本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
從最原始的形式來看,進化是隨時間的變化。許多事物都在進化:化學反應、景觀、行為,當然還有物種。然而,時間尺度很少被定義。自然而然地,人們認為時間越長,變化的程度就越大。但即使在相對較短的時期內——例如,人類嬰兒成長為祖父母所需的時間長度——世界範圍內也可能發生巨大變化。景觀發生變化,物種的分佈和連通性也發生變化。因此,生態學,即使是僅發生在一兩代人之間的微小相互作用,也可能與物種的歷史高度相關。
進化是一部和諧的樂章,它由作用於生態系統的環境力量以及塑造種群和物種的生物力量所平衡。就像古典大師的史詩般的協奏曲一樣,進化由幾個樂章組成。種群逐漸分離的優雅小奏鳴曲被新出現的障礙物導致物種快速適應的華彩樂段所點綴。一些物種是多樣性交響樂團中的獨奏家,但這個交響樂團不可避免地一起進化,從頭到尾。
我想在生命協奏曲中討論的第一個樂章是一個慢樂章。很像柔板,宏觀進化使用優雅、簡單的和絃進行廣泛的概括,“帶有緊張的旋律線和緊繃的和聲”(NPR音樂)。“緊張的旋律線”是來自共同祖先的、透過修飾而形成的連續不斷的譜系。在這裡,變化的尺度發生在物種水平及以上,並涉及新性狀的起源。例如,鳥類羽毛的出現或橡樹葉片形狀的差異。在這個樂章中我們錯過了細節:新性狀是如何產生的?答案深入到每個物種獨特的生理學、遺傳學和生態學中。
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宏觀進化接近於“恰如其分”的故事,它激發了聽眾的興趣並引發了情感。與偉大的協奏曲之一不同,我們只能聽到柔板樂章的結尾。我們現在觀察到的只是一個高潮,琴絃緊繃,和聲在音樂廳中迴盪,但樂章還遠未結束。在我們看來,過去幾百年的自然歷史研究中我們所聽到的一切都導致了這個終曲,但我們會自欺欺人,因為這場音樂會已經穩定演奏了數十億年。在這一點上,我們從僅僅是聽眾轉變為聲音故事情節的參與者。
進化柔板緩慢而有意的節奏掩蓋了每個音符的強度。在適應的琴絃上一次深思熟慮的撥動會在超越世代的後代中迴響,在每一代人的覺醒中留下歌曲的修改草稿。然而,在這個柔板中,每一個重要的音符、每一個漸強和每一次主要的提升都隱藏在我們的耳朵之外。這就像我們在挖掘世界上最偉大的聲音傑作,卻只在化石記錄中找到樂譜的片段。我們有足夠的樂譜片段來了解歌曲應該如何進行,並瞭解交響樂團的主要特徵,但我們不知道每次過渡是如何進行的。
與音樂創作相反,在進化科學中,這並不是什麼大問題。我們知道理論的一般旋律,它仍然非常和諧,聽起來很悅耳。這些片段完美地契合在一起,進化柔板的構成是有道理的,即使有時有點斷奏。這種看似緩慢、刻意的宏觀進化變化被新奇事物的巨大規模所超越,這些新奇事物湧現出來,以填補不斷變化的景觀中留下的新生態位。我們可以衡量分化,並且非常瞭解物種形成模式,非常瞭解每個單獨的音符在整首歌曲中留下的獨特印記。將所有音符加起來,我們得到一個看似合理的歷史,但更重要的是,我們有一個具有超越解釋力的可檢驗的假設。
這個樂章的力量來自一種具有欺騙性的簡單性:眼睛憑空出現,鱗片變成羽毛,或刺出現。但這些新性狀實際上是影響祖先種群的整套環境和反應的代表。隱藏在這個漫長的樂章中的是其他以更快板速度執行的樂章。這些樂章的總和相當於一部進化的傑作,它支撐著整個生物學交響曲。