获得性状是否能遗传一直是生物进化研究中争论的焦点。
获得性遗传是“后天获得性状遗传”的简称,指生物在个体生活过程中,受外界环境条件的影响,以及主观意愿,产生带有适应意义和一定方向的性状变化,并能够遗传给后代的现象。获得性遗传强调外界环境条件和生存意愿是生物发生变异的主要原因,并对生物进化起推动作用。
获得性遗传是一种非常直观、容易被人理解和接受的遗传现象,出自人们对生物与环境相互作用过程中发生的某些现象的观察,以及对生物在繁殖过程中有关遗传和变异现象的观察,通过对比、分析和综合,推断出来的生物属性。
拉马克提出获得性遗传的判断,来自于对生物现象的观察以及经验得到的感觉和判断。其实,不止拉马克有这种感觉,很多人也有。
达尔文最初是反对拉马克思想的,但后来他认识到环境对生物的重要作用,同时也承认获得性是可遗传的。对于如盲肠之类的退化和萎缩器官的存在,达尔文认为这是用进废退的结果,某些不常用的器官经过世代相传,最后就彻底不用了。他为此举了很多例子,比如太平洋岛屿上的一些鸟,因为岛上没有捕食它们的猛禽,所以它们就不需要费力的飞来飞去,结果翅膀没有用武之地,长期缺乏练习,最后搞的双翅乱动也飞不起来了。
获得性遗传理论之所以引起种种非议,就在于人们力图用实验的方法来证明它是极为困难的。生物进化的历程通常大大超出研究者的寿命。根据拉氏学说,获得性遗传是个漫长的历史过程,要通过几代人用几个实验来验证它是不现实的。
从时间上讲,物种的微小变异在短时间内是无法察觉的,此外,哪一种变异是适应性变异,哪一种不是,也很难判断,需要经过漫长的积累过程才能成为较明显的差异并被人发现。
获得性遗传是拉马克在仔细观察的基础上对生物遗传现象的一种描述,是一种推测和判断。现代生物学的显著特点之一就是其实验性。但是拉马克所处的时代以及随后的一段时间,生物学在很大程度上是一种描述性科学。
在讨论获得性遗传的问题之前,我们先看一些生物现象。
骆驼有着“沙漠之舟”的美称。骆驼进化出在沙漠生存所需的装备和功能。
骆驼的脚掌扁平,脚下有又厚又软的肉垫子,这样的脚掌使骆驼在沙地上行走自如,不容易陷入沙中。
骆驼的耳朵里有毛,能阻挡风沙进入;骆驼有双重眼睑和浓密的长睫毛,可防止风沙进入眼睛。
骆驼的鼻子很奇特,鼻孔能开闭,每逢沙漠刮起卷着沙子的旋风,它的鼻孔就会紧紧的闭起来,简直像门一样开关自如。
背有肉峰,内蓄脂肪,骆驼能够连续四五天不进食,就是靠驼峰里的脂肪。
胃有三室,第一胃室有20-30个水脬,可以贮水,红血球可以大幅膨胀吸水来贮水,所以耐饥渴,可以多日不吃不喝,一旦遇到水源,可以大量饮水贮存。
沙漠动物中的动物除了骆驼,还有其它动物,包括沙漠中的蛇类、鼠类、小昆虫,大一点的有沙漠狐等。
由于气候原因,沙漠中动物都有一些相似的特性:具有自身保持水分、抵抗高温的能力以及适应沙漠生活的形态特征。例如可利用有机物分解产物的水、减少皮肤呼吸、高张力尿的形成、夜行性、通过发汗和喘气的气化热发散、与沙地相似的体色以及扁平而宽大的脚等。此外,对于饥饿的耐受性要比近缘种大得多,同时大都具有移动能力,这些都与获得密度低且分散分布着的食饵有关联,表现为对特定环境适应的生理特征。
我们再去寒冷的北极看一下,了解北极的动物们如何适应冰天雪地的环境。
北极最典型的动物代表是北极熊。北极熊周身覆盖着厚厚的白毛(看起来是白色的,实际上是透明的),但皮肤却是黑色的,我们从它们的鼻头、爪垫、嘴唇以及眼睛四周的黑皮肤上就能窥见皮肤的原貌。而黑色的皮肤有助于吸收热量。
北极熊的毛也非常特别,它们的毛中间是空的,这样的构造可以把阳光反射到毛发下面的黑色皮肤上,有助于吸收更多的热量。
北极熊皮肤下面厚厚的脂肪层进一步把严寒隔绝在了身体外面。北极熊这种多层保暖措施是如此有效,以至于它们有时不得不四仰八叉地趴在冰面上以便好好凉快凉快……。北极熊的毛发在夏季虽然不像其他北极动物那样换成深色的夏装,不过也可能因为氧化作用而微微变黄。
北极熊的前爪十分宽大,在游泳的时候宛如双桨,并掌握着前进的方向,而四只爪垫上都长有粗硬的毛发,不仅有助于保暖,还可方便它们在冰面上行走。
北极熊的视力和听力与人类相当,但它们的嗅觉极为灵敏,是犬类的7倍。
在北极生活的动物除了北极熊以外,其它一些动物,如北极狐、北极兔,它们也进化出适合严寒环境的特征。北极狐脚底部也密生长毛,适于在冰雪地上行走。北极狐毛皮为白色,既长又软且厚,可忍受严寒。春天至夏天逐渐转变为青灰色,称为“青狐”。
北极兔子有一个特点,即能随着季节的不同而改变皮毛的颜色,春夏秋三季为灰褐色,一到冬季则变为清白,这样不仅便于伪装,而且白色还能起到一种光学反射作用,使天敌难以发现。蓬松的绒毛在其身体周围捕捉到一些空气,就像中空的墙壁一样,形成一层绝缘层,有效地防止了热量的散失,这对度过北极的严冬是至关重要的。
这里我们还可以看这样一些例子。如果我们把一些家养的动物放到野生环境中,如狗、猪、猫、兔等,经过若干代,这些动物会慢慢恢复野生态的特征,以前人工强加的特征渐渐消失,过去祖先在野生环境的记忆被唤醒。
很多人知道,澳洲外来物种的入侵是一件让人追悔莫及的事。一些其它大陆家养的动物被带到澳洲,像兔、狗、猪等,这些动物被野放,它们很快适应当地环境,由家养动物变成了野生动物。
也有反向的例子。例如,在家养条件下的鸡,由于长期圈养,翅膀不用于飞行而退化、变小;同时活动量减少而导致呼吸能力下降,气囊变小.这种退化了的行为与结构已稳定地在家鸡中遗传了。
说完动物再说人,
说一说为什么会有不同肤色的人。
皮肤的颜色主要是由皮肤内黑色素的多少决定的。黑色素是一种黑色或棕色的颗粒,其主要作用是阻挡阳光中紫外线对人体皮肤下面细胞的伤害。阳光较强时,黑色素的含量增多,所以,夏天我们会被晒黑。
人类皮肤的颜色,是适应不同自然的结果。我们发现,人类的肤色随着地球纬度的变化逐渐在改变。居住在赤道地区的非洲人,由于皮肤常常受到强烈日光照射,体内黑色素大量产生,所以,非洲人皮肤呈黑色。在高寒地区光照较少,所以,皮肤为偏白。黄种人一般聚居在温带地区,阳光强烈的程度居中,黑色素也介于二者之间,所以皮肤的颜色也介于两种人之间。人类的祖先移居到不同的地区,为适应外界的环境才渐渐出现了肤色的差异。
其实,不同人种的差异不只表现在肤色上,还有许多其它方面的差异,如鼻子、眼睛、毛发等等,这些差异是由环境长期影响造成的。
人的肤色、体格、头发颜色、五官的样子,这些和所在地的气候、温度、光照等环境条件有关。不同地区的人有不同的生活习性,饮食习惯、甚至不同的文化传统,这些都可能对身体有影响。
不同的地域,不同的气候,不同的起居习惯等都是产生差异的原因。环境是可以改变人的,如果欧洲人在亚洲地区生活数代,只要时间足够上,即使在不与亚洲人通婚的情况,后代的肤色会逐渐接近当地人。
也有我们身边的例子,就是中国人肤色的变化。有人说,中国人的皮肤在不断变白,变白和人室内活动增多有关。过去中国人长期从事农业劳动,风吹日晒,皮肤发黑。现代人大多在室内工作或劳动,生活中接触阳光时间缩短,人的皮肤会越来越白,这种现象比较明显,随着城市化进程的加快,从事露天作业的人越来越少,中国人的下一代皮肤有越来越白的趋势。肤色的变化,就是基因发生了变化。
所以,人不同肤色与光照环境有紧密的关系。
随着社会的发展,人们生活条件的改善,人从外貌到智力都在发生改变。如果看一下二十世纪初中国人的照片,用现在的审美标准,就两个字——难看,不仅皮黑粗糙,脸型和身体轮廓也不符合现代审美。过去一些被称为美女的人,放到如今也就是路人。从智力上看,很多做父母有这样的感慨,现在的孩子比过去的聪明。社会发展,人的内外都在改变。有时我们不禁感慨,生物进化的速度远比我们想象的要快。
一个过去闭塞的地区,人们的文化层次和智力方面比较低,如果这样地区的人能接受外界的文化教育,改变过去自我封闭的状况,人的文化智力层次会慢慢上来的。人通过自身的努力,能够改善自己的基因。教育的普及,是一个民族发展本质的动力。
社会背景和国家教育可以决定一个人的品性和内涵,人经过自身的努力和社会的救助,也一样会取得生物学意义上的成功。
在相同的大环境下,虽然存在人与人之间的差别,作为一个整体的人群,不会出现人与人之间的剧烈分化,这是环境在人在基因层次上产生作用的缘故。
太优裕的环境,也会影响人的发展。有些地方自然条件优越,有丰富的自然和矿产资源,国家有很好的福利,人不需要太努力就能过得很好,这样的环境容易造成人思想和行为的懒堕,人不思进取,容易导致人的退化。
人们可能会有这样的疑问,为什么非洲的发展要慢于其他的洲。这其中有一个重要原因,就是自然环境。非洲一年四季炎热,植物常年生长,树上和地面都能找到食物,可以随吃随采。非洲人的生活习惯很长时间和类人猿的没有多大差别,造成非洲人性格散漫,不思进取,种族也就得不到更好的改进和提高。欧洲和亚洲就不一样了,一年有四季,人要想办法如何熬过食物匮乏的季节,这样就产生了放牧和耕种,恶劣的环境迫使人们不断进取,发展出了各种生存技能,逐渐发展出农业生产以及相关的社会活动,这些活动自然也影响到遗传。
自然界的生物林林总总、千姿百态,所有的生物都沿着适应性演化的方向前行,大自然表现出惊人的创造力。生物界适应性的例子太多,这样的现象发生在所有物种身上,从中我们察觉到生命演化背后隐含着某种秩序。对于生活在不同环境中的生物,它们有着对应于特定环境的特征,一定生物功能有与之相对应的生物结构,而不是漫无目的地发展出来的,生物性状与环境之间有着千丝万缕的联系。对于不同的生存需要,生物进化出不同的解决方式。经过长期的演化,生物显现无限复杂和精密的结构。
所有这些现象我们是否可以这样想象,生物有从环境中提取信息的能力,生物性状的变化是由于生物分子与环境之间产生了应答,而非随机变异导致的结果,生物演化具有方向性,生物分子与环境之间存在着对应变化机制。
我们再来看一些例子。
几乎所有人都知道细菌会出现耐药性,为什么有耐药性的出现?
细菌耐药性说明,细菌在与药物接触的过程中出现了定向的进化,细菌通过自身的适应性反应而制造了耐药性基因,然后通过传播使所有细菌共享这一成果,抗药细菌因此越来越多。这表明细菌生物分子具有应变环境的能力,当环境出现不利于自身生存的状况,它会通过基因结构的调整来抵抗外界的侵害,维持自身的存在,并且这种能力还可以遗传。
细菌耐药这种现象非常普遍,为什么细菌耐药性是普遍现象,几乎发生在所有细菌身上,谁能保证每种细菌的突变都向对生存有利的方向进行,所以,细菌的耐药性的形成用偶然变异来解释很牵强。
否定获得性遗传的人提出这样的论点:例如,一个人锻炼产生了结实的肌肉,他的肌肉不会遗传到下一代;一个人有丰富的生活经历或经验,也不会直接传给下一代。人的肌肉的确不会遗传,但一个强壮个体的后代通常会有比别人更结实的体质基础,更容易练成强壮的身体。施瓦辛格的肌肉虽然不能直接传给他的儿子,但他的儿子(孙子)比一般人的后代有更好的体质基础;一个有丰富经验的人的后代通常有更好的智力天赋,理解力判断力等方面更强。遗传基因表现为一种有待表达的潜在能力,也许不定在下一代就能表现出来,但有可能在今后的遗传中产生影响。
非洲草原上草食性动物和肉食性动物,在长期的生存竞争过程中,它们具有很强的奔跑能力,这种能力是在它们一代又一代的相互追逐过程中不断提高的,后天的行为一点点嵌入生物的基因,表现为适应过程中对于这种能力的不断强化。
类似的例子很多,譬如所谓的艺术细胞、语言能力、表演能力、绘画技能、音乐天赋等,天赋来自前辈中有人从事过的活动,天赋不一定在每个后代身上都表现出来,但却有相当高的出现几率。这些天生的能力不是通过偶然性降临到某人身上,而是来自遗传,或前人所从事的活动留下的遗传印记,即所谓的获得性特征。
由于“获得性”的物质基础是由生物的运动形成,那么随着运动的不断进行,其物质会发生从量到质的变化。运动的时间越长,质变越深刻,则“获得性”越深刻、稳定。如果我们所说的获得性指的是一代相对于亲代来说性状上的改变,这一代的变化,相对于它祖辈世代累积的变化来说,是极其微弱的。这“微”是说它的量微小,不易觉察;这“弱”是指它容易改变。它可以被个体不断进行新的运动所改变。当遗传给后代后,也可以被后代在新的环境里进行新的运动所改变。同时这一代的获得性也同样有大小之分与量质之别。人偶尔劳动手上打起泡,这起泡的变化对身体的影响极微,休息几天泡就自消了,难以影响后代。如果是作长期的重体力劳动,这就会使全身起质的变化,从而影响后代。有人用手上打起泡、皮肤被晒黑等例子来说明获得性不遗传。皮肤晒黑遗传不遗传呢?皮肤晒黑同样有量与质的区别,同时影响皮肤颜色的还有多种因素,有父母双方影响,有后天环境影响。而一代影响再大也是极微弱的。如果世世代代男男女女都长期生活在强烈的阳光下,那就会看到通过遗传累积的显著变化。今天各种不同肤色的人种:黑种人、白种人、黄种人、棕色人种等,他们的不同肤色正好对应着他们祖祖辈辈居住在不同纬度位置上所接受的不同的阳光强度,这说明与阳光刺激有关,是遗传累积的结果。