
? ? ?基因突變是向DNA編碼中注入新“想法”的最明顯的途徑。盡管DNA分子很有活力,但并非完美,偶爾也會出錯。以細菌為例,每1 000萬個字母會出現(xiàn)一個錯誤,而細菌有10萬個字母進行DNA編碼,也就是說100個細菌包含的字母中只有1個字母發(fā)生1個錯誤。有些錯誤不會導致生物性狀的變化,因為這些錯誤只是另一種編碼形式。而另外一些錯誤會改變蛋白質(zhì)的構(gòu)成,從而嚴重影響細胞的功能。基因突變帶來進步的可能性很小,也不大可能產(chǎn)生有利于生存繁衍的更好的“想法”。
對所有有機體來說,為了獲取更多的新“想法”來應付動蕩的環(huán)境,其中一個辦法就是控制基因突變的數(shù)量。一些物種確實利用了這一辦法,比如細菌在形勢嚴峻、生存壓力加大的時候,會增加基因突變數(shù)量。酵母菌面對生存壓力的反應不是基因突變,而是改變整個染色體的結(jié)構(gòu),這種做法能產(chǎn)生同樣效果。
有趣的類似情況也發(fā)生在靈長類動物身上。社會地位較低的靈長類動物比地位高的同類更喜歡標新立異—希望通過這些舉動獲取高一級的地位。人類也不乏這樣的例子,比如戰(zhàn)爭總是會帶來技術(shù)的飛躍。
動物的基因突變率雖然和細菌相似,但是存在一個嚴重問題:由于動物基因的形體要比細菌大很多,結(jié)構(gòu)也更為復雜,動物進行自我復制的速度比細菌慢50萬倍,這就導致動物基因的創(chuàng)造力遠遠不如細菌基因。很多動物應對變化的能力非常差。6 500萬年前,隕落到地球上的直徑10公里的小行星對很多動物來說都是致命的,尤其是對恐龍而言。其中一個原因是,這些動物不能適應這顆行星帶來的氣候變化,75%的動物就是因此消亡的。盡管不可能收集到因這一事件而死亡的細菌數(shù)量,但是細菌的死亡比例很有可能很小。由于細菌能夠很快適應這顆小行星墜落帶來的可怕環(huán)境,進化選擇了這些生存在大多數(shù)物種體內(nèi)的新型的細菌,而這種選擇破壞了進化過程。
為了彌補復制速度緩慢帶來的嚴重不足,動物開始進行性繁殖。從很多方面來看,性繁殖是一種新策略。盡管細菌主要通過簡單的分裂方式繁殖,在繁殖過程中保存每個基因,但是細菌也可以進行類似的性繁殖:通過與另外一個細菌(甚至是其他種類的細菌)結(jié)合,替換對方的基因編碼片段。但對動物來說,性繁殖是一種必須,而不是例外。
從“自私的基因”的觀點看,沉溺于性繁殖而不是進行簡單的自我復制會帶來一些小禍患,因為只有一半動物基因的特性傳給下一代。但是性繁殖會提高基因創(chuàng)造力,這證明性繁殖的方式是有價值的。動物兩性的基因混合產(chǎn)生新的基因信息,能提高后代應付危險的能力。這種補償復制速度慢的方式極為有效,所以大部分動物都進行性繁殖。
充分利用性繁殖的一種動物是地位較低的線蟲(nematode worm)。秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)是線蟲中的一種類型,成為基因研究的模式生物。秀麗隱桿線蟲結(jié)構(gòu)簡單,發(fā)育后代的速度很快(約為4天),繁殖方式為有性繁殖。這種線蟲可以自由選擇生育后代的方式—通過自體受精或者與其他線蟲交配。
從信息處理角度看,如果線蟲生活的環(huán)境很安全,有充足的食物,那么不妨采用自體受精的方式,因為它的有關(guān)生存的基因信息準確無誤。但如果線蟲生活在有致命危險的環(huán)境中,它的下一代的DNA就要做重大調(diào)整,而經(jīng)性繁殖產(chǎn)生的下一代可能具有更好的基因來應付惡劣的環(huán)境。秀麗隱桿線蟲就是按照這種方式繁殖的。帕特里克·菲利普斯(Patrick Phillips)及其同事的研究結(jié)果表明,當遇到像細菌感染這樣的威脅時,秀麗隱桿線蟲很可能放棄自體受精,而與其他線蟲交配繁殖,使其家族世系有可能存活下來。在這種情況下,通過與其他線蟲交配產(chǎn)生多樣化的基因,雖然會造成混亂,但還是有利的。相反,那些無視危險進行自體受精產(chǎn)生的后代,不能適應變化的環(huán)境,不出幾代就會馬上消亡。
另一個保持基因創(chuàng)造力的方式是死亡。有一種觀點認為,研究機構(gòu)讓那些脾氣暴躁的老教授到一定年齡退休是明智之舉,這使得頑固過時的理論和思維習慣不能長久地影響學術(shù)圈,也使年輕的、富于創(chuàng)新思想的科學家有機會展現(xiàn)才華。同樣,在自然界,死亡很可能使生物體避免積累過時的信息。有機體在逐漸消亡,這是事實。生物成功生育后代后突然出現(xiàn)的致命的基因疾病不是進化關(guān)注的重點,這也是事實。但這些并非事實的全部。
在某些情況下,死亡也會陷入困境,似乎并不那么確定。比如,生活在寒冷荒涼的南極地區(qū)的一些細菌,生命處于停滯的狀態(tài),但還活著,如果有必要還可以這種狀態(tài)活上幾十萬年。另外,所有被測試過的有機體—從酵母菌、蟲子到人類,僅僅通過少吃點,至少能增長1/3的壽命。因此,這很可能是一種重要的生物機制,使生命體堅持得久一些,直到有足夠的食物,而且環(huán)境變得適合生育下一代。所以在某種程度上,死亡像是事前設(shè)計好的,具有靈活機動的特性,而且很可能有充分的理由。
如果沒有自然死亡,一個物種的基因創(chuàng)造力會受到過時的思想的損害,隨著時間推移,這種損害會變得越來越嚴重。如果年老的一代不消亡,有著創(chuàng)新思想的后代很難得到發(fā)展,因為家庭內(nèi)部就存在激烈的競爭。如果這種情況持續(xù)幾代,那么優(yōu)秀的思想會變得越來越少,而這一物種對外界變化的反應也會越來越遲緩。一旦出現(xiàn)危機(年老的生物是無法解決這些危機的),這個物種應對危機的能力會非常差。而如果正常更新?lián)Q代,情況會好很多。
這也是我們通常不會全部記得所經(jīng)歷的事情的原因。牢記那些不斷增多的不相關(guān)信息,會嚴重干擾我們的日常生活,最終使我們患上精神疾病。有著驚人記憶力的所羅門·舍雷舍夫斯基(Solomon Sherashevski)的例子可以說明這一點。所羅門生于1886年,在一個俄羅斯籍猶太人的小團體中長大,近30歲時成為一名記者。
就在他做記者后不久,人們才發(fā)現(xiàn)他具有超人的記憶力。一天,編輯與往常一樣在早上開會,給記者分派采訪任務。每個人都忙著做筆記,除了舍雷舍夫斯基。他甚至連筆和紙都沒帶。編輯認為舍雷舍夫斯基太懶了,對他很不滿,讓他解釋為什么不做筆記。舍雷舍夫斯基說他根本不需要做筆記,因為他清楚地記得聽到的每一句話,而且向來都如此。編輯不相信,讓他馬上證明。舍雷舍夫斯基照他說的做了,一字不差地復述了編輯在當天早上說過的話。
實際上,舍雷舍夫斯基自己也感到莫名其妙,為什么其他人會和他不一樣?為什么其他人會馬上忘記這些重要的事情呢?這意味著什么?現(xiàn)在人們終于明白舍雷舍夫斯基異于常人了。舍雷舍夫斯基被送到俄羅斯著名心理學家亞歷山大·魯利亞(Alexander Luria)那里,亞歷山大花了30年的時間研究舍雷舍夫斯基的記憶力。
舍雷舍夫斯基的記憶力確實驚人,他似乎能很輕松地記住所有事情。舉一個例子,有人對著他用意大利語大聲朗讀但丁《神曲》里的段落,而他根本不懂意大利語。15年以后,他能夠準確地復述這些詩句,連重音和發(fā)音都與當初他聽到的一模一樣。
擁有天賦的神奇記憶力也要付出代價,這種記憶力帶來了一些負面影響,有些影響不嚴重,有些卻很嚴重。其中一個缺陷是偶爾會出現(xiàn)“只見樹木,不見森林”的情況,也就是說,舍雷舍夫斯基不能理解所記住的信息的意義、結(jié)構(gòu)及模式。他能記住一長串的數(shù)字,卻完全不知道簡單的數(shù)字排列結(jié)構(gòu),例如他就不明白1、2、3、4是遞增數(shù)列。
上述這些思維方面的怪現(xiàn)象與超強記憶力帶來的情感困擾相比,根本算不了什么。由于舍雷舍夫斯基的想象力太豐富了,他經(jīng)常會把現(xiàn)實當作幻想。想象力嚴重影響了他的現(xiàn)實生活,他做一件事要費很大的勁,比如看小說這樣尋常的事情對他來說卻很吃力—小說中的每個字都引起他的想象,形成很多畫面,讓他分心。出于同樣的原因,舍雷舍夫斯基努力地克服過去的經(jīng)歷給他帶來的重壓,他甚至對一歲之前的事情都記得一清二楚。他極力想抹去過去沉重的記憶,因為那些記憶中包含了早期的一些令人緊張的情緒,如恐懼和嬰兒時期的哭泣。
舍雷舍夫斯基的例子說明,有時候舊有信息的消亡反而能讓人更成功。一個人適當?shù)赝粢恍┻^去的事情,有助于準確、有條理地思考當下的事情。同樣道理,老一代生命體的死亡能使一個家族或物種有更強的能力應對變化的環(huán)境。
進化的動力就是繁衍后代,生存居次要地位。死亡作為一種進化手段,展示了繁衍與生存之間的矛盾:為了使基因能夠更準確地反映最新的相關(guān)信息,有利于繁衍后代,有機體會毫不猶豫地放棄生存。
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