第十三章 通过直接作用进化

⋯⋯我从巡官的面部表情看出这一问题已引起他的高度注意。“你认为那重要？”

“是的，非常重要。” “有没有你希望引起我注意的地方？” “请注意那条狗在夜间的奇特举动。” “那条狗在夜里什么也没干。” “这就是奇特举动，”舍洛克·福尔摩斯说道。

人们曾经认为，衣机物可通过物质的改变直接产生，这种物质的改变不需要有先前存在的有机物的繁衍。这就是所谓自然发生，或叫自然产生。自然发生曾被认为是一种常见现象：例如青蛙据认为可从泥土中重新产生，蛆则从腐肉中产生。

现在我想提醒您注意的是我们现在所看到的有关自然发生的奇特的发生率。根据我们现在看到的情况，自然发生似乎根本不存在。

这难道不显得非常奇怪吗？一个进化过程曾于从前某个时间开始，但现在却似乎已不再有任何进化过程的新的开始。生命之树目前已枝繁叶茂，但这样的树却显然只有一棵，在同一个场地甚至没有任何近代幼苗存在的迹象。那么，为什么现代或近代自然发生的迹象均不存在呢？

我们有可能想到的第一个答案是：有机物过于复杂。对于青蛙和蛆可自然产生的观点，人们很容易看出其荒谬性，因为这样的生命形态所具有的“高技术”性质是显而易见的。细菌也同样，大肠杆菌实际上也不是真正简单的东西。但细菌却是我们所知的最简单的独立生存的有机物之一种，既然如此， 那么，为什么细菌的自然产生现在看来也可能显得荒谬？

然而且慢。这种思维路线回避了争议的论点。这个论点就是：根据我们做出的假设，我们也许曾期待我们周围应该存在一些真正简单的有机物。不管怎样，我们已（在第一章）假定最初的有机物确实是在地球上自然出现的

（没有奇迹，没有反常事件，没有预先策划，也没有外部侵染）。在这种情况下，一种能够自然产生的有机物至少应该曾经存在过。回忆一下纯机会作 为造物主所受到的局限即可知道这种有机物在化学上会是一种极为简单易造的东西。假定大自然的规律 40 亿年前与现在并无任何区别，那么，这样的有机物，即那种我称之为原生有机物的东西，为什么现在却找不到了呢？为什么我们对此一无所知呢？

这是不是因为地球上总的环境已经改变的缘故？是不是因为产生并维持最初的生命火花所需的条件已不再存在？这是一个标准答案。但我们却已看出，这个答案是多么欠缺。仅仅具备理想的条件仍远远不够。即使在能够设想到的最为有利条件下，复杂程度不高的重要分子，例如核苷酸，仅仅靠必要的能力等类东西是不可能造出来的。要合成这类分子还需有复杂的干扰， 即一个完善的制造工艺程序，这个程序只有靠自然选择的长期作用或由一个有经验的从事研究的化学家才可望造出。

不管怎么说，我们所能做的应该比仅仅创造出理想的一般条件要好得多。我们能够编出制造程序并造出完成这些程序的自动机器。我们也能够创 造一些环境和装置，这些环境和装置无论怎样异想天开也不可能被认为纯粹

靠机会产生。因此，如果纯粹的机会在物理和化学规则的制约下确曾造出最初的进化参与者，那么，看在老天爷的面上，我们现在为什么不能呢？如果困难不像它所呈现的那样，即不在技术方面，那么，它必定在于确定所要探索的可能性领域，在于找出合适的设计方法。也许，根据本书的主要观点， 作为研究对象的物质和自然现象是不是搞错了？（新的生命火花是不是因为在熊熊大火的映照下显得过于微弱因而不易发现呢？）但是如果原生有机物的关键物质是无机晶体，就像我已说过的那样（如此一来地球上生命的起源这一问题就成为矿物学的一个分支），那么，本章开头提到的问题就会变得相当尖锐。由于生命出现前的地球的情况现在看起来比以前所认为的要更为“正常”，因此，这一问题愈发显得尖锐。

同样，我们在第六章中对为什么地球上所有生命的单一共同祖先应当已经高度进化所做的解释也不存在漏洞。这种解释以近代自然发生不存在为前提。按照这种解释，如果生命进化之树只有一棵，那么几乎抽枝与剪枝的任意一种结合都会导致一个最后的共同祖先的形成。然而，按照有关自然发生理论，我们可以认为，生命进化之树应该不只是一棵，而是多棵，即由不同年龄的树木组成的一片小森林。在这种情况下，地球上的生命也就不可能有单一的共同祖先。

当然，用任意抽枝和剪枝来描述进化树的生长状况显然过于简单化。除了抽枝与剪枝外，当时还会有其它因素存在。达尔文指出了其中一种因素。这就是：有机物不再重新自然产生，因为任何新的生命形态会被已经进化的生命形态迅速吃掉。毫无疑问，事实的确如此。但如何迅速法呢？如果最初的形态是无机晶体基因，那么，这种基因对于任何现代型的有机物来说都是倒胃口的东西。达尔文的观点也许可以解释为什么在生命之树的周围没有明显的、发育完好的幼苗存在。但是，按照晶体基因的概念，就应该不存在许多很小的幼苗，即接近生命形态的有机物吗？（这种有机物还不足以与现代型有机物相互作用，因为它们还不太像现代型有机物。）

这无疑是原生有机物尚不为人们所认识的一个原因，因为这种有机物是由“不合要求的”物质生成，同时其外表也不像生命。我以为，我们周围很可能确实存在原生有机物。

至第九章时，我们已得出结论，最初有机物合成所用的物质与现今的生物化学物质很可能有实质性的不同。我们还讨论了有关这种有机物可能是一些“赤裸裸的基因”的概念。对于这种基因，晶体似乎是最为理想的物质材料。

然而，用“有机物”这个术语来表示一团微小的晶体不是显得有点名不符实吗？也许正因为如此，人们可能会倾向于用别的词而不愿用“有机物” 这个词来描述这种物质。

这是一种纯粹的偏见在作怪。如果我们过于偏离实际去想象原生有机物应该是什么样子，我们将永远找不到（或造出）这种物质。它们都是潜在的有机物，其出现的可能性很小或者没有。无疑，它们是一些相当乏味、相当可怜的东西。如果我们的最终祖先确是地球的产物，那么我们现在也许能够找到的类似于我们的最终祖先的东西首先应该是同样的矿物质。

例如，在一片沙岩的毛细孔中生长的粘土晶体也许证明就是原生有机物。在这种条件下生长的粘土晶体常常具有独特而精巧的形态，例如我们在上一章描述过的带槽高岭石的蚯蚓形状。此外，在某些环境中，只有晶体的

形状和大小能对晶体快速生长、或正确断裂、或正确定向、或适应困难条件的能力产生影响，这样的环境也不难想象。如果形状和大小的某个方面（例如断面）可被复制且在复制过程中会偶尔出错，那么这个方面就会受自然选择的左右，它就会倾向于得到优化，其优化方式与动物或植物的成分通过自然选择得到优化的方式在形式上完全相同。晶体基因与其它东西，例如树木或长颈鹿之间的实际区别在于晶体基因的形状和大小在很大程度上是由遗传信息直接说明的。实际上，对于真正的创始者，晶体基因所含信息可能仅仅是形状和大小。裸露基因属于直接作用的基因，因而是极为简单的进化参与者。

粘土晶体的形状与大小对包含它们的沙岩的孔隙率会产生很大的影响。在这种情况下，自然选择过程就会在非常简单的水平进行。我们可以设想一片沙岩中最初含有两个不同的晶体基因。这两个基因中每一个很快造出一个小晶带，晶带中含有数千个小晶体，每个晶带中的小晶体形状类似，大小相同，因此，每个晶带都具有独特的孔隙结构。这两个晶带中其中一个晶带的晶体形状独特，因而将毛细孔完全堵塞。在这种情况下，这个晶带区的营养

（超饱和）溶液的流动就停了下来，溶液就流向其它地方。这些晶体也就停止生长。另一个晶带中的晶体的形状特点却有不同。这种晶体呈细长状，很像锭子，这种形状既可使晶体生长又不至于把生长空间完全堵塞，因而溶液可以流入为生晶提供养料。随着晶体的生长，这种形状也就不断地被复制下来。正是这种晶体具有的独特的松散结构使它易于通过扩展将沙岩充填。这种结构的一部分也许以断裂的方式将晶体有效生长的秘密带向其它沙岩，这种沙岩因此而被侵染。在复制过程中不可避免地会出现的错误则使类型的多样性总是保持在某种程度。我敢说晶体的具体形状对晶体的特性并无多大影响，但真正的堵塞物却总会被淘汰，就像一些极小的晶体也总会被淘汰一样。这种晶体由于太小，因此特容易从生长区中被彻底淘汰。如果沙岩的类型多样，如果溶液的流速有变换，如果结晶的场所有多种从而可使晶体的形状具有不同的优化特征，那么，你最后可望看到的就不会总是一种确切形状的晶体，而会是一种或者也许几种非专门性类型的晶体。

现在，我们再来设想一种更为复杂的情况。我们假定流经沙岩的液体有时会相当快，在这种情况下，溶液通常处于欠饱和状态，它在流过坚硬的岩石到达沙岩前没有足够的时间去溶解岩石。这时，粘土晶体就遇到了一个新问题，即要避免被处于欠饱和状态的液体重新溶解。一种看法是晶体在这种环境中会变得不渗水。这听起来就像特性的复杂结合，然而当流速过快并形成涡流时，晶体的板条结构就会抖开，形成纷乱的一团，从而降低该地区的流速。

以上所述仅仅是一种看起来似乎符合情理的说法，做这种描述只是为了说明要设想能够形成有利于晶体的选择压力的特定环境有多容易，这种晶体所具有的特征相当简单而且也许具有复现性。但是我必须承认，在讨论这种晶体时，我的脑海中已有伊利石作为原型。这种粘土在海底沙层中大量生长， 它们具有的像海藻似的细薄柔软的结构对包含它们的沙岩的孔隙率有奇特的影响。（这种粘土容易使含石油的沙岩堵塞，因此对海底石油的再生是一大妨碍。）

这种伊利石如果确可被称之为有机物，那么它们无疑应被放在进化尺的低刻度。作为装载一维信息的晶体基因，它们的信息容量会非常有限，因为

它们只有几个，即通常三至四个晶体层。（如果你还记得，你就会知道在这种晶体基因中信息包含在晶体层的排列次序之中。）这种假定存在的裸露基因只能容纳非常有限的信息，但这种信息却有三个特点：即（1）复现性；（2）适应性； （3）发展趋于复杂。与量的有限相比，这些特点更为重要。

这些特点中，第一点和第二点已大大超出我们的设想，我在本章与上一章中一直试图讲清这一点。第三个特点原则上没有问题，即使对于低级伊利石情况也同样如此。如果晶体基因的晶体层不是四个而是 100 个，那么这个基因的信息容量就会相当大。鉴此，从某些方面说，这一问题就成为一个厚晶体在某些情况下是否优于薄晶体的问题，是一个晶体层叠加的独特特征对晶体本身的性质，如柔软性、断裂方式或横向生长的速率等，是否会产生影响的问题。同样，这一点也超出了我们能够设想的范围。

我们已经完全超越推断进化过程中应已出现的情况这一阶段。进化中实际出现的情况在很大程度上取决于独特的环境。因此，预测一个长时期的进化之路就像预测一条弯弯曲曲的河道的走向或明天天空中云彩的确切形状一样。在做这种预测时，人们只能描述某些可能的情况或大致的结果。当然， 我们无法知道在进化的最初时期哪些具体条件真正重要。但我们的确知道现实的世界中充满了特殊性，如结构、事件及环境等；我们也知道这对于确定进化之路会至关重要。有机物不只是自行进化，它们还受周围的环境，即各种具体威胁和机会的驱使而走向进化。

现举例说明我所讲的这种情况。在植物进化到某个阶段时木茎得以发现。这一发现与一种叫做本质素的硬化物质的发现连在一起。木质素是一种相当复杂的物质，可用蛋白质氨基酸之一种经几道工序合成。能够合成木质素的植物可长得较高，因此可向其它植物窃取阳光。树木的独特形状和大小， 它所具有的高大和枝桠广散的结构，无疑取决于适宜的硬化物质的发现。但树木的出现却又会为其它有机物创造新的威胁和机会。我们可去林中漫步， 或想想我们的类人猿祖先生活的情景。与其说类人猿是自己选择生活在林中，倒不如说是环境驱使它们如此生存。这种生存方式除其它因素外取决于树林的存在。因此这种林间动物的存在部分起因于树木。作为这种动物后代的人类当然也是如此。我们的眼睛生在头的前部主要是因为我们那些具有杂耍特技能力的祖先需要具有善于判断近距离事物的能力；我们灵巧的双手当时主要是为能够抓牢支撑得住身体重量的树枝而设计；我们良好的平衡感使我们能够学会和欣赏如滑冰或骑自行车等特技，而这种平衡感的形成却可追溯到我们的祖先当时在树林中过的那种像杂技演员般的生活。（谁会想到木质素与骑自行车有关呢？如果本质素没有被创造出来，那么我想，人类的这些奇特的能力就不会存在。）

这就是进化产生的无法预测的结果，甚至是离我们较近的进化阶段产生的结果。那么，我们又如何能够描述进化最初阶段的情形呢？我们当然无法确切描述当时的情况；因为各种环境细节都已失去。但原则还是可以理解的， 我们应该能理解激励进化的种种情况以及进化可望采取的方向。

在寻找原生有机物的过程中，由于原生有机物不像其它有机物，它可在未进化状态下存在因而难以为人们所认识，因此，考虑那些主动激励进化的情况尤其重要。如果原生有机物可自行显露，那么它们定会受到那种种威胁和机会的影响。我们也许可以在粘土易于生长的地区附近寻找已进化的原生有机物。这种地方只有具有特别性能的粘土才能适应。人们可以设想，原生

有机物产生于环境宽松的地区，而且是每时每刻在各处产生，然后（有时） 向比较困难的地区进化。它们为什么要这样做？为什么它们不老老实实地呆在环境宽松的地区不动？它们为什么不保持原样而要进化呢？

我敢说多数原生有机物会呆在环境宽松的地区保持未进化状况。但问题是为什么其中一部分却会选择一条比较困难的道路呢？人们也许会问为什么有些动物会从大海来到陆地（陆地的生存环境比大海苛刻得多）？为什么鸟类的祖先会飞向空中？为什么我们人类的祖先走进林中？为什么我们迟早会定居于火星？显然这并非完全是为了容易生存，因为无论哪种情况都需具备大量的复杂的技术。但如果具备了这种技术，那些拥有技术的有机物就会发现新的机会。有机物逐步占领环境，一个比一个困难的生态龛，获得在其它东西无法存在的地方生存下去的手段，这显然是进化的一个重要方向。这种现象与有机物是否具有天生的野心这一问题无关，而是自然选择在复杂的多相的世界中作用的结果。

从直接向间接遗传作用的渐进过渡是进化的另一个原则，也是与日益增多的环境控制并存的一种趋势。我们在第七章中讨论了这种趋势的结果如何演变成我们所知的所有有机物共同的控制结构。间接作用具有重要意义。通过在核糖核酸、蛋白质、细胞、高等结构等层次的间接作用，本来干巴巴的脱氧核糖核酸信息就变得丰富多采。

现在可知原生晶体基因一开始是通过直接作用进化。然而，这些基因不也向间接控制发展吗？一种遗传物质担负的工作很多，既容纳信息又准确地复制信息。因此要这种物质像膜材料或催化剂一样担负一锤定音的工作显然不合理。用一种物质，即脱氧核糖核酸，专门负责信息复制，而用另一种不同的物质，即蛋白质，负责其它所有工作，这是一种完全可以理解的可能的进化结果。通过这种间接作用，很多特性均可得到控制。对于进化之中的原生有机物来说，这种间接作用不可能通过蛋白质或其它像蛋白质的东西实现，但总的战略却无疑类似，因为这一逻辑对于处于进化任何阶段的有机物都是相同的。间接作用为增进控制手段的多样性提供了途径。在一个复杂多相的世界中，这意味着有机物借以繁荣的场所的种类增多。

最初的有机物无法预见在遥远的将来会出现基于脱氧核糖核酸的机器。我们在努力回忆这一观点时也许会问，基因— 1 可能会以何种方式进行控制，它最容易造出的相互独立的表现型结构是什么以及造出这些结构的目的又是什么？

不同种类的粘土矿物晶体在生长过程中可能相互合作，即一种晶体的生长影响其它晶体生长的环境。这种合作可通过在已有晶体的表面生成新的晶体，即引晶的方式实现，或者还可通过更为间接的方式实现：即一种粘土改变诸如溶液流速或局部酸度等一般性条件，从而使本来难以生成的其它粘土得以生成。只要晶体基因的可复制特征（例如形状、大小及表面图案等）可对其它非基因粘土的形成产生影响而非基因粘土同时又反过来对基因粘土的生长具有帮助作用，那么，这种非基因粘土就可称作基因粘土的表现型。

我们可以设想一下已得到些许进化的有机物的结构。这种有机物含有大量晶体基因，这些基因嵌在由其它粘土或粘土类物质组成的含水基质之中。这种基质物质的用途不难想象。它也许可在晶体基因断裂过程中保护基因免受机械损伤，也许可作为一种胶将基因固定在合适的位置。它或许还可使基因免受溶液浓度变换的影响：即当这种基质物质的生长和分解的速度超过基

因物质时，它对周围的溶液就具有一种稳定效力。或者，它也许易于将那些有可能干预晶体基因生长的金属离子抓住由于有关实际的表现型结构的具体规格要求是如此的不确切，因此，我们可以毫不费力地设想出表现型结构所具有的许多可能的用途。总的来说，一个因基因的生长而形成的表现型结构必须有助于改善该基因的生存环境。至于怎样改善却没有一定之规。

现在我们的讨论已开始超出有关原生基因具有的相对的确定性；这种确定性表现为原生基因进化的各种可能性或多或少均受到基因物质，即晶体和分子的特征的制约。我们正从对直接作用的基因的讨论向一个新的范畴转移，转移到似乎没有极限的间接遗传控制的回旋这一问题。

“哦，亲爱的华生，我们正进入一些推测领域；在这些领域内逻辑性最强的头脑也可能出错。”