三叠纪的鱼龙和白垩纪的沧龙它们的祖先都是像蜥蜴一样的爬行动物,进化是什么方向呢?恐龙已经进化(演化)成鸟类了吗?

你有没有听过这句话,Evolution 应该翻译成演化,而不是进化,因为生物在大时间尺度上的变化不受意志主宰,没有方向,所以不应该用具有方向意义的“进”字。可惜这个说法是错的,而且错得很严重——它完全混淆了“突变”和“进化”的关系。

无论何时谈及进化,我们都要知道,进化的动力是随机突变和自然选择——前者提供了进化的素材,而后者就能决定进化的方向。这个概念似乎有些抽象,但在一组经典案例的帮助下就显而易见了。

鱼类是水中最成功的舵式游泳者,它们拥有纺锤形的身体,减小了阻力;尾部成后掠的月牙形,以强大的肌肉往复摆动,提供持续不断的推力——我们已经命名的鱼类有3万多种,占现存脊椎动物一半以上,多样性极高,但所有灵活游动的鱼类都是这个身体构造。

不仅如此,那些曾经在陆地生活的脊椎动物一旦重回海洋,也总是变成这样,其中最成功的就是鲸类——尽管它们的祖先是偶蹄目某种河马一样的动物,却在5多万年的时间里脱胎换骨,完全变成了鱼的样子。
而在中生代更漫长的进化史中,还有一大批类似的案例,比如兴起于三叠纪的鱼龙和崛起于白垩纪的沧龙,它们的祖先都是像蜥蜴一样的爬行动物。类似的情况数不胜数,翼龙是恐龙的旁系,鸟类是恐龙的后裔,蝙蝠是食肉目和偶蹄目的旁系,乃至甲壳动物进化来的昆虫,彼此没什么瓜葛,但都从体侧发展出了振动的薄膜,或者叫翼。

如果更精细地观察,蜂鸟、蜜蜂和天蛾为了高效地接近花朵,都很需要悬停的功能,我们发现它们翅膀的形状也高度类似,都是顶部尖、基部窄,而近基部阔的锐角三角形,蜂鸟和天蛾甚至进化出了相当类似的虹吸式的嘴。
所以我们看到,经历了漫长的岁月,原本亲缘疏远且形态迥异的生物可以逐渐趋于相似,我们将此称作“趋同进化”(convergent evolution),它极其普遍地出现在每一个物种身上,这种“殊途同归”已经表现出了强烈的方向,很足以说明问题了——但趋同进化给我们的启示还不止于此。

每一个物种都生活在具体的环境中,只有成功应对其中具体的挑战才能幸存下来——而这些具体的挑战往往有一些“最优解”,比如减少阻力的流线型身材,比如快速吸取花蜜的虹吸式软管,比如过滤食物颗粒的丝网结构,比如增强防御的球形厚壳。

这就意味着,无论突变是多么随机,产生了多么多样的后代,自然选择都只会留下那些最逼近最优解的后代。结果就是在漫长的进化中,物种会朝着某个方向持续发展,任何一个物种的进化史都清晰展示了这样的历程,体现出极强的方向性。

我们可以据此预测,猎豹和羚羊会越跑越快,刀嘴蜂鸟的喙也会越长越长——除非环境发生了明显的变化,有了新的最优解,才会出现从河马到蓝鲸那样巨大的转折。

另一方面,与趋同进化相反的,还有一种辐射进化,是指一个物种进入了新的环境,分异成了多个差异很大的物种——这刚好巩固了我们的发现:进化是在逼近最优解,那么如果多样的环境有多个最优解,物种就会分异出多个形态,分别对应这些最优解。所以在人类创造的城市生态系统中,一定会有新的物种诞生。

最后,对于“进化没有方向”这种观点,我们的回应是“随机突变的确没有方向,但是自然选择有”。

首发于混乱博物馆 刘大可