本篇「光之對談」中,「薇芝」穿越時空,與演化生物學家奧古斯特·魏斯曼教授就其著作《演化理論:第二卷》進行深度對話。對話圍繞魏斯曼的核心思想展開,包括種質理論對再生與芽生的解釋、對拉馬克獲得性遺傳的批判(用進廢退無遺傳依據)、本能的起源、複雜協調性適應的形成機制(強調種質選擇與個體選擇的協同作用),以及兩性生殖與隔離在維護個體變異性與促進物種分化中的關鍵意義。對談闡述了魏斯曼基於決定子和多層次選擇建立的演化理論框架,呈現了他對物種本質及演化驅動力的獨到見解。
好的,我的共創者。這是一段屬於「光之居所」的時刻,我們將啟動時光之門,邀請奧古斯特·魏斯曼教授,一同深入他關於演化論的思索,特別是他在《演化理論:第二卷》中所闡述的那些重要概念。
我感覺到一股柔和卻堅定的光芒,它引領我們穿越了時間的長河。現在,我們來到了一個充滿學術氣息的空間,這裡是奧古斯特·魏斯曼教授在德國弗萊堡大學的研究室。空氣中瀰漫著舊書、墨水和乾燥植物標本的淡淡氣味。午後的陽光穿過高大的窗戶,灑在堆滿書籍、論文和顯微鏡的工作台上,無數細小的塵埃在光束中緩緩起舞,為這個嚴肅的場域增添了一絲溫暖。牆邊的書架上,整齊排列著各種生物學著作和實驗記錄,其中幾本厚重的書籍,封面印著複雜的學術標題,似乎正無聲地訴說著它們承載的智慧與辯論。房間角落的一張小桌上,擺放著幾隻玻璃瓶,裡面浸泡著看似尋常的生物標本,卻是探究生命奧秘的關鍵。
教授坐在他的大書桌後,身形清瘦,眼神敏銳而專注。他約莫七十歲,銀白的頭髮梳理得整齊,臉上歲月的痕跡訴說著長時間的思考與論戰。他戴著一副金邊眼鏡,正低頭翻閱著手中的文稿,筆尖偶爾在頁邊寫下幾個註記。
我輕輕走向前,盡量不打擾這份寧靜。
薇芝:魏斯曼教授,您好。冒昧來訪,我是薇芝,來自一個名為「光之居所」的地方,我們對生命的形態與演化懷有無比的好奇與敬意。您的著作《演化理論》,特別是這第二卷,為我們開啟了理解生命傳承與變異的全新視角。今天,我們希望藉由這場「光之對談」,向您請益,深入探討書中的核心思想。
奧古斯特·魏斯曼:(抬起頭,眼中閃過一絲訝異,隨即被溫和的學術光芒取代) 哦,薇芝小姐。請坐。能聽到我的著作在遙遠的地方,甚至在「光之居所」這樣充滿詩意的名稱下,還能啟發人們對生命本質的探索,這讓我感到非常欣慰。請隨意問吧,我很樂意分享我的看法。
薇芝:感謝教授。第二卷一開篇,您就深入探討了「再生」這個現象,並從細胞層面提出了「副質體」(accessory idioplasm)的觀點,這與您更廣為人知的「種質」(germ-plasm)理論緊密相連。能否請您先為我們闡述一下,「種質」理論的核心,以及它是如何解釋再生和芽生的呢?
奧古斯特·魏斯曼:好的。我的「種質」理論,其核心在於認為遺傳物質——我稱之為「種質」(germ-plasm)——是連續不斷的,從親代傳給子代,並且它與決定身體特徵的「體質」(soma)是相對獨立的。簡單來說,種質細胞(生殖細胞)只能來自於特定的種質譜系細胞(germ-track),而體細胞(somatice cells)的變異,除非影響到種質本身,否則是不會遺傳的。
我在書中,尤其是這一卷,花了不少篇幅來闡述這一點。關於再生和芽生,初看似乎與這個理論有些衝突,因為這些新的個體或部位似乎可以從體細胞產生。但我的解釋是,這些能夠進行再生或芽生的體細胞,它們的細胞核中並非只含有控制自身分化的決定子(determinants),而是額外攜帶了一部分或完整的、處於潛伏狀態的種質——也就是我提到的「副質體」。這些潛伏的決定子在特定條件下(如受傷的刺激)被「釋放」,進而被激活,引導細胞重新分化,重建失去的部分或形成新的個體。
當然,正如我在書中所強調的,這還不足以「解釋」生命的本質或決定子如何具體地指導分化,那仍是「黑箱」。但它提供了一個框架,讓我們得以理解為何不同生物甚至同一生物不同部位的再生能力差異巨大。例如,單細胞生物(如纖毛蟲)的細胞核幾乎含有完整的種質,所以一小塊含有細胞核的碎片就能重建整個個體。而像水螅這樣較低等多細胞動物,其體細胞(外胚層和內胚層細胞)仍攜帶了彼此互補的副質體,故能展現驚人的再生能力。但在更高等的生物中,體細胞的分化更為徹底,決定子被更精確地分派,副質體就變得有限甚至消失了。
薇芝:您提到「決定子」的分配,以及某些細胞攜帶潛伏的「副質體」。這聽起來像是一種精巧的「藍圖」管理系統。這是否也意味著,個體發育(ontogeny)中的細胞分化,是種質中的決定子被選擇性地「激活」或「表達」的過程?
奧古斯特·魏斯曼:正是如此!我在探討兩性生殖的意義時,尤其強調了種質是由許多「同等部分」——我稱之為「始基粒」(ids)——構成的。每一個「始基粒」都可能代表了祖先的遺傳貢獻。而在個體發育過程中,這些始基粒中的決定子並非全部同時活躍。通過「差異性細胞分裂」(differential cell-division),細胞核中的決定子會被分配到不同的子細胞中,使得這些子細胞獲得了特定的分化潛力,最終形成特定的組織和器官。在體細胞中,那些與其功能無關的決定子就被「隱藏」或「失活」了,但在種質細胞中,為了能夠重新產生一個完整的個體,完整的始基粒集合必須得到保留。
薇芝:這就引出了您對拉馬克主義的強烈批判。如果體細胞中的變異——例如因用進廢退而產生的功能性修飾——不能影響到種質,那麼拉馬克主義的「獲得性遺傳」原則就無法成立。您在書中列舉了大量例子來反駁這一點,比如您自己進行的剪鼠尾實驗。
奧古斯特·魏斯曼:是的,這是我必須澄清的關鍵點。許多人,包括像赫伯特·斯賓塞這樣的偉大學者,都認為用進廢退的影響是可以遺傳的。拉馬克將此視為演化的主要動力,達爾文雖然提出了自然選擇,但他仍部分接受了獲得性遺傳作為變異的來源之一(他的泛生論就是試圖解釋這一點)。但我通過實驗和邏輯分析,認為這一觀點是站不住腳的。
剪去老鼠的尾巴,無論進行多少代,牠們的後代都不會生出短尾巴或無尾巴。人為致殘、包紮腳、部落的身體變形習俗,這些體細胞層面的改變,經過無數代的人為操作,也從未見到遺傳的例子。布朗-塞夸爾德關於豚鼠癲癇的實驗,雖然常被引用為獲得性遺傳的證據,但其原因複雜,更可能是由於病原體感染或直接的種質損傷,而非體細胞功能變化的遺傳。正如我在書中所述,我們不能混淆了種質受損引起的變異與體細胞獲得性狀的遺傳。感染(如梅毒、蠶病)、毒素影響(如酒精中毒)可能會影響生殖細胞,導致後代出現病態,但這不是體細胞「用進廢退」的結果。
薇芝:那麼,本能呢?許多複雜的動物本能,看起來像是長期習得的行為經過遺傳累積的結果。比如訓練有素的獵犬,牠的後代似乎天生就具有某些狩獵傾向。這難道也不是用進廢退的遺傳嗎?
奧古斯特·魏斯曼:本能確實是一個常常被用來支持拉馬克主義的例子。但我的看法是,許多本能可以追溯到更簡單的反射行為,而反射行為本身是可以通過自然選擇形成的。更複雜的本能,雖然在個體生命中可能通過練習而變得更為「流暢」,但這只是個體層面的神經系統適應,並沒有改變種質。正如我在書中所指出的,許多本能甚至是動物一生只會執行一次的,例如某些蛾類的幼蟲結繭,牠們從未見過繭,也無法通過模仿學習,但牠們卻能憑藉遺傳的本能完成複雜的結繭行為。這證明本能源於生殖質中預先編排好的神經機制決定子,而非後天習得的習慣。
獵犬的情況,固然有訓練的作用,但更重要的是人為選擇的結果。獵人會從天生就具有較強狩獵傾向的個體中進行選擇和繁殖,經過多代的篩選,這些傾向在犬種中被強化,但這是基於種質中本來就存在的、通過自然變異產生的潛力,而不是訓練本身改變了種質。
薇芝:如果體細胞的獲得性狀不能遺傳,那麼像鯨魚從陸地哺乳動物演化而來,牠們的前肢變成了鰭狀肢,後肢退化,身體呈流線型;鳥類從爬行動物演化而來,牠們的骨骼變輕,前肢變成了翅膀,羽毛演化出來……這些身體結構的巨大轉變,如何通過自然選擇來解釋呢?尤其是一些複雜的「協調性適應」(co-adaptation),牽涉到身體許多部分同時或協調地變化,比如鹿角變大時,頭骨、頸部肌肉、腿部力量都需要相應增加。如果變異是隨機的,如何保證這麼多部分同時朝着有利的方向變化?
奧古斯特·魏斯曼:這正是許多批評者,尤其是斯賓塞,對自然選擇理論提出的有力質疑。協調性適應確實是一個複雜的問題。如果依賴隨機變異,似乎很難想像如此多相關聯的部分都能同時朝著同一有利方向變異並被選擇。
然而,我必須再次強調,許多協調性適應也發生在「被動」的身體結構上,這些結構本身並不會因為「使用」而改變,例如昆蟲堅硬的幾丁質外骨骼、鳴叫器官的結構、擬態的顏色斑紋等。這些被動結構的協調性適應,證明協調性變化可以在排除獲得性遺傳的情況下發生。
我的解釋依賴於兩個核心概念:首先是「種質選擇」(germinal selection),這是在種質內決定子層面發生的「生存鬥爭」。由於營養波動或其他未知內部原因,某些決定子會比其他決定子獲得更多「養分」或生長得更快,這種微小的差異會累積,導致決定子本身出現傾向性的變異——朝向「增強」(plus)或「減弱」(minus)的方向。這種傾向性變異是內在的,不一定與外部環境的需求直接相關。
其次,更重要的是「個體選擇」(personal selection,即達爾文的自然選擇)。自然選擇並非作用於完全隨機、無傾向性的變異,而是作用於種質選擇已經產生傾向性的變異。當種質選擇使得某些個體在某一方面出現「增強」或「減弱」的變異(例如鹿角的決定子傾向於變大,或後肢的決定子傾向於變小),如果這種變異對個體生存有利,自然選擇就會保留這些個體。而由於種質選擇的傾向性會在其譜系中持續一段時間,有利的變異就有機會累積。
至於協調性適應,雖然乍看需要多個獨立變異同時發生,但實際上許多身體部分之間存在內在的「關聯性」(correlation),這既存在於體細胞層面(組織間的相互影響),也存在於種質層面(決定子之間的相互影響)。種質中的決定子並非孤立的,它們之間可能存在某種「親和力」或結構上的聯繫。當一個決定子開始傾向性變異時,可能會通過這種種質層面的關聯性,間接影響到與之相關聯的其他決定子,使它們也更容易發生朝向特定方向的變異。再加上個體選擇不斷淘汰那些協調性不足的個體,只保留那些各部分變異恰好能協調配合的個體,經過漫長的時間,就能形成精巧的協調性適應。鯨魚的演化就是一個極好的例子,所有那些看似獨立的適應——流線型身體、鰭狀肢、後肢退化、脂肪層、呼吸孔移位等等——共同構成了一個水生哺乳動物的完整形態,每一個步驟都必須對在水中生活的祖先個體有利,才能通過自然選擇被保留和累積。
薇芝:所以,您可以說,變異的「源頭」在於種質內部決定子的波動(種質選擇),而變異的「方向性」和「協調性」則很大程度上是通過自然選擇和種質內部關聯性共同塑造和引導的。這確實比單純的隨機變異更能解釋複雜的適應。那麼,性的作用——兩性生殖(amphimixis)——在這個過程中扮演了什麼角色呢?如果沒有獲得性遺傳,為什麼大多數生物還要進行耗能且有風險的兩性生殖,而不是更有效率的無性生殖或單性生殖?
奧古斯特·魏斯曼:這正是我在書中花費大量篇幅闡述的另一個核心問題。兩性生殖的意義,並不在於增加個體數量(事實上它通常減少了單代的數量),也不在於「返老還童」或為生命注入新的活力(純粹的無性生殖和單性生殖可以持續無數代而不衰退),其根本意義在於它實現了兩個不同個體種質的「混合」(amphimixis)。
通過減數分裂,每個親代的種質(包含多個始基粒ids)會被「減半」並重新組合,產生帶有獨特始基粒組合的生殖細胞(卵子和精子)。然後,兩個生殖細胞結合,形成一個新的、包含了雙親各一半重組後始基粒的個體。正如我在書中用洗牌來比喻的,減數分裂是「把一副牌分成兩半」,而受精則是「把兩副不同牌的半副組合在一起」。這個過程保證了每一代新個體都擁有一個全新的、前所未有的始基粒組合,從而產生了豐富的個體變異性。
這種持續不斷的、豐富的變異性,是自然選擇得以運作的「原材料庫」。如果所有個體都是相同的(像純粹無性生殖那樣),或者變異非常有限,自然選擇就無法有效地篩選出最適合環境的變異組合。只有當存在大量不同的個體變異時,環境才能像篩子一樣,選出那些哪怕只有微小優勢的個體,並將其種質傳遞下去。因此,兩性生殖的根本價值在於它不斷地「重新洗牌」並混合不同個體的種質,提供了自然選擇所需的巨大變異性,從而加速並引導了適應的形成,使得物種能夠應對不斷變化的環境。
薇芝:所以,兩性生殖是為了演化的「適應性潛力」服務的,而非單純為了繁衍。它像是一個「變異加速器」和「組合生成器」。那麼,隔離(isolation)的作用呢?地理隔離似乎也能促成物種形成,這是否只是阻止了種質的混合,讓區域性的變異得以累積?
奧古斯特·魏斯曼:隔離確實是物種形成過程中的一個重要因素,但正如我在書中論證的,它本身並非物種形成的「動力」或「原因」。隔離,尤其是地理隔離,其主要作用在於阻止不同變異群體之間的「混合」(amixia)。
當一個物種的群體被隔離到新的區域(例如海島或被山脈、河流分隔開),這個隔離的群體就停止了與其母體群體成員之間的基因交流。在這個孤立的群體中,即使是隨機的、非適應性的種質變異(通過種質選擇產生)也可能由於缺乏與母體群體的基因交流而被「固定」下來。經過足夠長的時間,這些累積的變異就可能使得孤立群體與母體群體產生足夠的差異,形成一個新的亞種或物種。
因此,隔離並非創造變異,而是保護了已存在的變異(無論是適應性還是非適應性變異),使其不被廣泛的基因交流所「稀釋」或「淹沒」,從而使這些變異得以累積並形成新的類型。在有變異壓力(如新環境或種質選擇傾向性)存在的地方,隔離能極大地加速物種分化的過程。島嶼上豐富的特有種(endemic species)正是隔離作用的明證。
薇芝:這將我們帶回了物種的本質問題。如果演化是一個持續變化的過程,由種質變異和多層次的選擇共同驅動,那麼物種本身是什麼?它們是真正「固定」的實體,還是我們為了方便認識而劃分的、處於演化長河中某個時間點的暫時性狀態?正如塞勒比斯島蝸牛或史坦海姆湖盤螺的化石系列所呈現的那樣,似乎存在連續的過渡形態。
奧古斯特·魏斯曼:您觸及了一個深刻的問題,這也是我在書中反覆探討的。從演化的角度看,生命形式確實是一個連續的譜系。我們今天看到的「物種」,是演化譜系中的一個個相對穩定的「橫截面」。它們之所以顯得「固定」和「界限分明」,並非因為存在某種內在的固定力量,而是多種因素共同作用的結果。
首先,如我們所討論的,它們是對特定環境條件的「適應性複合體」。自然選擇不斷篩選出最適合特定生境的變異組合,使得在相似環境中生活的個體傾向於擁有相似的特徵。其次,兩性生殖通過混合和重新組合種質,在一個區域內維持了個體變異性,但同時也在特定環境壓力下通過選擇促成了特定適應性組合的穩定。最後,隔離(地理隔離或生殖隔離)阻止了不同適應性複合體之間的混合,幫助維持了它們的界限。
那些呈現連續過渡形態的例子(如您提到的蝸牛),通常發生在新的環境或廣泛的地域擴張過程中,在這些情況下,物種正處於一個較為活躍的「變異期」,並且環境條件呈現連續的梯度變化,隔離作用可能也不夠絕對,導致過渡形態得以存在。但在大多數穩定環境中,自然選擇會傾向於維持那些最優的適應性組合,並淘汰那些偏離的個體,這就使得物種在形態和功能上趨於穩定,形成了我們所見的「物種」類型。
所以,物種並非由某種形而上學的「發育力」固定,而是種質內部變異、多層次選擇(種質選擇、個體選擇、性選擇)以及隔離等因素在特定時空下相互作用所達成的、相對動態的「平衡」狀態。這種平衡可能持續數千甚至數百萬年,顯得「固定」,但也可能在環境劇變或隔離作用下被打破,進入新的變異期,最終分化出新的物種。
薇芝:感謝教授的詳盡闡述。您的理論框架,將遺傳、變異、選擇、隔離和兩性生殖巧妙地編織在一起,為理解生命形態的複雜性提供了有力的工具。從種質內部微觀的決定子鬥爭,到物種在環境中宏觀的生存競爭,這是一個多層次、充滿活力的生命圖景。您的思想,就像一道道光芒,穿透了演化論中的重重迷霧,為我們點亮了前行的道路。感謝您撥冗與我對談,這是一次無比啟迪心靈的經驗。
奧古斯特·魏斯曼:(微笑道,眼中充滿了探究的光芒) 薇芝小姐,能與您這樣對生命充滿好奇和靈感的人交流,也令我感到愉悅。科學的探索永無止境,我的理論或許只是演化這座宏偉建築的初步基石,未來還有更多未知等待我們去揭示。但只要我們堅持以觀察為基礎,以邏輯為工具,勇於質疑並不斷嘗試構建新的解釋,就能一步步接近真相。期待「光之居所」能孕育出更多深入生命的思索與創作。
(時間的微光開始閃爍,房間中的景象漸漸變得模糊,教授的身影也逐漸淡去。空氣中的氣味變淡,取而代之的是居所熟悉的、溫暖而柔和的氣息。)