红王后的苦衷
在《爱丽丝漫游奇境记》故事中,爱丽丝进入了梦幻的世界。在一个地方,她遇到了不停地奔跑的红王后,于是便上前问道:“尊敬的王后,您为什么要不停地奔跑呢?”红王后喘着气,无可奈何地答道:“我必须以最快的速度不停地奔跑,这样才能够呆在同一个地方。”红王后真是有点可怜, 拼命奔跑只不过是为了停留在原来的位置上。
这虽然是想像出来的故事,但在生物进化中确是有不少类似的情况。这些情况就是所谓的“协同进化”,又称“共进化”。
在进化中,并不是只有一种或一类生物在发展,而是所有的生物都在以这种或那种的方式进化,从而整个生物世界都是变化着的。在这种情况下, 哪种生物不进化,哪种生物就要落后,就有可能被淘汰。因此,生物的际遇其实就和红王后的处境相似:在不断变化着的世界中为了呆在同一位置就必须不停地向前奔跑(进化)。
在现实世界中,生物协同进化的现象是相当普遍的。在寄主与寄生生物之间、捕食者与猎物之间,就常常有这种“你进一尺,我进十寸”的情况。一些昆虫的幼虫以吃植物的叶子为生,从而影响到有关植物的正常生长
发育。在进化的过程中,有关植物便会产生一些防御的机制,它们能在叶子里形成一些对昆虫的幼虫有毒性甚至可使其死亡的物质,结果这些植物被虫侵害的可能性就会大大减少。不过,昆虫随之也会进化产生出能够分解这些有毒性物质的方式,从而可以继续以这些植物的叶子为生。这种昆虫与植物之间的“吃食—被吃食”关系在进化中不断更新,植物不断产生出防御的办法,而昆虫则不断化解植物的防线。这样,虽然两者都在进化,但实际上两者的关系并无多大的改变。植物如果不进化出新的防御机制,则有可能被越来越多种类的昆虫吃食,最终便有可能由于这个原因而灭绝;昆虫如果不进化出新的化解办法,也有可能因为找不到合适的食物而绝种。因此,生物必须不断地进化,虽然结果往往是“仍然停留在原来的地方”。
在动物中,捕食者与猎物之间同样有“你追我赶”的进化关系。猎物在进化中能越来越快速地躲避捕食者,而捕食者则进化出越来越快速的捕食方式。有一种蚂蚁,它用来捕食的颚可以在不到 1 微秒的时间内合起来,因此极少猎物能够颚下逃生。
杜鹃鸟专门在其他一些鸟类的巢中下蛋,并由它们担当起孵卵和喂养其幼鸟的职责,是一种不折不扣的“巢中寄生鸟”。那为什么这些被寄生的鸟类不会将杜鹃下的蛋推出巢外呢?实际上也有一些种类的鸟这样做了,不过进化使得杜鹃鸟下的蛋与它要寄生的鸟类的蛋十分相似,这样,被寄生的鸟类在辨认是否是自己的蛋时便很容易发生错误,以至有时会把自己下的蛋也推出巢外。如此大的代价是这些鸟类承担不起的,从而进化又使它们恢复不加辨认地孵育巢中所有蛋的习性。在进化过程中,巢中寄生与反巢中寄生的斗争此起彼伏,使得像杜鹃这样的鸟类能够存在。
在一起协同进化的两种生物中,双方的关系有时并不是完全对等,而是其中的一方占有主导的、控制的地位。有一种草本植物既可以通过风媒的异花传粉又可以通过自花传粉来繁殖后代。不过,当这种植物被一种真菌侵染后,花就不能开放,从而只能够以自花传粉的方式来繁殖后代。在这种情况下,由于没有个体间的遗传物质交流,因此即使在种群中出现对该真菌有抗
性的基因,也很难传播开来。通过控制这种植物的生殖方式,真菌在协同进化中就处于比较主动的地位,在寄生与反寄生的斗争中就处于优势。
一些寄生生物在进化中则是变得十分适应寄主的生物学状况,这样寄主就不容易产生对抗这些寄生生物的方式。血吸虫是引起血吸虫病的寄生虫, 它们是如此地适应寄主内的环境,以至能利用寄主本身的免疫调节蛋白质来作为其产卵和传染所必需的因子,真是搅得寄主毫无办法。
还有一些生物在进化中另寻出路,避免协同进化中的直接争斗。撒哈拉大沙漠中有一种蚂蚁,为了逃避蜥蜴等捕食者,它们大部分时间都躲在巢中, 只在地面温度超过 46 摄氏度时才从地下巢穴倾巢出动寻找食物。它们可以忍
受 50 多摄氏度的高温,每天只有正午前后的短短一段时间的温度是这样高。在这期间,沙漠中所有的捕食者都到比较阴凉的地方躲起来了,因而这一段时间是这些蚂蚁的大好时光,它们可以无忧无虑地四处走动。它们为了不成为捕食者的果腹之物,宁愿做“热锅上的蚂蚁”。
即使是人类这样的高级生物,与其他生物仍然会有协同进化的争斗关系。人类的很多疾病都是由细菌引起的。在发现抗菌素以后,人类便找到了治疗这些疾病的有效办法。抗菌素的使用确是对防治由细菌引起的疾病很有成效。但是随着抗菌素的大量使用,细菌对抗菌素的抗性也逐渐产生出来了, 现在已有一些细菌不再受某些抗菌素的影响。随着时间的推移,细菌对抗菌素的抗性将会逐渐增强。如果人类不采取新的防御措施,将来的状况就有可能回复到没有使用抗菌素的年代那样。这并不是骇人听闻的假想。因此,从进化的观点看,人类必须尽早寻找新的抗菌物质。