从昆虫和植物中走出的科学巨人

　　

达尔文的一生及对科学的伟大贡献 

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本报记者冯卫东 
  两个世纪以前，现代生物学的奠基人查尔斯•达尔文在英国出生。他成为了他那个时代最有名的科学家。他破译了从生物灭绝到存活的生命历史记录，从而解释了生命多样性的起源。今天，他的自然选择进化论已成为生命科学研究的核心，他的思维模式也为科学和大众话语增添了新的词汇。达尔文学说的逻辑贯穿于生命科学之中，从病毒的传播到人类文化的交融，并已渗透到量子物理学和计算机科学等其他不同领域中。
　　

　　

　　查尔斯•达尔文出生于一个今天的科学家可能无法理解的世界。

　　当达尔文于1809年2月12日降生到这个世界时，现代科学还处于初级阶段。道尔顿刚刚阐述了他的现代原子理论，但无人真正知道原子到底是个啥样；物理学家还没有听说过能量守恒或任何其他热力学定律；法拉第还没有展示如何由磁制电；也没有人了解光的电磁特性；地质学陷于一种老旧的范式之中；心理学尚未被发明出来；生物学似乎在几个关键的方法上仍充斥着宗教色彩，对实验和理性的探究仍保持着抗拒姿态。

　　然后，达尔文来了。到1882年达尔文离开人世时，热力学已拥有了两个牢不可破的定律；化学也编入了门捷列夫的元素周期表；麦克斯韦则发现了用数学和电磁学相结合来解释光的著名麦克斯韦方程；莱伊尔已建立了作为地质学基础的均变说；冯特创立了第一个实验心理学实验室；科学已能解释生命本身是如何变成当前这个样子的，当然这要感谢达尔文敏锐的好奇心，以及他的严谨、智慧、毅力和说服力。

　　当然，最大的成就则要数达尔文关于生命的概述变得家喻户晓。达尔文进化论的拥护者托马斯•亨利•赫胥黎说：“这是一种没有任何优越性的知识，但同时又拥有比知识更高贵的特性。”斯蒂芬•杰伊•古尔德则称达尔文为“生物学的拳王阿里”。但阿里所做的一切只是争斗，达尔文更像威利•梅斯（美国棒球大联盟史上成就最大的非洲裔球星），他能奋力击球、奔跑、防守和投球。转化为科学语言，达尔文能阅读、思考、实验、推论和写作，还有其他比他同时代的人更优异的品质。达尔文之前的一些科学家已表达了进化的思想，有些人甚至已暗示了自然选择的作用。但是，他们中没有一个人为进化论提供必要的充分证据，以推断其许多细微差别、解释其机理、预见和驳斥许多反对意见及向世人令人信服地进行阐明。

　　就是达尔文也从未写下过关于进化论的只言片语，人们今天记住的他是一位19世纪最重要的植物学家、昆虫学家和超级地质学家。他是一位研究食虫植物、珊瑚礁、鸽子、蜜蜂、蚯蚓、兰花、甲虫和藤壶的权威。他从未受过怎样成为一名科学家的教育，也从未拥有任何学术地位。他的科学履历表上的一切只是他的大脑。

　　与甲虫休戚与共

　　达尔文年轻时是一位资质平平的学生，但他又是一位书迷。他早期的兴趣在于观察和收集昆虫，特别是甲虫和蝴蝶。在达尔文开始其著名的海上行程前，他的一位朋友写信给他说：“与南美的甲虫共舞吧，与所有热带蝴蝶共舞吧！”到了接受高等教育的时候，达尔文前往出生地什鲁斯伯里镇以北几百公里远的爱丁堡大学学习医学。但很快，他发现自己晕血。达尔文又返回南部剑桥大学改学神学，希望将来成为一个“尊贵的牧师”，对于这样一个职业来说，晕血就不再成为问题。

　　但是达尔文的心思并不在神学上，剑桥的几年学习生涯却暴露了他在其他方面的追求，他热衷于植物学讲座。他甚至与地质学家亚当•赛奇维克一起进行野外考察，与生物学家约翰•史蒂文斯•亨斯洛建立了深厚的友谊。当时，德国学者亚历山大•冯•洪堡和英国天文学家约翰•赫谢尔的书籍极大地激起了达尔文对科学的兴趣，达尔文在20年后发表文章说，这些书籍给他灌输了这样的思想，即要以燃烧的热情给自然科学的伟大建筑作出哪怕是最微薄的贡献。

　　亨斯洛也许是第一位预见到达尔文会成为一名不同寻常科学家的人，他推荐达尔文担任了小猎犬号探险航程的博物学家。在环游全球的过程中，达尔文花了5年的时间来观察地球生命的多样性、各种各样的地质构造和那些早已不复存在的生物丰富多彩的化石记录。但达尔文眼中看到的要比遇到的多得多，他发现了化石和生命形式之间的差异性、被遥远距离分隔开的动物之间的相似性、南美大陆和附近的加拉帕戈斯群岛上的生物之间的微妙差异和关系。

　　到航程结束的1836年10月，达尔文的脑中已形成了一个生命多样性和细微差异性的目录，这为他的思想形成提供了大量素材。

　　福兮祸兮皆因病

　　当达尔文回到英国时，小猎犬号航程已使他成为一位科学名人，他的交往圈子也变为了伦敦的精英名流。但是他的健康状况这时却出了问题，他不得不搬迁到伦敦东南郊的农村塘屋（DownHouse）居住。在余下的生命里，达尔文几乎每天都遭受着一种类似重复性食物中毒的怪病的折磨，那时的医生对此束手无策。现代诊疗专家对他的病症作过各种推测，从乳糖不耐症到克罗恩病等，不一而足。

　　但是不管让达尔文痛苦不堪的到底是什么病症，也许正是疾病为促成他的科学成就建立了一个良好的环境。他被迫久居乡下，没有工作，也很少有分心的事情，他把他的时间全部用在了以自己的方式来研究自然。譬如，他花了8年的时间研究了各个藤壶物种的各个方面。任何时候，他阅读书籍都读得很透彻，读完后还要做详细的汇编和索引笔记。他几乎读遍了每一期《科学》杂志，虽然无法完全理解，他还是对其中的物理和数学文章读得特别的有味。他读科学、读哲学、读历史，甚至连无聊的小说也拿来读（他说，这样的小说都有一个一成不变的规律，即以愉快的场面结尾）。当达尔文表达自己的意见时，他知道自己在说些什么，也知道别人都知道些什么。

　　达尔文懂得的东西如此之多，使得他常常能看见别人看不见的东西，也因此能推导出某些观点，而不用担心他的观点是否会得到舆论的支持，他了解舆论会作出怎样的评判。如果他觉得自己的观点还不够充分，他会自己动手去做，于是，他种植兰花、喂养鸽子、观察蚯蚓。

　　在达尔文读过的所有书籍中，最著名的就是1798年马尔萨斯撰写的《人口论》，达尔文在1838年通读了该书，但只是为了消遣。在此之前的大约15个月，达尔文开始系统研究“物种问题”，这是一个生物学的基础问题。传统观念认为，物种是单独创立的，而且不可改变。还有更多这样的思维方式，如当时的天文学家都认为宇宙也是永久静态的。但是包括达尔文的祖父伊拉兹马斯在内的一些思想家并不这样认为。虽然达尔文对其祖父的书并不感冒，他认为祖父的书中充满了太多的对事实的臆测，但在小猎犬号上，达尔文就已开始怀疑这种不可改变性也许是不正确的。不过，自然选择的思想此时尚未扎根于他的脑中。

　　这时，马尔萨斯帮了达尔文的忙。马尔萨斯认为，如果不加以节制，人口的增长将失去控制，并耗尽资源。而稀缺的资源将抑制人口数量，因为并非所有出生的人都能存活并繁衍下去。达尔文非常赞同这种“生存竞争”的论述，他在各种各样的植物和动物中观察到了这一点。他在自传中这样描述道：“这立刻吸引了我，在这种情况下，有利的变化总是会得到维护，而不利的则被摧毁。如此的结果就是形成新的物种。在这里，我至少寻获了一个可适用的理论。”

　　到1842年，达尔文已用铅笔勾勒出他的进化论思想的一个35页的大纲，到1844年，则扩大到一个230页的手稿。他在给他妻子的一封信中预言，一旦他的理论被一个称职的法官接受，将会是“科学史上的重大一步”。在信中，他要求妻子保证，如果生前他不能出版他的手稿，死后一定要帮他完成这个心愿。他向一对同事夫妇展示了他的手稿，但此时这个生物科学史上最翻天覆地的思想仍未公开。达尔文每天正忙着给藤壶分类。

　　到1854年，达尔文已开始将其大部分时间花在物种问题上。1856年，地质学家莱伊尔提醒他，应抢在另一位博物学家之前赶快发表他的研究。果然，两年后，在印度尼西亚工作的阿尔弗雷德•罗素•华莱士提出了与达尔文几乎相同的概念，华莱士认为物种随着细小变异的积累随时都在发展，有利条件增加了生存的机会。华莱士将他的文章送给达尔文审议和评论。

　　失望之余，达尔文去征求莱伊尔的意见。华莱士的想法是合理的，也应当予以公布。可是，达尔文现在还敢发表自己的论文，而不被认为是抄袭了华莱士的发现吗？莱伊尔和亨斯洛想到了一个折衷的办法。华莱士的论文和达尔文1844年的手稿都将向林奈学会宣读，同时，莱伊尔和亨斯洛在一次会议上作证，他们实际上早在几年前就已见证了达尔文的工作。这样，华莱士的成果得到了认可，但达尔文主张的优先权也被保留下来。

　　但是这几乎无关紧要。是达尔文的巧妙推理和分类成就了自然选择的进化论，这在他的杰出论著《物种起源》中已证明了这一点。1859年发表的《物种起源》震惊了当时的科学和知识界，不仅引发了对这个新的伟大思想充满偏见的恶毒挞伐，也为未来百年生物学思想的发展提供了宝贵的营养。

　　一个简单的解决办法

　　对于如此重大的一个问题，达尔文的解决办法似乎是优雅简单的，即便这个问题是如此难以捉摸以至于其表述往往是严重错位的。达尔文认为，后代与他们的父母及其他后代之间都略有不同，使得某些后代要比其他后代更能在竞争中生存下来（适者生存）。在一段难以想象的相当长的时间里，这些细微的变化通过世代累积，就会使一个物种变异为另一个物种。在更小的规模及更短的时间里，这样的累积变化可在不同品种的狗、鸽子和植物身上看到，这往往可由在人类饲养中通过人工选择特定性状来引发；在数百万年的进化尺度上，选择驱动了新物种的出现是很自然的事情。

　　赫胥黎等一些科学家很快看到了达尔文观点中的真相，其他的科学家也逐渐赞同了他的观点。当然，还是有许多人痛苦地不愿承认并开始攻击达尔文和他的新书。他们驳斥进化论的大多数观点，即便是在今天，也都只在达尔文意料之中并加以反驳过的。譬如化石记录的差异，达尔文解释说，这是因为化石记录并不完备，这就好像在整个地球历史的百科全书中只有最新的几卷才有寥寥数页的记录。关于复杂的眼睛问题，达尔文解释说，最轻微的对光敏感度都会有助于生存，更加多用、聚焦的眼睛要经历足够长的时间才能发展出来。

　　除了解释大自然赋予的生命形式的难以预测性，在某种意义上，达尔文的工作还作出了引人注目的成功预测。其中之一就是遗传突变机制的要求。在随后的遗传学研究中，从孟德尔到沃森和克里克，所产生的成果也无非是达尔文早就定下的。另一项则是对于一个特别古老地球的需求，它能给自然选择论中的选择积累提供所需的永世时间，那个时代的有名物理学家总是在抱怨地球太年轻，但达尔文的原始直觉最终被证明是准确的。

　　达尔文的成功归因于他对科学的爱、无限的耐心以及观察和收集事证的勤奋。他充分了解他所从事的工作的重要性，但他的谦虚使得他对自己的成就轻描淡写。他写道：“我只拥有平庸的能力，却能在一些重要问题上对一些科学工作者的信念产生相当程度的影响，真是令人惊讶。”

　　作为一名科学家，达尔文既是记录者和综合者，又是实验家和理论家。他如此成功地发掘出生物学的秘密，源于他对获取所有证据和如实评估这些证据的献身精神。他从一切可能的来源收集事证，然后进行编排以揭示最合乎逻辑的一般性结论。他通过引用从小猎犬号航程中的观察所得和世界各地专家的论著，甚至是亲自养殖鸽子、解剖藤壶和纠缠蚂蚁中得出的经验，来解释自然选择论中的所有微妙细节和自然选择的力量。他证明了自然选择是如何和观察所得相调和的，否则如物种是单独创立和保持不变的，则两者是互相矛盾的。

　　今天，达尔文的物种起源思想仍顽强地存活着，虽然它催生出许多变化形式，但正是这些细微差别和复杂性促使进化论科学不断向前推进。达尔文的思想已被其他不同学科的研究人员所借鉴。心理学家试图解释，当人类祖先不断进化时，基于什么样的思维习惯上的行为能增强生存的几率；生物医学研究人员则利用进化原理来对付那些耐抗生素的微生物；即使在物理学中，“达尔文”这个词也频频出现在热力学、量子力学和黑洞研究中。达尔文就是迷上了这样的研究，而且毫无疑问，他对之钻研颇深，从而作出了那么多的重要推论。

　　达尔文肯定会乐于见到现代进化理论中对其思想的众多修改和调整。进化学家现在相信，物种形成并不总是渐进的，变化也并不总是选择的结果，生物体并不是选择的唯一单位。达尔文预见了其中的一些观点，他会张开双臂拥抱所有这些新的观点，用达尔文的话说，因为一个科学巨人“一旦事实证明他是错的，他会尽快放弃任何假说，无论他对此有多么地钟爱”。他还说过：“如果我知道我自己错了，我会出于本能地力图找出真相。”

　　在同大自然夺取真相的战斗中，没有人比达尔文更具战斗力。赫胥黎在达尔文的讣告中写道：“他在人们脚步的践踏下，在偏执狂的唾骂声里，在全世界的嘲笑中发现了一个伟大的真理，他在有生之年看到了真理的诞生，他完全是凭借自身的努力，无可辩驳地建立了这项科学理论，并同那些与他具有共同思想的人须臾不离地站在一起。”