第十八章 华莱士—达尔文 自然选择问题如何发生
一 谁在选择
“自然选择”这个名称很容易让人误以为,自然界站着一位看不见的育种者。他认识每一个变异的价值,预先决定未来方向,再把最合适的生命留下。若如此理解,名称反而遮住了理论最重要的变化:差异性延续可以在没有整体设计者的条件下发生。所谓选择,要由生命活动中的具体差别来承担,而不能由一个拟人化的自然来完成。
1858年提交林奈学会的材料,把达尔文的论述与华莱士关于变种偏离原型的论文共同呈现。正文包括不同文本,而非两人共同执笔的一篇单一文章。[18-1]保留这种结构,是因为二人面对的切入问题和论证重心并不完全相同。联合发表显示独立研究能够会合,也不能因此抹平各自的具体贡献。
达尔文从人工选择取得一个鲜明的类比。饲养者不必制造每一个差异,却能通过保留不同个体参与繁殖,使某些差异在若干代后更加突出。这个例子把变化来源与变化保存分开。一个变异先出现,它是否在后续群体中增加,取决于另一组过程。由此,形态改变不再只能被设想为每个体同时朝同一方向变形,也可以表现为不同个体的后代贡献逐渐不等。
然而,人工选择之所以是类比,恰因为人所偏爱的性状与野外延续所需条件未必一致。某种形态符合育种者喜好,可以在保护和供养下增加;离开这些条件后,它可能难以继续。若把育种成功直接当作自然选择已被证明,就遗漏了谁在承担差异性延续。自然中的因果链需要重新建立,不能把人的意向删去以后,其余步骤仍一概照搬。
华莱士1858年的论文正从这个薄弱点展开。他面对一种当时有影响的论证:家养变种似乎不稳定,离开人为条件便可能回到原型,所以自然变种也不可能不断偏离。他指出,这种论证先把家养与自然状态的变种当作受相同条件支配,再以一方推断另一方。其反论证将自然状态中的生存条件与变种的延续相接,设想某些变种能够比原有类型延续得更好。[18-1]
两条路线由此在一个关键问题上相遇:变化不必在每一代都回归原型。只要某些可传递差异在特定条件下获得持续的后代贡献优势,原型就不再是所有变动必然回返的中心。但这个“只要”包含实质条件。差异必须存在,必须与延续相关,还必须以某种方式在代际间保持。资源有限本身不会自动完成这三项连接。
我们可以用一个仅为说明逻辑的例子展开。假设某群体中有两类在一项特征上可区分的个体,在相同条件下,第一类平均留下更多能够继续繁殖的后代;若后代与该特征之间存在足够的传递联系,那么数代后群体组成就可能改变。这里“平均”不是承诺每个第一类个体都成功,也不是说第二类必然完全消失。理论解释的是一定条件下的分布倾向,个别反常并不自动取消它,持续无效的差异则应迫使它修改。
这种解释同时拆掉了“最强壮者必然留下”的直觉。优势可以与繁殖时机、避免风险、对资源的利用或与其他生命的相接有关,未必表现为身体最大或直接战胜对手。把适应度理解成勇猛程度,会把实际需要研究的延续过程压成一项价值偏好。研究者要记录哪一类差异在什么条件下怎样影响后代,而不能先给某种外貌贴上先进标签。
《物种起源》1859年初版第三章将微小有利变异的保存与生存斗争联系,第四章进一步展开其作用。[18-2]这里真正需要解释的是一个局部差别怎样进入代际组织。若某个性状只让个体看起来特殊,却不影响任何能够延续的过程,就不能仅凭它的特殊性提出自然选择解释;若它影响个体存活,却完全不与后代特征相关,也无法单凭这一点说明同种性状的累积。
从SDE分析看,S是某种适应性分布或群体变化的显露,D包含变异、繁殖和差异性延续的序列,E则是性状效果与传递关系在具体生活条件中相互限定。不是先有一项永远有利的特征,再把它放进任意环境。相同结构的效果会随资源和其他生命改变,传递方式又会影响局部优势能否留下持久痕迹。这里的纠缠,是这些特征的意义在运行中共同形成。
因此,自然选择的“谁”不能用一个实体名字回答。它要求分解实际过程:谁较容易取得繁殖机会,谁的后代较能存活,哪些差异得以传递,以及这些结果在哪些条件下持续。完成这些工作,选择才从一个有力比喻变成可讨论的解释机制。
二 生存斗争的概念范围
达尔文在初版第三章明确说明,“生存斗争”采用宽泛而带比喻性的含义,包含生命彼此依赖,也包含留下后代的成功。[18-2]这段界定经常被日常语言中的“斗争”遮蔽。读者若只想到两只动物为食物搏斗,就会把依赖、繁殖和间接作用排除在外,而这些恰是原论述的重要部分。
原文用干旱边缘的植物说明,生命与水分的关系不等于两个行动者互相攻击;又用槲寄生、寄主树、鸟及种子传播说明,一个生命的延续依赖多个过程。[18-2]寄主支持寄生植物,寄生过多又可能损害寄主;鸟传播种子,其取食选择影响种子去向。这里没有一个单独的“敌人”足以解释全部结果,延续是在相互依赖和限制中形成的。
这一点使资源限制不能被理解为固定大小的一块饼。光照、空间、季节性食物与其他生命提供的条件,可能在不同阶段成为限制。某一季节资源充裕,也不能证明全年不存在筛选;成年个体数量看似稳定,也不能说明新生个体都顺利存活。研究应沿生命过程找到真正发生差异的环节,而不是凭一次现场印象判断自然是否“和平”。
高繁殖潜力与现实数量没有无限增加之间的差距,提供了重要问题。在1858年材料和1859年初版中,潜在增长被用来说明大量后代不会全部进入继续繁殖的队列。[18-1][18-2]但从“必有损失”到“损失有方向”还需一步。如果死亡与所研究特征没有稳定关系,那么这一损失不能独自解释该特征的定向增加。人口算术提出选择可能发生的场所,具体性状与延续的联系才说明选择怎样发生。
例如,某群体数量减少,并不自动意味着留下者更适应某项条件。一次与所研究特征无关的事件,也能减少数量。要支持选择解释,应当观察或合理推断不同特征对应的延续差异,并排除仅由偶然组成变化造成的表面关联。这不要求每一段历史都有实验,却要求论证承认自己凭什么把消失解释为有差别的保存。
依赖关系尤其能够改变“有利”的含义。某种形态若促进种子被传播,优势要经过传播者、落点及后续发育才显露。它可能吸引更多动物,却把种子送到不适宜地方;也可能提高传播距离,却降低每粒种子的存活机会。因此,局部效果不能直接换算为最终后代贡献。需要沿过程逐段检查,避免在最容易观察的阶段就宣布已经解释适应。
同样,竞争和合作不是解释中的绝对反义词。两个生命在一个过程中互相支持,也可能在另一资源上互相限制。是否形成对各方有利的延续结果,需要具体判断。自然选择论并不因为使用“斗争”便预先排除互利,也不因为观察到互利便被自动反驳。真正的比较对象是不同变体在有关关系中的后果,而不是研究者对竞争或和谐的道德偏好。
这对于本书的功能归属主线尤为重要。一个结果由植物、传播者与场所共同形成,研究干预可能需要同时纳入它们;但是,共同参与传播功能并不自动使它们成为同一个繁殖单位。功能研究的范围可以扩大,而各自的代际延续仍可能不同。第45章将进一步研究这样的边界问题,本章先保留这个区分,避免把一切相互依赖都直接称为一个进化个体。
进入SDE后,E不能只写成“生物所处生态环境”。以传播为例,果实可被识别的特征、传播者的取食反应与种子落点的可存活性,需要通过一条实际过程共同产生后代贡献。若改变一种特征会使另一种特征原有的作用失效,便显示它们不是独立得分项。相同果实颜色在不同传播者关系中可能不具有相同意义;相同传播距离在不同落点条件中也未必等于相同成功。
由此,D—E—S的研究入口十分具体。先追踪后代从产生到留下下一代经历哪些差异步骤,再检查哪些特征在这些步骤中相互牵动,最后说明群体组成为什么出现某种稳定倾向。若直接从最终适应性外观出发,也可以提出假说,却更容易把当前功能倒写为全部形成史。两种入口应相互复查,使过程证据能够修正结果叙述。
华莱士对资源、捕食和不同类型存续的讨论,也应在这种具体层面理解。他的论述不是泛泛说生命相争,而是试图说明为什么某些变种可能在条件变化后替代原型。[18-1]我们既应承认这条独立路线,也应区分历史作者的概括与现代经过更多研究形成的机制细节。联合发表开启一个共同问题空间,不意味着二人当时已经拥有后来群体遗传学的全部表述。
概念范围扩大之后,自然选择研究的任务其实更严格了。“斗争”不再是一幅可以随意用于任何生命的图画,而是需要找到具体限制、具体依赖和具体差异性延续的分析。若找不到这些联系,即使叙述充满竞争词语,也没有因此增加解释力。
还可以用一个明确的思想实验检查“群体数量稳定而组成变化”如何可能。设想两类个体起初数量相等,在一个繁殖周期后,一类留下的可繁殖后代较多,另一类较少,而群体总量受共同条件限制。总量可以仍旧接近原来的水平,两类所占比例却已改变。如果只观察总数,便可能以为生命世界毫无变化;如果记录特征与后代来源,就会看见另一层变化。自然选择问题由此要求新的观察单位:不只是有多少生命,还要知道谁延续成了哪些后代。
这个思想实验没有给出任何实际生物的参数,也不应据此估算历史速度。它的用途在于暴露记录上的盲点。总量增长不能单独证明选择,总量不增长也不能单独排除选择。即使一个类型在比例上增加,其绝对数量也可能下降;即使绝对数量增加,它也可能在整个群体中失去比例优势。比较的分母必须说清楚,否则同一段历史可以被相反语言描述。
阶段选择还可能互相抵消。某一特征使早期存活较好,却在繁殖阶段带来较大代价,最终后代贡献未必提高。若研究只记录较易观察的早期阶段,就可能高估它的总体优势。相反,一个看似不利的外观,也可能与后期的重要作用相接。这要求研究者把功能评价放回具体生命周期,而不是用单一时点的效率裁判整个历史。所谓有利,必须附着于明确的结果、尺度和条件。
这些差异也使“自然界总是把最优者留下”成为过强说法。可产生的变异有限,历史来源有限,变化还可能在不同条件之间摆动。能够在当前条件下延续,并不等于已经达到所有可能设计中的最优。选择解释所需证明的是某些差异怎样影响延续,而非证明生命已经实现无缺陷的设计。若把最优当作前提,就会把反常结构先行排除,而它们恰可能揭示历史限制。
三 分歧图与共同祖先
自然选择若只解释某个群体越来越适合一种条件,还不足以解释生命为什么分成许多类群。研究还需要说明分支怎样保持,近邻类型怎样分离,以及为何分类常呈现群中有群的结构。达尔文在初版第四章的分歧讨论与示意图中,试图把变异、延续、分化和灭绝组织成同一历史图景。[18-2]
图中以字母表示起初的类型,用分出的线表示后裔变化,用横向层次帮助想象世代推进。达尔文明确提醒,实际过程不会像图示那样整齐。[18-2]因此,这幅图的知识身份首先是一种机制示意,而不是从完整化石记录逐点绘制出的真实家谱。它帮助推理哪些结果可能由所提过程产生,却不能代替某一类群的实际证据。
这种身份区分并不削弱示意图的作用。它让人看见,如果只有一条谱系持续而其他支线消失,今天的分类就可能显示大的空隙;如果若干分支各自延续并进一步分化,便可能形成类群内部更近、类群之间更远的关系。灭绝于是既改变生命本身,也改变后来观察者所见的相似结构。现在的断裂不必等于历史上从来没有连接。
不过,“可能如此形成”与“实际如此形成”之间还要取证。一个树状图可以符合很多不同历史,若没有独立的形态、分布或时间材料,就很难选择其中哪一棵。分类看起来分层,也不单凭分层外观证明某一条具体祖先关系。图示的贡献在于提出可研究的共同来源解释,后续研究的责任则是把分支从想象落到证据。
达尔文将分歧与占据不同生活位置的机会相接:后代若在结构和习性上更加多样,可能利用更多不同条件。[18-2]这个论证包含一种有条件的生态判断,而不是宣告差异越大永远越好。若某项差异使后代离开原有位置,却无法在任何新位置延续,它不会仅因新颖而被保存。分化的成功要由具体生活机会和代际保持承担。
可以设想一种简化情形:同一来源的个体对两类资源表现不同。如果两类资源都能够维持后代,而且使用差异能够持续,分化便有可能扩展;如果只是一季资源波动引起可逆反应,则尚不能认定已经形成长期分支。若个体不断在两类间转换,或交配持续抹平有关差异,也需要其他证据说明分支是否稳定。差异显露、生态分化与谱系分裂因此是相连但不相同的判断。
这正与本书前面的种界问题相接。分类名称能够为分支提供指称,却不能单靠名称固定其历史身份。一个被列为变种的群体可能具有值得研究的独立延续,一个被列为物种的群体也可能需要重新检查与近邻的联系。谱系问题要求研究者让分类接受时间过程的回查,而不是先把图中每条线对应一个现代种名,再把对应当作证据。
分歧图也让“共同祖先”有了更精确的含义。共同来源并不要求所有后代始终相似,也不要求祖先恰好等于今天某个看起来中间的类型。现生近邻之间的关系可能经由已经消失的祖先连接;把现生的一端当作另一端的祖先,可能抹去双方各自经历的变化。比较解剖中的结构对应与共同来源解释可以相互支持,但每一条具体祖先线仍有自己的证明责任。
从SDE看,新的显露不再只是一个孤立的适应性器官,而是具有时间方向的相似分布。D包含多条延续路径的分化与中断,E则涉及保留特征、形成的新差异及生活位置之间的共同限定。一个特征在单个现生对象中看似次要,放入谱系比较后可能成为判断共同来源的线索;一个功能上十分醒目的相似,也可能因不同历史路径而需要重新解释。特征的意义随比较体系发生变化,不能按视觉显著程度固定排序。
这里也需要区分本书的重构与达尔文自己的论述。三方程不是图的隐藏数学公式。我们用它检查图所承担的不同推论:由延续过程能否得到当前群组;当前群组是否改变下一步寻找哪种过渡材料;新增材料是否重组原有相似性的解释。若这些回查没有带来更精确的问题,SDE在该处就只具有组织论证的作用,不能因此自称又提出了一种演化机制。
示意图最容易被误用的地方,是画线带来的确定感。线一旦连接,读者往往觉得关系已经查明。严谨的历史论证应使线的身份可见:哪些表示原作者的假设,哪些由材料支持,哪些仍有多个候选。保留不确定连接不会让树失去意义,而会把下一次研究应该解决的分叉显示出来。
因此,从分歧图到生命史,真正的进步不是拥有了一幅更漂亮的树,而是获得一组可以互相约束的问题:后代怎样不同,差异怎样保持,何种支线消失,现有分类怎样受这些过程塑造。这个解释框架需要遗传环节持续支持,而这恰是十九世纪中叶尚未充分掌握的部分。
分歧与相似的重新组织,还会改变读者对“缺环”的期待。若两条现存支线来自较早的共同来源,我们期待的连接未必是两者现在形态的简单平均。每条线都可能分别改变,一些共同特征保留,另一些发生重组。因此,寻找中间类型需要先提出哪些结构应当连续、哪些可以分化,而不是看见一个外貌居中的形状便认定祖先。这个要求把解剖比较与历史模型联结起来,也为下一章讨论化石记录的限制预留了接口。
对示意图还有一种反向使用方式:先暂定某项谱系联系,再检查它是否要求不合理的时间次序或未经支持的多次迁移。如果拟定的祖先—后裔次序与独立年代约束相冲突,应当复核年代、分类及祖先身份;同时,某类化石目前已知的最早层位,不应直接当作该谱系真实起点。模型的价值不仅在能讲通一个故事,还在它把某些组合显露为需要复核的冲突。这样的回写,是图形成为研究工具而非修辞装饰的标志。
最后,分歧的记录可以保留不同粒度。同一幅概括图讨论大类群关系,不宜直接承担每个种群内部的繁殖判断;一份局部家谱也未必有资格决定全部大类群的历史。粒度改变时,证据需要跟着改变。若用同一棵图在所有层级通行,便会把高层概括的便利误认为低层关系已经查清。历史世界的生成包含尺度转换,尺度转换本身也要付出取证成本。
四 遗传机制的未解环节
达尔文在初版第一章明确承认,支配遗传的规律仍然很不清楚;他同时把能够遗传的变异放在自己论证的重要位置。[18-2]这不是一个可以略去的小注脚,而是自然选择解释的关键接口。若某项优势只在一个体身上出现且不能在相关代际过程中保留,它的成功不能自动造成同种优势的长期累积。
然而,不知道完整机制不等于毫无经验根据。亲子相似、育种中的持续差异及某些特征跨代再现,可以为传递存在提供材料。问题是这些材料支持到哪一步。它们可以说明某些差异并非每代完全重新随机生成,却未必给出各种性状怎样分离、组合或消失的精确规则。选择理论在此借助经验连续性前进,同时承担机制尚未清楚的风险。
达尔文还注意到亲子相似可能来自相同原因分别作用于两代,因此并非把任何相似都直接当作遗传。[18-2]这一细节与上一章的分析相接:跨代联系需要辨别,既不能因为当时缺少后来遗传学而说一切推理都无根据,也不能因为有亲子相似而把机制空白说成无关紧要。两种极端都会遮蔽下一阶段研究为何必要。
这里可区分三项条件。第一,差异能否在群体内持续出现;第二,带有某差异的个体是否贡献更多后代;第三,这些后代是否更可能保留有关差异。若只满足前两项,可能出现一次性的分布改变,却不保证累积;若只满足第一与第三项,没有延续差别,也不能由此推出定向选择;若三者同时有据,才形成较完整的选择解释。这个拆分是本书的分析工具,不是替达尔文补写当时已经掌握的数学模型。
遗传接口的不清楚还会影响速度判断。若每代差异被大量混合,某个稀有优势如何维持?若多个特征共同传递,选择其中之一又会带来什么伴随改变?若相同外貌来自不同的传递组合,单凭外貌能否预测后代?这些问题说明,选择并不是在透明而固定的性状积木上工作。传递方式本身决定哪些差异能够被后续过程利用。
不过,后来的遗传学也不能被写成一块恰好填入空洞而不改变任何旧问题的插件。可计数的性状与世代分组,会重新规定“同一差异”如何辨认;对群体变化的数学处理,会改变我们怎样评估选择强度及其他过程。新知识接上旧框架时,也可能重写旧框架的变量和推断资格。选择性继承因此既有保留,也有再组织。
对达尔文与华莱士的公平评价,应把这一未完成性放在贡献内部。二人的工作使适应与分化获得一种无需整体目的的差异性延续解释,并让生物地理、变异和灭绝进入共同问题。但提出这样一种强大的研究路线,不等于所有历史细节已经由它得到独立验证,更不等于所有性状都必须是直接选择的结果。下一章将专门研究这种解释权限。
本章的回写要求也由此清楚:若一个适应故事没有交代有关差异的传递,就应补查而不是直接定论;若传递得到支持,却未显示差异性延续,就应另找机制;若两者都有依据,还需判断当前功能是否确实对应当初的保存原因。每一步都让“自然选择”从一个总括名称变成能够被材料限定的判断。
生命世界在这里发生的变化,是可研究单位从静态类型扩展到具有差异后代贡献的群体与分支。个体并未被取消,形态也未失去意义,但它们在代际过程中的作用被重新规定。正是在这个意义上,华莱士与达尔文不仅增加了几条关于生命的意见,而是共同推动形成了新的生命研究世界。它的力量来自能够不断接入证据,其持续发展也依赖允许后来的证据修正最初解释。
遗传证据、分布记录与功能比较将继续限定这一解释的范围。理论组织出新的问题,也在这些问题的检验中持续修订。