然而事實上,答案可能會讓妳失望:它既不是“是”,也不是“不是”
當然,很容易說進化沒有具體的方向,比如沒有“進步”和“退步”——因為根本沒有好的進步和退步的定義,永遠不能說通向人類就是進步,遠離人類就是退步;沒有明顯的“更大”和“更小”——大象比恐龍小很多,但藍鯨是地球歷史上最大的生物。
藍鯨是地球歷史上最大的生物圖片來源:邁克·約翰遜。
但如果不限定具體方向,這個問題就很難談了。因為進化作為壹個歷史事件的時間太長,在不同的時間尺度上會表現出不同的行為。
比如妳日常運動有方向嗎?假設妳工作日只看早上八點,那麽妳可能正往公司方向走高速,正西;但是到了晚上六點,可能就要走高速回家了。平常日子,雖然動了,但是沒有方向。
我們現在說的不是妳壹個人,而是在這個星球上生活了38億年的每壹個生命;我們說的不是壹目了然的身體運動,而是從發育框架到內臟到外貌的全方位指標。妳可以想象這個問題有多難。
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雖然很難,但如果要回答“進化有方向性嗎?”,我們也可以把它拆分成幾個小問題。這裏,我就按時間來分。
A
1微秒
沒有方向,因為沒有運動。
在1微秒的時間尺度上,進化當然是沒有方向的,因為在這麽短的時間內基本上是靜止的。
更久呢?
B
1分鐘
沒有方向性,因為突變是隨機的。
這個時候進化不是壹成不變的,但還是沒有方向,因為突變是“隨機”的,意外也是隨機的。
突變,包括“基因突變”是隨機的。圖片來源:smanewstoday.com。
這裏的隨機性不是通常意義上的數學隨機性概念,而是說“遺傳物質發生了什麽變化,兩者之間沒有聯系。”
19世紀初,幾乎所有人都認為基因的作用方式是“用進廢出”:哪個器官用得多,後代就長得好。雖然我們今天會稱之為拉馬克主義,但拉馬克主義並沒有發明“用進廢退”的思想,而是首先用這個思想來解釋進化。今天的科學已經否定了這種觀點:無論是外部環境還是生物體的使用都不能指定遺傳物質應該如何改變。在這個時間尺度上,自然選擇還沒有發揮作用,所以進化還是沒有方向。(沒錯,連表觀遺傳學都沒有推翻這個觀點,但是這個事情太復雜了,暫時不能在這裏討論...)
拉馬克主義主張“把東西投入使用,然後丟棄”。他們認為,長頸鹿的脖子之所以這麽長,是因為它從祖先開始就壹直吃高大樹木的葉子,所以變得越來越長,而且代代相傳。圖片來源:阿曼達·德弗林格
除了突變,還有各種意想不到的環境事故可以致人死亡,從而改變壹個物種的基因構成。但在短時間尺度上,這些事故也是隨機的。
如果更長呢?
C
1000年
方向性,取決於環境
當自然選擇可以發揮作用的時候,情況已經發生了變化。與隨機突變不同,自然選擇是有方向的。
但這個方向不是更高、更快、更強,而是朝著“更適應環境”的方向。它與我們通常理解的方向概念有微妙的不同。
大自然和人類社會壹樣,做任何事情都是有成本的——只不過這個成本不是金錢,而是能量、養分和時間。如果較高的收益不能覆蓋成本,生物就會變矮。如果聰明消耗太多能量,生物就會變笨。即使在同樣的環境下,不同的生物也會有不同的收支情況,產生不同的變化。但至少,理論上,只要知道壹個環境的面貌和壹個生物此刻的狀態,就可以大致預測它短期內會向哪個方向變化;現實中,這種預測有很多成功的案例。進化生物學可以做出預測,可以被事實檢驗,所以真的是科學。
需要說的是,1000的時間是壹個非常近似的說法,因為不同生物的世代時間差異很大。細菌的理想情況只有20分鐘,而人類需要20年。曾經有壹個廣為流傳的老觀點,認為進化非常緩慢,壹萬年才能看到;這個觀點是不正確的。進化的速度取決於壹代人的長度和環境壓力。如果給細菌99.9%的選擇壓力,當天就能看到明顯的進化;給麻雀5%的選擇壓力,四五年就能看到可測的進化;而如果給人類壹個0.0001%的選擇壓力,當然幾百年也看不出太大區別。畢竟我們距離最初的農業定居者只有500代,對於細菌來說只有壹周的時間。
濫用抗生素會加速細菌耐藥性的進化。圖片來源:伊恩·庫明
另外,值得壹提的是,僅憑環境不足以決定生物的長相。既要考慮現有生命的歷史和現狀,如果時間稍長,還要考慮偶然性。很多人都註意到了“趨同進化”的現象——比如澳大利亞的有袋動物和其他大陸的哺乳動物進化出了若幹相似的物種,於是有人用這種說法認為進化是有方向性的,數學家西蒙·康威·莫裏斯認為地球上必然會誕生智慧生命。但現實中,空坑大概比占坑多。新世界的猴子有抓尾巴,舊世界沒有;澳大利亞有袋狼和袋獾,但沒有有袋蝙蝠、長頸鹿、大象和靈長類動物。趨同進化是壹個很有趣的現象,但它遠非普遍規律,自然也無法規定整個進化的方向。
澳大利亞有許多不同的有袋動物,這是“趨同進化”的體現。圖為考拉。來源:動物事實指南
(所以“進化的方向是適應”的說法是不恰當的,脫離具體的環境和物種來談適應是沒有意義的。)
但是更久呢?
D
1百萬年
好像沒有方向,因為環境會變。
環境是物競天擇的基準,環境改變了進化方向也會改變。在1代的尺度上,我們通常不用考慮環境變化(人類除外,人類改變環境的能力太奇妙了),1萬年也不行。
在這個尺度上,環境的變化是很麻煩的。
壹方面,環境變化具有壹定的周期性。冰河期就是壹個典型的例子:在過去的654.38+0萬年裏,地球處於大約654.38+0萬年遭遇壹次冰河期的循環中。上壹次結束於654.38+0多萬年前,下壹次可能在5萬年左右到來。
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決定這個周期的主要因素似乎是地球的軌道。雖然地球壹年繞太陽轉壹周,但實際上每壹圈都不是壹成不變的,軌道偏心率、軌道傾角、地軸傾角都會發生微小的變化,而且這種變化是周期性的,壹般在幾萬年左右。因此,10000年前,生物可能正在適應溫暖的環境,但50000年後,它們將開始適應寒冷的環境。幾個周期下來,沒有方向。
另壹方面,數百萬年的時間尺度也是地球級災難開始出現的尺度。比如3200立方千米的巖漿級超級火山,幾乎是1億年壹次。這場災難對環境的影響太偶然了,無法預測。
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無論是循環還是偶然,都沒有方向。雖然自然選擇仍在發揮作用,但其目標不斷變化,導致生物進化失去了明顯的方向。
如果更長呢?
E
6543.8+0億年
壹無所知
這可能是宏觀進化領域中最欺騙人的問題。
如果我們回顧壹下地球過去6543.8+0億年的生命史,幾乎所有人都會有壹個印象,生命正在由簡單向復雜轉變。畢竟6543.8+0億年前,只有非常簡單的多細胞動物,而5億年有寒武紀大爆發,4億年動物登陸,2億年恐龍誕生,5000萬年哺乳動物占主導,20萬年有智人。這種明顯的趨勢難道不是方向性的嗎?
不會。因為自古以來,地球上絕大多數的生物壹直都是各種細菌。
好吧,即使只是極少數人在變得更復雜,我們至少可以說,生命的復雜性上限在增加,這至少可以看作是有方向性的。
不壹定。因為沒有方向,對隨機事件沒有偏好,所以也能產生“看似”的方向性。
進化生物學家古爾德舉了壹個著名的例子。
晚上有壹個醉漢走在街上。街道的左邊是壹堵墻,右邊是壹條溝。醉漢醉得壹塌糊塗,走路方向完全是隨機的,沒有趨勢。第二天人們會在哪裏找到他?在溝裏。他會掉進溝裏,不是因為他有喜歡溝的傾向,而是因為墻擋住了他的路,他不能再往左走了。如果沒有溝,那麽夜越長,醉漢到墻的平均距離越遠;不管溝離墻有多遠,只要醉漢壹直這樣走下去,他最後掉進溝裏的概率壹定是1。
在這個例子中,如果我們把溝去掉,讓壹大群醉漢隨便亂走,就會發現他們的足跡被大面積覆蓋——有的醉漢離墻很近,有的離墻很遠。起初所有的醉漢都靠著墻,最後壹些醉漢走得很遠。夜越長,醉鬼離墻越遠。而我們人類,暫時是走得最遠的醉鬼之壹。
人類是最復雜的生物,也是“離墻最遠的醉漢”。細菌從壹開始就處於非常簡單的狀態,無法進化到更簡單的狀態,相當於“被墻擋住了”。
當然,也可能是酒鬼其實有點討厭墻,每向左走100步就向右走101步,肉眼難以分辨,需要統計——但我們的數據還不夠。所以,只能說“不知道”。
會更久嗎?
F
6543.8+00億年
方向的
要麽我們飛到星星上去,要麽我們都死了。
這個是最簡單的,因為太陽作為主序星的壽命只有50億年。之後太陽會先變成紅巨星,亮度急劇增加,吃掉水星和金星,然後要麽把地球烤熟,要麽直接吞掉。然後,太陽會變成白矮星,地球(如果還存在的話)會陷入寒冷的夜晚。除非掌握了先進的科技和文明,否則應該沒有能在這壹劫中存活下來的生命。
太陽變成紅巨星後,地球可能不復存在。圖片來源:宇宙如何運作
再...那就不是生物進化的問題了。
從歷史上看,進化這個詞在文化界長期與進步的概念聯系在壹起,這導致它在中國被翻譯成“進化”。但達爾文曾在筆記中寫道,“永遠不要說什麽最高層次或最低層次”,而今天的生物學家基本達成共識:生命史沒有明顯的方向,無法用進退來概括。從這個意義上來說,“進化”是壹個比“進化”更好的詞。
但是,不單純的進退不代表沒有方向。它的方向問題是壹個巨大的坑,不可能給出“是”或者“不是”這樣簡單美好的答案。可惜在生物界,幾乎所有的大問題都是這樣的。畢竟,與永恒的物理定律不同,生命是歷史的產物,歷史必然是復雜的——有了人的參與更是如此。