我怀着沉重的心情敲了他的门。“进来!”里面传来了低沉的声音。我进去的时候发现房间的光线都遮住了,只有一盏小灯照着那架他正在使用的显微镜镜台。就是在这样黑暗之中,我结结巴巴地解释说:“我发现了一种怪异的蝇,可以肯定它是由糖蜜里的蛹形成的。”我并没有想惊动马勒,但是他却问道:“是不是更像鳞翅目而不像双翅目?”他的脸渐渐地亮起来。我不知所措,他就追问道:“是不是有大翅膀?是不是有羽状触角?”我莫名其妙地点头,说有。
马勒打开头顶上的灯,亲切地笑着。原来,这种现象人们早就发现了。有一种蛾,它们已经适应果蝇遗传学实验室的生活环境。它们既不像果蝇,跟果蝇也毫不相干,它们要的是果蝇的糖蜜。就在实验室技术员打开瓶塞和盖上瓶塞的那一瞬间——比如给广口瓶添加果蝇的时候,母蛾便来个俯冲轰炸,将卵产在香甜的糖蜜里。当时我并没有发现什么大突变,我只偶然发现了自然中的另一种有趣的适应性的变化——它本身就是小突变和自然选择的产物。
进化的奥秘在于死亡和时间——大量对环境不适应的生物体的死亡,以及碰巧有适应性的小突变进行长期演化所需要的时间。抵制达尔文和华莱士进化论的一部分原因是因为我们难以想象千万年的时间是怎么过去的,更不用说想象亿万年时间是怎么过去的。对那些只生存百万分之一年的生物来说,7000万年简直不可思议。我们就像蝴蝶一样,振翅一天便以为那就是一生。
地球上所发生的一切可能跟许多星球上的生物进化多少有些类似,但是就蛋白质的组成和化学性质或脑神经系统这样的细节而言,地球上的生物史在整个银河系里可能是独一无二的。地球是46亿年之前由星际气体和尘埃凝结而成的。根据化石所提供的证据,我们知道,没多久——大概40亿年之前,在原始地球的湖海里就产生了生命,最初的生物还没有单细胞生物体——这已经是一种相当高级的生物形态——那么复杂。最初的活动也简单得多。当时,闪电和太阳辐射的紫外线正在分解原始大气层中氢含量很高的简单分子,分解的碎片又自动结合成越来越复杂的分子。这种早期的化学物质溶解在海洋里,形成了一种逐渐复杂的有机液。最后,有一天,纯粹是出于偶然,出现了一种能够利用有机液里的其他分子作为预构件粗略地复制自己的分子。
这就是脱氧核糖核酸(DNA)——地球生命的基本分子——的最早祖先,它的状貌像螺旋状梯子,我们可以在分子的四个不同部位找到它的梯级。这些梯级称为核苷酸。它们构成了遗传密码的四个字母,扼要地发出生殖特定生物体的遗传指令。地球上的每一种生物都有各自不同的遗传指令,但是它们使用的书面语言基本上是一样的。生物体之所以不同是因为它们的核酸指令不同,突变就是核苷酸的变化,它会遗传给下一代,是一种真实遗传。因为突变是核苷酸的随机变化,所以大多数突变是有害的或致死的,它们的遗传密码会指令产生非官能酶。要通过突变改善一种生物体的功能,需要很长的时间,然而,正是因为这种不大可能发生的事情——百万分之十厘米宽的核苷酸的有益的小突变,带动了进化过程。
40亿年前。地球是一个分子的乐园,当时还没有捕食者。有些分子进行低效繁殖,它们竞争预制构件,粗略地复制自己。随着繁殖、突变和对最低效品系的选择性淘汰,进化不停地进行着,即便是在分子的位级也在不停地进行着。久而久之,分子的繁殖效能改善了,具有特别功能的分子终于结合在一起,形成一种分子集体——初始细胞。现今的植物细胞里含有微型的分子工厂,称为叶绿体,负责光合作用,将阳光、水和二氧化碳转化成碳水化合物和氧。血液里的细胞含有另一种不同的分子工厂,称为线粒体,其作用是使食物跟氧结合在一起。从而使食物释放出有用的能量。这些工厂现在仍然存在于动植物的细胞内,但是它们本身可能曾经是独立生存的细胞。
到30亿年前,若干单细胞植物已经组合在一起,也许是因为在细胞一分为二之后,突变阻止了它们的分离,初始的多细胞生物体产生了。人体内的每个细胞都是一种公社,由曾经独立生活的社员为了共同的利益而结合在一起,因此人是由100万亿个细胞组成的,我们每个人都是一个群体。
性大约是20亿年前产生的。在那之前,新的生物体只能从随机突变——逐字逐句对遗传指令变化的选择——的积累过程中产生。进化一定是一个极其缓慢的过程,随着性的产生,两个生物体就能够整段、整页和整本地交换它们的DNA遗传密码,繁殖出可供筛选的新品种。生物体有选择地进行性的活动,那些对性的活动不感兴趣的物体就迅速地绝灭。不仅20亿年前微生物的情况是如此,我们人类现在对DNA遗传密码的交换也有显著的兴趣。
到10亿年前,由于协作的结果,植物已经深刻地改变了地球的环境。绿色植物会制造分子氧。因为当时的海洋充满了简单的绿色植物。所以氧正在变成地球大气层的主要成分,结果以不可逆转之势改变了原来氢含量很大的大气层的性质,从而结束了生物是由非生物过程产生的地球历史时代。然而,轻而易举地使有机分子瓦解,虽然我们喜欢它,但从根本上说,氧对没有保护的有机物却是一种毒药。在生命的历史上,大气层的氧化造成了极大的危机,大量的生物体因为适应不了氧而灭亡,少数原始生物,例如肉毒杆菌和破伤风杆菌,即使现在也只能生活在厌氧环境条件下。地球大气层里的氮的化学性质很不活泼,因此氮比氧温和得多,但是氮也使生物付出了巨大的代价。总之,地球大气层的99%源自生物,我们的天空是用生命换来的。
在生命起源之后40亿年的大部分时间里,主要的生物体是微小的深绿色的海藻,它们布满了整个海洋。接着,大约6亿年之前,海藻的垄断地位被打破了,新的生物急剧增加。这个事件称为“寒武纪爆炸”。地球产生之后几乎立即产生了生命,这说明生命在类似地球的行星上可能是一个不可避免的化学过程。但是,在30亿年的时间里,生命并没有从深绿色的海藻进化多少,这说明有特殊器官的大生物是很难形成的,甚至比生命的起源还难。也许现在许多其他的行星存在有大量的微生物,但是没有大型的动物和植物。
寒武纪爆炸之后不久,海洋里充满了许多不同形态的生物。到5亿年以前,已经有大量成群结伙的三叶虫,它们是体态漂亮的动物,有点像大昆虫,有些在海底成群猎食,它们的眼睛里有晶体,可以探测偏振光。但是现在三叶虫已经不复存在了,它们已经于亿年前消失了。地球一度有过的动植物,如今已无活着的迹象。当然,现在地球上的各种生物过去没有存在过。物种就是这样来去匆匆,一闪而过。
寒武纪爆炸之前,物种的演化似乎相当缓慢,这大概一方面是因为我们越深入审查过去,我们的资料就越不足。在我们行星的早期历史里,很少生物体有硬的部位,而软体生物则很少有化石残余。另一方面是因为寒武纪爆炸之前出现新生物体的节奏确实非常缓慢,细胞结构和细胞生化的艰苦进化过程并没有立即反映在我们从化石所看到的外部形态上。寒武纪爆炸之后。新的适应过程以相对惊人的速度接二连三地发生。在急速演化之中,原始鱼类和脊椎动物便应运而生;过去只生长在海里的植物开始移居到陆地上,原始昆虫产生了,它们的后代成了移居陆地的先锋动物;有翼的昆虫跟两栖动物(有点像肺鱼,能够同时生活在水里和陆地上)同时产生;初始的树和爬行动物出现了;恐龙产生了;哺乳动物出现了,接着又出现了初始的鸟类;初始的花也出现了;恐龙绝灭,初始的鲸目动物(海豚和鲸的祖先)产生了,灵长目(猴、类人猿和人类的祖先)也同时出现了。不到1000万年前,跟人类相当接近的动物产生了,它们的脑体积也惊人地增大。然后,只在几百万年之前,最初的真人出现了。
人类是在森林里成长起来的,我们与森林有着天然的联系。树木葱茏向上,蔚为壮观!它们的叶子需要捕获阳光来进行光合作用,因而它们用阴影遮蔽近邻,相互竞争。如果仔细观察的话,你经常会见到两棵树无可奈何地推推搡搡。树木是壮美的机器,它们以阳光为动力,以大地的水分和空气中的二氧化碳为食粮,同时也向我们提供了食粮。植物用自身制造的碳水化合物作为能源来从事各种活动,动物——从根本上说是植物的寄生虫——则靠盗取碳水化合物来从事各种活动。因为我们大量地呼吸空气,我们的血液里含有氧,当我们食用植物时,我们就将碳水化合物跟氧结合起来,从中提取人类机器运转所需要的能量。在上述这个过程中,我们呼出二氧化碳,然后这些二氧化碳又被植物吸收,用来创造更多的碳水化合物。两者之间协作得多好啊!动物和植物交互吸收对方的呼出物——一种全球性的口对口相互急救法。整个微妙的循环过程是以1.5亿公里外的一颗恒星为动力的。
已知的有机分子有好几百亿种,但是大约只有50种被用来进行生命的基本活动。同样的分子模式被稳健而又巧妙地反复用来行使各种不同的职能。控制细胞化学性质的蛋白质和携带遗传指令的核酸是地球生命的核心,我们发现所有动植物里的这些分子基本上是相同的。我和橡树都是由相同的物质组成的,如果你再往回追溯的话。你会发现我们有一个共同的老祖宗。
跟星系和恒星王国一样,活细胞是一个复杂而又完美的国家。巧妙的细胞机器是经过40亿年的时间精心制成的,它是由食物碎屑演化而成的。今天血液里的白细胞就是昨天的奶油。细胞是如何完成这项工作的呢?原来,细胞内是一个错综复杂的迷宫,它有独特的结构,它能够转化分子,储存能量,还能够为自我复制做准备工作。假如我们能够进入一个细胞的话,我们所能见到的许多细胞微粒就是蛋白质分子,它们有些积极地活动着,有些则消极等待。最重要的蛋白质是酶,即控制细胞化学反应的分子。酶就像装配线上的工人一样,各有各的分子工作,例如第四道工序负责核苷酸鸟苷磷酶的构造,又比如第十一道工序负责分解糖分子并从中提取能量——这是用来支付其他分子工作的货币。但是酶并不是老板,它们接受它者的指令——事实上,它们本身也是由它者构造的,它们按上司的命令办事。核酸是分子的老板,它们位于细胞核这样的紫禁城里,深居简出。
假如我们通过一个小孔闯入细胞核的话,我们会发现类似意大利面条厂里的爆炸现象——令人眼花缭乱的面团和面条,它们就是两种不同的核酸:DNA和RNA(RNA将DNA发出的指令传递给其他细胞)。这些核酸是40亿年进化的最佳产品,它们储存着如何指使细胞、树木和人类进行工作的全部信息。如果用一般的语言写出来的话,人类DNA的信息量足足可以写成100卷的巨著。此外,除了极少数例外,DNA分子还懂得如何复制自己。它们的学识不可谓不渊博。