生命现象中的谜

有生命机体的进化及其复杂结构的产生和再产生，是生物学上持久的，也许具有深远意义的谜。

在生命世界中，无论就单个有机体的形态而言，还是就它们的组群分类而言，已经出现了高度的多样性和一致性，尽管人们知道，进化所能利用的时间是有限的，而且认为它受突变和自然选择的随机过程的支配。

生物学家认为，我们今天所看到的有机体和生物的形式，是由不可思议的遗传突变和自然选择塑造并创造出的。自然界就好像一个盲眼钟表匠，它的试错法产生了生物圈的有序和多样性的全景。一般来讲，物种随机变异所产生的绝大多数突变体在某些方面都存在缺陷，因而会被自然选择所淘汰。然而，随机突变不时地会偶然碰到使个体更适于生存和繁殖的遗传组合，这种个体又把它的突变基因遗传给子孙后代，而由这些后代所产生的许多后代，就取代了属于先前占主要地位的物种的那些个体。

现在，大多数研究人员对此观点表示赞同。然而不少人也对此提出质疑：随机过程是否能够创造出一种甚至其基本要素，如蛋白质和基因，都比人类的智能更复杂的进化结果呢？诸如人的大脑这种真正非常复杂的系统是偶然出现的吗？

质疑者的结论是，被自然选择所影响的偶然突变，能够很好地说明特定物种的变异，但几乎不能说明它们的连续变异。

自从达尔文于1859年出版《物种起源》（The Origin of Species）一书，物竞天择这一概念便在世界范围内流行起来。然而物种真的是在突变和自然选择的双重作用下，达到现在的生存面貌或状态的吗？

有人发出了不同的声音。康拉德·洛伦茨（Konrad Lorenz）便是其中之一。

许多生物学家断言，偶然突变和自然选择的原理在进化中起一定作用。洛伦茨认为，尽管这种断言在形式上是正确的，但仅仅这种断言本身并不能说明事实。突变和自然选择可以说明特定物种内部的变异，但是在地球这颗行星上，这可能是远远不够的：在可利用的40亿年时间里，生物进化通过随机过程从物种的原生动物祖先，衍化出今天这样复杂的和有序的有机体。

数学家也抛出了自己的看法，如赫尔曼·韦耳（Hermann Weyl）。他从两方面指出问题。一方面是组合数的巨大。分子作为生命基础，每一个都由大约100万个原子组成，因而原子的可能组合数非常巨大。另一方面，特定组合产生的可能性微乎其微。能够产生有效基因的原子组合数极为有限，更遑论通过随机过程产生这种组合的可能性。

科学界不接受这些猜测，因为它们具有目的论的味道。但是生命在有限的时间内是如何建立起复杂的结构呢？

物种在进化过程中的一大特点是，呈现出有序化的一致性和较大的规则性。

与它们的多样性一样，生物物种的一致性非常明显。例如，鸟、蝙蝠的翅膀和海豹的鳍与两栖动物、爬行动物及脊椎动物的前肢同源，即便它们在种系发生方面完全无关。而不同物种的心脏和神经系统的位置也显示出共同的秩序：内骨胳物种的神经系统在背部，心脏在腹部；而外骨骼物种的心脏和神经系统所处的位置恰好相反。此外，进化历史非常不同的物种，共有某些非常特殊的解剖学特征，最显著的例子是眼睛。即便在种系发生方面毫不相干，还是有不少于40种物种的眼睛，都拥有同样的基本结构。

至于规则性，以寒武纪期间的有机体为例。尽管在此期间产生的有机体种类多如繁星，但生活在生物圈内的物种主要可以分为二十几类。无论是在类内或类与类之间，都表现出惊人的有序性和规则性。

渐进的和随机的进化过程能产生这种有序和组织吗？

达尔文在《物种起源》中宣称：“自然选择不能产生重大的或突然的变化；它只能小步地和缓慢地起作用。”然而这种自然选择的渐进性和连续性，受到了当代古生物学家的攻击——“种系发生的渐进率”是错误的。

达尔文的巨著出版大约120年后，两位美国古生物学家把“跳跃”引进物种进化。他们是杰伊·古尔德（Jay Gould）和奈尔斯·埃尔德雷杰（Niles Eldredge）。他们的理论实际上是“不连续平衡”理论。根据这一理论，新物种倾向于在相对短暂的时间周期内突然出现，通常为5000年—50000年。这不仅仅是单个物种，包括全部物种都是以突然创造的形式出现的，而这标志着某个纪元的开始。再次以寒武纪为例。在较短的几百万年时间里，寒武纪的剧变，产生出了现今居住在地球上的绝大多数无脊椎物种。

然而，在有效的时间范围内，无论是来自物理学的解释还是来自生物学的理论，都不能解答这个谜。因为这两种理论中的偶然性不涉及单个的幸存者和繁殖体，而是涉及整个物种和群体。因此，在生命领域中依然存在着有序进化之谜。

在有序的进化潮流中，已知单个有机体能繁殖它们复杂的多细胞结构，尽管它们的每个细胞只包含同一组遗传指令。那么，这些指令真的是通过与自然选择邂逅的偶然突变而进化的吗？

问题来了：物种一旦进化，其个体成员如何设法产生出它们特定的有机体形式呢？种瓜得瓜，种豆得豆——从鸡蛋里孵出来的从来都是鸡而不是鸭，这一事实需要解释。

我们知道，单细胞有机体能够通过分裂把它们染色体的脱氧核糖核酸（DNA）转变为新细胞从而再生。但是，比较复杂的物种怎么办？它们一定要通过自身的生殖细胞进行繁殖。它们之所以能这样做，是因为假定它们的每个细胞都具有构建整个有机体的一整套指令。

如果根据DNA来解释，人们可以得到这一假定：每一物种的遗传密码都有整个有机体的蓝图。但这一假定也存在问题。为何非常不同的物种之间的遗传密码往往十分类似？而比较类似的物种之间的遗传密码却往往大不相同？比如说，黑猩猩染色体中的DNA有99%与人类染色体中的相同，而具有许多共同形态特征的两栖动物却有着极为不同的DNA。

问题似乎又回到了遗传密码本身的进化。进化是怎样在DNA中产生出保证某一物种具有生存能力的那些变化的？进化又是如何通过现存物种的遗传密码的逐步精致化持续下去的？

耶鲁大学的生物学家艾德蒙·辛诺特（Edmund Sinnott）指出，关于生物学中形态产生过程的某些基本的东西仍有待于发现，单靠遗传模式过于简单，不能说明事实。

单单就哺乳纲物种而言，胚胎发育需要子宫内无数能动行为方式的有序展开。这包括数十亿个细胞的协调相互作用。如果说这个过程完全是靠基因编码来实现的，那么必定要求遗传程序奇迹般地完备和细致。因而必须要求这些程序有足够的灵活性来说明，在各种不同条件下能动行为方式的变异。然而对胚胎中的每个细胞来说，遗传密码都是相同的。弄清楚它如何操纵和协调整个范围内细胞的相互作用，无疑非常困难。

关于调节通道和胚胎发育，诺贝尔奖金获得者、生物学家弗朗索瓦·雅各布（Francois Jacob）明确指出，我们人类至今还知之甚少。雅各布说，分子生物学之所以能飞速地发展，主要是因为微生物学中的信息碰巧是由组建单元的线性序列所决定的，所以遗传信息、各种基本结构之间的关系以及遗传逻辑等都是单维线性的。但从胚胎的发育看，世界不再是线性的，基因中的单维碱基序列在某种程度上，决定着二维细胞层的产生，而这些二维细胞层又以精确的方式，参与决定有机体形状和特性的三维组织和器官的产生。

按照雅各布的观点，这是怎样发生的仍是一个十足的谜。涉及胚胎发育的调节通道的原理还不清楚，而且尽管人们已经颇为具体地知道人手的分子解剖结构，但有机体是如何指令自身创造这种手的，人们几乎一无所知。