拉馬克,一個(gè)在生物進(jìn)化理論歷史上很憋屈的人,不論在生前還是生后。
他比達(dá)爾文更早提出進(jìn)化論,但是,他的“用進(jìn)廢退”、“獲得性狀遺傳”進(jìn)化學(xué)說大多數(shù)時(shí)間里受到達(dá)爾文的“隨機(jī)變異”、“自然選擇”的壓制。
在拉馬克的理論中,用進(jìn)廢退和獲得性遺傳是相輔相承的,沒有用進(jìn)廢退,自然也就沒有所謂獲得性,當(dāng)然也就無從遺傳了。
“用進(jìn)廢退”明確了物種是變化的,是可以“進(jìn)”,也是可以“退”的,總而言之,是在變的。這個(gè)理論認(rèn)為,生物會對所處的環(huán)境作出反應(yīng)。無論何種生物,必然會對所處的環(huán)境作出相應(yīng)的反應(yīng)。另一方面,隨著環(huán)境的持續(xù)影響,生物的習(xí)性也會隨之改變,這就是獲得性遺傳。
用獲得性遺傳可以對生物進(jìn)化做這樣的概括:生物是一種反映環(huán)境及變化的一種存在,自地球上生物誕生以來,生物結(jié)構(gòu)、機(jī)能、特殊器官都在隨生存環(huán)境發(fā)生變化,隨著變化的積累,生物結(jié)構(gòu)和機(jī)能逐漸由簡單趨向復(fù)雜。生物在生存過程中,與環(huán)境發(fā)生接觸,根據(jù)環(huán)境中或生存的需要產(chǎn)生適應(yīng)性的改變,這些改變可以通過生殖遺傳給后代的。
但是,獲得性遺傳需要有說服力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,或者生物學(xué)理論的支持。
拉馬克的支持者和達(dá)爾文的支持者之間經(jīng)歷很長時(shí)間的拉鋸戰(zhàn)。
其實(shí),在進(jìn)化論開始傳播的階段,拉馬克和達(dá)爾文的進(jìn)化學(xué)說并沒有水火不容,而是和諧相處。在達(dá)爾文的進(jìn)化學(xué)說里,他并不排斥獲得性遺傳,他將獲得性遺傳視為驅(qū)動生物進(jìn)化的原因之一,只不過他更加強(qiáng)調(diào)自然選擇的作用。
但是,自然選擇的說法,有些人并不認(rèn)同,他們不認(rèn)為自然選擇能導(dǎo)致新的生物性狀的產(chǎn)生,其作用最多也就是淘汰種群中一些殘次的個(gè)體,驅(qū)動生物進(jìn)化應(yīng)該另有原因。
在達(dá)爾文的晚年,他越來越相信用進(jìn)廢退和獲利性遺傳。他知道遺傳對于進(jìn)化是非常重要的,如果物種產(chǎn)生的變異不能遺傳的話,那么進(jìn)化就無從談起。他當(dāng)時(shí)沒有遺傳學(xué)知識,只好拾起流行了很久的“泛生論”并加以改造,以期用這一理論來解釋他眼里的遺傳和變異現(xiàn)象。
所謂“泛生論”,即假設(shè)生物體內(nèi)存在一種很小的遺傳顆粒,達(dá)爾文把其稱為胚芽式微粒,這種小微粒存在于身體的任何部分,無處不在,連細(xì)胞里都全是,仍處于發(fā)育不完全狀態(tài),這種微??梢詡鹘o后代,并隨著后代細(xì)胞的分裂而繁衍。換句話說,達(dá)爾文相信機(jī)體的每一個(gè)獨(dú)立的部分或者器官都是可以自我繁殖的,因?yàn)檫@些部位都包含有胚芽。這個(gè)說法在植物身上有很好體現(xiàn),折下一根樹枝就可以栽成一棵大樹。但是用于動物就很難理解,就算是現(xiàn)在哺乳動物的克隆成為可能,但也沒有誰能砍下一根手指然后再培養(yǎng)一個(gè)自己出來。
? ? ? ?達(dá)爾文認(rèn)為,用這種理論可以解釋為什么有的身體特征能夠遺傳,而有一些特征又不能遺傳,為什么有的孩子像父親,有的像母親,而也有的兼具父母雙方的特征,而有的人身上又會出現(xiàn)返祖現(xiàn)象,長得像他們的祖父母。達(dá)爾文以為這都是因?yàn)槟切┪⑿〉呐哐炕旌系姆绞讲煌斐傻?。但他的解釋非常曲折,概念模糊且自相矛盾,他自己也承認(rèn)對遺傳是“深深的無知”。
? ? ? ?在當(dāng)時(shí)的情況下,將自然選擇和獲得性遺傳結(jié)合起來說明生物的遺傳、變異和進(jìn)化是相當(dāng)圓滿的,這樣在物種起源和進(jìn)化機(jī)制方面找到了合理解釋。
? ? ? ?其實(shí),不論是達(dá)爾文還是拉馬克,他們的理論都是來自對表象的觀察,以及在觀察基礎(chǔ)上所做的推理,嚴(yán)格地講,都算不上真正意義上的科學(xué)理論。當(dāng)然,這也不能怪他們。在那個(gè)時(shí)代,生物學(xué)研究還處于萌芽狀態(tài),生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)和理論都是空白,他們只是做到了他們所能做到的事。
? ? ? ?二十世紀(jì)初,拉馬克的獲得性遺傳獲得更多人的認(rèn)可。
然而,拉馬克學(xué)說的支持者沒有高興多久,一些支持自然選擇理論的“大佬”相繼出現(xiàn),拉馬克獲得性遺傳逐漸逼到被拋棄的邊緣。
? ? ? 最先出來反對“獲得性遺傳”的是德國生物學(xué)家魏斯曼。對于達(dá)爾文的進(jìn)化理論,魏斯曼只接受和強(qiáng)調(diào)生存斗爭的原理,不贊同達(dá)爾文有關(guān)變異及其遺傳的見解。魏斯曼堅(jiān)決否定獲得性狀遺傳,堅(jiān)決反對拉馬克主義與新拉馬克主義。魏斯曼稱自己的學(xué)說為新達(dá)爾文主義。
? ? ? ?魏斯曼做了一個(gè)在生物學(xué)史上十分有名的切斷老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn),他養(yǎng)了一批老鼠,實(shí)驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行了22代,共做了1592只老鼠。到了第23代,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),老鼠后代尾巴的長度并沒有受到影響,重新生下來的小家伙們?nèi)匀灰粋€(gè)個(gè)拖著長長的尾巴,也就是說老鼠后天獲得的無尾性狀不能遺傳。
? ? ? ?其實(shí),如果魏斯曼知道中國古代婦女纏足的習(xí)俗,就不必費(fèi)勁去做切老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn)了。中國婦女纏足大約始于后唐,有一千多年的歷史,到了十九世紀(jì)清朝結(jié)束時(shí)這種習(xí)俗才開始被取消。然而,一旦揭去裹腳布,中國婦女的腳馬上恢復(fù)正常,盡管纏足經(jīng)歷了幾十代,甚至上百代,卻很難發(fā)現(xiàn)獲得性的跡象。
? ? ? ?魏斯曼切斷老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn)非常有名,也是否定獲得性遺傳的重要依據(jù),令拉馬克支持者感到沮喪。
? ? ? 十九世紀(jì)中葉,隨著顯微技術(shù)的發(fā)展,有關(guān)細(xì)胞學(xué)、胚胎學(xué)和顯微解剖等方面的知識有了長足進(jìn)步。1844年,瑞士人寇利克將細(xì)胞分裂現(xiàn)象和個(gè)體發(fā)育結(jié)合起來做比較研究,逐漸建立了組織學(xué)和胚胎學(xué)等學(xué)科。隨后,生物學(xué)者們觀察和研究了細(xì)胞核的分裂,并意識到細(xì)胞核可能是生物性狀的傳遞載體。
? ? ? 1883年,比利時(shí)細(xì)胞學(xué)家本尼登研究了馬蛔蟲的受精過程,他觀察到這種生物的細(xì)胞核內(nèi)有四個(gè)染色體,可是,他們的配子只有兩個(gè)染色體,形成合子時(shí),核物質(zhì)不相融合,而是染色體雙雙連接起來,重新組合成有四個(gè)染色體的新細(xì)胞核。這個(gè)觀察的事實(shí)證明遺傳的實(shí)質(zhì)是核物質(zhì)(特別是染色體)的自我繁殖,細(xì)胞核攜帶有遺傳物質(zhì)。
? ? ? 本尼登本人并沒有對他的發(fā)現(xiàn)做過多的衍生解讀,而作為理論生物學(xué)家的魏斯曼,卻緊緊抓住了這件事,提出了他的種質(zhì)學(xué)說。根據(jù)他的解釋,生物體由種質(zhì)和體質(zhì)所組成,種質(zhì)是可以世代連續(xù)的,而體質(zhì)則是逐代死亡的,種質(zhì)可以產(chǎn)生下一代的種質(zhì)和體質(zhì),但體質(zhì)并不能產(chǎn)生種質(zhì)。魏斯曼認(rèn)為種質(zhì)就是細(xì)胞核里的染色物質(zhì),胚芽或定子位于細(xì)胞核的染色體中,而“定子不是別的東西,而是生殖物質(zhì)的活的要素,它存在于胚種之中,規(guī)定著身體某一具體部位的外形和特殊的發(fā)育”。即定子是性狀的載體,每一個(gè)定子都是一個(gè)能夠生長,繁殖的自我保持的實(shí)體,定子以特殊的型式存在于種質(zhì)之中。
? ? ? ?在魏斯曼的意識里,像一個(gè)動物只能來自動物,一個(gè)植物也只能來自植物一樣,一個(gè)細(xì)胞的發(fā)生,一定先有一個(gè)細(xì)胞的存在。在完整的生物體系中,有一個(gè)支配發(fā)育的永恒規(guī)律,任何發(fā)展的組織不能追溯到其他,只能追溯到細(xì)胞。
? ? ? ?在切斷老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn)中,老鼠尾巴只不過改變了老鼠的體質(zhì),拉馬克所謂因用進(jìn)廢退而產(chǎn)生的獲得性,也不過是體質(zhì)的改變,所以它們是不遺傳的。
? ? ? ?該理論提出高等生物(尤其是動物)體內(nèi)的變異只有發(fā)生在直接產(chǎn)生配子的細(xì)胞內(nèi)才是可遺傳的,體細(xì)胞的突變不改變生殖細(xì)胞的遺傳物質(zhì),是不遺傳的;高等生物中發(fā)育成為配子的細(xì)胞是在胚胎時(shí)期中決定的,高等生物的獲得的性狀大部分都發(fā)生在成體體細(xì)胞,所以高等生物在成體階段所獲得的性狀是不遺傳的,而且大部分高等動物的生殖細(xì)胞在發(fā)育形成配子的時(shí)候存在基因組修飾的清除機(jī)制,防止成體獲得的性狀殘留而影響到胚胎的遺傳物質(zhì)。
? ? ? ?獲得性遺傳的驗(yàn)證需要突破一個(gè)最艱難的屏障——魏斯曼屏障。如何打破這道屏障才是獲得性遺傳普遍發(fā)生的證明問題的根本所在。
? ? ? ?魏斯曼在進(jìn)化思想上堅(jiān)決排斥獲得性遺傳,他比達(dá)爾文的態(tài)度要堅(jiān)決的多。達(dá)爾文常常在自然選擇和獲得性遺傳之間徘徊,他有時(shí)諷刺拉馬克,有時(shí)卻又用獲得性遺傳來解釋一些現(xiàn)象,相對于達(dá)爾文在這一方面的表現(xiàn),魏斯曼執(zhí)著于自然選擇,為此他的理論被稱為“新達(dá)爾文主義”。所謂“新達(dá)爾文主義”,就是繼承了自然選擇理論,但徹底放棄了獲得性遺傳的達(dá)爾文主義。
然而種質(zhì)細(xì)胞與體質(zhì)細(xì)胞隔離的結(jié)論真的成立嗎?魏斯曼那個(gè)時(shí)代人們對細(xì)胞及遺傳的認(rèn)識還比較膚淺,魏斯曼給出的結(jié)論多多少少帶有主觀色彩。
? ? ? ?種質(zhì)學(xué)說是生物科學(xué)中具有推論性的假說。由于受當(dāng)時(shí)科學(xué)水平的限制,魏斯曼不可能對遺傳做精確的描述。例如把生物體截然地區(qū)分為種質(zhì)和體質(zhì),把種質(zhì)的概念與形態(tài)學(xué)上的生殖細(xì)胞混為一談,把種質(zhì)選擇臆想為器官定向改變的原因等,這些顯然是不符合實(shí)際的假定。
? ? ? 魏斯曼根據(jù)他所設(shè)想的種質(zhì)概念,推論卵細(xì)胞中的各個(gè)定子在分裂過程中已分散到不同的身體細(xì)胞中,它們不可能再集中起來傳遞給后代。在生物體中只有由某類細(xì)胞穩(wěn)定地貯存一份完整的遺傳物質(zhì),才能為后代提供發(fā)育的基礎(chǔ),保持世代間的種質(zhì)連續(xù)。因此他認(rèn)為生物中有兩類細(xì)胞:一類是由定子確定而分化了的體質(zhì)細(xì)胞,它們已不含有完整的遺傳物質(zhì),只能維持當(dāng)代生存,并隨個(gè)體死亡而消失。所以由于環(huán)境影響體質(zhì)所獲得的變異性狀不可能遺傳給后代。另一類是隱蔽在生物體內(nèi)的種質(zhì)細(xì)胞,它們始終保持一份完整的遺傳物質(zhì),不受體質(zhì)細(xì)胞的影響,可連續(xù)不斷地把遺傳物質(zhì)傳給后代。
? ? ? ?在魏斯曼的觀念里,種質(zhì)被認(rèn)為是亙古以來就存在,永遠(yuǎn)不死的物質(zhì),種質(zhì)被蒙上一種神秘的色彩;他還把種質(zhì)和體質(zhì)絕對對立起來,認(rèn)為體質(zhì)(體細(xì)胞)不過是部分種質(zhì)的轉(zhuǎn)化物,只能受到種質(zhì)的絕對支配;體質(zhì)的作用不過是提供營養(yǎng)物的營養(yǎng)庫,而且由于自身結(jié)構(gòu)不斷分裂而招致死亡;體質(zhì)絕對不會影響種質(zhì),或反作用于種質(zhì),因此,由環(huán)境引起的有機(jī)體表型的改變絕對不會引起種質(zhì)的變化。
? ? ? 今天看來,魏斯曼的種質(zhì)觀點(diǎn)存在問題,但他的種質(zhì)論啟迪了人們?nèi)ド钊胙芯窟z傳物質(zhì),從而相繼發(fā)現(xiàn)了染色體 、基因和DNA 。有點(diǎn)歪打正著的意思。
? ? ? ?對于較高等的動物來說,精卵細(xì)胞的發(fā)生都與生物體的狀態(tài)密切相關(guān),特別是卵細(xì)胞中的mRNA、酶、營養(yǎng)物質(zhì)、激素等發(fā)育信息所需物質(zhì)都受到生物體的影響,而這些物質(zhì)也都決定著生物的發(fā)育性狀。隨著生物級別的升高,種質(zhì)細(xì)胞與體質(zhì)細(xì)胞聯(lián)系性逐漸降低,但這并不說明他們是相互隔離的,只不過它們之間的關(guān)系不容易被觀察和檢測到,或者說人在這方面的認(rèn)識還很有限。
植物在生長發(fā)育過程中,并沒有嚴(yán)格限定哪些細(xì)胞是屬于生殖細(xì)胞,哪些是屬于體質(zhì)細(xì)胞,很多體質(zhì)細(xì)胞還可以轉(zhuǎn)化為種質(zhì)細(xì)胞。原來只長枝葉的部位可以形成花的胚芽,開花結(jié)果留下種子。
在自然界中,生物普遍存在著無性生殖的現(xiàn)象,新的生物體是由母體的一部分直接發(fā)育而來的,不存在種質(zhì)細(xì)胞和體質(zhì)細(xì)胞之分。
對于只由一個(gè)細(xì)胞組成的單細(xì)胞生物來說,根本就不存在種質(zhì)細(xì)胞與體質(zhì)細(xì)胞之分,這些單細(xì)胞生物的生長、發(fā)育與繁殖在同一個(gè)細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。
動物的遺傳的途徑可能不同于植物。高等動物的遺傳信息的傳遞依賴于小分子遺傳物質(zhì)的攝取和傳遞,還可能通過類似于信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程直接傳遞信息。高等動物的細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)部存在復(fù)雜的信息流,生殖細(xì)胞基因組在信息刺激下首先作出表觀調(diào)整,最終有可能在連續(xù)刺激下將信息永久編寫進(jìn)核基因組。
構(gòu)成生物體的細(xì)胞、組織、器官及它們所執(zhí)行的功能是一個(gè)相互聯(lián)系、相互作用的有機(jī)系統(tǒng),生殖細(xì)胞和體細(xì)胞的分工并不是絕對的。例如.蚯蚓的再生體細(xì)胞可產(chǎn)生出生殖腺,進(jìn)而產(chǎn)生出生殖細(xì)胞。由此可見,體細(xì)胞和生殖細(xì)胞是相互聯(lián)系并可以相互轉(zhuǎn)化的。
無數(shù)的事實(shí)和現(xiàn)象足可以證明魏斯曼的種質(zhì)細(xì)胞和體質(zhì)細(xì)胞隔離的結(jié)論是不成立的,生殖細(xì)胞與生物體的聯(lián)系性會由于生物種類的不同而出現(xiàn)差異,在有些物種中聯(lián)系性較強(qiáng),在有些物種聯(lián)系性較弱,但聯(lián)系性是肯定存在的。
回到切老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn)。失去尾巴的性狀雖然是后天獲得的,但是該性狀并不是適應(yīng)性的,也不是生物主動適應(yīng)的結(jié)果,它的不遺傳與獲得性遺傳的存在和發(fā)生是不矛盾的。作為用四只腳跑動的動物,老鼠跑動中用于平衡身體的組織,尾巴是不可或缺的,沒有尾巴的老鼠跑起路來平衡會有問題,人工剪掉老鼠的尾巴并沒有促使老鼠尾巴生長發(fā)育的退化。獲得性遺傳是對獲得優(yōu)良的具有積極意義的性狀的遺傳,生物個(gè)體發(fā)育過程中的傷害性性狀等不符合生物需求的性狀是不可能遺傳,此類形狀的不遺傳反而說明了獲得性遺傳是具有選擇性的,是有意義的。
魏斯曼割老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是錯(cuò)誤的,老鼠的尾巴是被“切掉”的,這根本不是環(huán)境造成的,也就是說,老鼠并沒有不“需要”這個(gè)尾巴,而這個(gè)被切掉尾巴的悲劇也不能稱為“獲得性”,那只能是“強(qiáng)加性”。草被動物吃掉并不會不再生長,果實(shí)被采摘果樹并不會不結(jié)果實(shí)。這樣否定獲得性遺傳顯然是不符合客觀規(guī)律的。其實(shí),要否定獲得性遺傳,不能靠這種切老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn),魏斯曼割老鼠尾巴的實(shí)驗(yàn)更像是一個(gè)笑話。更可悲的是,還有那么多人就相信了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。
? ? ? ?獲得性是應(yīng)對環(huán)境以及生存需要的身體機(jī)能。有人說,鐵匠天天打鐵,肌肉發(fā)達(dá),但沒有證據(jù)表明,鐵匠的兒子們的肌肉也因此變得發(fā)達(dá),鐵匠辛辛苦苦打鐵弄出來的一身好肌肉并沒有遺傳下去。因戰(zhàn)爭等各種原因,人類就會出現(xiàn)大量殘疾人,但他們的后代并沒有缺胳膊少腿。這些說法都是對獲得性遺傳的曲解。鐵匠雖然不會把肌肉遺傳給后代,但他的后代有很大可能比其他人更適合做鐵匠。
拉馬克學(xué)說強(qiáng)調(diào)的主動適應(yīng)的內(nèi)部能動性,而不是所有個(gè)體發(fā)育過程中產(chǎn)生的性狀都可以獲得遺傳,能夠遺傳的獲得性形狀必然是那些生物系統(tǒng)適應(yīng)性和復(fù)雜化的進(jìn)化需求的性狀,而且獲得性狀的遺傳是在該形狀在連續(xù)多世代中被可觀數(shù)量個(gè)體獲得和使用的情況下穩(wěn)定下來的。
這里有個(gè)問題值得我們反思一下,魏斯曼這么個(gè)有明顯漏洞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為什么有那么多人相信,不過這倒是證明了很多人容易被專家“忽悠”。