安德烈亞斯·瓦格納/文
我們先來(lái)做個(gè)小測(cè)驗(yàn)：地球上最成功的生物是什么？請(qǐng)快快回答！許多人給出的答案是獅子或大白鯊這樣的頂級(jí)掠食者，還有一些人可能說(shuō)是鳥(niǎo)、昆蟲(chóng)或細(xì)菌。很少有人會(huì)想到，草也完全可以稱(chēng)得上是最成功的生物。草這種生物至少符合“驚人的成功”的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是極其豐富。北美大草原、非洲稀樹(shù)大草原、歐亞大草原，以及無(wú)數(shù)其他草原，全都被草覆蓋著。單是歐亞大草原就從高加索一路延伸到了太平洋，綿延8000多千米。第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是物種數(shù)量大且極具多樣性。草自從在生命進(jìn)化歷史上出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)進(jìn)化出了1萬(wàn)多種。確實(shí)，草的種類(lèi)極其繁多：從適應(yīng)南極洲冰天雪地的只有數(shù)厘米高的毛草（hair grass），到印度北部可以隱藏整群大象的高聳的草，再到亞洲的竹林，這種像“樹(shù)”的草可以長(zhǎng)到30米高。
但草類(lèi)并不是一直都如此成功。在數(shù)千萬(wàn)年的時(shí)間里，或者說(shuō)在它們的大部分進(jìn)化史上，草類(lèi)都只是勉強(qiáng)維持著生存。無(wú)論以什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，它們都遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上繁榮興旺。
草類(lèi)的起源可以追溯到6500多萬(wàn)年前的恐龍時(shí)代。自那之后的數(shù)千萬(wàn)年里，草類(lèi)留下的化石極其罕見(jiàn)，這個(gè)事實(shí)意味著，在那段漫長(zhǎng)的時(shí)期，草類(lèi)不可能是非常豐富的。事實(shí)上，一直要等到距今不到2500萬(wàn)年時(shí)，草類(lèi)才成為優(yōu)勢(shì)物種，這比它們的誕生足足晚了4000多萬(wàn)年。
為什么草類(lèi)要等到4000多萬(wàn)年后才能在陽(yáng)光下找到屬于自己的位置？一旦你了解到，進(jìn)化從一開(kāi)始就賦予了草類(lèi)很多種增強(qiáng)生存能力的創(chuàng)新，這個(gè)謎團(tuán)就會(huì)變得更加復(fù)雜難解。這些創(chuàng)新包括草類(lèi)擁有木質(zhì)素和二氧化硅這樣的化學(xué)防御物質(zhì)，它們不僅會(huì)損害食草動(dòng)物的牙齒，還使草類(lèi)更能耐受干旱。此外，在代謝方面，進(jìn)化讓草類(lèi)擁有了有利于保存水分的復(fù)雜創(chuàng)新。
你可能會(huì)認(rèn)為，既然有了這些創(chuàng)新以及其他方面的創(chuàng)新，草類(lèi)應(yīng)該可以很快就繁盛起來(lái)。然而，事實(shí)恰恰相反。在那長(zhǎng)達(dá)4000多萬(wàn)年的難以想象的漫長(zhǎng)歲月里，它們一直未能做到這一點(diǎn)。草類(lèi)這種延遲的成功蘊(yùn)含著關(guān)于新生命形式的深刻真理。一種新生命形式的成功不僅取決于它的特定內(nèi)在特征，也不僅取決于它的某種內(nèi)在品質(zhì)，比如一項(xiàng)創(chuàng)新所帶來(lái)的能力增強(qiáng)或所賦予的新能力，還取決于這種生命形式誕生的世界。
草類(lèi)并不是唯一一種經(jīng)歷了漫長(zhǎng)歲月才獲得成功的生物，它們只是無(wú)數(shù)新生命形式中的一員。若以物種的豐富性或多樣性來(lái)衡量，一些新生命形式的成功也推遲了數(shù)百萬(wàn)年，甚至數(shù)千萬(wàn)年。例如，第一批螞蟻出現(xiàn)在1.4億年前，但直到4000萬(wàn)年后，螞蟻才開(kāi)始分化，到今天已有1.1萬(wàn)多種。哺乳動(dòng)物有著各種各樣的生命形式，如生活在地上的、會(huì)爬樹(shù)的、會(huì)飛行的或會(huì)游泳的，它們起源于1億多年前，但直到6500萬(wàn)年前才開(kāi)始蓬勃發(fā)展。這方面還有一個(gè)例子，那就是咸水蛤蜊科動(dòng)物，它們更是不得不等待了長(zhǎng)達(dá)3.5億年才大獲成功，分化成了500多個(gè)物種。
進(jìn)化的睡美人
上述新生命形式以及許多其他的新生命形式有一個(gè)共同點(diǎn)，即在大爆發(fā)之前一直處于休眠狀態(tài)。它們是生物進(jìn)化過(guò)程中的“睡美人”。這些“睡美人”讓我著迷不已，它們讓我對(duì)關(guān)于成功和失敗的所謂真理產(chǎn)生了懷疑，而人們一直認(rèn)為這些真理都是不言而喻的。這些質(zhì)疑不僅適用于自然的創(chuàng)新，也適用于人類(lèi)文化的創(chuàng)新。
當(dāng)生命第一次從原始湯（primordial soup）中爬出來(lái)時(shí)，當(dāng)生命第一次發(fā)現(xiàn)從礦物質(zhì)、有機(jī)分子和陽(yáng)光中提取能量的方法時(shí)，當(dāng)生命第一次學(xué)會(huì)在浩瀚的原始海洋中游泳并借此謀生時(shí)，當(dāng)生命第一次變成多細(xì)胞生物（高度特化的細(xì)胞分擔(dān)生長(zhǎng)和繁殖、逃避捕食者和跟蹤獵物、自衛(wèi)和攻擊等所需的勞動(dòng)并做出犧牲）時(shí)，當(dāng)生命第一次學(xué)會(huì)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)，它必須創(chuàng)新。每一個(gè)挑戰(zhàn)都可以用多種方式來(lái)應(yīng)對(duì)，每一種應(yīng)對(duì)方式都是生物進(jìn)化的創(chuàng)造性產(chǎn)物，而且都體現(xiàn)在擁有獨(dú)特生命形式的物種身上；它們數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，隨著進(jìn)化的推進(jìn)，數(shù)量還在不斷增加。
當(dāng)然，創(chuàng)新從來(lái)沒(méi)有隨著生物進(jìn)化而停止。那些擁有復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)的物種，如黑猩猩、海豚和烏鴉，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或發(fā)明了用于狩獵或采集食物的簡(jiǎn)單技術(shù)和工具。自農(nóng)業(yè)革命以來(lái)的1萬(wàn)多年里，人類(lèi)文化產(chǎn)生了眾多革命性的創(chuàng)新，如數(shù)學(xué)和文字，以及從車(chē)輪到壁紙的大量小創(chuàng)新。人類(lèi)已經(jīng)憑借自己的聰明才智發(fā)現(xiàn)了自然的基本規(guī)律，創(chuàng)作出了無(wú)數(shù)的創(chuàng)造性作品，從詩(shī)歌到歌曲，再到交響樂(lè)和小說(shuō)。這些創(chuàng)新中就有不計(jì)其數(shù)的“睡美人”，比如像雷達(dá)這樣的被忽視的突破性技術(shù)，像格雷戈?duì)枴っ系聽(tīng)枺℅regor Mendel）的遺傳定律這種一度被埋沒(méi)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，還有像約翰內(nèi)斯·維米爾（Johannes Vermeer）的畫(huà)作《戴珍珠耳環(huán)的少女》這類(lèi)被遺忘的藝術(shù)作品，這件曠世杰作在一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里一直沒(méi)有得到認(rèn)可。
誠(chéng)然，自然和文化并不是以完全相同的方式進(jìn)行創(chuàng)造的。牛頓撰寫(xiě)《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》時(shí)所用的墨水和紙與藍(lán)鯨的細(xì)胞、組織和器官是兩類(lèi)不同的創(chuàng)造力基質(zhì)。在一位作家十易其稿的勇氣背后，是一種完全不同于DNA的隨機(jī)突變的創(chuàng)作動(dòng)力。一項(xiàng)專(zhuān)利的商業(yè)價(jià)值與大腸桿菌每天分裂的頻率是衡量成功的不同標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，在這些差異之外，不同的創(chuàng)新還有一系列更深層次的相似之處，其中之一是很多創(chuàng)新都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前的。
“睡美人”是一種創(chuàng)造性產(chǎn)品，剛出現(xiàn)時(shí)也許沒(méi)有明顯的優(yōu)點(diǎn)、價(jià)值或?qū)嵱眯?，但只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，它就能改變生命和生活。這種產(chǎn)品在自然和文化中無(wú)處不在。它們將幫助我們理解一個(gè)事實(shí)，即被忽視的孟德?tīng)柕倪z傳定律和被遺忘的維米爾的畫(huà)作都是創(chuàng)新史的一個(gè)普遍模式的一部分，而這個(gè)模式可以一直追溯到生命的起源。大自然中的“睡美人”可以幫助我們理解為什么創(chuàng)新可能很容易，但創(chuàng)新要取得成功則很難。成功與否是創(chuàng)新者無(wú)法控制的，我是一名生物學(xué)家，畢生的愿望就是了解生物進(jìn)化如何為生命問(wèn)題提供新的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我不斷努力，并且得到了一群志同道合的年輕研究人員的支持，他們來(lái)自我在蘇黎世大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。一些研究人員在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)不斷進(jìn)化的生物體，進(jìn)化創(chuàng)新就在我們眼前上演。
有些研究人員分析大量的DNA數(shù)據(jù)，以了解多種生物體獨(dú)特生活方式的起源。有些研究人員則使用抽象的數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)探索進(jìn)化創(chuàng)造力背后的普遍規(guī)律。我們都想了解大自然是如何進(jìn)行創(chuàng)造的。我們有幸生活在今天這個(gè)科技日新月異的時(shí)代，比以往任何時(shí)候都更接近這個(gè)遙遠(yuǎn)的目標(biāo)。我們還受益于分子生物學(xué)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，這場(chǎng)革命始于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。特別是，進(jìn)入21世紀(jì)之后，這場(chǎng)革命仍在推進(jìn)。隨著時(shí)間的推移，它揭示了越來(lái)越多的生命秘密。這些秘密關(guān)系到數(shù)萬(wàn)億個(gè)分子，這些分子在人類(lèi)的細(xì)胞、組織和器官中相互合作，維持著人類(lèi)的生命，還構(gòu)成了生命進(jìn)化過(guò)程中每一次創(chuàng)新的基礎(chǔ)，包括生命本身的起源。
每當(dāng)突變改變了生物體的DNA時(shí)，它最終將會(huì)改變?cè)揇NA編碼的一些分子，還會(huì)改變這些分子的功能，并影響其工作的效率和質(zhì)量。這些變化最終促成了進(jìn)化所創(chuàng)造的一切新事物，從細(xì)菌旋轉(zhuǎn)的鞭毛到獵鷹銳利的眼睛，再到人類(lèi)大腦中使語(yǔ)言、藝術(shù)和科學(xué)最終成為可能的神經(jīng)連接。當(dāng)我和研究伙伴研究進(jìn)化的創(chuàng)造物時(shí)，我們研究了這些分子，研究它們?nèi)绾坞S時(shí)間變化，以及這種變化如何創(chuàng)造新的生命形式。我們發(fā)現(xiàn)，“睡美人”無(wú)處不在。細(xì)菌酶就是其中一個(gè)例子。這種酶是為了完成某種工作而進(jìn)化出來(lái)的，但是也可以完成很多種其他工作，例如切割和破壞自然界中不存在的合成抗生素。直到生物化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這些抗生素，然后醫(yī)生用它們來(lái)對(duì)抗細(xì)菌之后，細(xì)菌酶的這項(xiàng)技能才失去了作用。另一個(gè)例子是一些全新的基因，它們是在基因組（包括人類(lèi)的基因組）進(jìn)化的過(guò)程中自發(fā)地產(chǎn)生的，而且數(shù)量巨大。每一個(gè)這樣的基因都在尋找某個(gè)問(wèn)題的解決方案，這個(gè)問(wèn)題可能在該基因誕生之后很久才出現(xiàn)，也可能永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)。
（作者為耶魯大學(xué)生物學(xué)博士；本文為《喚醒創(chuàng)新睡美人》一書(shū)引言）
責(zé)任編輯：劉錦平 主編：程凱
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