物竞天择,适者生存
——刘建妮教授带你了解进化学说
科普宣传是提升我国公民科学素质的重要途径之一。全国科普日活动日期为9月第三个公休日。中国科协每年组织各级学会和地方科协开展科普日活动,今年科普日主题为:百年再出发,迈向高水平科技自立自强。
西北大学学报自然科学版响应科协号召,于2021年9月11-30日举办2021年全国科普日系列活动。本次活动主题为:教授讲科普,知识伴我行。我们邀请到长期支持学报事业发展的知名教授,结合自己的研究领域开展科普宣传活动,欢迎广大读者参与互动!
科技改变世界,精彩就在此刻!
活动开篇,全国科普工作先进工作者、我刊编委刘建妮教授带你了解进化学说。
浅谈进化学说及其发展历程
刘建妮
(大陆动力学国家重点实验室,陕西省早期生命与环境重点实验室,西北大学地质学系)
著名的俄裔美籍遗传学家杜布赞斯基(Theodosius Dobzhansky)说过这样一句话:Nothing in biology makes sense except in the light of evolution(如果没有进化之光,生物学的一切将毫无意义)。由此可见,进化是生物学的核心和灵魂。那么何为生物进化呢?生物进化是生物与其生存环境相互作用过程中,其遗传系统随时间而发生一系列不可逆的改变,并导致相应的表型的改变。在大多数情况下,这种改变导致生物总体对其生存环境相对适应(张昀,1998)。
进化论的发展经历了长达几个世纪漫长的“进化”过程。早在公元前500年,古希腊的哲学家们视生命为自然现象,并产生了“生命是有变化的传衍”这样朴素的进化思想。与古希腊哲学家遥相呼应的中国先秦诸子百家的哲学思想也包含着某些演变的元素,我们所熟知的“万物生于有,有生于无”(老子《道德经》)即是包含进化元素的典型代表。
有关进化学说的产生,最早可以追溯到17世纪初,法国人布丰最先提出物种可变,其进化的中心思想是:生存环境的改变,特别是气候和食物的改变可以引起生物机体的改变。但后来他经不起宗教势力的压迫公开发表声明,放弃了进化学说,使得其作为进化第一人的地位大打折扣。与布丰不同的是瑞典生物学家林奈,一个长期的物种不变论者,后来在事实面前思想发生了重大改变,当他将人、猿和猴归到哺乳动物纲的同一个属时,无奈的感叹到:“这些下贱的畜生是多么像我们呀!”
法国博物学家,生物学伟大的奠基人 让·巴蒂斯特·拉马克
( 图片来源于网络)
进化论进入快速发展时期是在18世纪初,法国伟大的博物学家拉马克早达尔文50年提出进化论。其进化学说主要包括:(1) 一切物种,包括人类在内,都是由别的物种传衍而来;生物变异和进化是连续、缓慢的过程。(2) 在演化机制上,他突出强调环境的作用:环境变化使生物发生适应性变化;而环境的多样性便自然构成了生物多样性的主要原因。在进化的动因上,即生物遗传变异方面,他提出了两条著名的法则。第一法则:用进废退——凡是尚未达到最大发展限度的生物,其器官使用得越多便越发达;反之,若长期不用,则会削弱和衰退,直至消亡。第二法则:获得性遗传——生物由于后天变化所获得的性状是可以遗传的。有关这一点非常典型的例子就是他对于长颈鹿脖子的解释,他认为,长颈鹿为了吃到高处的树叶,脖子越伸越长(用进废退),并且这种后天伸长的脖子可以遗传给后代(获得性遗传)。然而,拉马克学说列举的进化事实不足,“获得性遗传”假说长期得不到科学实验的证实。更重要的是,当时欧洲宗教势力统治世界,拉马克作为进化论的先驱,遭受了神创论支持者的严重迫害,以致双目失明,死无葬生之地,因而他的学说终未能形成气候。
英国生物学家、进化论的创立者 查尔斯·罗伯特·达尔文
(图片来源于网络)
相比于拉马克,稍晚出生的英国博物学家达尔文就要幸运的多。他在环球航行5年后,基于大量的实验数据提出生物进化的机制:自然选择(物竞天择,适者生存)理论并被大家广泛接受。其要点为: (1) 生物普遍具有变异性,其中许多变异是可遗传的(自然选择的原料)。(2) 生物广泛存在生殖过剩,必然导致形形色色的生存斗争。在生存斗争中,只有少数个体得以生存并传衍后代。这些少数的成功者,就是那些拥有有利变异的个体。(3) 自然选择(即适者生存)是保存有利变异、淘汰有害变异的自然过程。(4) 性选择也是一种广义的自然选择。同样是长颈鹿的脖子,用达尔文的自然选择理论来解释就科学一些,当时既有短脖子的长颈鹿,也有长脖子的长颈鹿,短脖子的长颈鹿在激烈的生存斗争中被逐渐淘汰(绝大多数动物脖子不够长,只能吃低处树叶),而长脖子的长颈鹿在生存斗争中胜出并保留下来。
长颈鹿的脖子为什么这么长?
1.拉马克的获得性遗传观点(用进废退)2.达尔文的自然选择观点(物竞天择,适者生存)
(图片来源于网络)
(本文刊载于《西北大学学报(自然科学版)》2021年第1期封三)
刘建妮教授简介
刘建妮,西北大学地质学系教授、博士生导师、洪堡学者,科技部重大基础研发计划首席科学家。获得第十一届“中国青年女科学家奖”,2019年度“全国三八红旗手”等荣誉称号。刘建妮教授致力于寒武纪生命大爆发的研究工作,荣获国家自然科学奖二等奖,陕西省自然科学奖一等奖,教育部中国高校十大科技进展等奖项。在做好科研和教学工作的同时,她积极投身科学普及工作。 刘建妮教授开设并主讲的科普教育课程“化石趣谈”在教育部门户网站“爱课程网”和“网易公开课”上线,深受广大师生喜爱。多次深入贫困山区,为当地中小学生普及科学知识。作为主要发起人,她联合其他科技工作者成立“青年科学家巡讲团”,为贫困山区学生作科普报告并组织相关研学活动,以实际行动助力教育和科技扶贫,积极践行青年科学家的社会责任。2018年,刘建妮教授凭借在“教育扶贫”工作中的突出贡献,被评选为“陕西最美科技工作者”,并获得“中国女科技工作者社会服务奖”。2020年科技部、中央宣传部、中国科协联合发布了《关于表彰全国科普工作先进集体和先进工作者的决定》,刘建妮教授荣获“全国科普工作先进工作者”荣誉称号。
2018年4月刘建妮教授在主题为“用科学做公益,让爱无处不在”的公益性科普活动中为洛南师生做科普报告
看完刘建妮教授的科普短文,也许你和我一样,对进化论的发展有了一个很直观的了解,当然,生物的进化是很复杂的,人类在生物进化方面还了解得很不够。《西北大学学报(自然科学版)》2021年第1期“研究速递”专栏,我们特邀傅强研究员、刘建妮教授、王鑫研究员为我们解读生物有性生殖进化的一个普遍趋势。敬请阅读——
子代发育管控(ODC):生物有性生殖进化的一个普遍趋势
傅强,刘建妮,王鑫
摘要:达尔文认为,所有的生物都在进化。问题是如何进化?生物进化是否有一个普遍的模式或趋势?这些问题很少有人问到,也几乎没有人能够回答。在这种情况下,对许多人来说,进化是使人沮丧而又充满神秘的议题。在调查了大多数动植物的繁殖模式后,我们认为,所有(至少是大多数)生物的生殖进化都显示了类似的趋势,即子代发育管控(ODC)。子代发育管控在两个方面对生物的谱系延续有利:一是增强了子代幼体的物理保护,另一个是确保了子代幼体的营养供应。这种模式使动物和植物中生殖器官的起源和进化变得合理和易懂。我们的数据显示,这种模式在生物(包括植物和动物)中普遍存在,不过我们欢迎未来研究者找出例外。我们希望这一普遍规律的发现将有助于构建动植物的进化框架,并使它们的进化易于掌握。
关键词:生殖;进化;卵生;卵胎生;胎生;动物;植物;被子植物;子代发育管控
a鱼类的卵生;b 青蛙的卵生;c 爬行动物的卵生;d 哺乳动物(人类)的胎生
图 脊椎动物生殖方式的多样性
阅读原文:子代发育管控(ODC):生物有性生殖进化的一个普遍趋势