《造就适者》| 田正赓解读
关于作者
著名生物学家肖恩·卡罗尔，是美国科学院院士，在遗传和进化理论方面有着深厚的造诣。英国科普作家迈克尔·鲁斯就曾称赞他说：“如果问当今世上的科学家中，达尔文最愿意和谁促膝长谈，除卡罗尔外别无他人。”
关于本书
在本书里，作者从 DNA 入手，向我们介绍了进化的根源，进化发生的机制，以及 DNA 证据所填补的生物进化史上的空白，能够让我们对生物进化的本质有一个深入透彻的了解。
核心内容
作者指出，DNA 上的变异为生物进化提供了充足的素材，通过自然选择等因素的筛选，最终把某些有优势的生物性状和基因保存下来，把没有用的性状和基因淘汰掉，这就是进化的基本逻辑。同时，作者认为人类行为已经极大地改变了地球物种的生存环境，他呼吁我们必须意识到保护地球生物多样性的重要性，因为我们现在正要“决定未来地球的进化方向”。
你好，欢迎每天听本书。本期音频为你解读的是《造就适者》，这是一本用 DNA 技术来证明进化论正确的书。
有人可能会说，进化论是我中学时候学的知识，我当然知道它是对的啊。其实，科学界有个奇怪的现象，“信不信”和“懂不懂”不一定有联系。在西方，因为进化论与上帝造人的传说不相符，所以在很长的一段时间里人们都不太相信。甚至直到21世纪初，美国的一项民意调查还显示，有超过50%的美国公民彻底否定生物进化的事实。得到专栏《精英日课》里就提到，有生物学家觉得，这肯定是因为怀疑论者不懂进化论，于是他们进行了公开辩论，结果没想到，怀疑论者做了特别充分的准备，用最新的研究来否认进化论，让生物学家很难反驳他们。
这就反映出了一个问题，那就是证明进化论的证据还不够有力，支持进化论的证据没有更新。在达尔文提出进化论之后的一个多世纪里，科学家们只能用生物形态或者化石方面的证据来研究生物进化的过程，比如每天听本书解读过的《为什么要相信达尔文》，就是从这个角度来证明进化论的，但这种宏观层面的分析存在很多问题，比如化石能记录下来的证据有限，它能记录生物形态，但却不能记录它们血液的颜色，更何况化石又很难寻找，等等。
但是在 DNA 分析技术诞生之后，生物的进化过程就能从本质上得到证明，这有点像是刑侦破案。有一部刑侦电影里的台词说，世界上不存在完美犯罪，任何的触碰都会留下痕迹，比如会留下指纹，会留下衣服的纤维等等。可即便是这样，侦查案件还是有很多障碍。但是在 DNA 分析法出现后，它在刑事司法系统里掀起了一场革命，原来好几十年不能侦破的悬案，它都可以提供决定性的证据。在这本书里作者提出，DNA 也包含了关于进化的“终极法医记录”。
DNA 的特别之处在于，它始终存在于生物体内，在数十亿年里完整地经历和见证了生物进化的每一步，所以，可以说 DNA 既是证明进化论的新证据，也是最强有力的证据。本书作者是美国著名的生物学家肖恩·卡罗尔，他是美国科学院院士，在遗传和进化理论方面有着深厚的造诣。英国科普作家迈克尔·鲁斯就曾经称赞他说：“如果问当今世上的科学家中，达尔文最愿意和谁促膝长谈，除卡罗尔外别无他人。”
介绍完这本书和作者的概况，接下来我就结合 DNA 方面的证据，从三个方面来给你说说这本书的内容：第一，进化的根源是什么；第二，进化是如何发生的；第三，DNA 填补了生物进化史研究上的哪些空白。
我们先来看第一个重点，进化的根源是什么？
中学生物课上我们学过关于 DNA 的知识，我们先来回顾一下。控制生物性状的是生物体内的遗传物质，也就是我们平时说的 DNA。DNA 是由很多个叫作脱氧核苷酸的基本组成单位连在一起形成的。脱氧核苷酸一共有四种，生物学里一般用A、T、C、G这四个字母来表示。你可以理解为，人的基因就像一本特殊的书，里面只有这四个字母。DNA 链很长，里面分布着很多有着特殊功能的小段，这些就是基因。DNA 上不同基因片段中间夹着的部分，叫作非编码 DNA，这部分 DNA 没有功能或者已经失去了功能，有科学家也叫它“垃圾DNA”。
我们知道，有人天生是黑头发，有人天生是黄头发，这就是因为基因不一样，那基因是怎么控制生物性状的呢？最重要的一个渠道是，基因能控制生物体内蛋白质的生成过程。基因会根据 A、T、C、G 这四种脱氧核苷酸的排列顺序，控制细胞生成各种蛋白质，而生物的性状就是由蛋白质来表现的，所以只要基因改变，生物的性状就很可能随之改变。当某种性状的所占比例在一个生物种群里发生变化时，我们就可以说这个生物种群进化了。比如一群老鼠，原来黑色黄色各占一半，过了一段时间，黑色占比变成90%，那这群老鼠就算发生了进化。
不难看出，进化的根源在于生物体内 DNA 上基因的变异。变异是根本，生物性状的改变是现象，所以，如果我们像原来那样只从生物形态的角度来研究进化，那就只能看到表面现象，而深入到 DNA 层面，才能从根源上发现进化的机制。可以说，DNA 证据的出现，相当于为进化论提供了一个全新的证明角度，让生物进化的理论基础更牢不可破。
我们说了 DNA 的变异，可能就有人要问了，DNA 为什么会发生变异呢？其实这和 DNA 的复制有关。在细胞分裂之前，DNA 会先自我复制一份，然后平均分到两个新细胞里，虽然 DNA 自我复制的精度很高，但偶尔也会出现一些错误，比如复制错了一个脱氧核苷酸，或者多复制了一段、少复制了一段等等，这就会导致 DNA 的变异。因为一个物种往往会存在很长时间，物种种群里又有很多个体，所以时间长了，DNA 变异的发生次数其实并不少。
说到变异的次数，我们就不得不说说进化发生的速度。很多人可能觉得，进化是一个特别漫长的事情，动不动就需要几百万年甚至上亿年，但作者说，进化的速度实际上要比这快得多。如果是达尔文，他会用养鸽子来举例：在三年之内，人类就可以养出有特定羽毛颜色的鸽子，这就是进化。但是我们再来看看，作者是怎么用 DNA 来跟我们举例子的。
作者引入了一个概念：选择系数。简单地说，它可以衡量遗传性状能给生物带来多大的生存优势。比如，如果有某个遗传性状的个体能产生101个后代，而没有这个性状的个体只能产生100个后代，那这个遗传性状的选择系数就是1%。你可别小看这1%，投资者都知道复利效应的厉害，因为物种的生存优势可以在每一代中累积，所以一个很小的选择系数，就可以像高利贷利滚利一样，在短期内产生很大的影响。
假如变异的基因是控制老鼠毛发颜色的基因，可以让黄色老鼠突变成黑色老鼠，我们设定有1万只黄色老鼠生活在黑色岩石上，那黑色就是一种优势性状，可以拥有1%的选择系数，这样一来，只要有1只老鼠突变成黑色，那黑色性状就可以在2000代之内传遍这个鼠群。如果再考虑到各种环境因素，那这种颜色上的进化可以在几百年甚至几十年之内完成。所以你看，DNA 证据不仅能证明进化论的正确性，还能通过计算进化的速度来加深我们对进化的理解。
我们来总结一下这部分内容。生物进化的根源是 DNA 上基因的变异，基因控制着生物性状，生物性状的改变只是变异的表象。从这个角度来说，DNA 层面的证据，天然地就是证明进化论最有力的证据。DNA 的变异是在自我复制时出现的，虽然概率很小，但是考虑到时间和种群数量的问题，生物进化的速度其实也可以很快。
我们刚才讨论了生物进化的根源，是 DNA 上基因的变异，但这对于了解生物进化来说还远远不够，有些人可能会问，所有的变异都会导致进化吗？进化的逻辑是什么呢？这些问题对我们了解生物进化来说都非常重要，同时也可以归结为一个大问题，那就是：进化是如何发生的？所以第二个重点，我们就来说说这方面内容。
我们先来说个例子。在南极海域里生活着一种很奇特的鱼，名叫冰鱼，这种鱼的血液是透明的。我们知道，血液呈现红色是因为里面有携带氧气的红细胞，而无色透明的血液里肯定不含有红细胞，所以科学家们就特别困惑，为什么冰鱼血液里没有红细胞却可以存活？是什么在帮它输送氧气？人们手里没有冰鱼祖先的化石，就算有化石，化石也没法记录血液的颜色，所以冰鱼进化之谜就一直悬而未决。
幸好，虽然化石帮不上忙，但“化石基因”可以。顾名思义，化石基因说的是原本有正常功能，但在 DNA 变异的过程中被破坏掉，以至于失去功能的 DNA 序列，它们还残留在生物的 DNA 长链里，所以可以像化石一样，为科学家们研究生物进化史提供宝贵的证据。比如在 DNA 分析技术诞生之后，科学家们才发现，冰鱼体内没有红细胞，是因为它有两个至关重要的基因被破坏掉，成了化石基因。这两个基因原本控制着生成红细胞的重要组成部分血红蛋白，但这两个基因被破坏，冰鱼就产生不了红细胞了。你看，在这里化石基因就立了大功。
不过问题还不算完，那没有红细胞的冰鱼是怎么活下来的呢？我们刚才说了，进化的根源是 DNA 上基因的变异，这两个基因肯定是在变异的过程中被破坏掉的。对于一般的生物来说，要是这两个基因被破坏，那就没法产生红细胞，根本活不下去，但冰鱼不一样，它们生活在南极洲附近的冰冷海水里，因为低温会让生物体内的液体变得粘稠难以流动，所以如果冰鱼体内都是正常血液的话，那它就很难在冰水里生存。而冰水的含氧量比温水高得多，所以对于冰鱼来说，如果它抛弃了正常的血液，让冰水在自己的血管里流淌，那就既能避免低温杀死自己，又能获得足够充分的氧气，在这种情况下，抛弃正常的血液形态反而有利于冰鱼的生存。而且，为了匹配没有红细胞的血液，冰鱼还进化出了一整套全新的生理形态，比如更大的腮、更大的心脏、没有鳞片的外皮、外皮上粗大的毛细血管等等，这些特征都增加了冰鱼从冰水中吸收氧气的能力。这些生理特点伴随着透明血液，一同造就了冰鱼独一无二的生存方式。
这就是冰鱼诞生的真正路径。你看，科学家们本来并不知道冰鱼的进化过程，但是他们通过分析 DNA 上的基因片段，发现原本的有用基因被破坏掉变成了化石基因，再结合冰鱼实际的生存环境，就推演出了冰鱼真正的进化历程。从这个过程中我们也能看出来，DNA 技术也为我们证明了进化的不可逆性。冰鱼的进化选择就是孤注一掷的，它抛弃了血液中的红细胞来适应寒冷环境，但相关基因一旦被破坏，就几乎不可能再恢复。
好，我们刚刚说了，在自然选择的过程中，冰鱼失去了原有的基因，完成了自己的进化。其实，也有很多生物获得了更多的基因，拥有了新的生存本领，比如疣猴，也同样完成了进化。
大部分灵长类动物的主食是水果和昆虫，但疣猴很特殊，它专吃树叶。一般的灵长类动物是没法吃树叶的，因为消化不了，那为什么唯独疣猴能消化树叶呢？关键就在于，疣猴和牛、羊一样，是反刍动物。我们知道，反刍动物是能消化树叶的，这是因为它们体内有大量的核糖核酸酶，这种酶就可以帮助它们吸收树叶里的营养。其实，其他灵长类动物体内也有核糖核酸酶，不过分泌量要少得多。疣猴和其他反刍动物能产生大量的这种酶，是因为它的 DNA 上有三组核糖核酸酶基因，而非反刍动物只有一组。研究发现，在疣猴进化的过程中，原本 DNA 上的一组核糖核酸酶基因发生了重复，变成了三组，而新出现的两组又产生了微调，这些变化帮助疣猴拥有了强大的树叶消化能力。在这里，DNA 的变异方式是重复复制基因，这种重复帮助生物拥有了新的生理功能，自然选择保留了这一进化方式，为大自然造就了一位新的适者。
你看，生物进化的过程实际上很复杂，但不管怎样，冰鱼和疣猴的例子为我们揭示出了进化的基本逻辑：进化典型的方式是，DNA 上的变异提供了进化素材，通过自然选择的筛选，最终把某些有优势的生物性状和 DNA 变异保存下来，把没有用的性状和基因淘汰掉，这就是进化的基本逻辑。
而且从 DNA 的角度，我们不仅能解释进化是怎么发生的，还能解释进化是怎么重复发生的。不知道你有没有注意过，不管是作为鱼类的鲨鱼、作为鸟类的企鹅还是作为哺乳动物的鲸鱼，它们都用鳍或者长得像鳍的翅膀来游泳。按理来说，鲨鱼、企鹅和鲸鱼分别拥有不同的祖先，它们并没有太多的血缘关系，如果说进化出形状相同的鳍是纯属巧合的话，那这种巧合发生的几率未免也太低了。有人还曾经用这个现象来质疑进化论。其实，不同物种身上的鳍，就是重复进化的典型表现。
那我们该怎么从 DNA 层面解释这种现象呢？作者总结了一个规律，他说，进化的重演其实只需要三个要素：足够的时间，随机发生的 DNA 突变，还有相似的自然选择。这其实就是说，在足够漫长的时间里，只要有 DNA 突变的存在，那肯定就会出现各种各样的生物性状，又因为存在自然选择，其中可能会有某些生物性状是最适合生物生存的，所以这样的性状就会成为有进化优势的性状。可以说，只要有相似的自然环境来进行选择，相似的进化结果就会重复不断的出现。进化的重复发生，本质上就是对相似环境的最佳适应方式逐渐发生在不同生物的身上。不难看出，重复进化的逻辑其实和单次进化的逻辑是一致的。
在自然界里重复进化的现象非常多，在人类身上也有不少例子，比如镰刀型细胞贫血症。顾名思义，镰刀型细胞贫血症患者，他们血液里的红细胞会从正常的圆盘状变成镰刀状，这时红细胞携带氧气的能力会变弱，患者也会出现多种症状，比如身体疼痛、容易受感染等等。但镰刀型红细胞也有优点，那就是它可以阻止疟原虫寄生在里面，从而让人免疫疟疾，所以就出现了一种奇特的现象：全球疟疾发病率最高的地区，往往也是镰刀型细胞贫血症患者的集中区。在这些地区生活的患者因为能免疫疟疾，反而具有更强的生存优势，在这种情况下，疟疾高发地区居民的进化方向，就是朝着有镰刀型细胞贫血症的方向进化的。作者指出，这种进化至少在不同人群中发生过5次，包括塞内加尔、喀麦隆和印度等国的居民。可以推断，不同地区人的相同症状，都是在相似的自然选择之下各自独立进化来的，这就是典型的在不同人类种群身上发生的进化重演。
美国演化生物学家贾雷德·戴蒙德，在他的著作《枪炮、病菌与钢铁》里面也有着类似的思想，不过他讨论的是文化的进化。他发现，在所有人类社会里，欧亚大陆的人类社会几乎总是处于最先进的地位，原因就在于欧亚大陆的物产条件、气候地理等状况更适合出现先进文明。在这里，欧亚大陆有相似的自然环境，也造就了程度相似的先进文明，文化的重复进化也惊人地遵循着生物重复进化的规律。
总结下这部分内容。我们说了进化是如何发生的，进化的本质是 DNA 上基因的变异，这些变异为进化提供了各式各样的素材，在自然选择的作用下，最适应自然的性状被保留了下来，这就是进化的逻辑。同样的，如果不同的物种、或同一物种的不同种群受到了相似的自然选择，那就有可能出现重复进化。
讲到这里，我们已经用 DNA 层面上的证据，阐述了进化的根源，分析了进化发生的过程，但如果我们只停留在证明进化论上，那就对 DNA 证据太大材小用了。生物体内的 DNA，历经了地球生物的整个进化史，在如此漫长的时间段里印刻了大量关于进化的宝贵信息，可以说，DNA 是生物最古老的化石，上面有进化在过去留下的久远记录，也正因如此，科学家们利用 DNA 证据收获了很多重要的发现，填补了生物进化史研究上的很多空白。最后一个重点，我们就来详细说一说。
一般来说，不同生物拥有的基因数量各不相同。比如酿酒用到的酵母菌有大约6千个基因，果蝇有1万多个，而人类大约有2.5万个。别看数量不一样，实际上不同物种体内的基因重合度很高，比如在人类这2.5万个基因里，有至少7千多个与河豚体内的基因相同。放到更广的层面来说，在比较过各种细菌、动物、植物的基因之后，科学家们发现，有大约500个基因广泛存在于所有生物体内，因为这些基因太过特殊，所以科学家给它们起名为“不朽基因”。
不朽基因的发现有什么意义呢？作者认为，它有力地证明了地球上所有的生物都拥有一个共同的祖先。不难想象，如果地球上的生物，各自都拥有不同的进化起点的话，那不同生物就不可能同时拥有这些不朽基因。所以，今天地球上丰富多彩的生命，很可能都源自一个几十亿年前偶然诞生的细胞，这个细胞里存在着的不朽基因被流传至今，暗示着生物进化的起点就在它那里。而且，这500多个不朽基因，能在千差万别的各类地球生物身上同时保留至今，也证明了它们挡住了几十亿年基因突变的影响，保持了自己的原有特性。作者认为，对这个现象唯一合理的解释是，不朽基因事关地球上所有生物的生存根本，所以如果这些基因发生了变异，那这个生物肯定就没有办法存活下去，更别说遗传给下一代了。
在 DNA 分析技术诞生之前，人们也曾猜想过，认为地球上所有生物都有一个共同的祖先，但因为缺乏有力证据，这种猜想一直没办法得到证明，但 DNA 给了科学家们一个全新的视角，通过不朽基因和其他多方面的证据，我们终于能确认地球生命的起点。可以说，这项发现填补了生物进化史研究上的一个空白。
不仅如此，DNA 技术还把人们的视野往前更推进了一步，让我们发现了生物进化过程中的一个重要原则，那就是外表只是假象，不同物种构建身体用的基因，其实是同一套基因。我们刚才提到了重复进化，不管是鲨鱼、企鹅还是鲸鱼，它们进化出的鳍，其实都是在原有的身体结构上出现了一些形状上的微调，过程还是比较容易解释的，但有人可能会问，像眼睛这种结构非常精密的器官，到底是怎么来的？不同物种的眼睛结构相差很大，比如说蜻蜓的眼睛和人类的眼睛，怎么看也不像是从同一个祖先那里继承来的，这该怎么用进化论解释呢？关于眼睛来源的疑问，直到近些年才得到确切的回答，这又多亏了 DNA 技术。
1994年，一位学者在研究果蝇的眼睛时，发现了一个特殊的基因，这个基因一旦发生变异，就会阻碍果蝇眼睛的发育。后来科学家们又接连发现，同样是这个基因，在人类、小鼠、乌贼和其他很多生物体内也都存在，而且也都和眼睛的发育有关，现在这个基因被称为 Pax-6，我们就称它为 P 基因吧。科学家研究证明，就算把 P 基因移植到果蝇的腿、翅膀或者触角上，这些部位也都能产生出眼睛组织，这就证明 P 基因是动物产生眼睛结构的关键基因。作者通过分析提出，生物的祖先利用了 P 基因，发展出简单的眼睛结构，而所有后来进化出来的子子孙孙，都以这个简单结构为基础，根据自己的生存环境，进化出各有特色的复杂眼睛。不管是节肢动物的复眼，还是哺乳动物的透镜眼，都来源于由 P 基因控制生成的基本眼睛结构。
其实，不只是眼睛，心脏、肠道、肌肉、神经系统，我们身体的其他组成部分也是一样。作者引用的一项基因序列研究证明，大部分动物都在使用类似的基因工具组，来构建自己的身体。所以，不同物种的不同外表只是假象，它们建构身体用的基因其实是一样的，也正是因此，地球生物才能在各具特点的同时，在生理上保持相当程度的一致性。而这些事实，都是在 DNA 技术诞生之前，我们不可能得知的。这项 DNA 技术填补的空白，让人类对生物进化的本质有了更深一步的了解。
说完了这三个重点，本期音频的主要内容就说差不多了，来简单回顾一下。
第一个重点我们说了进化的根源是什么。进化的根源是 DNA 上基因的变异，因为生物的性状从根本上说是基因控制的，所以 DNA 上基因的变异，就可以表现为生物的进化。而且通过计算我们能发现，生物进化的速度其实并不慢，进化可以很快地在自然选择的条件下发生。
第二个重点我们说了进化是如何发生的。DNA 上基因的变异为进化提供了各式各样的素材，在自然选择的作用下，最适应自然的性状被保留了下来，这就是进化的逻辑。如果遇到了相似的自然环境，那重复进化的现象就会发生在不同物种、或同一物种的不同种群身上。
最后一个重点说的是 DNA 填补了生物进化史研究上的哪些空白。DNA 上的不朽基因，证明了地球上的所有生物都拥有一个共同的祖先。同样，不同物种体内拥有的相似基因，让生物产生了相似的生理结构，物种的外表只是假象，它们体内的基因工具，才是造就相同与不同的本质原因。这两项重要发现让我们对生命的起源、对生物的进化有了与以往不同的全新认知，可以说， DNA帮助我们重新认识了自己，重新认识了生命。
在本期音频结束之前，我想和你分享一下作者在最后的感悟。我们总说自然选择是适者生存，可是今天“适者毁灭”的现象反而越来越频繁地出现。你没听错，就是适者毁灭。DNA 上基因的变异和自然选择，是适者生存的推手，而人类是适者毁灭的推手。
我们再来举个例子，在15世纪的时候，外出航行的船长们总会抱怨，加拿大附近海域里的鳕鱼太多，有时候船的航线经常会被密集的鳕鱼堵死，所以当地的捕鱼业一度非常发达。但是到了1992年，加拿大的北方鳕鱼渔场彻底关闭，因为和20世纪60年代比起来，这时鳕鱼的数量下降了99.9%。虽然政府开始采取休养生息的政策，希望鳕鱼种群数量能恢复，但直到20多年后的今天，当地的鳕鱼规模还是远远小于当初。
为什么会这样呢？原因就在于，体型越大的鳕鱼性成熟就越晚，所以体型大的鳕鱼一般在能繁殖之前就被捕捞了，所以剩下的个头小而又成熟早的鳕鱼大量繁殖，成为优势种群，这样一来，在人类的选择下，鳕鱼种群就出现了逆向进化，个头越来越小，本来以其他食物链中上层鱼类为食的鳕鱼，自从体型变小后，反而成了这些鱼类的猎物，在这种情况下，鳕鱼种群的恢复变得异常艰难。从大自然的角度来看，鳕鱼是一种成功的生物，它们适者生存，但是在人类的干扰之下，适应自然的鳕鱼反而走向了毁灭的道路。更让人担心的是，这类情况还在其他很多生物身上发生着。
所以作者在书的最后呼吁，别奢望修复元气大伤的大自然，因为光是要阻止它的衰败就已经很难了。英国自然学家赫胥黎兄弟说，我们现在正要“决定未来地球的进化方向”。所以人类必须要意识到，保护地球生物多样性的重要性，这也是作者在这本书里对我们的殷切期盼。
撰稿：田正赓
脑图：刘艳
转述：江宁