在進化這條道上，老司機才沒空帶你，老司機在忙著超車！
說出來你可能不信，
在美國有一群小棘魚，
它們僅用了20年的時間，就完成了海生品種到淡水品種的演化。
20年，在動輒以萬年計的進化時間軸上是什麼概念？
四捨五入那就是一個零啊朋友們！
對此，提出「漸變進化論」的達爾文同學不淡定了：
「這不科學！」
然而你抗議也沒有什麼卵用，
人家就是超車了，你來咬我啊！
不過它們才不會帶你，
因為——
它們也是被逼的！
棘魚
文/舒德干 歐強
舒德干，西北大學地質系和中國地質大學（北京）教授，博士，德國洪堡學者和中國教育部「長江學者」。
歐強，就職於中國地質大學（北京）早期生命演化實驗室。
20世紀80年代初，美國阿拉斯加州的隆堡湖裡來了一群不速之客，它們是從大海沿著河流「逃難」到湖裡的海生棘魚。沒曾想，這裡的生活並不如意。
在淡水湖裡，它們面臨著新的生存壓力：剛孵出不久的小魚苗容易遭受湖底的蜻蜓稚蟲的攻擊和吞食。蜻蜓稚蟲外號「吃虎魚」，學名「水蠆」，性情兇猛。海生棘魚原本全身覆蓋骨板，這副用於抵禦海洋中大型掠食性魚類的「鎧甲」，在淡水湖裡顯得笨重且無用。20多年過去了，湖裡的棘魚從全身覆蓋骨板的海生品種快速演化成失去大部分骨板的淡水品種。據統計，1990年—2009年的短短20年間，湖裡的絕大部分有「鎧甲」的游得慢的棘魚被淘汰。
1990-2009年的短短20年間，美國阿拉斯加州的隆堡湖裡的棘魚發生的變化
達爾文在《物種起源》中認為，新物種或新性狀的形成是漸變的，是一個逐漸而緩慢的過程。與達爾文的「漸變進化論」相比，棘魚的演化速度快得令人咋舌。更令人難以置信的是，這類生命快速演化的現象越來越多，不像是特例，更像是常態。從細菌、雜草、農作物害蟲，到棘魚，甚至到人類，生物學家發現了許多生命快速演化的證據。
自然選擇的「高壓」
我們最為熟知的耐葯菌的出現就是最好的例證。致病細菌侵襲人類，人類研製各種抗生素消滅致病細菌。只要有抗生素的使用，隨後就會有耐葯菌的出現。
再如，在除草劑的作用下，雜草快速演化。過度使用除草劑所產生的選擇壓力已使長芒莧、小蓬草及三裂葉豚草快速演化成頑固的「超級雜草」，使除草劑失去作用。
超級雜草
在除草劑的作用下，雜草快速演化。過度使用除草劑所產生的選擇壓力已使長芒莧、小蓬草及三裂葉豚草快速演化成頑固的「超級雜草」，使除草劑失去作用
這些生命的快速演化現象是在自然選擇的「高壓」下產生的。在自然選擇作用下，種群中的個體要麼走向滅亡，要麼發生變化以提高其生存和繁殖能力、更加適應環境。自然選擇就是對有利變異的保存和有害變異的排除。環境變化帶來的選擇壓力大小，在很大程度上決定了演化速率的快慢。
仍以美國阿拉斯加州的隆堡湖裡的棘魚為例。通過深入研究，科學家發現，棘魚種群里一個調控表皮發育的EDA基因的隨機變異，使其身上的「鎧甲」減少。當它們生活在淡水湖裡，蜻蜓稚蟲的「高壓」迫使發生這類變異的棘魚具有生存優勢，其個體數量在湖裡逐年增加。
僅在短短20年間，美國阿拉斯加州的隆堡湖裡的棘魚（體表骨板染成紅色），從全身覆蓋骨板的海生品種演化成失去大部分骨板的淡水品種。這是達爾文當年萬萬沒有想到的快速演化現象
「孤立」的生態環境
除了自然選擇的「高壓」外，某些生命的快速演化則與「孤立」的生態環境有關。夏威夷群島包括8個主要火山島及若干小島，離大陸約3500千米。由於地處偏遠，平均35000年才有一個新物種能僥倖到達島上，於是島上出現過典型的快速輻射演化現象。大約400萬年前來到夏威夷群島的一種文雀，在此後20萬年內快速演化（與地球35億年生命史相比，20萬年相當於1天中的5秒鐘），形成目前該島上的58種文雀。
孤立在茫茫大海中的夏威夷群島，出現過典型的快速輻射演化現象
「海闊憑魚躍，天高任鳥飛。」在島嶼、湖泊、山峰等孤立的環境中，外來物種可在較短時間內發生個體變異，甚至形成新種。其主要原因是在孤立環境中物種較少、存在未被佔據的生態位，外來物種易於佔據各種有利生態空間，獲得充足的食物，且少有天敵而可安全地繁衍後代，頗有「山中無老虎，猴子稱霸王」之味。此外，由於地理隔離的作用，由外來物種形成的新種群與原種群無基因交流，不能共享同一基因庫，可導致新種形成。
比如，夏威夷群島沒有蜂鳥，其中一種文雀鳥喙演化成彎長的管狀（鐮嘴管舌鳥），專門用來吸食管狀花的花蜜，佔據了蜂鳥的生態位；一種文雀鳥長有強壯的鉤形嘴，用來啄開樹皮並鉤出腐木里的甲蟲幼蟲，佔據了啄木鳥的生態位；一種文雀鳥演化出長而彎的上顎，用來叼出樹皮里的蟲子，而筆直的下顎如同一把鑿子，可鑿開樹皮吸食樹汁；還有一種文雀鳥仍保持了祖先短而粗壯的喙，用以啄開堅果的硬殼。
鐮嘴管舌鳥
夏威夷群島上的鐮嘴管舌鳥的喙部從祖先的粗短狀演化成長彎鉤狀，以吸食花蜜。這種鳥類甚至可以振翅懸停在空中，因此，它們佔據了蜂鳥的生態位
重大災變的「威力」
地質歷史時期的重大災變，如小天體撞擊（地球表面已知的「星疤」構造有近200個）、大規模地震、大面積火山噴發、全球範圍的海進或海退等，對生物圈的演化影響重大。災變對舊有類群的確是災難，甚至是滅頂之災；但是對於新生類群而言，往往卻是千載難逢的發展機遇。
地球誕生46億年來，地球至少經歷了5次生物的集群絕滅事件。其中，距今約2.5億年的二疊紀末大絕滅事件最為慘烈：海洋中96%的物種及陸地上70%的脊椎動物物種從此在地球上消失。這次重大事件可能與當時形成的貫通地球南北極的超級大陸有關：由於板塊拼合使大範圍的陸緣淺海消失；但也有學者認為是由當時我國峨眉山及西伯利亞大規模火山噴發導致的。災難過後，海洋生物群落隨即發生了重大革新：曾經極度繁盛的三葉蟲、四射珊瑚、大部分腕足類、菊石、海百合等古生代淺海生物絕滅後留下了大量生態空間，隨即被迅速崛起的腹足類、雙殼類、十足類等佔據。
再如，著名的白堊紀末生物大絕滅發生在距今大約6500萬年，可能由墨西哥灣隕石事件或德干高原玄武質熔岩噴發導致。恐龍從此退出歷史舞台。陸地上生態空間的增加及天敵的減少，導致此後地球上哺乳動物的大發展。
在距今約5.4億年，寒武紀-前寒武紀之交的陸緣淺海中，地球上的生命形式經歷了一次大飛躍——寒武紀「大爆發」。這是地球生命史上最為波瀾壯闊的一次快速演化事件。眾多動物門類的早期代表都在短時期內爆髮式地突然出現，奠定了現代動物類群的基本格局。其中，主要的化石證據來自我國澄江動物群及加拿大布爾吉斯頁岩動物群。被譽為「天下第一魚」的「化石明星」昆明魚和海口魚等已知最古老的脊椎動物也是在該時期誕生的。
寒武紀早期的海洋生態系統的復原圖
圖示海綿、三葉蟲、微瓦霞蟲、類水母、奇蝦、海口魚和昆明魚。當代著名的進化生物學家理查德·道金斯曾驚嘆道：「沒想到，脊椎動物會出現得那麼早！」
至此，生命的快速演化的證據越來越多。我們不能把它們看成特例，而應認為是生命演化的常態。仔細想來，生命的快速演化與達爾文的「漸變進化論」並不矛盾：快速演化仍然是一個漸變的過程，只不過漸變的速率大大增加，短時期內完成的快速漸變看起來就像發生了較大的突變。生命是複雜的有序的，生命演化中有快有慢。無論是「快車道」，還是「慢車道」，生命演化的車輪都在滾滾向前進。
——選自《科學畫報》
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