美國科學(xué)院出版社2008年出版
編寫：美國科學(xué)院、美國醫(yī)學(xué)科學(xué)院
翻譯：曉實(shí)
花邊插敘（這些插敘分布于全書的各個(gè)部分，與之相聯(lián)，相對(duì)獨(dú)立）
進(jìn)化論與醫(yī)學(xué)：征服新的傳染疾病
2002年下半年，中國境內(nèi)有數(shù)百人感染了一種未知病菌，并因此患急性肺炎
而病倒。這種疾病被命名為“嚴(yán)重急性呼吸道綜合癥，”或SARS。該疾病迅速傳
播到越南、香港和加拿大，并導(dǎo)致數(shù)百人死亡。2003年3月，加州大學(xué)舊金山分
校的一個(gè)研究小組得到一份從SARS病體組織分離出來的病毒樣品。他們利用一種
稱為DNA微陣列的新技術(shù)，24小時(shí)之內(nèi)就得到了鑒定結(jié)果。這個(gè)病毒屬于一組特
定的病毒，是一個(gè)前所未知的新成員。這個(gè)鑒定結(jié)果由其他研究人員通過不同的
技術(shù)所證實(shí)。研究人員立即開始了血液檢測(cè)方面的工作，以鑒定感染人員以便隔
離。同時(shí)，關(guān)于疾病治療、防止病毒感染的疫苗的研究工作也立即展開。
進(jìn)化方面的知識(shí)在SARS病毒的鑒定過程中至關(guān)重要。該病毒的遺傳信息與其
它病毒的相似，因?yàn)樗麄兌际菑耐瑯拥牟《具M(jìn)化而來的。而且，關(guān)于SARS病毒進(jìn)
化歷程的知識(shí)給科學(xué)家提供了關(guān)于此疾病的重要信息，例如病毒是如何傳播的。
了解人類病原體的進(jìn)化起源對(duì)于未來也非常重要，因?yàn)楝F(xiàn)存的感染因子以后會(huì)進(jìn)
化產(chǎn)生新的更加危險(xiǎn)的病原體。
進(jìn)化論與農(nóng)業(yè)：小麥的馴化
如果人類很好地理解了自然界所發(fā)生的現(xiàn)象，則通常能夠更好地控制它，并
用它來服務(wù)于新的目的。小麥的馴化就是例子之一。
通過從不同的考古位點(diǎn)搜集種子，并分析他們?cè)陂L期的歷史進(jìn)程中的性狀變
化，科學(xué)家們提出人類如何在歷史上改變小麥的假說。在大約1萬1千年以前，中
東人開始栽種植物以獲取糧食，而不是完全依賴于搜集或獵取野生動(dòng)植物。這些
早期種植者開始儲(chǔ)存具有優(yōu)良性狀的植物的種子，并在下一個(gè)生長季節(jié)播種。通
過這種“人工選擇”，他們創(chuàng)造了大量特別適于農(nóng)業(yè)種植的作物。例如，通過許
多代人的努力，種植者改變了野生小麥的特性，使得小麥種子成熟后仍然留在植
株上，而且很容易把它們和外殼分離開來。在隨后的幾千年間，世界各地的居民
用類似的進(jìn)化變異的方法，把其它許多野生動(dòng)植物轉(zhuǎn)化成我們今天所依賴的農(nóng)作
物和家養(yǎng)動(dòng)物。
近年來，植物學(xué)家開始用小麥與來自中東及其它地區(qū)的野生親緣雜交。利用
這些雜交體，他們培育出了對(duì)于干旱、高溫和蟲害抗性增強(qiáng)的小麥品種。最近，
分子生物學(xué)家從植物DNA 中鑒別出各種與優(yōu)良性狀有關(guān)的基因，以便把這些基因
引入其它的作物中。這些進(jìn)展有賴于對(duì)進(jìn)化的了解，以便分析植物之間的關(guān)系，
尋找能夠用來改善作物的性狀。
進(jìn)化與工業(yè)：自然選擇原理的應(yīng)用
自然選擇的原理在生物學(xué)以外的許多領(lǐng)域都得到應(yīng)用。例如，化學(xué)家利用自
然選擇的原理開發(fā)具有特殊功能的新的化學(xué)分子。首先，他們利用化工技術(shù)從現(xiàn)
有的分子合成一些衍生物。然后，測(cè)定這些衍生物中所需要的功能。那些具有最
佳功能的衍生物被挑選出來，并用來合成新的衍生物。重復(fù)循環(huán)這一選擇過程，
最終可得到特殊功能顯著增強(qiáng)的化學(xué)分子。使用這種技術(shù)產(chǎn)生的生化酶，能夠高
效率地把玉米稈和其它農(nóng)業(yè)廢物轉(zhuǎn)化成乙醇。
進(jìn)化論是理論還是事實(shí)？
二者都是。但為了回答這個(gè)問題，我們需要更加深入地探討一下“理論”和
“事實(shí)”的涵義。
在日常生活中，“理論”通常是指直覺或者猜測(cè)。當(dāng)人們說，“我有個(gè)理論
來解釋這到底是怎么回事兒，”他們通常從支離破碎或模棱兩可的證據(jù)中做出結(jié)
論。
理論的科學(xué)定義和這個(gè)詞在日常生活中的意思差別很大。它是指對(duì)于自然界
某一現(xiàn)象的全面解釋，這種解釋由大量的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)所支持。
許多科學(xué)的理論堅(jiān)如磐石，不大可能被任何新的證據(jù)所撼動(dòng)。比如說，不可
能會(huì)有新的證據(jù)證明地球不是圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)（日心說），或者生物體不是由細(xì)
胞組成（細(xì)胞學(xué)說），物質(zhì)不是由原子組成，或者地球表面不是被分割成在地質(zhì)
年代里移動(dòng)的固體板塊（板塊構(gòu)造理論）等。就像這些猶如基石的科學(xué)理論一樣，
進(jìn)化論被無以數(shù)計(jì)的觀察結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所支持，所證實(shí)，科學(xué)家們堅(jiān)信，新的
證據(jù)不可能推翻進(jìn)化論的基本構(gòu)想。然而，像所有的科學(xué)理論一樣，隨著新的科
學(xué)領(lǐng)域的出現(xiàn)，隨著新技術(shù)使得以前不可能進(jìn)行的觀察和實(shí)驗(yàn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，進(jìn)化論
也將不斷地加以完善。
科學(xué)理論最重要的性質(zhì)之一，就是它能夠?qū)€沒有觀察到的自然事件或現(xiàn)象
作出預(yù)測(cè)。比如，萬有引力理論預(yù)測(cè)了物體在月球和其它行星上的表現(xiàn)，很久以
后，宇宙飛船和宇航員的實(shí)際活動(dòng)證實(shí)了這一預(yù)測(cè)。發(fā)現(xiàn)“大淡水魚”的進(jìn)化生
物學(xué)家預(yù)測(cè)，在3億7千5百萬年古老的沉積巖中，有可能找到介于魚類和有肢陸
地動(dòng)物之間的動(dòng)物化石。他們的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了基于進(jìn)化理論的預(yù)測(cè)。對(duì)于預(yù)測(cè)的證
實(shí)也反過來提高理論的可信度。
在科學(xué)中，“事實(shí)”通常是指觀察、測(cè)量或其它形式的證據(jù)。重要的是，這
些證據(jù)應(yīng)當(dāng)能夠在相似的條件下重復(fù)發(fā)生?？茖W(xué)家還用“事實(shí)”這個(gè)詞來指經(jīng)過
千錘百煉的科學(xué)解釋，對(duì)于這些解釋，已經(jīng)沒有任何必要的理由繼續(xù)檢驗(yàn)，或者
尋找新的實(shí)例加以反駁。就此而言，過去發(fā)生的和正在繼續(xù)的進(jìn)化就是科學(xué)事實(shí)。
由于支持進(jìn)化論的證據(jù)如此強(qiáng)大，科學(xué)家們不再質(zhì)疑進(jìn)化是否發(fā)生過，或是否仍
然在繼續(xù)之中。與此相反，他們積極開展進(jìn)化機(jī)理的研究，弄清楚進(jìn)化發(fā)生的速
率有多快，以及其它有關(guān)的問題。
同位素年代測(cè)定法
根據(jù)現(xiàn)代宇宙論，構(gòu)成普通物質(zhì)的粒子（質(zhì)子、中子和電子）是在宇宙大爆
炸后冷卻時(shí)形成的。以后，這些粒子結(jié)合起來形成氫原子、氦原子和少量元素周
期表中下一個(gè)更重的元素，鋰。
宇宙里所有其它的元素是在太陽這樣的恒星，和稱為超新星的爆發(fā)星球里面
形成的。向輕元素里面加入中子的核反應(yīng)產(chǎn)生更重的元素。超新星把這些元素拋
向星際空間。這些元素和宇宙大爆炸產(chǎn)生的氫、氦、鋰元素一起形成我們的太陽
系。
有些原子具有放射性，也就是說，他們自然地衰變?yōu)槠渌派湫曰蚍欠派湫?br>原子，同時(shí)放射出亞原子顆粒和能量。每一種放射性核素都有自己的半衰期，就
是樣品中一半的原子發(fā)生衰變所需的時(shí)間。因此，放射性原子像時(shí)鐘一樣記載物
質(zhì)存在的時(shí)間。通過比較物質(zhì)內(nèi)放射性元素量和衰變產(chǎn)物量，研究人員可以測(cè)出
來該物質(zhì)是什么時(shí)候形成的。這種測(cè)量方法為地球、月球、隕星和太陽系等測(cè)定
了年齡。這些測(cè)定結(jié)果表明，這些物體的年齡都是幾十億年了。
反對(duì)講授進(jìn)化論的人對(duì)同位素年代測(cè)定法投以懷疑。同位素年代測(cè)定法來自
于一個(gè)多世紀(jì)的創(chuàng)造性研究，它代表了現(xiàn)代科學(xué)中基礎(chǔ)最為穩(wěn)固的成就之一。
具有彩色翅膀的果蠅類
夏威夷的果蠅類是“輻射適應(yīng)”的一個(gè)優(yōu)秀例子，就是說一個(gè)祖先物種在相
對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了大量的新物種。進(jìn)化生物學(xué)家的注意力特別集中于大約
100個(gè)果蠅類物種，他們的翅膀大且具有絢麗的彩色斑紋。這組果蠅被稱為彩翅
果蠅類（picture-winged drosophilids），它們的遺傳物質(zhì)里令人矚目地?cái)y帶
著該組果蠅進(jìn)化史的生物學(xué)記錄。
所有果蠅幼蟲的唾腺細(xì)胞都含有特殊結(jié)構(gòu)的染色體，稱為多線染色體。這些
多線染色體很容易用顯微鏡觀察到，它們展示出上百條深度和大小不一的色帶。
通過這些帶型，非常容易檢測(cè)到一種稱為倒位的染色體重排。有的時(shí)候，DNA的
復(fù)制錯(cuò)誤能夠?qū)е氯旧w片段的翻轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，染色體中有一段具有特異的深
淺帶型的片段定向被翻轉(zhuǎn)過來。不同果蠅種的不同染色體片段都發(fā)生過很多這樣
的倒位重排。
夏威夷群島上的單個(gè)果蠅種輻射成多物種時(shí)都伴隨有帶型變化，研究人員利
用染色體里的帶型變化，重新構(gòu)建現(xiàn)有的果蠅種從舊島轉(zhuǎn)移到新島，并產(chǎn)生新物
種的順序。例如，作為群島鏈中最年輕的“大島” 夏威夷島，現(xiàn)在共有26個(gè)具
有彩色翅膀的果蠅類。通過仔細(xì)檢查這些物種里特異的染色體倒位，并且與更古
老的島上的種相比較，研究人員已經(jīng)確定大島上的果蠅起源于19個(gè)不同的種，它
們都通過小群果蠅（有時(shí)甚至是一只受過精的雌蠅）來自一個(gè)更為古老的島嶼。
早期四足動(dòng)物的肢體進(jìn)化
分子生物學(xué)家一直在尋找和發(fā)現(xiàn)發(fā)育過程中控制身體各部分形成的DNA區(qū)域。
在所發(fā)現(xiàn)的這些DNA區(qū)域中，最重要的那些被稱為Hox基因組。
人和其它哺乳類共有39個(gè)Hox基因。每個(gè)Hox基因都控制其它類型基因的功能，
而且，同樣的Hox基因在身體的不同部分，能夠控制不同的基因組。
在種類繁多的無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中，Hox基因還涉及許多不同的解剖學(xué)
結(jié)構(gòu)的發(fā)育，包括肢體、脊骨、消化系統(tǒng)和生殖器官等。如圖所示（圖免——譯
者），在果蠅胚胎中控制身體各部分發(fā)育的同樣的Hox基因，也控制鼠胚胎和其
它哺乳動(dòng)物的身體各部分發(fā)育。圖中同樣的顏色表示同樣的Hox基因在兩種生物
中的控制活性。
Hox基因還指導(dǎo)魚鰭和陸地脊椎動(dòng)物肢體的形成。它們?cè)谥w動(dòng)物中以不同
的方式表達(dá)，結(jié)果形成手指和腳趾。這些基因表達(dá)的變異很可能與早期四足動(dòng)物
的進(jìn)化有關(guān)，例如“大淡水魚”。
鯨、海豚和小鯨的進(jìn)化
化石與分子生物學(xué)證據(jù)相結(jié)合，使得生物學(xué)家能夠建立比過去精確得多的進(jìn)
化史。例如，最近在亞洲出土的化石揭示了一連串的生物，它們始于大約5千萬
年以前。它們首先在陸地上以獵取方式生活，然后持續(xù)地生活于海洋環(huán)境中。這
些化石記錄的證據(jù)與最近的遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)一致，也就是說，今天的鯨、海豚和小鯨
是一群稱為偶蹄動(dòng)物類的陸地哺乳動(dòng)物的后裔，包括今天的綿羊、山羊和長頸鹿
等。最近，對(duì)現(xiàn)代小鯨DNA調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致這些生物的祖先失去后
肢，并發(fā)育出更為流線型身體的分子變異。所有這些形式的證據(jù)都相互支持，為
深刻理解進(jìn)化論增添了華彩篇章。
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