基因可以編寫 達爾文的演化論會被顛覆嗎？
生命是什麼？我們從何而來，人類是否已經超脫了自然選擇？是不是所有的物種都有親緣關係？新的物種如何形成？為什麼老年痴呆也是人類演化的結果？為什麼要有性別分化？物種需要多久才能演化，我們能夠看到演化發生嗎？這些問題不僅是公眾會想到的問題，也是演化生物學家們關心的問題。
150多年前英國科學家達爾文的《物種起源》為生物演化理論奠定了基礎。後輩科學家在他的學說基礎上繼續研究生命的起源、演化的路徑和機制，如今，基因組學讓科學家能清晰分析生物演化的關係，建立親緣關係樹。同時，基因不僅可以被測序，還可以被編輯，未來轉基因還可能普及，生物被人為地改變和製造，演化論還能繼續成立嗎？會不會被顛覆？
4月18日，第一屆亞洲演化生物學大會將在深圳舉行，這是歷史上首次在亞洲舉辦演化生物學綜合性學術會議，將匯聚該領域的全球頂尖科學家。會前，科技日報記者採訪了此領域傑出科學家、哥本哈根大學終身教授及深圳國家基因庫副主任、大會主席張國捷博士。
進化論VS演化論
記者：張教授，進化論誕生一百多年了，為什麼到今天我們才組織首屆亞洲演化生物學大會？
張國捷博士（以下簡稱張博士）：現代生物學建立在達爾文的演化理論即自然選擇學說基礎之上。自然選擇學說為生物演化過程如何發生提供了完美的理論解釋,也為所有的生命科學研究提供了理論框架。隨著更多的生物學學科和生物學規律不斷出現,演化論的內容也不斷豐富。當前生命科學領域正在醞釀一場新的演化生物學研究浪潮。
歐美日等發達國家有長期的演化生物學研究歷史，並都組織了相應的演化生物學研究協會和定期的國際會議。過去的十幾年裡，我國在古生物學、基因組學、生態學等演化生物學相關多個領域取得了世界矚目的影響。但演化生物學相關人才仍然十分缺乏，特別是在演化生物學理論研究上更是極度匱乏。在我國生命科學研究中演化論仍未形成常態化研究思維。為促進我國與國際特別是周邊國家的合作，同時響應新的演化理論大綜合的發展，我們組織了此次亞洲演化生物學學術交流會議。會議議題包括了眾多演化生物學相關的學科內容，包括生態學、行為學、群體遺傳學、基因組學、古生物學、生物醫學等，期望能促進各個學科的交流並進一步促成各學科的交叉合作，為我國演化生物學研究培養出更多的人才。
記者：在達爾文演化論之前，生命演化的主要理論是什麼？
張博士：在達爾文之前，法國博物學家拉馬克提出了生物的「進化論」，認為生物是從簡單到複雜的次序變化發展，從低等生物到高等生物最終進化到人的過程。這一理論包含了兩個方面的內涵，一是任何一個物種都具有不斷進化發展最終形成複雜生物的內在潛力。二是生物在進入一個新的環境後，會在新環境的影響下主動發生變化，進化出對新環境的適應能力。拉馬克因此提出了著名的『用進廢退』假說，即生物在新的環境里可以獲得具有遺傳性的新形態結構。然而，以拉馬克主義為代表的進化論思想並沒有獲得學界的認可，特別是在孟德爾遺傳學發展起來後，拉馬克主義徹底被學界拋棄。
記者：這樣說來進化與演化是兩個完全不同的概念？
張博士：是的。『演化』的含義更為廣泛，其第一含義是無方向的變化，即生命的過程中無時無刻都有變異發生，理論上這些變異不具有明確的方向，而這些變異為生命適應不同的環境提供了材料和可能性。其第二個含義是在特定環境下，只有部分具有生存優勢的變異獲得了保留，而影響到生存的變異遭到淘汰，因此經過自然選擇，適應環境的優勢變異不斷壯大，從而取代不適應環境的變異個體，最終推進新物種的形成。所謂的優勢變異只是相對於特定的環境條件下具有優勢，並非是永久性的好壞差異。因此，『演化』的描述包含了生命變化過程以及自然選擇的過程。
演化生物學當今面臨的爭議
記者：現代演化生物學是如何豐富完善達爾文演化理論的？
張博士：演化生物學研究的範圍很廣，幾乎涵蓋了生命科學所有領域。演化論自身也隨著生命科學技術的進步和學科的發展在不斷演化。
達爾文所提出的自然選擇學說強調自然環境對於具有不同形態結構個體的選擇作用，認為自然選擇是生物演化的主要動力。在其提出自然選擇學說之時，尚不知孟德爾的遺傳學工作，因此無法提出合理的生物遺傳機制來解釋個體形態差異如何形成以及自然選擇如何實現優勢性狀在群體里的擴大過程，這成為當時自然選擇學說的重大挑戰。隨著孟德爾遺傳學的建立以及20世紀初期群體遺傳學的發展，遺傳學家確認了基因是遺傳的基礎,並發現了基因的分離定律、自由組合定律和連鎖與互換定律。孟德爾遺傳學很好地解釋了形成個體差異性狀的遺傳學基礎，以及遺傳性狀如何穩定地傳給後代。達爾文自然選擇學說和孟德爾遺傳學融合,發展出了以基因為中心的現代綜合演化理論。
隨著生命科學的進展，演化理論也逐漸發展成整個生命科學的理論基石。例如，達爾文以個體競爭為基礎的自然選擇學說很難解釋動物的利他行為。於是演化生物學家提出親選擇理論，認為蜜蜂和螞蟻等社會性生物，工蜂、工蟻幫助撫養自己母后的後代即自己的兄弟姐妹，是由於兄弟姐妹之間存在親緣基因，即便犧牲了自身的繁殖機會，在兄弟姐妹上的投入也可以間接的使自己的基因獲得遺傳。親選擇理論也被引用於解釋其他生物的利他行為，隨後該理論被廣泛的應用於社會生物學以及演化心理學研究領域。
當代，達爾文學說已經被推廣到所有生命科學領域，包括細胞生物學、發育生物學、神經生物學、病毒學，乃至生物醫學。演化醫學成了新近發展出的一門學科，旨在利用演化理論解釋演化過程為何及如何形成疾病。雖然這一學科發展時間比較短，其研究涉及範圍非常廣泛，包括引發各種疾病的生理結構的演化歷史，比如闌尾炎、難產等，人類自身演化所帶來的特異性疾病，比如維生素匱乏引發的壞血症，人類社會進步所引發的疾病，比如各種老年病的出現等。
記者：難道當今演化生物學研究的理論基礎已經完全達成一致了嗎？
張博士：當然，當代的演化生物學研究里並非沒有爭論，近幾年爭論的一個焦點是表觀遺傳性是否與當前以基因為中心的演化理論存在衝突。
近幾年的研究發現了許多環境可以改變生物學性狀並可以在後代穩定遺傳的例子，例如我們2014年報道的對半滑舌鰨的研究表明，該魚類的雌魚幼年時期若遇高溫環境，其性別會逆轉發育為具有生殖能力的偽雄魚，這一生物學形狀還可以穩定遺傳到後代。這些研究案例重新燃起了人們對拉馬克主義學說的關注，儘管這一現象並未整體對達爾文主義產生挑戰，但是也對現代的綜合理論提出了修改需求，也即環境會參與到生命過程中，並直接影響生命的演化，而非只是充當篩選機器。
儘管演化理論為我們理解演化過程提供了重要的理論框架，然而我們對於演化發生的具體機制和過程的了解仍然非常有限。比如是什麼樣的內在基因組學動力和外在動力共同促使了一個新物種的產生，表觀遺傳對物種環境適應及演化的影響，物種與物種之間如何相互協調、共同促進各自的演化發生，環境如何影響物種的發育過程並最終影響物種的演化，形成物種豐富多彩的外在形態結構、內在生理以及行為的機制是什麼，生物體如何影響環境變化，生物與環境構成的生態系統在漫長的演化過程中如何相互調控並演化發展的。這些問題仍然是當前生命科學研究的難題，對這些問題的回答也將進一步推動演化生物學理論在新領域的發展以及進一步的綜合。
基因數據：揭秘生物演化的金鑰匙
記者：現代演化生物學研究與基因組學的發展到底有什麼關聯？
張博士：基因組學的發展極大地推動了演化生物學的研究，其中最為突出的有幾個領域。數千萬種此前從未報道過的微生物通過基因組學技術獲得鑒定，極大的豐富了我們對地球生物組成的了解；多種類群的生命之樹已經通過基因組獲得構建；極大的促進了群體遺傳學的發展，使得我們對包括人類在內的各種生物適應環境的分子機制有了全新的認識；古DNA技術使得直接研究曾經的生命成為可能，以最直接的證據研究生物演化歷史.....
記者：基因可以編寫、轉基因技術會普及，達爾文的演化論會不會被顛覆？
張博士：不會。對物種的人工馴化過程是達爾文自然選擇學說的重要組成，人類在物種馴化過程中施加的人工選擇，是極端自然選擇的體現，也是支持自然選擇學說的重要依據。基因組學技術快速發展，特別是合成生物學、轉基因技術、基因編輯技術極大的擴展了人類對於生命過程的控制，不僅可以在生物體中合成並形成生物體自身所不具有的形狀，甚至可以人工合成出過去地球完全不存在的生命。這些技術將對整個生命科學領域產生顛覆性的影響，可以在極短的時間內使得一個物種獲得一個新的性狀甚至造出一個全新的物種，這在自然條件下的演化過程中是很難實現的。因此這些技術的發展將為演化生物學開闢全新的研究領域，不僅有助於揭開一些地球生命演化過程中重要性狀的分子機制，還將有望揭示過去許多長期懸而未決的演化生物學領域的謎題。達爾文演化理論的基本框架是不可推翻的。
編輯 聶翠蓉
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