见或普遍，因此种群的共同特征会随着时间的推移而改变。
• 虽然自然选择演化的证据存在，但其影响无法预测。

查尔斯·达尔文开始理解演化的故事，有趣且重要。在“查尔斯·达尔文I：物种起源”模块中，我们聚焦于他如何得出与“每个物种都是被单独创造的且不可改变”这一观点不同的看法。在这里，我们将更仔细地考察达尔文是如何提出演化变化的机制的（他称之为“自然选择”）。自然选择是促使物种发生世代间变化的力量。它也是形成新物种的力量，这些新物种是经由种群中长期积累的变化而产生的。

图 1：达尔文最著名的著作《物种起源》的标题页。

虽然达尔文当之无愧是演化论的奠基人，但他最卓越的天赋之一是能够发现一个好的观点，并从诸多知识领域中将信息综合起来。达尔文的成功离不开他向他人的学习，就像伟大的物理学家艾萨克·牛顿声称自己“站在巨人的肩膀上”一样。

因此要发展自然选择带来演化这一想法，达尔文无需创造“动物和植物适应其生存环境”的观点，因为这一观点18世纪末已经被接受了。他无需反对《圣经》中七天创世的故事，因为现代地质学之父查尔斯·莱尔（Charles Lyell）已经证明，地球的历史至少延续了数百万年，而不是《圣经》中所暗示的数千年。达尔文甚至不必自己提出自然选择的想法——这是受到其他人启发的！英国牧师和经济学家托马斯·罗伯特·马尔萨斯（Thomas Robert）在1798年撰写了《人口论》。马尔萨斯提出，从经济学角度出发，如果人类人口的增长不受疾病、饥饿、战争与其他因素制约，就会自然而然地扩张至超出我们生产食物以维持生存的能力。换言之，人类社会也陷入了一场“生存竞争”。在其自传中，达尔文承认这一思想是自然选择理论的开端：

1838 年10月，也就是在我开始系统性探究的15个月之后，出于消遣的目的，我恰巧阅读了马尔萨斯的《人口论》。因为长期持续地观察动植物的习惯，我充分认识到生存竞争无处不在，这立即使我想到，在这种情况下，有利的变异将得以保存，而不利的变异将被消除。其结果则是新物种的形成。因此，我终于有了一种可以用于我的工作的理论。——查尔斯·达尔文，1876年

b.错

图2：唐恩小筑——查尔斯·达尔文的家和研究实验室。

享有盛名的为期五年的小猎犬号环球之旅结束后，达尔文在他位于伦敦郊区的家中度过了大部分时间，这是他科学活动的基地。他的工作远不止于写作一些关于宏大思想（比如自然选择）的文章。他勤勉地从零开始构建对于各种动植物的知识，从达尔文家族一直持续进行的诸多不同研究项目中汲取经验。其中许多研究也许看起来微不足道，却带给他丰富的洞见，为他积累了大量经验，让他在公众与来自诸多不同领域的科学家中获得了巨大的声誉。达尔文开创了对于藤壶、珊瑚礁、物种杂交、兰花授粉、人类起源、动物行为等课题的研究，这些课题如今已成为海洋学、植物学、遗传学、生态学、地质学和心理学的基础。

b.觉得家庭生活与他关于演化和“生存竞争”的观点无关。

• 一个物种的每一代，出生的个体数量多于实际上存活到繁殖的个体数量。

• 所有个体在结构和行为上都存在差异，其中许多差异是遗传的。

• 有些个体比其他个体具有更强的生存和繁殖能力，因为它们的遗传特征比同一种群中其他个体的遗传特征更适应环境条件。

• 每个物种的后代繁殖速度都大于环境提供食物、庇护等需求的速度，携带有利性状的个体数量将多于那些没有携带这些性状的个体。因此，随着时间的推移，物种的共同特征将发生变化。

这种变化是代际发生的演化调整，其背后的过程是自然选择。达尔文选择“自然选择”这一术语，是因为这个过程与“人工选择”非常相似，人们长期以来一直运用这种方法来生产和保存与我们共同生活的动植物品系。两者都依靠“差异繁殖”（differential reproduction）来产生效果。也就是说，两者都促进了拥有理想特征的种群中某些成员的繁殖。例如，人们通常将狗培育得可以保护人，却没有过度的攻击性。最终，这些特征成为品系或种群的关键特征。

考古学家已经证明，对动物和植物的人工选择已经持续了至少10 000年。但达尔文知道，地球远比这古老得多——至少要古老几百万年——因此，物种可以通过自然选择积累大量变化。在某些年份，食物可能很丰富，疾病率很低，因此环境对个体施加的“修剪”效应较小。一个物种的总种群规模可能会不受限制地增长。然而，这意味着更多不适应艰难时期的个体将生存下来，而当条件发生变化时，选择压力，即塑造繁殖成功的力量，也会变得更大。因此，很难说哪些类型的特征将在长时间内受到自然选择的青睐。

将自然选择应用于科学方法

科学方法自有其修剪方式，从那些能更好地解释数据的观点中分离出次要的观点。许多领域的进展已远远超出了达尔文时代所知的水平，自然选择的观点经受住了许多考验和挑战。例如，人们可能会猜测，《物种起源》出版几十年后当人们最终了解遗传的基本知识后，自然选择的原则将会失败：达尔文不知道特征是如何跨代传递的。然而，自然选择的理论仍然屹立不倒。随着时间的推移，遗传学、分子生物学、地质学、古生物学等学科无需发明另一种演化机制来取代自然选择，就可以继续解释新的与旧的现象，自然选择理论变得越来越强健。

资料来源：

Alfred L. Rosenberger, Ph.D. “Charles Darwin II” Visionlearning Vol. BIO (4), 2004.

https://www.visionlearning.com/en/library/Biology/2/Charles-Darwin-II/111