化石与基因是研究进化的两种重要方法,而它们提供的结论往往并不一致。也许不久科学家们就可以不再为这两种方法的不同结论而争论不休了,因为一个新墨西哥州的研究小组近日提出一种新的理论,可以使得化石与基因“紧密的握手”。新理论的内容很清晰,即是让人们在研究进化史时,要考虑生物的体积与温度因素。研究小组声称,这样做可以是化石记录的进化历程与基因讲述的生命故事非常之吻合。
这项理论很可能会迫使生物学家们修正他们对物种进化历程的预测。新理论非常好的解释了为什么在进化史上热带会突然出现这么多物种,为什么体积小的生物比大体积生物要多得多,为什么小型生物体比大型生物进化得更快。
休斯敦大学的进化生物学家丹·格劳尔说“这是一个大的飞跃。”在深层次上,新理论暗示对所有形式的生命,“不管你是鲸鱼,鲨鱼,还是大猩猩,或者是浮游生物”,都存在一只看不见的钟,掌握着遗传变异的速率,并最终决定一种新物种的产生。
通过遗传学和基因来研究生物进化的科学方法起始于20世纪60年代。当某种生物的遗传变化逐渐积累,达到某个临界点,使得这种变化着的生物体与它的“前身”再也不能称为同类,那么一个新的物种就诞生了。这样,通过比较生物遗传蓝图,生物学家可以判断两种相近的物种是在它们进化史的什么阶段,选择了不同的发展道路。用化石来判断生物的出现年代,则是一种更为古老的方法。生物学家通过判断化石岩层的年龄来预测化石中生物生存的年代。
在理想情况下,遗传学蓝图与化石将给出相同的判断,而事实上它们总是差得很远。例如在小鼠(甘鼠)和大鼠(家鼠)的分化时间上,二者的结论就相差3000万年。化石论支持者认为化石忠实的记录历史,遗传学观点支持者在坚持己见的同时总是怀疑化石证据的完整性:“你们找错石头了,也许那块石头代表的只是某种偶然”。对此,新墨西哥州大学的吉鲁力博士和他的同事詹姆斯·布朗、吉奥菲·维斯特,以及安德鲁·艾伦研究之后提出将动物体或植物体的大小和体温纳入考虑,这样就可以使从遗传学观点与化石观点得出的结论很好的符合。目前科学家尚未能彻底解释清楚体积和温度给进化带来全部影响,但可以肯定的是,体积和体温确确实实影响着生物体的新陈代谢速率,而新陈代谢速率明显地影响生物体发生遗传变异的速度。一般来说,体积小的动物有较高的新陈代谢率,体积大的动物则较低;体温高的动物新陈代谢率高,体温低的动物新陈代谢率低。即使对冷血动物,上面的代谢规律也一样适用。研究者们关心,物种进化的步伐,是否会和新陈代谢速率联系起来呢?吉鲁力博士和他的同事收集了大量的数据,包括各种动物的体积、体温,还有它们的基因产生遗传变异的速率,并对这些数据建立数学模型以进行统计分析,最后确定:进化与新陈代谢速率紧密联系在一起。吉鲁力博士告诉人们:“研究的结果表明,新陈代谢的速率,确实是决定DNA变异速率的基本原理。”
代谢快的物种进化的更快,代谢慢的物种进化的速度相对慢一些。研究者还指出,代谢速率高的物种容易在进化史上形成多个分支。在新陈代谢的生化反应中会生成改变DNA从而引起遗传变异的物质,因此高新陈代谢率意味着在相同的时间内产生更多的遗传变异,造成更多的出现新物种的机会。同时,高新陈代谢率也意味着该物种的生育时期距离它出生并不远,如小鼠从出生到可以生育后代只需要3个月的时间。
大动物代谢较慢因而进化较慢的想法看起来也许有些奇怪,毕竟从原生物到人类已经是一个很长的进化历程。如果小动物进化得更快,为什么人类比所有的小鼠和其它任何小生物都更加狡猾、聪明、久经世故呢?
“进化程度高,并不一定要这个物种能住在大房子里或者坐在高速公路的车辆上,”吉鲁力博士解释到,“评判进化程度的真正标准是看这种生物能不能适应环境的改变并在不断改变的环境中生存并繁殖后代。”