【科學史沙龍】拉馬克 v.s. 達爾文

■這次的科學史沙龍,兩位老師以別開生面的方式為我們帶來不同想法。王道還老師以「誰是拉馬克?」向我們介紹這位備受誤解的學者,而周成功老師則以近代的科學發現,告訴我們科學對真理的探索永無終止。

講者|王道還教授、周成功教授
撰文|梅寶月

拉馬克是近代最受誤解的生物學家。他其實是一個偉大的生物學家、演化學者,也是歐洲人第19世紀最熟悉的科學家。在達爾文於1859年發表物種源始論之前,最著名的演化論是由拉馬克發表的。由於他的思想和我們非常不同, 加上教科書為了對照方便所進行的二分法引導,導致絕大多數人對他有誤解。

說到拉馬克,要從布封(Comte de Buffon)說起。拉馬克是布封的學生,布封不僅寫了《自然史》,而且還是第一個以實驗證實地球的歷史的科學家。他用實驗推論地球冷卻需要至少七萬年,雖然我們現在知道那是錯誤的,但在當時的歐洲,這是完全推翻過去的認知的驚人結論。由聖經的研究,當時歐洲人認為上帝創世紀是紀元前4004年,因此認為地球只有六千年左右的歷史。

布封的《自然史》主要討論這些層出不窮的新物種是麼來的?身為布封學問的繼承人的拉馬克,在18世紀末提出了生物演變論。在裡面,他提出地球上生物一直在變化的原因,是因為生物的本性。他認為凡是生物,都會有內在的衝動,會不斷的變化。而變化的目的,是往高等前進;由單細胞到多細胞、由構造簡單到構造複雜。

對於拉馬克而言,整個生命世界展現出來的就是進步。而用進廢退是用來解釋生物的適應。透過習慣,行為會造成重大的影響。其實用進廢退也不是拉馬克發明的,而是常識與人生經驗。

相對來說,達爾文(Charles Robert Darwin)的生物演變論基本上是天擇理論。根據達爾文的看法,生物是一定會變的,而且非變不可。他認為生物有兩大特徵,吸收養分及排泄廢物。所以,只要活著生物就會破壞自己的生活環境;為了適應不斷惡化的生活環境導致生物改變。回答布封對生物演變的問題,達爾文的答案是,古代的生物不是滅絕就是演化。而拉馬克的答案裡是完全沒有滅絕,物種在時間的過程中間會變化、分化。

達爾文在1859年出版《物種源始》之後,對生物演化的了解和認識的形式有了很大的轉變,達爾文的天擇理論也受到生物學界的接受。達爾文提出的演化論包括四個要素:變異、遺傳、選擇,和適應。變異是一個隨機的過程,而選擇是一個非隨機的過程,最後產生的結果就好像是設計出來的。但是在19世紀的遺傳學是以混合論為主流的一個遺傳理論。 那時候的人認為變異應該是不能被遺傳的。但為什麼每個個體生出來的後代都會和母體略有不同?透過孟德爾的遺傳學,我們現在知道每一個生物特徵遺傳是由各自的獨特基因造成的。

在達爾文的演化論裡面的生物變異,過程是隨機的、沒有目的的。我們看到的所有變異的結果都是對環境的適應。但是物種是先產生變異再被環境選擇(達爾文)還是物種為了適應環境的變化才不得不產生變異(拉馬克)?

為了證明達爾文的演化論是對的,很多科學家開始進行相關的實驗。在1943年,Luria S. E. 和M. Delbruck利用病毒感染細菌, 觀察細菌是否有抗病毒的能力。目的是為了回答突變是自發性的還是受到環境的影響而產生的。實驗的結果告訴我們,基因突變是隨機的、是自發性的,不需要碰到環境的選擇就已經存在,而環境的選擇是後來加上去的。也就是說個體的變異原先就存在族群中。

雖然Luria 與Delbruck的實驗給了達爾文的演化論一個強而有力的證明, 但是不代表所有的人都覺得證據已經充分。其中C.H.Waddington在1952年,利用加熱的果蠅觀察它翅膀上的血管。經過20代,這些果蠅把環境的影響變成了自己的基因的一部分。實驗結果告訴我們,生物對後天獲得的一些性徵有可能可以遺傳。基因扮演很重要的角色,是指揮個體的發育。但是個體在發育的過程中會受到環境的影響,而這個環境的影響才是真正決定個體最後形成的狀況。

更有意思的是John Cairns 在1988年的實驗。Cairns認為Luria與Delbruck的實驗,沒有提供細菌足夠的時間來進行Cairns認為Luria與Delbruck的實驗,沒有提供細菌足夠的時間來進行可能的變異。於是他把無法利用乳糖做為碳源的細菌,培養在只有乳糖的環境,觀察它們的變化。這些細菌不但沒有立刻死掉,反而出現了可以利用乳糖的新的突變種。這個實驗告訴我們突變並非隨機產生有些突變是針對環境的影響

所以這些實驗代表拉馬克最後還是贏了嗎?未必。由後來的研究了解,當細胞受到外界壓力,會啟動SOS機制,加速細胞突變。簡單來說,生物可以了解當他面對環境的壓力的時候應該要做出怎麼樣的對策。但生物無法設計對策, 所以對策仍然是隨機的。隨機的突變增加,生存的機會越大。

到了21世紀,有更多的例子告訴我們有很多後天得到的經驗會透過不同的形式(如基因的甲基化、RNA等)遺傳到下一代。更令人驚訝的是,這些後天的經驗,不只可以透過媽媽的遺傳物質,也會經由父親的遺傳物質,對下一代發生影響。這些發現告訴了我們,拉馬克的想法並非全不可能或不會發生。

最後,周成功老師以「前典範時期」作為本次講座的結尾。曾經我們以為達爾文的演化論就是演化的一切,但20與21世紀的許多新發現都在告訴我們,或許我們正在進入「前典範時期」。過去的典範,開始被一切無法解釋的異常所挑戰;這是否意味著我們即將進入另一場科學革命呢?

 

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