实验室里4.5万代的进化
这些蜥蜴平均的换代时间是大约2年;因此,波德·马卡鲁岛上所观察到的演化,只代表了大约18或19代。想一想,如果你跟踪三四十年细菌的演化会看到什么呢?(细菌的换代时间是用小时甚至用分钟来衡量的,不是用年来衡量的!)细菌是演化学者找到的另一块“无价之宝”。在某些情况下,你可以把它们冷冻住,冷冻无限长的时间,然后让它们解冻复生,它们就会像什么都没有发生过一样,重新开始繁殖。这就意味着,实验员可以建立自己的“活化石记录”——对演化过程中任意想要的时间点进行“快照”。想象一下,如果我们可以让冰冻中的露西起死回生,让她开始演化,该是怎样一种情景![露西是人类学家唐·约翰森教授(Don Johanson)发现的著名的前人类化石。]而所有这种奇思妙想,是可以通过大肠杆菌来实现的。密歇根州立大学的细菌学家理查德·伦斯基及其同事,就进行了一项杰出的长期试验,做到了这一点。现代的科学研究,往往是一种集体性的合作,一种共同的努力。在下文中,我可能时常为了简便起见而提到伦斯基这个名字,但是,你在阅读的时候,请将它理解为“伦斯基及其实验室的同事和学生”。我们将会看到,伦斯基的实验,为什么对神论者来说是一次打击?这是有充分理由的。这个实验,很漂亮地演示了“进化在行动”,即使你非常想要对这个实验“一笑置之”,你也是做不到的。而货真价实的神创论者,他们往往就是如此。我将在本节的末尾再讲一遍这个问题。
大肠杆菌(E. coli)是一种普通细菌,非常普通。在任何时间,这个世界上都有大约1 000亿亿株大肠杆菌存在;据伦斯基计算,其中大约有10亿株,此刻就存在于你的大肠中。它们中大多数都是无害的,甚至是有益的。但是,有时也有做坏事的菌株,造成头条新闻。这种习以为常的进化创新,并不令人惊讶——虽然突变是罕见的事件,不过,大肠杆菌的数量实在是太庞大了。如果我们假设,在一次细菌的生殖活动中,某一基因发生变异的概率低至百万分之一,那么,细菌庞大的基础数量将意味着每一天在世界的某个角落,基因组中的每一个基因都在变异。正如理查德·伦斯基所说的:“这对于演化来说,有非常多的机会。”
伦斯基及其同事们,利用了这种机会——这是在实验室里用可控的对照方式实现的。他们的工作在每一个细节上都非常周密、仔细。这些细节的确为这些实验提供演化证据作出了贡献。因此,我将不吝篇幅地解释它们。这就意味着,接下来的几页将不可避免地比较复杂、比较精细,但是并不难懂。如果读者已忙了一整天、比较劳累,那么还是改日再读这几页为妙。这一实验的每一个细节都非常合理,所以稍微降低了理解的难度。因此,请跟着我,一步一步地来体验这个设计良好、执行得很漂亮的实验。
这些细菌是无性繁殖的——通过简单的细胞分裂进行繁殖。因此,很容易在短时间内,克隆出大量基因完全相同的个体。1988年,伦斯基把这样一个菌群置入了12个相同的烧瓶中,所有烧瓶都包含相同的营养液培养基,其中有葡萄糖作为重要的食物来源。这12个烧瓶(及其创始菌落)都被放置在摇床上——保持安全与温暖,并且大力摇动,使得细菌在培养基中保持均匀分布。于是,这12个烧瓶就建立了12支进化系,注定保持分隔,长达20年,并且被记录:有点像以色列的十二支派(但以色列并无法律禁止各支派的混合)。
这12个菌落没有被永远保留在这同样的12个烧瓶中。相反,每个菌落每天都要换一个新瓶。试想一下,12长列烧瓶,伸展到远处,每列有
7 000多瓶,多么壮观!每一天,这12个菌落都被抽出一部分,然后重新装入一个新的干净烧瓶。这抽出的部分,正是老瓶内体积的1%,被抽出装入新瓶,其中的培养基富含新鲜的葡萄糖。然后,烧瓶中的“菌口”(细菌数量)开始扶摇直上,但是到了第二天营养耗尽,饥饿降临,“菌口”就达到平衡,不再增长。换句话说,每个烧瓶中的细菌都大量地繁殖自己,然后达到一个高位平台,这时,提取新的细菌样,注入新瓶,然后第二天再重复这一过程。因此,通过几千段这种高速的相当于“细菌的地质时代”的时间,这些细菌每日经历相同的从食物极大丰富到耗空挨饿的周期循环,而每日幸运的1%被救出来,被吸入一个“玻璃的诺亚方舟”,然后注入一个葡萄糖营养丰富的烧瓶(但依旧好景不长),这是“绝对完美的进化环境”,更重要的是,这个实验是并行地在12个独立支系中做成的。
伦斯基和他的团队,每日重复这一试验,至今已经超过了20年。这意味着传递了约7 000代的烧瓶,共计传递了4.5万代细菌的后代——平均每天6~7代细菌。我们来思考一下:如果我们人类回溯4.5万代,这将回到约100万年前的直立人(Homo erectus)时代,这个时间并不很久。所以,鉴于伦斯基在这次相当于100万年的试验中所捕捉到的细菌传代的任何进化变化,请想一想在1亿年的哺乳动物进化中,可能发生的远远更大的演变。而按照地质时间标准,甚至1亿年,也是比较近代的。
除了做进化的主实验之外,伦斯基小组还用这些细菌做了具有各种说明意义的副实验。例如在2 000代之后,用另一种糖(麦芽糖)来取代葡萄糖,但我会集中在(从头到尾用葡萄糖的)主实验上。他们在整整21年的时间里,每隔一段时间,就对这12组细菌取一下样,看一看它们演化的进展如何。他们还把各菌落的样品冷冻、存储起来,作为可以支取的“化石”储蓄,代表了进化道路上关键的点。这一系列的试验设计得极其出色,怎么夸都不过分。
关于这一卓越的前瞻性规划,我们从其中一点就可以看出。你还记得我说的12个创始瓶都来自同一克隆的种入,因此开始时,它们在基因上是完全相同的。不过,这并不是很确切——有一个有趣且狡黠的原因。此前,伦斯基实验室在研究一种基因叫ara,它有两种形式Ara+和Ara-。我们要分辨这两种形式,只有把细菌样品在一块琼脂板上做“涂板”(这里的琼脂板富含培养基以及阿拉伯糖和一种叫四唑的化学染色剂)。做“涂板”是细菌学家常做的事情之一。这里是指把一滴含有细菌的液体,滴到一片覆有琼脂凝胶薄层的平板上,然后培养这一块平板。在琼脂上混有的营养的喂养下,细菌菌落开始生长,形成扩大的圈子,像小小的童话魔环。[42]如果混合物中含有阿拉伯糖和指示剂染料,就能揭示出Ara+和Ara-之间的区别——正像加热隐形墨水一样,它们将分别表现为白色菌落和红色菌落。伦斯基小组发现,这种颜色的区分可以用作标签。我们看到,他们预先考虑到这么做的意义,而把12支系设立为6个Ara+菌落和6个Ara-菌落。这里举一个他们如何利用细菌的颜色编码的例子——他们用它来检查自己的实验室程序。在履行感染新瓶的“日常仪式”时,他们谨慎地交替处理Ara+瓶和Ara-瓶。这样一来,如果他们犯了一个错误——移液管沾染了液体或类似的东西,就会在他们后来做红/白样本试验的时候表示出来。巧妙吗?是的。很巧妙,也很严格。真正好的科学家,就要做到这两点。
但是,先忘了Ara+和Ara-吧。在所有其他方面,12支创始菌落开始都是相同的。除了Ara+和Ara-之外,未见其他差异,所以真的可以方便地把它们当作颜色标签,正像鸟类学家往鸟腿上绑上有色的环一样。
那么好吧,我们有了我们的“十二支派”,在相当于它们的地质时代的时间维度大力迈进,并行演进,在相同条件下,经历反复的繁荣和萧条。一个有趣的问题是,它们将保持和它们的祖先一样吗?还是它们将发生演变呢?如果它们发生演变,所有12支系,将以同样的方式发展吗,还是它们将彼此发生偏离?
正如我刚才所说的,培养液中含有葡萄糖。这虽然不是唯一的食物,但它是一种限制性的资源。这意味着葡萄糖的耗尽,乃是限制菌口规模的关键因素——决定了每一天、在每一个烧瓶,细菌数量都会达到一个高位,然后停止攀升。换句话说,如果实验者在每日的瓶中加入更多的葡萄糖,在一天结束时,瓶中菌口的数量就会更高。或者,如果他们在菌口数达到高位之后,再加入葡萄糖,就能见证菌口的第二次暴增,升到一个新的高位。
在这种情况下,达尔文式的预想是,如果出现任何突变能帮助个别的细菌更有效地利用葡萄糖,自然选择将有利于这些突变株——突变株会在烧瓶中大力复制扩散,超过非突变株个体的数量。这个突变的类型,将大比例地感染该世系中的下一个烧瓶,随着瓶瓶相传,突变类型很快就会在菌落中形成垄断。这正是发生在所有12支系中的情况。随着“烧瓶世代”的推移,所有的12支系都相对于其祖先发生了改良:能够更好地利用葡萄糖这种食物来源。但是,有趣的是,它们发生改良的方式各有不同——即,不同的菌落,发展出了不同的基因突变。
科学家们是怎么知道这种情况的呢?他们随着谱系的进化,进行取样检查,比较每一个样品的适应度和初始菌落的“化石样品”适应度的区别,由此作出判断。请记住,“化石”是冷冻的细菌样本,解冻时能进行正常生活和繁殖。伦斯基及其同事们是如何比较这种“适应性”的?他们是如何比较“现代细菌”与它们的“化石祖先”的?他们有很天才的做法。他们从推定的已进化菌群中提取了样品,放入洁净的瓶中。然后,他们在同一个瓶中放入了同样数量的解冻菌落的样品。不用说,做这些实验的混合瓶,就和长期进化实验中的12支系完全隔开了,不再发生联系。这个副实验是用已不在主实验中进一步发挥作用的样品来做的。
因此,我们的这一个新实验瓶中含有两种竞争的菌株,“现代菌株”和“活化石菌株”,我们想知道两个品系中哪一个将占上风。但它们都混在一起,你要怎么办呢?当两者在“竞争场”中混在一起,你要如何区分两个品系?我告诉你,有一个巧妙的方法。你还记得颜色区别吧——“红”(Ara+)和“白”(Ara-)?
现在,比如说你想比较5号菌落与祖先化石菌落的适应性,你会怎么做?让我们假设5号菌落是Ara+。那么,你要确保你现在和5号菌落作比较的“祖先化石”是携带着Ara-的菌落。如果6号菌落碰巧是Ara-菌落,所选择解冻和混合的“祖先化石”菌落就要都是Ara+菌落。伦斯基团队已经从以往的工作中知道,Ara+和Ara-基因本身并不影响适应性。这样,在任何情况下,他们就可以用“祖先化石”作为标准,结合彩色标记分析不断变化的各菌落的竞争力。他们要做的只是把混合瓶样品做“涂板”,观察琼脂上生长的细菌中,有多少是白色的,有多少是红色的。
正如我所说的,随着几千代过去,所有12个菌落的平均适应度都发生了增加。所有12支系,都能够在葡萄糖有限的条件下实现更好的生存。适应性的增加可以归因于一些变化。在所有12个后继烧瓶中,菌口增长速度更快,细菌的平均尺寸也发生了增长。图15对菌落之一的平均细菌尺寸进行了描绘,代表了典型的情况。斑点代表了真实数据点。绘制的曲线是数学逼近。用这种特别的曲线,能最好地拟合所观测到的数据,这种曲线被称为二次曲线。[43]我们也完全可以用一条比二次曲线更复杂的数学函数,更好地拟合所观测到的数据,但是这个二次曲线还不错,所以似乎并不值得费心尝试更复杂的曲线。生物学家们经常用数学曲线来拟合观测到的数据,但生物学家(不像物理学家)不习惯看到这样的紧密拟合。通常我们的数据都太乱了。生物学与物理学不同,生物学中,只有在某种严格控制的条件下收集了非常大量的数据,才有希望得到光滑的曲线。伦斯基的研究是一个经典做法。
你可以看到,菌体尺寸的增加,大部分发生在2 000代左右。下一个有趣的问题是这样的:鉴于所有的12个菌落,都随着进化时间增大了菌体尺寸,那么,它们都是以同样的方式、相同的遗传途径增大的吗?不,它们不是,这是第二个有趣的结果。图15表示了12支系之一的菌体增大情况。现在,请看对12个菌落最佳的二次曲线拟合(图16)。看一看,它们是多么的分散。它们似乎都在接近一个高台,但是12支中最高的那个高台,几乎是最低的高台的两倍。而且这些曲线有不同的形状:在10 000代时达到最高值的那个曲线,开始的时候,增长速度慢于其他的曲线,然后在不到7 000代的时候,超越了其他的曲线。不要把这些高台混淆于“每天每个烧瓶内的菌口规模的高台”。我们现在所观察的时间,衡量的是烧瓶里的传代数,而不是单个烧瓶中以小时为单位衡量的细菌增长时间。
这种进化变化表明:当细菌处在这种“葡萄糖充裕/贫乏”相交替的环境中,为了生存而挣扎的时候,出于某种原因,尺寸变得越来越大对细菌是有利的。我不会猜测为什么菌体尺寸增大可能是一种优势——有很多的可能性,但是,看起来仿佛是必须如此,因为所有12个菌落都这么做了。但是,要变大有很多不同的方式——不同的突变;而且,看起来在这个实验中,不同的进化谱系已发现了不同的方式。这是相当有趣的。但也许更有趣的是,有时两个菌落似乎独立地发现了相同的“变大”方式。伦斯基和另一组同事,拿出了两个菌落,来研究这种现象;这两个菌落分别叫Ara+1和Ara-1,似乎在超过20 000代中,这两支遵循了相同的演化轨迹。他们观察两个菌落的DNA,发现了惊人的结果——59个基因的表达水平在两个菌落均发生了变化,所有59个基因都发生了同一方向的改变。如果不是自然选择,这种59个基因独立并行的事,就只能用神话来解释了。而这绝不可能是碰巧发生的。这正是神创论者所说的不可能发生的事情,因为他们认为这太不可能有机会发生了。然而,事实上它就这么发生了。唯一的解释就是:这并不是偶然发生的,而是循序渐进、步步累积的自然选择,青睐于两个谱系中相同且独立的有益变化——真真正正的相同。
细胞随着代传而增大尺寸的平滑曲线图,印证了“改善是渐进的”这种观点。但是,或许它太循序渐进了?你难道不期望看到实际步骤——菌口“等待”下一个改善性突变发生吗?不一定。这种改善取决于几个因素,例如涉及的突变数目、每个突变的影响程度、非基因因素造成的细胞大小的变化,以及对细菌进行抽样的频繁程度。有趣的是,如果我们观察适应性的增加,相对于细胞尺寸,我们的确看到了一幅至少可以解释为更明显的梯度性的图片(图17)。你还记得,当我介绍二次曲线的时候,我曾说,可以找到一个更复杂的数学函数来更好地拟合数据,数学家称之为“模型”。你可以用一个二次曲线模型来拟合这些点,像在前面的图中所做的一样。但你也可以用一个“阶梯性模型”(step model)来实现更好的拟合,在这幅画中正是这样做的。这种拟合,不像“细胞尺寸图对二次曲线的拟合”那么紧密。在这两种情况下,都不能说数据完全地符合模型,这是永远也做不到的。但是数据至少符合“我们观察到的进化变化,代表了突变的逐步积累”这种想法。[44]
到目前为止,我们已看到了“进化在行动”的美丽演示:这是发生在我们眼前的进化,通过比较12支独立的谱系,而记录下来;以及通过把每一支谱系对比其“真正的活化石”,而记录下来。这是真正的活化石,不是比喻意义上的。
现在,我们已经准备好继续前进,来观察一个更有趣的结果。到目前为止,我已经暗示,所有12个支系,以大体上相同的方式,演化出了改进的适应性,只是在细节上有所不同——有的快一点儿,有的慢一点儿。然而,长期的实验,揭示了一个戏剧性的异常。3.3万代之后不久,发生了一件非常显著的事情。12个谱系中的一支叫作Ara-3的菌落,突然发狂了。请看图18。纵轴标为OD,代表光密度或“混浊度”——是衡量烧瓶中菌口多少的一项指标。液体变混浊,是因为细菌数量增加了。浑浊的程度可以测量,并表示为一个数值,这个数值是我们的“菌口密度指数”。你可以看到,直到约3.3万代,Ara-3菌落的“平均菌口密度”的OD值约为0.04,这和所有的其他菌落区别并不大。然后,仅仅在3.31万代的时候,Ara-3菌落的OD值(12支菌落中的唯一一支)开始垂直飙升——它上涨了5倍,OD值约为
0.25。这个菌落的后继烧瓶中菌口猛增。仅几天后,这个菌落瓶稳定的典型高台OD值已经大于本支突变前的OD值6倍左右,也就是大于其他菌落的OD值6倍左右。然后,这一支在后继的世代,菌口密度都能达到这种更高的高台——只在这个菌落,其他菌落没有出现这种情况。仿佛是Ara-3菌落的每一只烧瓶中,都被额外加入了大量葡萄糖;而其他菌落则没有受此青睐。但是,并没有多加葡萄糖。所有的烧瓶中,都被严格分配了同样多的葡萄糖。
发生了什么事?Ara-3菌落突然发生了什么?伦斯基和两位同事进一步研究,并解开了谜团——这是一个精彩的故事。你还记得我说,葡萄糖是限制性资源,而任何“发现”了如何能更有效地利用葡萄糖的突变株,将具有一项优势。这的确是所有12支系的演变所发生的事。但我也曾告诉你,葡萄糖不是培养基中的唯一营养。另一种营养是柠檬酸盐(与使柠檬有酸味的物质有关)。培养基中含有大量柠檬酸盐,但大肠杆菌通常不能利用它,至少在含有氧的水中无法利用它(而伦斯基的烧瓶的培养液中含有氧)。但是,只要有一个突变“发现”了如何利用柠檬酸盐,一座粮仓就会在它面前打开。这正是Ara-3菌落中发生的事。这个菌落,只有这个菌落,突然拥有了“既吃柠檬酸盐又吃葡萄糖”的能力;而不需单单依靠葡萄糖了。于是,在每个后继烧瓶中的“可用食物量”,就迅速抬高了。于是,每个后继烧瓶中的菌口每天实现稳定的高台,也就迅速抬高了。
在发现了Ara-3菌落的独特之处后,伦斯基及其同事接着思考一个更有趣的问题。这种吸取养料能力的突然改进,都是因为一个单一的(戏剧性)突变吗?是一个罕见的,只在12支菌落中的一支才有幸发生的突变吗?换句话说,它只是另一种“一步性突变”——就像我们在图17中所表现的那种小步突变吗?在伦斯基看来,这似乎不大可能——基于一个有趣的原因。根据这些细菌的基因组中平均每个基因的突变率,他计算出:3万代,已足以让12支中的每一支的每一个基因都突变一次了。因此,似乎不太可能是由于突变的稀有性让Ara-3脱颖而出的。其他的某几个菌落,也应该作出这种“发现”。
还有另一种理论上的可能性,一个极其诱人的可能性。在这里,故事开始变得非常复杂,所以,如果现在已是深夜,你最好还是明天再继续阅读吧……
如果这种变得能摄食柠檬酸盐的“生化魔术”需要不止一个基因突变,而是两个(或三个)基因突变,又将如何?我们现在所谈论的,不是建立在“简单加法式的突变”基础上的两个突变。如果是“简单加法”的话,那么两个突变谁先谁后,就无关紧要了;这样的话,任何一个突变都会把你带到半途,而且每一个突变都会以其本身的能力从柠檬酸盐中得到营养;只是少于两个突变联合起来吸取营养的能力而已。这将等同于我们已经讨论过的“导致菌体尺寸增加的突变”。但是,这种旧式突变是屡见不鲜的,不能解释Ara-3菌落的独特性。所以,肯定不是旧式的突变!柠檬酸盐代谢的罕见性,暗示了我们正在寻找的东西,更像是神创论者所宣传的“不可约简的复杂性”(irreducible complexity)。可能有一种生化通路——其中,一个化学反应的产物为第二个化学反应的发生提供了条件;而单独的一个化学反应则不可能造成任何影响。这将需要两个突变,暂且称它们为A和B,来催化两个反应。根据这一假说,在实现任何改善之前,都需要有两个突变;这种事情发生的概率确实很小——这足以解释为什么我们所观察到的12个菌落中,只有一个菌落取得了这一成就。
这些都是假设。伦斯基团队可以通过实验查明究竟发生了什么吗?嗯,他们可以聪明地利用冰冻的“化石”,从而在这个方向取得很大进展——冰冻的化石为本研究提供了不断的方便。重复一下,这个假设认为,在一个未知的时刻,菌落Ara-3偶然发生了一次突变——突变A。这次突变没有产生可以检测到的效果,因为另一个必要的突变(B)仍然缺乏。突变B同样可能在12支系中的任何一个支系中发生。事实上,它可能的确发生了。但是,单单有B是没有用的——完全没有任何有益的效果——除非菌落已发生突变A。而碰巧只有菌落Ara-3具有这样的先决条件。
伦斯基甚至可以把自己的假说表达为一个可检验的预测——有趣的是,虽然从某种意义上来说这是对过去的一个预测,但是它确实是一个预测。如果我是伦斯基,我将作如下的预测:
我将解冻取自Ara-3菌落的化石,战略性地选择不同的时间点“回到过去”。然后,这些“拉萨路克隆”[45]中的每一支都被允许进一步发生演化,其方式和主实验相似——当然,它们和主实验完全隔离。现在,我的预测如下:只要从原本的进化试验中某个特殊、关键的世代,解冻了关键的“化石记录”,这些“拉萨路克隆”就仍会“发现”如何处理柠檬酸盐。我们不知道是哪一个世代,但是我们运用后见之明将可以找出这个神奇的世代(根据我们的假说,这个世代就是发生突变A的那个世代)。
你会很高兴听到,这正是伦斯基的学生扎卡里·布朗特(Zachary Blount)的发现。他进行了艰苦的实验,涉及约40万亿的各代大肠杆菌细胞。结果发现,“神奇时刻”发生在大约2万代的时候。从2万代之后解冻的Ara-3化石所发生的克隆,表明了它们后继演变出吸收柠檬酸盐能力的概率已经增加。而2万代前的克隆,则未表现出这样的增加。根据猜想,在第2万代之后,这些克隆已经做好了准备,只要突变B发生,它们就可以利用该突变。而一旦这些化石的“复活节”晚于2万代这个奇迹时刻之后,其可能性就不再增加和减小了:2万代之后,无论布朗特对哪一代进行采样、解冻,这些化石后继获得吸收柠檬酸盐能力的可能性,就保持不变了。但是,从2万代之前解冻的化石,其发展出吸收柠檬酸盐能力的可能性则完全没有增加。第2万代之前的Ara-3菌落,就像所有其他菌落一样。虽然其成员属于Ara-3菌落,但它们并不具备突变A。但是,第2万代以后,Ara-3菌落已经“成熟”;在突变B发生的时候,只有它们能够利用“突变B”的优势——B可能在其他几个菌落也出现了,但却没有发生好的效果。在科研上有一些时刻会给人带来巨大的喜悦,这就是其中之一。
伦斯基的研究显示,在微观世界和在实验室中,许多自然选择进化的基本组成大大加快了,所以,它发生在我们眼前:
随机突变之后非随机的自然选择;以独立开展的路线发生的对相同环境的适应;建立在前驱突变基础上的后继突变已产生进化性改变的这种方式;一些基因的效果实现要依靠另一些基因的存在。演化通常所需的时间很漫长,但上述演化的发生却只用了很短的时间。
关于这一个科学事业的胜利故事,有一个滑稽的“续集”。神创论者憎恨这一实验。它不仅表现了演化在行动,而且表现了新信息进入基因组而无“设计师”的干预,这都是他们被告知要否定其可能性的东西(“被告知”,是因为他们大多数不明白“信息”是什么意思),它不仅证明了自然选择有力量把一些基因组合放在一起(而这根据神创论者最爱的幼稚计算,几乎是不可能的),而且也损害了他们的“不可约简的复杂性”这一核心教条。因此,这也难怪他们被伦斯基的实验打乱了阵脚,从而急于找到其中的破绽。
安德鲁·施拉夫利(Andrew Schlafly)是一位神创论者,也是“保守百科”(Conservapedia)网站的编辑。这个网站很恶劣地模仿了维基百科。他写信给伦斯基博士,要求取得他的原始数据,想必这表明施拉夫利对实验的真实性有一些怀疑。伦斯基绝对没有义务来回复这个不恰当的要求,但他回复了,态度非常绅士。他委婉地建议,施拉夫利在批评之前,能够认真读一读他的论文。伦斯基继续说,他最好的数据存储在冷冻的细菌培养皿中,原则上,任何人都可以检查,以验证他的结论。他会很乐意给任何有资格处理它们的细菌学家提供样本,因为让不合格的人来处理它们可能是非常危险的。伦斯基无情地详细列出了这些条件,几乎可以想象到他这样做时津津有味的样子,他十分清楚施拉夫利(一名律师)根本不是科学家,恐怕连这些回复中的字儿都认不全,更不用说以细菌学家的资格,来妥善开展先进和安全的实验步骤,并对结果进行统计分析。著名科学博客blogwit的博主 PZ·迈尔斯(PZ Myers)尖锐地总结了这件事 ,他开篇就说:“理查德·伦斯基又一次答复了保守百科的那些疯子和白痴,好家伙,他从来没有把他们逐出课堂。”
伦斯基的实验,特别是巧妙的“造化石”的技术,显示了自然选择的力量能够在短于我们一生这种时间尺度上,造成进化性改变——就在我们的眼前。但细菌提供了其他令人印象深刻的,可能我们还没有研究透彻的例子。许多菌株在短得惊人的时间内,已经演化出了对抗生素的抗性。毕竟,直到最近的第二次世界大战期间,第一种抗生素(青霉素)才被弗洛里(Florey)和钱恩(Chain)英勇地、传奇性地开发出来。从那时起,新的抗生素就被频繁地推出来,而细菌也开始演化,对每一种抗生素都产生了抗性。如今,最不祥的例子是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA:methycillin-resistant Staphylococcus aureus),它已成功地使许多医院成为真正危险的造访地。另一个威胁是“难辨梭状芽孢杆菌”(C.diff.,即Clostridium difficile)。在这种情况下,自然选择同样有利于对抗生素产生了抗药性的菌株,但该效果被另一个效果所覆盖——长期使用抗生素,往往在杀死坏细菌的同时,把好的肠道细菌也一并杀死。C.diff.对大多数抗生素都有抗性,而缺失本可与它竞争的其他细菌,又大大有助于C.diff.。这个原则就是:“敌人的敌人是朋友。”
我在医生的候诊室读到的一本小册子警告说“不完成抗生素药物疗程,是危险的”,这令我略感不快。这个警告没有错,是它给出的原因令我担心。这本小册子解释,细菌是“聪明的”,它们会“学习”怎么应对抗生素。
大概作者认为,把“对抗生素产生抗性的现象”称为“学习”而不是“自然选择”,更有利于读者的理解和把握。但说细菌是“聪明的”和“会学习的”,是彻头彻尾的乱讲,首先,它不能帮助病人理解“服药直到疗程结束”的医嘱。任何人都能看出来,说“细菌是聪明的”,这是不可信的。即使有“聪明的细菌”,“过早停药”难道会造成一个聪明细菌的学习能力有差异吗?但只要你开始按照自然选择的路数来思考,这就完全合理了。
像任何毒药一样,抗生素要依赖剂量而起作用。足够高的剂量,会杀死所有的细菌。足够低的剂量,无法杀死任何细菌。中间剂量会杀死一些细菌,但不是所有的细菌。如果细菌之中有基因的变异,例如,有些细菌比其他细菌对于抗生素更易感,中间剂量恰恰有利于选拔抗药的基因。当医生告诉你“服完他所开的药”,这是在增加杀死所有细菌的机会,避免留下具有抗性或半抗性的突变株。我们可以做事后诸葛亮,说“只要我们都得到更好的达尔文思想教育,我们就会及早醒悟选出抗药菌株的危险”。我的医生的候诊室所放的那种小册子,无助于开展这种教育——他们错过了一个教授人们“自然选择具有奇妙力量”的机会,真是太可惜了。
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