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作者: deepoo

  •  刘永华《程允亨的十九世纪:危机》

    文章节选自《程允亨的十九世纪:一个徽州乡民的生活世界及其变迁》( 刘永华 著 三联书店2024-11)

    危机(节选)

    光绪九年程氏兄弟分家之后的最初几年里,无论是清王朝还是程家自身,似乎都没有发生太大的变化。不过分家十几年后,这个世界发生了几次令人震惊的事件。甲午一役,大清海陆军败北,朝廷不仅面临巨额赔款问题,国内改革的呼声也越来越高。维新运动接踵而至,但不久即告失败。随后是庚子年的义和团运动爆发、八国联军侵华和辛丑年的巨额赔款。程家自身的变化发生得要早些。光绪十六年、光绪十八年,允亨的双亲先后去世。光绪十九年,同仓成亲。一年后,新一代出生。程家完成了新一轮的代际继替周期。此后,八国联军攻占北京那年,程家发生了家计危机。这些发生在一个王朝和一个农户层面的国事与家事,并非没有丝毫关联。这两个层面发生的事件,以及其他一些因素,都在程家家计危机的发生中扮演了或大或小的角色。

    国事与家事

    为理解这一时期程家的生计环境,我们先来梳理一下此期对程家生计影响最大的两种商品——大米与茶叶——的价格。太平天国后期,江南、安徽、江西一带米价大幅上涨。

    太平天国结束后,各地米价普遍下跌。从 19世纪70年代中叶至80年代中叶,米价基本保持稳定。此后价格逐渐上涨,1895年的米价比1875年上涨了50%。至清朝覆亡时,米价比 1875年上涨了1.5倍。可以想见, 1895年前,米价上涨相对缓慢,而此后15年的时间里,价格涨幅较大。回到婺北米市, 19世纪后期价格运动的总体方向与其他地区相似,不过 19世纪末以前的涨幅不甚突出。如表 7.3所示,太平天国后,婺北地区的米价大致回落至19世纪40年代的水平(但略低于道光十九年、二十年),这个价位基本维持至90年代中期。至 19世纪末20世纪初,在全国米价攀升的影响下,婺北地区的米价也迅速上涨。光绪二十二年米价是每石2.5元,光绪二十六年攀升至3.06元,比光绪二十二年上涨了22%。那么茶价呢?根据第六章的讨论,太平天国运动结束后,茶价为0.19元/斤左右,较太平天国运动开始后的价格(0.13—0.15元/斤)稍有回升,但远低于运动爆发前的水平( 0.29元/斤)。分家后,茶价一度有所下跌( 0.155元/斤),光绪十八年后稍有回升( 0.166元/斤),但仍较分家前低了将近13%。与此同时,跟分家前相比,程家生产的茶叶总量也有所下降。分家前,每年产茶 2担左右,分家前几年甚至达到年产 3担的峰值。分家后因茶园分割,产量回落至年产1.5担至2担余的规模。因此,分家后的十余年时间里,米价和茶价/茶叶年产量之间的剪刀差有所缩小,但收缩幅度不算大。至 20世纪之交,随着米价的攀升,这个剪刀差才进一步收缩,开始对程家的生计构成威胁。

    除了茶叶收入稍有回落外,这一时期程家的其他现金收入也有一定缩水,其中最重要的是山货。山货在程家现金收入中的地位,在相当长的时间里仅次于茶叶,最高时全年收入可达近19元(分家前)。

    程家历年收入一览表 (单位:元)

    但分家后,仅光绪二十一年、光绪二十二年超过10元(分别是13.20元和11元),其余年份都在9元以下。这一时期投入收购、加工黄精和挖掘葛根、制作葛粉的时间,都出现了大幅下降的情形。截至太平天国前期,在这两种山货的生产与贸易方面,程家共投入253日,占所有生计行事投入天数的8.42%;太平天国结束后至分家前,劳动投入增加至767.5日,在生计投入时间中的占比上升至 13.05%;分家后,劳动投入下降至99.5日,占比降至仅 2.65%,两者的时间投入,无论是绝对数量还是相对比例都大幅下降。细读排日账,山货收入的下降,跟葛粉产量的下降有直接关系。分家后,程家投入葛根挖掘的时间越来越少。这一方面跟分家后程家劳力的减少有一定关系,但更重要的原因,或许是经过数十年的密集挖掘后,葛根资源逐渐减少(同期制作葛巾的时间也减少了,两者应该是有内在关联的)。其结果是,分家后,程家从山货获取的现金收入逐渐下降,这对 19世纪 90年代以后的程家生计来说,无疑是一个不好的消息。

    程家历年粮食产量估算表 (单位:市斤)

    不过,对程家生计带来影响的,并不限于米价、茶价的波动和山货收入下降的问题,借贷在其中也扮演了重要角色。根据托尼( RichardH. Tawney)的说法,借贷是历史上乡民社会的基本问题之一,他曾经指出:“在所有小农经营耕作的国家里,乡村社会的根本问题并不是工资收入问题,而是借贷问题。”在困扰20世纪二三十年代中国农户生计的各种因素中,他将债务视为其中很重要的一项。他的看法得到了其他研究的证实。据陈翰笙30年代的调查,广东番禺调查的67个村子中,有50个村子的负债农户占70%以上。他估计,整个广东有三分之二的农户负有某种债务。他指出,广东农户的借债,十分之三是因为疾病、婚丧或其他临时的费用,而十分之七只是为了购买粮食养家糊口。由于本书开头谈到的那场光绪二十六年十月发生的危机是由债务引起的,我们有必要梳理一下此前十年(1891—1900)程家的债务状况。

    从排日账看,程家在 19世纪七八十年代并非完全不举债,但这些债务数量不大,在程家的偿还能力范围内,这种状况一直延续至分家后最初几年。光绪十七年,程家仍无数额较大的举债记录。不过此年发开过世。次年,发开的妻子也亡故。当年出现了两笔举债记录。第一笔发生于三月初十日,通过抵押田皮一秤,向廷远祠借入5.5银元。第二笔发生于同月廿五日,从余味山祠借来英洋22元。这两次举债原因不详,不过主要原因估计有二:其一,支付前一年与本年为发开夫妇办理小规模丧葬仪式的开销;其二,支付同仓娶亲的聘金。光绪十八年四月二日,也就是允亨母亲过世不到三个月后,程家举行了订亲仪式,聘金46元,这是一笔不小的开销,已经超出了当时程家一年茶叶销售的毛收入。加上公堂礼、谢媒人钱及举办婚礼酒席等各种费用,这场婚礼的开销当不在60元以下。如计入排日账记录的其他相关开销,此年的仪式与礼物开销高达73元余,为全年总开支的68%。

    程家历年开支结构表(光绪十八年—二十一年) (单位:元)

    允亨的儿媳是在次年正月二十五日进门的。在此前后,发生了一系列借贷行为。第一笔发生于进门十天前,程家以田皮字一张为抵押,向一位村民借入英洋5元。第二笔发生于此次借贷一个月后,也以田皮字一张为押,从一个会社借入英洋 10元。这两次举债很可能是为了支付同仓成亲酒席的开销。这一年的第三笔借贷发生于八月十四日,当天允亨从兄长和一位村民处借来11元,当天归还给余氏云青祠,取回契字(总共花销 24元,另 13元由允亨自筹)。七天后,程家再次以田皮字为押,从余味山祠借入英洋 20元。这几次借贷应该也是为了处理娶亲的费用,而第三次借贷显示,程家期望通过资金的周转,保住自己的一块耕地。

    光绪二十年三月初二日,程家支付了2.3元,赎回一处茶坦的契字,这是当年发生的唯一与借贷有关的行为,而且这次还是取赎而非举债。光绪二十一年发生两次借贷。第一笔发生于正月十五日,程家以庄下田契为押,从一位村民手上借入英洋13元。第二笔发生于六月初七日,这次以牛栏田契为押,从一位村民那里借入英洋 17元。光绪二十二年五月,程家再次以顿底田皮字为押,从一位邻居处借入英洋 10元。这三次举债的用途不详,很可能是为了分拆前两年所借债款的利息及支付光绪二十一年十二月十六日允亨孙子“做三朝”的开销。自光绪二十三年至二十五年,程家的排日账已佚。不过从光绪二十六年程家的债务清单看,这几年程家共借入 6笔款子,其中光绪二十四年(1898)借入4笔,光绪二十五年借入 2笔,总计 65元(详下),占清单所列债务总额的一半余。由于这几年的排日账没有保存下来,这几笔债务的用途已无从知晓。

    那么,这些债务对程家带来多大的经济压力呢?我们来看看沱川的借贷利息问题。综合排日账记录的的借贷案例,沱川借贷利息大概有三种情况。其一,无利。这种情况很少见。前面提到,道光二十年二月十九日,发开从母亲手上借到8两余银子,没有还款记录,应该是无利的。光绪二十七年四月二十日,允亨归还有兴2元,排日账记录“无利”,查借入时间是三月十六日,可能因时间较短,有兴没有收利息。其二,10%左右。这种情况也比较少见。咸丰五年七月七日,发开向彦兄借钱,“言定加一”,也即年息率10%。光绪十八年十二月二日,允亨向春元借入5元,次年五月二日归还,刚好满半年,利息为240文,可求得年息率为9.6%。光绪十九年八月十四日,允亨从兄长允兴处借入6元,光绪二十一年七月初六日支付利息1元,外加铜钱100文,可推得年息率为 9.2%左右。不过光绪二十二年七月十七日支付利息1元,年息率升至 16.7%。这个案例说明,就算关系很近的亲属,也会收取不低的利息(下面余熊能借贷例也是如此)。其三,20%左右。这种情况最为常见。道光二十五年二月十七日,发开向社会借入400文,次年二月二十二日归还本息共480文,可求得年息率为20%。光绪十九年八月十四日,允亨从钦五祠借入5元,光绪二十年八月十四日还支付利息1元,年息率为20%。光绪十八年四月初十日,允亨从外甥余熊能处借入1元,六月十九日还,付利息30文,可求得利息率为 18%。光绪十九年八月九日,允亨向灶子母借入5元,光绪二十年八月八日支付利息1元,年息率为20%。前两例是向会社、祠堂借贷的事例,后两例是向个体借贷的事例,除余熊能事例可能因有亲属关系利息稍低外,其他均为 20%的年息率。此外,排日账中还记录了以田地、房屋为抵押,利息以租谷形式交付的事例,也不多见,兹不赘述。

    参照光绪二十六年程家债务清单,从历年借贷数额看,光绪二十三年以前,程家的借贷总数累计54元;光绪二十四年、光绪二十五年两年累计70元。可见光绪二十三年之前,程家借贷问题还不算严重,光绪二十二年、二十三年甚至没有借入大笔款项(同时,光绪二十一年、二十二年程家的收入不错),如以20%的年息率计算,每年需偿付利息10.8元,其数额尚在基本可控范围内。相比之下,光绪二十四年后,借贷数量明显增加,光绪二十四年、二十五年,共借入70元,特别是光绪二十四年借入了50元,程家的财务状况急转直下。如以20%的年息率计算,每年需偿付利息24.8元,如以光绪二十六年程家的年收入计算,程家每年需支付的借贷利息,就高达年收入的64%,这还没计入米价上涨造成的经济压力及其他小笔借贷的利息。因此可以断定,随着债务的大幅增加,程家仅仅靠生计收入已无力偿清债务。使情况变得更糟的是,田地的抵押,意味着程家每年必须缴纳更多的地租,程家自身的口粮供给能力也受到影响。

    程家历年收入一览表 (单位:元)

    光绪二十六年发生的一笔不成功的交易,直接影响到程家资金的周转,也有必要稍做讨论。程家生产的茶叶,一般是由茶商前来沱川收购。这一年华北爆发义和团运动,茶叶市场似乎不太顺畅。根据当年的海关报告,截至 1900年上半年,中国多数地区贸易正常进行,华北地区只是到了 6月局势才开始变得严峻,但其他地区贸易照常进行,长江流域的局势风平浪静。在上海茶市方面,跟1899年相比, 1900年红茶出口英、德、美、俄四国的数量有相当程度的提高。报告还提到,此年徽州茶(Hyson)的交易数量跟上一年相似。不过报告也显示,1900年中国的绿茶出口量,比上一年少了13300多担(但较之 1898年增加 15100多担)。报告还提到,“绿茶市场于 6月8日开启,开始出售的是少量平水茶,其价格比前一季度开市低了大约10%。茶叶质量与 1899年不相上下;但由于对主要消费市场 —美国—的预期很糟,一开始成交量很小。但是,后来需求增长,7月中旬前,价格已回升了 5%—10%”。国际贸易的波动,尽管对总出口量的影响不大,但可能造成地方茶市的震荡。

    据排日账记载,光绪二十六年五月四日(1900年5月31日),“己早晨挑茶乙头上小沱,遇汪顺意兄家卖,未卖,转回家”。五月十一日( 6月7日),将茶叶售予休宁大连的一位茶商,总计茶叶177斤余,售价英洋29元余。不幸的是,由于某种原因,这位茶商一直没有支付购茶款。于是从此年六月至次年十二月底,允亨频频前往大连催账,但每次至多讨得一、二元,有时甚至空手而回。上海绿茶市场开市的日期,晚于程家出售春茶的时间,因此不能说开市初期茶市的行情,会直接影响到徽州地方茶市。不过上海茶商对市场的基本判断,会辗转影响到徽州茶市,则不无可能。毕竟,茶叶在一段时间内找不到买主的情形,是程家此前从未遇见过的问题。而且茶叶出口量的下降,也可能给茶市带来震荡。最后买入程家茶叶的吴发祥,是大连人,程家此前对其为人应有一定了解。如果他是一个经常赖账的人,程家应会有所耳闻。因此,此人可能受到茶市波动的影响,本身也折了本,因而无力偿付购茶款。这笔茶款的金额看似不大,不过对当时负债累累的程家来说,却事关自身的资金周转和借贷信用。无论如何,最终悲剧还是发生了。

    此外,允亨自身的消费习惯,也给家计带来一定的压力。对比允亨与发开的排日账,允亨似乎不如发开节俭。他不时请朋友打平伙。他还有饮酒的嗜好,平日经常到食杂店买酒买菜。笔者观察到,分家后允亨买酒的次数似有变化,特别是到了光绪后期,经常买酒喝(参见第八章)。在生计逐渐恶化的时期,这种嗜好无疑会增加开支压力。

    总体而言,程家家计危机的出现,主要原因不在于茶款没有着落导致的资金紧缺问题,而是经过数年的累积,程家举债的数额已经达到难以偿还的危险境地,即使在正常的年份,他们也丧失了偿清债务的能力。而这些债务的产生,并非由于国际的、全国性或区域性的政经变动,而是由于两三场人生礼仪,尤其是娶亲的昂贵开支。假如程家将娶亲时间推迟几年,他们还会借入这么大笔的债款吗?未必。但是我们能说,这场悲剧纯粹是因为允亨个人决策的错误?也许不能这么说,毕竟影响程家生计的米价、茶价波动,是受到区域性乃至全国性的市场影响的。因此,在这场灾难中,包括米价上涨、茶价稍有下降、山货逐渐枯竭在内的经济局势,加上义和团运动带来的短时段的政经局势,以及允亨的个人嗜好及作为家长做出的决策,都在这种灾难的发生过程中扮演了一定角色。

    危机的应对

    光绪二十六年十月的危机,似乎来得有些突然。事发七天前,允亨还在家中筹办一场酒席,并请人前来“做伙头办碗”。次日,接女婿,请来几位亲友吃酒。这似乎是允亨长女的出嫁酒。十九日至二十三日,允亨如常砍柴、休息。然后到了二十四日,便发生了债主带人抬走他家中猪的事。但继续往回看,我们发现,九月十五日,允亨就以 10元的价格,当出了一处田产(参见附录六)。那位债主很可能是了解到程家债台高筑、屡次讨债未果后,才带人抬走他的猪的。

    危机发生后,允亨似乎有些震惊,接下来的两天内,他没有采取任何行动,似乎不知如何应对。二十四日,排日账只交代“己在家嬉”,又记录“欠少云先生娘来取账,旺成经手,带鸟人(鲸)〔掠〕玉猪去”。后来他在一张纸条上交代,带人前来讨债的债主是巧娇嫂,而抬走猪的是一位“烟鬼人”。次日写道,“己在家里事,欠账难身”。终于,十月廿六日,也即危机发生后的第三天,程氏父子委托本族的程敬敷和好友余添丁前来清理债务。当日,他们俩“到余架家、余竹孙家二家账项,了通无阻”。后面这两位是程家的债主,允亨大概请敬敷、添丁去商讨债务事宜。他们还拟了一份程家债务清单,这份清单夹在光绪二十六年排日账内,保存至今:

    借来账项人员述后:
    启架兄家:
    癸巳八月廿乙日借来英洋贰拾元。有顿底田皮约乙纸。
    乙未正月十五日借来英洋拾元。有庄下田皮约乙纸,又加拾贰员。
    六月初七借来亦洋拾柒元。有牛栏田契乙纸。
    祝孙兄家:
    戊戌五月廿九日借来亦洋拾伍元。有顿底田皮约乙纸。
    己亥五月廿八日借来英洋叁元,又利洋贰元。三共贰十元正。
    兴良兄家:
    戊戌七月十七日借来亦洋拾伍元。有顿底田皮约乙纸,中见胞兄。
    素从祠:
    己亥六月六日借来亦洋拾元。有庄下田皮约乙张。
    培掘祠:
    戊戌五月初八日借来亦洋拾伍元。有顿底田皮约乙纸。
    万青兄:
    戊戌二月初乙日借来英洋伍元。有牛栏田契乙纸。
    成林祠:
    甲午三月十六日借来英洋拾贰元。有牛栏田契乙纸,中见胞兄。

    根据这份清单,程家借贷的重要账款共10笔,最早的是光绪十九年(1893)的一笔债款,最晚的是光绪二十五年(1899)的债款,其中光绪十九年借入20元,光绪二十年借入 12元,光绪二十一年借入 22元,光绪二十四年借入50元,光绪二十五年借入 20元,所涉债务共 124元,约当这一年程家茶叶销售毛收入的4倍多。

    为偿清债务,程家采取了一系列措施。首先,十月二十七日,“出当青(布)三丈零七寸,又白布三丈八尺零八寸,又青布三丈五尺零贰寸,托兴娥嫂出当英洋贰元正”。同时,“又去英洋二员上素从祠利,掉字乙纸,(伏)〔复〕写一纸,写屋契字一张,付素从祠”。素从祠是清单所列债权人之一,程家借入 10元,此次除支付利息外,还重新立契,以房屋抵押,估计通过这个办法,取回了此前抵押的庄下田皮契。其次,十月三十日,“己同儿托余添灯兄、敬敷弟卖池鱼卅六斤,每洋四斤,计英洋八员,(低)〔抵?〕账”。将鱼塘养的鱼出售,得价8元抵债。再次,十一月初一日,出售顿底、庄下田皮二处,筹得英洋80元。初五日,又支银 5元还培拙祠(应即账单中的培掘祠),将顿底田皮契赎回,同时将菜园一处抵押给该祠,计价10元。初十日,大概账目基本处理完毕,请余添丁吃酒。

    排日账中夹了一张纸条,上面交代了程家出售田皮等物业、财产的详情,很可能是允亨在料理账目的过程中写下的:

    光绪二十六年十一月初乙日,巧娇嫂倩烟鬼人抢去猪乙口,因身该欠账项甚多,只得向家兄及瑞弟商情,将顿底併庄下贰处田皮共八秤,卖与余慰农兄家,计英洋捌拾员,支洋陆拾员还慰农兄,账项清讫。支洋拾贰元还兴良兄,帐目清讫。支洋伍元还培拙祠,下欠拾员,将门口前菜园押在祠内生殖。支洋柒元还巧娇婶,将猪乙口抵英洋陆元五角。又将塘鱼叁拾乙斤抵英洋柒元五角,三共还贰拾乙元,清讫。支洋贰元还素从祠利钱,下欠英洋拾元正,将身住屋当与祠内,长年加贰行息。

    这份文件交代的信息,远不止于出售田皮,还包括前面提到的卖鱼等信息。出售田皮得到的 80元中, 60元是用于向买主还债,实际仅收到20元现金。然后偿还兴良 12元(上面的清单欠 15元)。程家共欠巧娇21元,猪估价 6.5元,鱼售价得 7.5元,另付 7元,偿清了债务。此外就是需要偿还几个祠堂的欠款,培拙祠欠款是15元,付还 5元,另欠 10元以一块菜园做抵押;素从祠欠款是10元,以房屋做抵押,这一点前面已谈到。对照前面的清单,程家还需偿还启架47元,万青 5元,成林祠 12元,共计64元,仍是一笔不小的欠款。

    经过这场危机,程家无疑已经元气大伤,经济状况濒临破产。允亨自身似乎深受打击。十月二十九日,他在账中写到:“己在家事体多端。”十一月阴雨天气多,他常在家中休息。十二月,他接连生了八天病。手头拮据,他没有找医生诊治。十二月二十六日,他再进大连找吴发祥讨债,仍是一无所获。尽管如此,他也试图恢复正常生活。他继续参与劳动,上山砍柴、帮人扛木材。十一月二十三日,他托敬敷出燕山买来小猪一头,要价 2.8元,他手头没钱,买猪的钱只能暂时先欠着。

  • 拱玉书:楔形文字文明的特点

    就字面意义而言,两河流域文明或美索不达米亚文明就是发生在两河流域的文明。这个定义只指出了文明发生的地点,只回答了“在哪”的问题,没有涉及这个文明的突出特点。这个文明的突出特点是什么?我认为是文字,即楔形文字。如果根据一个文明的特点来给这个文明下个定义,那么,我现在谈及的这个文明应该叫楔形文字文明,即用楔形文字记录语言以储存和传递信息的文明。这个定义可以摆脱地域束缚,把地理上不属于两河流域、却使用楔形文字记录自己的民族语言、因而属于楔形文字文化圈的古代西亚地区的文明都囊括在内。“书同文”是这个文明的最显著的特点,也是最大“公约数”。因此,我首先从文字谈起。

    一、“书同文”。“书同文”就是用同一种文字书写,上古时代的整个西亚地区几乎都用或曾用楔形文字书写,因此可以说,他们“书同文”。但他们的“书同文”只是一种表象,与中华文明中的“书同文”貌合神离。貌合是说,从表面上看,无论是对以古代两河流域为中的西亚地区而言,还是对中华文明而言,“书同文”都意味着在一个跨行政区、甚至跨国界的广大地区使用同一种文字,西亚上古时代的大部分族群都曾使用楔形文字,中华文明使用汉字,此所谓二者貌合。神离是说,楔形文字书写的语言非止一种,而汉字书写的语言只是汉语一种(指在中国境内)。

    两河流域(底格里斯河和幼发拉底河)南部是楔形文字的发祥地。早在公元前3200年前后,苏美尔人就发明了楔形文字,并用它来记录自己的民族语言苏美尔语(苏美尔人把自己的语言叫作eme─gi7“土著语”)。早在公元前2700年前后的早王朝时期,苏美尔人在用楔形文字书写苏美尔语文献的同时,时而也用楔形文字书写阿卡德语文献。阿卡德王朝时期(公元前2334—前2154年),阿卡德语成为官方语言。在此后的一个多世纪里,除一些文学作品外,几乎所有文献都用阿卡德语书写。由于楔形文字是为苏美尔语发明的,所有独体字(从发生的角度观察)都在形式上是象形字,功能上是表意字,有时兼用来表音(节),所以,用这种文字体系表达(或记载)苏美尔语不成问题,但表达阿卡德语时却显得蹩脚。于是,这时的书吏对楔形文字的使用方式进行了改革:一、多数表意字不再用来表意,而是用来表音,即表音节;二、弃用大部分表意字,只保留一部分表意字的表意用法。这种改革改变了楔形文字的性质,使楔形文字从表意文字(logographic writing)变成了音节文字(syllabic writing)。不论是作为表意文字的楔形文字,还是作为音节文字的楔形文字,其中的任何单字,不论是独体字,还是复合字,都不能只表辅音,不表元音,而必须是表达音节,或元音—辅音式音节,如in、ap等,或辅音—元音式音节,如ba、ti等,抑或辅音—元音—辅音式音节,如tam、?ul等。公元前14世纪,地中海沿岸的乌迦里特出现了楔形字母文字,30个符号分别代表30个辅音,如b、d、?、t等,其中的27个字母是基本字母,3个字母属于附加字母,只用于一些特殊场合,例如用来表达外来借词。到了公元前6世纪的古波斯时期,在国家权力的干预和组织下,在传统埃兰楔文的基础上,波斯人治下的埃兰书吏创造了一个由36个音节符号、5个表意符号组成的文字体系,这个文字体系是在很短的时间内,专门为古波斯语量身打造的。在形式上和功能上,这套楔形符号体系与“字母文字”几乎没有区别,绝大多数学者认为,这36个符号中的任何符号,都不代表语音的最小单位语素(phoneme),而代表音节(syllable)。我的看法不同,我认为这套符号体系是字母+表意的混合文字体系(下面将说明理由)。这套符号体系与此前的阿卡德(包括巴比伦和亚述)音节文字和埃兰音节文字都有很大区别。最大的区别在于用字量,阿卡德—巴比伦—亚述音节文字体系用字数量约600个符号,书写中埃兰语和新埃兰语的音节文字体系用字量约120个符号,而用来书写古波斯语的符号体系只有36个“音节”(实为字母)符号,加上5个表意符号,加起来不过41个符号。不论古波斯时期创造的这套文字体系属于字母文字,还是属于音节文字,这套文字体系在人类文明史上都是划时代的创新。

    楔形文字的使用范围不限于两河流域,埃兰和古波斯帝国的统治中心都不在两河流域,曾借用楔形文字的赫梯人所处的位置更是与楔形文字发祥地的苏美尔相去甚远。公元前2500—前2400年间,楔形文字西传到了叙利亚地区,那里的埃布拉(Ebla)古国接受了楔形文字,开始用楔形文字记录自己的民族语言——埃布拉语(Eblaite)。至于埃布拉语属于西塞姆语还是东塞姆语,在学术界仍有争议;但确定无疑的是,它更接近古阿卡德语。在埃布拉语中,双音节或三音节词汇居多,不适合用表意文字表达,于是,埃布拉人把以表意为主的苏美尔楔形文字改造成为以表音(节)为主的音节文字,这与稍后的阿卡德帝国的做法是一样的。不过,目前还不能确定,究竟是阿卡德人效法埃布拉人,把苏美尔人的表意文字体系变成了音节文字体系,还是恰恰相反。两个族群所操的语言十分接近,在政治舞台上活跃的时间也大致相同,二者在文字方面的创新应该不是平行而独立的,更不应该是巧合,而是二者之中一个是创新者,一个是借鉴者。在阿卡德人统治时期,两河流域东边的埃兰人也接受了楔形文字,用来书写与达罗毗荼语(Dravidian)有关联的埃兰语。公元前1500年前后,小亚细亚的赫梯人也开始借用楔形文字来书写自己的民族语言——属于印欧语系的赫梯语。地中海沿岸的乌迦里特人于公元前14世纪甚至发明了楔形字母来书写属于西塞姆语的乌迦里特语。这套字母包括30个辅音字母和一个隔字符。

    可见,古代西亚地区的“书同文”是真实的,但这种“书同文”只流于表面,背后的实际情况是:在“书同文”过程中,楔形文字经历了三次脱胎换骨的根本变化,第一次变化发生于公元前2400年前后,从表意文字体系发展出音节文字体系(或音节—表意体系);第二次变化发生于公元前14世纪,在音节文字的基础上,地中海沿岸产生楔形字母,即乌迦里特字母(30个辅音符号);第三次变化发生于公元前6世纪的古波斯帝国,在埃兰音节文字的基础上产生古波斯楔形字母+表意字的混合文字体系,36个字母+5个表意字。第一个在波斯波利斯(Persepolis)完整而准确地临摹古波斯语铭文的尼布尔(Karsten Niebuhr,1733—1815)在完全读不懂铭文的情况下,仅凭直觉判断,认为书写古波斯语的楔形文字是字母(Buchstaben)文字。德国的格罗特芬(G. F. Grotefend,1775─1853)是第一个成功解读古波斯语铭文的人,而他是把这种文字当作字母文字来解读的,因而获得成功,例如,他把书写“大流士”的7个符号解读为d─a─r─h─e─u─sh,显然,在格罗特芬看来,这七个符号就是七个字母,代表语音中的最小单位。从20世纪50年代起,学术著作中的古波斯字母表都成了音节表,a、i、u、ka、ku、ga、gu等等。专门研究古波斯语语法的美国宾大教授肯特(R. G. Kent)认为,每个辅音都自带一个“固有”(inherent)的元音。他一边这样认为,一边又将(仅举一例)“我是大流士”音译为adam:Drayavau?,而不是adama:Drayavau?a,这令人费解。依我浅见,古波斯的这套文字体系属于字母+表意字的混合文字体系,36个字母+5个表意字。在36个字母中,除三个元音(a、i、u)字母外,其余都是辅音字母,不自带“固有”的元音,元音需由阅读者根据语言中的正确形式自行添加。很多(如果不是全部的)文字体系,包括这套古波斯文字体系,都是为某种特定语言发明的,更是为以那种特定语言为母语的人发明的。就古波斯的这套字母而言,只要波斯人掌握了这套辅音字母的发音,就能正确地书写和阅读,也就是说,这套字母文字体系具有与生俱来的助记性质,不完全表达语言。

    楔文的上述变化代表了人类历史上出现的三种主要的文字类型:表意文字、音节文字和字母文字。这三种类型产生的先后顺序是先有表意文字(公元前3200年前后),若干世纪后产生音节文字(公元前2400前后),再过千年后产生字母文字(公元前14世纪),但这不代表文字由低级向高级的发展,更不是文字发展的三阶段。这三种文字类型没有高低之分和优劣之别,它们都是为适应各自所表达的语言的需要而产生的,都是原配语言的完美的可视符号。它们有各自的产生途径和发展规律,它们之间的关系不是取代关系,也不是晋级关系,而是互不干扰、平行发展、各走各路的关系。音节楔形文字产生后,作为表意的楔形文字并未退出历史舞台,而是继续使用。乌迦里特楔形字母产生后,很快就消失了,这也不是字母文字本身的错。古波斯时期的楔形字母+表意字的混合文字体系也很快走完了自己的生命历程。这也不是说这种文字体系本身多么不好而一定短命。某种文字体系的终结往往不是文字本身的原因,而是另有原因。

    楔形文字的种种变化都发生在公元前。从楔文产生的公元前3200年前后,到公元前1世纪,公元前的这最后三千年见证了楔形文字本身的种种变化,包括楔形文字被多个古代民族借用来书写自己的民族语言。上古时代的整个西亚地区族群复杂,政治风云变幻莫测,文明周期相对较短,究其原因,其中有地理原因,这里是欧亚非的交汇点,也是各文明的汇聚点,民族交融和交锋从古到今一直在上演。除这个原因外,可能还存在一个重要原因,那就是,在这个地区,始终没有出现一个在人口数量上具有绝对优势、在文化上足够优秀、文化认同感足够强烈,以至于可以由此产生巨大的文化凝聚力、长期立于不败之地的主体民族(或族群)。

    “书同文”本来可以带来文化上的凝聚力,但由于古代西亚的情况是同文不同语,同文不同种,所以,这种“同文”没有给这里的文化带来凝聚力,也没有给这里的人带来文化认同感。中华文明中的“书同文”是国家推行的政策,具有明确目的,那就是维护大一统,本身自带凝聚力和向心力。古代西亚地区楔形文字文化圈的“书同文”,是后进文化为保持自身文化的延续和发展而采取的拿来而后进行改造的措施,目的是为了在一种强势文化中保留自己的语言和文化,本身自带离心性,即脱离先进文化或至少与先进文化保持平行而不被完全融合或同化的离心性。

    二、这个文明的另一个特点是尊同神。苏美尔人创造的或尊崇的各种神灵也被后来的不同族群所崇拜。苏美尔人尊崇的天神安(An)、“风”神恩利尔(Enlil)、智慧者恩基(Enki)、月神楠纳(Nanna)、战神和爱神伊楠娜(Inanna)、太阳神乌图(Utu)等等,也都是后来的阿卡德人、埃布拉人、巴比伦人和亚述人尊崇的神。多神崇拜始终是楔形文字文明的唯一宗教形式,这个文明的意识形态深深植根于多神崇拜。中巴比伦后期,即公元前1200年前后,开始出现独尊一神的倾向,但一神教始终没有能够打破多神崇拜的传统。很显然,楔形文字文明在宗教方面缺乏创新,或可谓守成有余、创新不足。

    楔形文字文明中各族群崇拜的神绝不限于上面提到的几个或多个自然神,戴梅尔在1914年发表的《巴比伦万神殿》里罗列了3300个神的具体名称,在1950年的第2版中,神的数量增加到5580个,去掉重复的,仍有5367个,这还是仅限于巴比伦尼亚地区,不包括其他地区。舒鲁帕克遗址出土了很多早王朝时期(约公元前2500年)的神表,其中最大的一块神表泥版记载了560个神的名字,这些神都是苏美尔人崇拜的神,至少神的名字是苏美尔语,不包括名字属于非苏美尔语的神。一般说来,每个城市都有一到两个保护神,国王有自己的个人保护神,大概普通百姓也有自己的保护神,至少官员或社会名流如此。拉迦什出土的早王朝时期的文献常提到与邻邦发生冲突,也常提到冲突一方的主神对冲突另一方国王的某种行为不满,于是发动战争,为神而战,胜利也属于神。虽然国王们常常打着神的旗号发动战争,但针对的都不是对方的神,而是人。

    神有等级,有大神,有小神,大神中还有等级,上面提到的神都是大神中的大神。不论是大神还是小神,神之间不存在仇恨,也不存在神之间的相互杀戮,《创世神话》中的神间大战发生在造人之前,与人间没有关系。人间的城市(国家)都有保护神,保护神的地位有高有低,但每个城市(国家)的政治、经济以及宗教地位并非取决于保护神的地位。尼普尔是例外,这里是众神之父(ab─ba─dingir─dingir─ré─ne─ke4)恩利尔的崇拜地,是苏美尔人的宗教中心,取得霸权的国王通常要到这里为恩利尔建立神庙或修缮神庙,为自己的统治或霸权营造合法性。这个所谓的宗教中心是个政权更迭的见证地,是君王政治表演的舞台,与普通百姓的信仰没有关系。在历史文献中也不乏某国之神奉恩利尔之命向另一国开战的例子,如拉迦什向温玛宣战被视为“宁吉苏神,恩利尔的战士,遵(恩利尔)正义之命,与吉萨(温玛)开战”。可见,一个神对某一城市(国家)而言是保护神,而对其他城市(国家)而言可能是威胁和灾难。多神崇拜的宗教信仰和一城一神(有的城市不止一神)的实际操作把历史上、文化上以及宗教等方面都高度认同的同一族群从精神上和物理上分割开来,在精神上和物理上都给这样的族群赋予了潜在的离心力,带来了分裂隐患。多神崇拜应该是楔形文字文明逐渐衰败而最终走向消亡的原因之一。

    三、求一统也是这个文明的特点之一。大一统始终是有抱负的统治者的追求目标。乌鲁克早期文明(即公元前3200年前后)时期的政治大势目前尚无从知晓,早王朝时期(约公元前2800—2350年)的天下大势趋于明朗,这个时期城邦林立,战争频繁,城邦间常常相互攻伐,争夺地区霸权。公元前2330年前后,萨尔贡(Sargon)征服各邦,以阿卡德为都建立统一帝国,统治范围包括西至地中海、南到波斯湾的广大地区。这种统一局面仅仅维持了一个多世纪,之后很多传统的独立城邦就纷纷独立,这时又遭到古提(Gutium)人入侵,以两河为中心的广大西亚地区进入古提人统治时期。由于古提人留下的历史铭文极少,现代学者对这个时期的了解十分有限。根据《苏美尔王表》的记载,古提人的统治历经21王,享国91年零40天,而后遭到乌鲁克人图黑伽尔(Utuhegal)领导的苏美尔联军的驱逐,乌鲁克恢复独立,其他地区的传统城市(国家)也都恢复独立。乌尔娜玛(Urnamma,公元前2111—前2094年)很快把这些城市(国家)又统一在他的治下,建立了中央集权制国家,现代学者名之曰乌尔第三王朝,盛极一时。但仅仅历经五王便亡国,末王被俘往埃兰,两河流域再度陷入分裂,这种局面持续大约两个世纪。此后,汉穆拉比(Hammurapi,公元前1792—前1750年)建立统一帝国,享国约一个半世纪,于公元前1600年前后,灭于赫梯王穆尔什里一世(Mur?iliI)之手。赫梯人没有统治巴比伦尼亚的意图,班师回国。凯喜特人(Kassites)趁虚而入,取得巴比伦尼亚的统治权。凯喜特人既不是塞姆人,也不是苏美尔人,其语言归属问题至今悬而未解。凯喜特人不但接管了前朝天下,还继承和发扬了巴比伦人的文化传统,建立了稳固的政权,历经36王,享国近400年,从公元前1530年到前1155年。凯喜特王朝灭亡后,经海国第一王朝和伊辛第二王朝,西亚地区再次统一,这次是统一在亚述人的统治下,现代学者称这个时期为新亚述时期(约公元前1000—前625年)。公元前7世纪,权力中心又南移到巴比伦尼亚的迦勒底王朝(公元前625—前539年)。公元前539年,波斯人占领巴比伦,两河流域的历史进入波斯人统治时期,即古波斯时期(公元前539—前331年)。之后是亚历山大大帝(公元前336—前323年)的短暂统治。亚历山大去世后,西亚地区再次陷入分裂,在塞琉古统治时期,苏美尔书写传统一度在两河流域南部的文明发祥地乌鲁克复兴。目前发现的最后一块楔文泥版属于公元74年。至此,楔形文字文明彻底成为历史。

    纵观楔形文字文明的整个发展、衰亡的历程可以发现,统一可以实现,但不可持续,原因很多,其中一个重要原因是参与这个文明的族群众多,但没有一个主体族群,即没有一个人数足够多,文化足够强,任何人也打不倒,即使一时倒下,也能再度复兴的主体族群。这是这个地区不断出现统一、分裂、再统一、再分裂,朝代不断更替、权力频频易主、传统逐渐丧失、文化一再受到冲击而最终彻底消亡的重要原因。如果说在楔形文字文化圈中哪个族群在一定程度上可称得上主体族群,那一定是苏美尔人,他们最接近“主体民族”的标准,他们发明了文字,创造了一套宗教体系,在文学艺术和科学技术方面也取得了卓越成就。他们的文明延续千余年,可谓千年不倒(从公元前3200—前1800年),在倒下后的近两千年里影响仍在。到了纪元前后,这个文明才彻底消失。不可思议的是,这个曾经引领世界千余年的文明消失得如此彻底,以至于“苏美尔”和“苏美尔人”在希伯来《旧约圣经》和西方古典时期的著作中没有留下一点痕迹。没有近现代的考古发掘和文献学家的努力,就没有苏美尔文明的再现和复活。

    四、最后谈谈宽容性。时代的变迁和朝代的更替往往都是在血雨腥风中实现的,即使是邻邦之间争夺土地或水源也会杀得尸横遍野。在历史文献中,很多君王极力鼓吹他们杀敌、洗城的功绩,到了新亚述时期,这种鼓吹更是达到登峰造极的程度。文献中的鼓吹也许就是现实中的真实。毋庸置疑,残酷性和血腥性是战争的常态。但也有少数例外,从这些例外中可以看到一些人性的光芒,值得了解,也值得借鉴。

    早在公元前2800年前后,巴比伦尼亚北部的基什(Ki?)国王阿伽曾率军南下,包围了两河流域南部的乌鲁克。乌鲁克国王吉尔伽美什率众应敌,不但战胜强敌,还俘获敌军的亲征国王。然而,吉尔伽美什没有加害于这位来犯国王,而是让他安全地重返家园。不论出于什么理由和目的,这都是人性善良一面的体现,都是一种包容和宽容。自身强大,战胜敌人,然后原谅敌人,宽容敌人,化敌为友,这是强者的自信,也是强者的智慧和善良。吉尔伽美什被视为古代君王的典范,一定与他的强大、智慧、善良和宽容有关。《吉尔伽美什与阿伽》歌颂的正是他的这样品质。

    古波斯时期的居鲁士(公元前559—前530年)更是把强者和宽容演绎到了极致。公元前539年(一说前538年),居鲁士的军队占领巴比伦。对巴比伦人而言,波斯人是外族,历史上的外族入侵都是血腥的,阿卡德帝国、乌尔第三王朝建立的帝国以及古巴比伦帝国都是在外族入侵中灭亡的,他们遭到的打击是毁灭性的。然而,居鲁士对巴比伦人却采取了怀柔政策,尤其在宗教方面,居鲁士展现了包容和宽容,这让巴比伦人感激不已。于是,巴比伦书吏撰文赞美居鲁士的功德,他们把铭文写在一个腰鼓形的泥质载体上,这就是“居鲁士圆柱铭文”。铭文不但讲到居鲁士允许尼布甲尼撒统治时期的“巴比伦之囚”返回自己的家园,还讲到居鲁士采取的其他宗教包容政策:把以前被运到苏萨的属于“苏美尔和阿卡德”的神像都毫发无损地送回原神庙。按照苏美尔、巴比伦以及亚述的传统,毁掉一座城市,一定要毁掉神庙,毁灭神像,或把神像作为战利品掠走。居鲁士不但没有这样做,还使那些以前被运到苏萨的神像物归原主,这对巴比伦人而言是莫大的恩惠和宽容,所以,巴比伦人感恩戴德,作文盛赞恩主。居鲁士是一代枭雄,是大征服者,占领巴比伦后不久就去征服马萨盖特人,并战死沙场。可以说,居鲁士对巴比伦人采取的怀柔和宽容超乎寻常。居鲁士为什么唯独对巴比伦人采取了怀柔和宽容政策?也许是出于对先进文化的尊重或敬畏!巴比伦人的悠久历史以及文化、科技(尤其是天文学)、文学等方面的优势世人有目共睹。从《居鲁士圆柱铭文》可知,居鲁士自称马尔都克(Markuk)神是“我的主人”(EN─ia)。马尔都克是巴比伦人的主神,征服者信奉被征服者的主神,这是信仰认同,也是文化认同。征服者认同被征服者的文化和宗教,说明征服者有接受先进文化的意愿和情怀,更说明先进文化自带一种威力,一种同化后进文化的威力。

    本文转自《世界历史》2023年第5期,有节略

  • 最优学习的85%规则

    文章原题目:The Eighty Five Percent Rule for Optimal Learning

    论文地址:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/255182v1

    1. “恰到好处”——学习的迷思

    人们在学 习新技能时,例如语言或乐器,通常会觉得在能力边界附近进行挑战时感觉最好——不会太难以至于气馁,也不会太容易以至于感到厌烦。

    历史传统中有所谓的中庸原则,我们也会有一种简单直觉经验,即做事要“恰到好处”。反映在学习中,即存在一个困难程度的“甜蜜点”,一个“金发姑娘区”。在现代教育研究中,在这个区域的不仅教学最有效果[1],甚至能解释婴儿在更多更少可学习刺激之间的注意力差异[2]。

    在动物学习研究文献中,这个区域是“兴奋”[3]和“失落”[4]背后的原因,通过逐步增加训练任务的难度,动物才得以学习越来越复杂的任务。

    在电子游戏中几乎普遍存在的难度等级设置中,也可以观察到这一点,即玩家一旦达到某种游戏水平,就会被鼓励、甚至被迫进行更高难度水平的游戏。

    类似地,在机器学习中,对于各种任务进行大规模神经网络训练,不断增加训练的难度已被证明是有用的 [5,6],这被称为“课程学习”(Curriculum Learning)[7] 和“自步学习”(Self-Paced Learning)[8]。

    尽管这些历史经验有很长的历史,但是人们一直不清楚为什么一个特定的难度水平就对学习有益,也不清楚最佳难度水平究竟是多少。

    在这篇论文中,作者就讨论了在二分类任务的背景下,一大类学习算法的最佳训练难度问题。更具体而言,论文聚焦于基于梯度下降的学习算法。在这些算法中,模型的参数(例如神经网络的权重)基于反馈进行调整,以便随时间推移降低平均错误率[9],即降低了作为模型参数函数误差率的梯度。

    这种基于梯度下降的学习构成了人工智能中许多算法的基础,从单层感知器到深层神经网络[10],并且提供了从感知[11],到运动控制[12]到强化学习[13]等各种情况下人类和动物学习的定量描述。对于这些算法,论文就训练的目标错误率提供了最佳难度的一般结果:在相当温和的假设下,这一最佳错误率约为15.87%,这个数字会根据学习过程中的噪音略有不同。

    论文从理论上表明,在这个最佳难度下训练可以导致学习速度的指数级增长,并证明了“85%规则”在两种情况下的适用性:一个简单的人工神经网络:单层感知机,以及一个更复杂、用来描述人类和动物的感知学习[11]的类生物神经网络(biologically plausible network)。

    2. 计算最优学习率

    在标准的 二分类任务中,人、动物或机器学习者需要输入的简单刺激做出二元标签分类判断。

    例如,在心理学和神经科学[15,16]的随机点动实验(Random Dot Motion)范例中,刺激由一片移动的点组成 – 其中大多数点随机移动,但有一小部分连贯一致地向左或向右移动。受试者必须判断相应一致点的移动方向。

    决定任务感知判断难度的一个主要因素是一致移动点所占的比例。如下图所示,一致点占0%时显然最难,100 %时最容易,在 50%时难度居中。

    实验人员可以在训练过程中使用被称为“阶梯化”(staircasing)的程序[17]控制这些一致移动点的比例以获得固定的错误率。

    论文假设学习者做出的主观决策为变量 h,由刺激向量 x(如所有点的运动方向) 的经函数 Φ 计算而来,即:h = Φ(x, φ) ——(1),其中φ是可变参数。并假设变换过程中,会产生一个带噪声表示的真实决策变量Δ(例如,向左移动点的百分比),即又有 h = ∆ + n ——(2)。

    噪声 n 由决策变量的不完全描述而产生的,假设 n 是随机的,并从标准偏差σ的零均值正态分布中采样。设 Δ = 16,则主观决策变量 p(h) 的概率分布如图1A所示。

    红色曲线是学习之后新的曲线,可以看到其分布标准差σ比原来有所降低,使更多变量分布在了Δ=16 附近。这就说明学习者在学习之后决策准确度有所提高。曲线下方的阴影区域面积(积分)对应于错误率,即在每个难度下做出错误响应的概率。

    如果把决策界面(decision boundary)设置为 0,当 h > 0 时模型选择选项 A,当 h < 0 时选择 B, h = 0 时随机选择。那么由带噪声表示的决策变量导致的错误概率分布为:

    其中 F(x) 是噪声标准正态分布的累积分布函数,概率密度函数 p(x)= p(x|0,1)。由等式(3)可以得到β = 1/σ。即若 σ 为正态分布的标准差,则 β 精确表示了在任务难度Δ下学习者的技能水平。σ越小,β越大,技能水平越高。

    如图1B所示,无论学习前还是学习后,随着决策变得更容易(Δ增加),两条曲线皆趋于下降,从而使错误率变得更低。

    但两条曲线的下降速度是不一样的:当β增加(σ变小)后,曲线更集中和陡峭,因此学习之后的红色曲线下降速度也更快,这表示学习者对任务挑战的技能水平越趋于完善。

    由最初的公式(1) 可知,学习的目标是调整参数φ,使得主观决策变量 h 更好地反映真实决策变量Δ。即构建模型的目标应该是尽量去调整参数φ以便减小噪声 σ 的幅度,或者等效地去增加技能水平精度 β。

    实现这种调节的一种方法是使用误差率函数的梯度下降来调整参数。例如,根据时间 t 来改变参数。论文在将梯度转换为精度β的表示后,发现影响因子只在于最大化学习率 ∂ER/∂β 的值,如图1C所示。显然,最佳难度Δ随着技能水平精度β的函数 dER/dβ 而变化,这意味着必须根据学习者的技能水平实时调整学习难度。不过,通过Δ和ER之间的单调关系(图1B),能够对此以误差率ER来表达最佳难度,于是可以得到图1D。

    在变换后,以误差率表达的最佳难度是一个精度函数的常量。这意味着可以通过在学习期间将误差率钳制在固定值上实现最佳学习。论文通过计算得出,对于高斯分布的噪声这个固定值是:

    ——即最佳学习率下误差率约为 15.87 %。

    3. 模拟验证:感知机模型

    为了验证“85%规则”的适用性,论文模拟了两种情况下训练准确性对学习的影响:在人工智能领域验证了经典的感知机模型,一种最简单的人工神经网络,已经被应用于从手写识别到自然语言处理等的各种领域。

    感知机是一种经典的单层神经网络模型,它通过线性阈值学习过程将多元刺激 x 映射到二分类标签 y 上。为了实现这种映射,感知机通过神经网络权重进行线性变换,并且权重会基于真实标签 t 的反馈进行更新。也就是说,感知机只有在出错时才进行学习。自然的,人们会期望最佳学习与最大错误率相关。然而,因为感知机学习规则实际上是基于梯度下降的,所以前面的分析对这里也适用,即训练的最佳错误率应该是15.87%。

    为了验证这个预测,论文模拟了感知机学习情况。以测量范围为0.01到0.5之间的训练误差率,步长为0.01(每个误差率1000次模拟)训练。学习的程度由精确度β确定。正如理论预测的那样,当以最佳错误率学习时,网络学习效率最高。如图2A所示,不同颜色梯度表示了以相对精度β/βmax 作为训练误差率和持续时间的函数,在 β=βmax 时学习下降最快;在不同错误率比例因子下的动态学习过程,图2B也显示,理论对模拟进行了良好的描述。

    图2:“85%规则”下的感知机

    4. 模拟验证:类生物神经网络

    为了证明“85%规则”如何适用于生物系统学习,论文模拟了计算神经科学中感知学习的“Law和Gold模型”[11]。在训练猴子学会执行随机点运动的任务中,该模型已被证明可以解释包括捕捉行为、神经放电和突触权重等长期变化情况。在这些情况下,论文得出相同结果,即当训练以85%的准确率进行时,学习效率达到最大化。

    具体来说,该模型假设猴子基于MT脑区的神经活动做出有关左右感知的决策。MT区在视觉系统的背侧视觉通路(Dorsal visual stream),是已知在大脑视觉中表征空间和运动信息的区域[15],也被称为“空间通路”(where),相对的,视觉系统另一条腹侧视觉通路(Ventral visual stream)则表征知觉形状,也被称为“辨识通路”(what)。

    在随机点动任务中,已经发现MT神经元对点运动刺激方向和一致相关性 COH 都有响应,使得每个神经元对特定的偏好方向响应最强,且响应的幅度随着相关性而增加。这种激发模式可通过一组简单的方程进行描述,从而对任意方向与相关刺激响应的噪声规模进行模拟。

    根据大脑神经集群响应情况,Law 和 Gold 提出,动物有一个单独脑区(侧面顶侧区域,LIP)用来构建决策变量,作为MT中活动的加权和。不过它与感知机的关键差异在于,存在一个无法通过学习来消除的随机神经元噪声。这意味着无论多么大量的学习都不可能带来完美的性能。不过,由论文计算结果所示,不可约噪声的存在不会改变学习的最佳精度,该精度仍为85%。

    Law and Gold 模型和感知机的另一个区别是学习规则的形式。具体来说就是有基于预测误差正确的奖励,会根据强化学习规则进行更新权重。尽管与感知器学习规则有很大的不同,但Law和Gold模型仍然在误差率[13]上实现梯度下降,在 85%左右实现学习最优。

    为了测试这一预测,论文以各种不同的目标训练误差率进行了模拟,每个目标用MT神经元的不同参数模拟100次。其中训练网络的精度β,则通过在1%到100%之间以对数变化的一组一致性测试上,拟合网络的模拟行为来进行估计。

    如图3A所示,在训练网络精确度β作为训练错误率的函数下,蓝色的理论曲线很好描述了训练后的精度。其中灰点表示单次模拟的结果。红点对应于每个目标误差率的平均精度和实际误差率。

    此外,在图3B中,以三条不同颜色测量曲线显示了三种不同训练错误率下行为的预期差异 。可以看到,在误差率为 0.16 (接近 15.87%)的黄色曲线上,结果精确度高于过低或过高误差率的两条曲线,即取得了最优的训练效果。

    5. 心流的数学理论

    沿着相同的思路,论文的工作指向了“心流”状态的数学理论[17]。这种心理状态,即“个体完全沉浸在没有自我意识但具有深度知觉的控制”的活动,最常发生在任务的难度与参与者的技能完全匹配时。

    这种技能与挑战之间平衡的思想,如图4A所示,最初通过包括另外两种状态的简单概念图进行描述:挑战高于技能时的“焦虑”和技能超过挑战时的“无聊”,在二者中间即为“心流”。

    而以上这三种不同性质的区域:心流,焦虑和无聊,可以本篇论文的模型中自然推演出来。

    设技能水平为精度 β,以真实决策变量的反函数 1 /Δ 为技能挑战水平。论文发现当挑战等于技能时,心流与高学习率和高准确性相关,焦虑与低学习率和低准确性相关,厌倦与高准确性和低学习率相关(图4B和图C)。

    也就是说,在技能与挑战水平相等时以“心流”状态进行的学习,具有最高的学习率和最高的准确性。

    此外论文引述了 Vuorre 和 Metcalfe 最近的研究[18]发现,心流的主观感受达到巅峰时的任务是往往主观评定为中等难度的任务。而在另一项关脑机接口控制学习方面的研究工作发现,主观自我报告的最佳难度测量值,在最大学习任务相关难度处达到峰值,而不是在与神经活动的最佳解码相关难度处达到峰值[19]。

    那么一个重要的问题来了,在使用最佳学习错误率,达到主观最佳任务难度即心流状态进行学习时,其学习速度究竟有多快

    论文通过比较最佳错误率与固定但可能次优的错误率、固定难度进行学习来解决了这个问题。通过对训练误差率函数计算,最终得到,在固定错误率下:学习技能β精度随着时间 t 的平方根而增长。

    而相对的,在没有使用最佳固定错误率学习,即决策变量固定下一般学习,其结果会强烈地依赖于噪声的分布。不过论文计算出了噪声为正态分布的情况下的近似解,对β的提升,学习技能以更慢的对数速度增长。即若最佳训练率下,可以相当于对后者实现指数级增长的改进。二者学习增速趋势对比图如下:

    从论文对感知机和Law and Gold 模型测试,心流理论的数学化可以看出,未来研究者们去测试各种学习类型活动参与度的主观测量值,验证是否在最大学习梯度点达到峰值,“85%规则”是否有效将会是有非常有趣的。

    然而这篇论文的作用还远不仅于此,下面就本文意义做进一步深入探讨。

    6. 学习的定量时代? 讨论、延伸与启示

    学习对个体生物个体的重要性不言而喻,甚至比大多数人想得更重要。在2013年1月,《心理学通报与评论》上发表了一篇 论文①的就认为,学习不仅一个是认知过程,在更本质的功能层面是一种个体自适应过程,包括生物体在有机环境规律作用下的行为改变,并认为就如演化论是生物学核心一样,学习研究应该是心理学的核心

    然而,自心理学诞生后的诸多理论,对学习的研究往往止于简单行为操作或概念描述层面。比如行为主义研究者巴普洛夫和和斯金纳经典条件反射、操控条件反射,苏联心理学家维果斯基(Lev Vygotsky)有关儿童教育的“最近发展区”理论,有关动机和表现之间的关系的耶基斯–多德森定律(Yerkes–Dodson law)、基于舒适-学习-恐慌区的“舒适圈理论”,还包括米哈里·契克森米哈赖的“心流理论”,安德斯·艾利克森的“刻意练习”等等。

    这些学习理论,要么强调学习需要外部刺激相关性、或正向奖励负向惩罚的某些强化,要么强调学习在大周期的效果,或较小周期的最小行动,要么寻求某种任务难度与技能水平、或动机水平与表现水平之间的一个折中区域。但是却从来没有给出如何到能达这种状态的条件,往往只能凭借有教育经验的工作者在实际教学中自行慢慢摸索。

    而在这篇论文中,研究者考虑了在二分类任务和基于梯度下降的学习规则情况下训练准确性对学习的影响。准确计算出,当调整训练难度以使训练准确率保持在85%左右时,学习效率达到最大化,要比其他难度训练的速度快得多,会使学习效果指数级快于后者。

    这个结果理论在人工神经和类生物学神经网络具有同样的效果。即“85%规则”既适用于包括多层前馈神经网络、递归神经网络、基于反向传播的各种深度学习算法、玻尔兹曼机、甚至水库计算网络(reservoir computing networks)[21, 22])等广泛的机器学习算法。通过对∂ER/∂β梯度最大化的分析,也证明其适用于类生物神经网络的学习,甚至任何影响神经表征精确度的过程,比如注意、投入或更一般的认知控制[23,24]。例如在后者中,当∂ER/∂β最大化时,参与认知控制的好处会最大化。通过关联预期价值控制理论(Expected Value of Control theory)[23,24,25]的研究,可以知道学习梯度 ∂ER/∂β 由大脑中与控制相关的区域 ( 如前扣带回皮层 ) 来进行监控。

    因此可以说,本篇论文无论对计算机科学和机器学习领域研究,还是对心理学和神经科学研究,都具有重要的意义。

    在前者,通过“课程学习”和“自步学习”诉诸广泛的机器学习算法,本文基于梯度下降学习规则思路下包括神经网络的各种广泛学习算法,都急需后续研究者进行探索和验证。在最佳学习率上,论文的工作仅仅是对机器学习学习效率数学精确化实例的第一步。并且同时也促使研究者思考:如何将这种最优化思路推广到在更广泛的环境和任务的不同算法中?例如贝叶斯学习,很明显和基于梯度下降的学习不同,贝叶斯学习很难受益于精心构建的训练集,无论先出简单或困难的例子,贝叶斯学习者会学得同样好,无法使用 ∂ER/∂β 获得“甜蜜点”。但跳开论文研究我们依然可以思考:有没有其它方法,例如对概念学习,通过更典型或具有代表性的样本、以某种设计的学习策略来加快学习速度和加深学习效果?

    另一方面,这篇论文的工作同样对心理学、神经科学和认知科学领域有重大启示。

    前面已经提到,有关学习理论大多止步于概念模型和定性描述。除了少数诸如心理物理学中的韦伯-费希纳定律(Weber-Fechner Law)这样,有关心理感受强度与物理刺激强度之间的精确关系,以及数学心理学(Mathematical psychology)的研究取向和一些结论,缺乏数学定量化也一直是心理学研究的不足之处。

    而这篇论文不仅结论精确,其结论适用于包括注意、投入或更一般的认知控制下任何影响神经表征精确度的过程。如前所述,如果我们采取“学习不仅一个是认知过程,在更本质的功能层面是一种个体自适应改变过程”有关学习本质的观点,会发现它带来的启示甚至具有更大的适用性,远远超出了一般的认知和学习之外。

    例如,在知觉和审美方面的研究中,俄勒冈大学(University of Oregon)的物理学 Richard Taylor 通过对视觉分形图案的研究发现,如设白纸的维度D为1,一张完全涂黑的纸的维度D为2,即画出来的图形维度在 1~2 之间,那么人类的眼睛更偏好于看维度 D=1.3 的图形[26]。事实上许多大自然物体具有的分形维度就是 1.3,在这个复杂度上人们会感到最舒适。一些著名的艺术家,比如抽象表现主义代表人物 ( Jackson Pollock ),他所画的具有分形的抽象画(下图中间一列,左边是自然图,右边为计算机模拟图)分布在 D=1.1 和 1.9 之间,具有更高分形维度的画面会给人带来更大的压迫感[27]。

    心理学家 Rolf Reber 在审美愉悦加工的流畅度理论(Processing fluency theory of aesthetic pleasure)中[28]提出,我们有上述这种偏好是因为大脑可以快速加工这些内容。当我们能迅速加工某些内容的时候,就会获得一个正性反应。例如加工 D = 1.3的分形图案时速度很快,所以就会获得愉悦的情绪反应。此外,在设计和艺术领域心理学家域唐纳德·诺曼(Donald Arthur Norman)和艺术史学家贡布里希(Ernst Gombrich)也分别提出过类似思想。

    对比下 D = 1.3 和 15.87% 的出错率,如果进行下统一比例,会发现前者多出原有分形维复杂性和整体的配比,未知:已知(或熟悉:意外,秩序与复杂)约为 0.3/1.3 ≈ 23.07%,这个结果比15.87%要大。这种计算方法最早由数学家 George David Birkhoff 在1928 年于《Aesthetic Measure》一书中提出,他认为若 O 为秩序,C 为复杂度,则一个事物的审美度量 M = O/C。

    因此,在最简化估计下,可以类似得出 23.07% 额外信息的“最佳审美比”,会让欣赏者感到最舒适。

    当然,因为信息复杂度的计算方法不一,上面只是一个非常粗略的估计。审美过程涉及感觉、知觉、认知、注意等多个方面,并且先于狭义的认知和学习过程,因此最佳审美比应该会15.87%要大。但至于具体数值,很可能因为不同环境和文化对不同的主体,以及不同的计算方法有较大差别,例如有学者从香农熵和柯尔莫哥洛夫复杂性方面进行度量的研究[29]。

    但不管怎样,从这篇文章的方法和结论中,我们已可以得到巨大启示和信心,无论是在人工智能还是心理学或神经科学,无论学习还是审美、知觉或注意,在涉及各种智能主体对各种信息的处理行为中,我们都可能寻求到一个精确的比例,使得通过恰当选取已知和未知,让智能主体在体验、控制或认知上达到某种最优。而这种选取的结果,会使积累的效果远超自然过程得到改进。从这个意义上讲,这篇论文影响得很可能不只是某些科学研究方向,而是未来人类探索和改进自身的根本认知和实践方法。

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  • 郭睿君 卜宪群:中国古代文书行政与国家治理

    文书萌芽最早可追溯到文字产生的初期。《尚书》中称“惟殷先人,有册有典”。《尚书》及甲骨文中“令”“告”“册”等字,已包含着文书的某些特征。商王与王畿和方国之间也存在着简单的文书往来,如甲骨文中有方国向商王报告敌情,商王下达命令令其执行等记录。周王册命官员与分封诸侯等文辞,也具有文书及文书行政的功能与特征,但由于缺乏中央集权制度,三代时期文书行政未能获得更大发展,文书制度建设也很薄弱。战国以降,以中央集权与君主专制为基本特征的官僚制逐渐形成,推动了文书行政的快速发展,相关制度与规定随之产生。如《商君书·禁使》载“夫吏专制决事于千里之外,十二月而计书以定事”,“计书”就是文书。湖北出土的云梦睡虎地秦简《内史杂》载“有事请殹(也),必以书,毋口请,毋 

    (羁)请”,到秦统一前后,官府形成了“必以书”的文书行政规定,而不允许“口请”“羁请”(口头请示或托人代为请示),反映出文书是行政运作的必要形式。

    秦汉大一统国家的建立,有力地推动了国家治理技术手段的发展,文书行政即是具体表现之一。秦汉是中国古代文书行政的重大发展时期,无论在文书类型划分、运转程序及制度规定上,都为中国古代文书行政的发展奠定了重要基础。秦汉初具系统化的文书制度建立,是与君主专制中央集权国家的建立紧密联系在一起的,也是以大一统中央集权郡县制为主体的国家治理的现实需求。大一统中央集权郡县制国家是一种全新的国家形态和治理形式,作为一种规定中央与地方关系的制度,秦汉中央集权主要表现在郡县制的不断发展完善上。秦汉中央政府日常事务的重点之一,就是对郡县乡里地方政务事务的立法、管理、监督与考核。及时有效传达信息,在各层级行政机构间显得极为重要,文书便成了信息传达的基本形式。严格的文书行政保障了政令畅通,加强了中央与地方之间的联系,是国家实现有效治理的重要保障。秦汉时期全国范围内郡县制的确立,以及完备的官僚制与统一的文字,又为秦汉在全国实现更为彻底的文书行政提供了可能。

    汉承秦制,“萧何入秦,收拾文书。汉所以能制九州者,文书之力也”(《论衡·别通篇》),萧何入关中舍弃宫室财物而独取文书,反映了汉初统治者已经认识到文书在国家治理上的重要意义。至东汉,人们已经充分认识到“以文书御天下”的道理。

    秦汉对行政文书已经作出合理的分类,大体有皇帝御用文书,官僚疏奏、上书,官府考绩管理公文,官府行移公文四种类型。皇帝文书大致分为制、诏、策、戒书,蔡邕《独断》说:“天子之言曰制诏,其命令,一曰策书,二曰制书,三曰诏书,四曰戒书。”郡县官僚奏疏、上书属于上行文书,《独断》中对汉代官僚奏疏的形式有详细介绍,大体有章、奏、表、驳议几种。秦汉各级机构为自身管理需要和定期向上汇报而制作了大量的考绩管理文书,如吏卒名籍、日迹簿、功劳簿、钱谷出入簿、文书收发记录等。地方与中央、地方与地方、个人与政府之间政务往来又产生了檄书、牒书、府书、记、爰书、变事书、奔命书、报书、举书、劾状等各类行移文书。秦汉统一了文书书写格式,对文书书写内容有明确的规定,对文书传递方式、对象与时效制定了严格要求,文书写作开始步入规范化、格式化阶段。如《秦律十八种·行书》规定:“行命书及书署急者,辄行之;不急者,日觱(毕),勿敢留。留者以律论之。”秦汉行政文书的收发文记录中,已包含了文书的起发与送达时间,以及递送者的姓名、职务等基本要素,形成严密规范的文书收发记录。

    魏晋唐宋时期的文书调适与统一

    魏晋南北朝时期,政局长期动荡,但各政权采取的主要还是中央集权郡县制行政方式,出于治理需要,文书行政不仅依然延续,且有所发展。这一时期已普遍称文书为“公文”,文书的名称和体例较秦汉时期规范得更为具体细致。文书书写材料也在这一时期实现了从简帛向纸张的重大变化,使得文书形式、文书制度都发生了重大调适。

    纸本文书约出现在两汉时期,但简帛仍是当时文书书写的主要材料。魏晋以后,用纸书写的文书逐渐增多。至东晋末期,以行政指令的方式要求公文全部用纸书写。由于纸张的应用,公文印章方法由竹简上的封泥变为纸张上的朱色水印。又因在纸上便于押署,文书押署制度也在这一时期被定立下来,且押字变成了“骑缝”或“押缝”的形式。

    魏晋南北朝时期开始出现一文一事制,即在请示类文书中,一件文书只陈述一件事项,不同的事项不得混杂于一件文书中。一文一事制通行于唐代,及至宋代已是成文制度。南宋《庆元条法事类·文书门》云:“其奏陈公事,皆直述事状,若名件不同,应分送所属,而非一宗事者,不得同为一状。”一文一事制能够突出文书的内容主旨,加快行文及览阅速度,提高文书处理的效率,也便于文书处理完毕后续的管理、查调及保管。

    唐宋时期,中国进入一个大繁荣大变革时期,社会经济、文化思想获得高度发展,基本社会关系、社会阶层身份、土地占有制等方面发生了一系列变革。在此背景下,作为国家治理手段的文书行政也得到了空前的发展与强化,并显示出日趋统一的特征。

    唐宋时期文书行政的日趋统一表现为规范化与制度化的推进,文书行政逐渐成为具有制度约束力的治理工具,有效提高了国家的治理能力。在中央,中书省负责起草文书,门下省负责审核文书,尚书省负责执行文书,发展出相对成熟的起草章程、审核机制、运行流程。在地方,各级机构都设立了不同称谓与职能的专职文书吏员。从中央至各级机构制定了更为统一的文书名称、体式及用途,对文书的一文一事、拟制和誊写、引黄和贴黄制度,文书的签押、用印、判署制度,文书的收发、登记、催办制度,文书的折叠、封装、编号、用纸制度等进一步规范。

    唐宋时期文书行政制度化推进还表现为出现了专门围绕文书制度所著的文献及制度规定,如唐翰林学士杨钜《翰林学士院旧规》,是专门记载翰林院杂事及文书格式的专书,又如《唐六典》中有专门对文书的各项制度规定:“今册书用简,制书、慰劳制书、发日敕用黄麻纸,敕旨、论事敕及敕牒用黄藤纸,其赦书颁下诸州用绢。”再如改动、漏发、错发、造假、盗用文书等行为,皆会依据《唐六典》被处以惩戒。北宋司马光《书仪》、南宋《庆元条法事类·文书门》中专门记载了宋代上行文书的格式。特别是后者对文书分类、格式、运转、保管、违规处罚等都有详尽规定。文书行政的制度化推进表明,其已不仅是行政工具,而且成为具有权威性的政治符号,并带有一定的制度约束力。文书行政中专门机构与系统制度的完备,也使得文书与档案间的分工逐渐明确,档案相关事务开始从行政文书中分离出来,这是唐宋文书行政发展的重要标志之一。

    元明清时期文书行政的完备与成熟

    元朝疆域辽阔,为实现如此广袤疆域的稳固统治与有效治理,统治者建立起庞大的行政系统,同时沿用历代王朝所使用的文书行政体系。在军事战争频繁、疆域辽阔的背景之下,如何保障中央与地方之间沟通畅达与迅捷,及时掌握各地情况,强化对广大地区的管控,是对元代治理手段与治理能力的巨大考验,中国古代发达的驿传制度在这一时期应时而盛。

    驿传制度是中国古代专门接待往来官员和负责政府文书传递事务的组织制度以及为此而征发的徭役制度,始自先秦,历经秦汉隋唐宋元明清,直至清末新式邮政建立才逐渐废止。驿传制度的关键在于驿站,驿站在秦汉时期称为“邮”“传”“亭”或“置”,五里一邮,十里一亭,三十里一置,文书传递方式根据工具分为“传车”“驿马”“步传”。隋唐以后也称为“驿”,并分为陆驿和水驿。自元代开始将“驿”“站”两字连在一起。元代的驿站有水站、陆站及水陆相兼站,除此之外还有前代王朝所未有的蒙古站、汉人站、海青站和海站。在驿站之外,元朝还设有急递铺作为补充。元代的驿传制度对明清具有重要影响,如明代的文书传递机构由驿站和急递铺组成,为确保文书投递的安全迅捷,还施行了驿传勘合制度。清代地方设驿、站、塘、台,分别由州、县官或专设的驿丞管理。除此之外每十五里也另设一急递铺,清末又增设了文报局和电报局。

    明清时期,一系列国家政治制度的变革,使得文书行政权完全集中于皇帝手中,皇帝需处理大量文书,因此在文书制度上也为适应这一需求进行了调整。洪武朝除颁布条例规范文书行政之外,朱元璋屡次下诏禁繁文、减案牍,《明实录》中称“虚词失实,浮文乱真,朕甚厌之。自今有以繁文出入人罪者,罪之”。然而文书繁琐之弊,屡禁屡起,至崇祯元年(1628年)皇帝命内阁制作贴黄式样,下令官员用百字左右将上呈的疏奏进行摘要,贴附于文末。“贴黄”一词源于唐代,敕书如需局部改动,就贴上黄纸进行改写。宋代“贴黄”系贴在正文之后的重要补充说明,“引黄”则是将文中要点、呈递日期写在黄纸上,贴于章奏文书的封皮或文首。明代贴黄是对唐、宋贴引黄制度的继承与发展。清朝也沿用贴黄制度,并制定了更严格的规范。贴黄可以使皇帝在最短时间内了解文书内容,缩短文书处理时间,提高了文书处理效率。

    清代君主专制达到顶峰,决策权更加集中。因此,文书政令的策源地及决策中心、文书的决策程序等发生了重大变化。表现之一是内阁的实权(文书决策权)逐渐转移到军机处,军机处逐渐成为全国文书政令的策源地及决策中心。另一表现为奏折的使用,康熙年间的密奏文书称为奏折,直接进呈于皇帝,并由皇帝亲笔批答,而不经内阁票拟和批红。雍正继位后,奏折应用更加广泛。“乾纲独握,自增用奏折以后,皆高居紫极,亲御丹毫,在廷之臣,一词莫赞,即朱批谕旨是也”(《四库全书总目》卷五十五史部十一)。

    清代前中期的文书制度在多承明制的基础上稳健完善,未有剧烈变化。及至清晚期,时局骤变,内忧外患,清王朝开始进行一系列的政治改革,文书行政也随之发生重大变化。这种变化集中表现为新的文书机构的设置,如设立了机要科、案牍科、秘书科等新机构;在文书传达方式上,光绪二十四年(1898年)规定“嗣后明降谕旨,均著由电报传知,各省督抚即行遵照办理”(《东华续录·光绪一百四十七》);外交文书中行文关系、文书名称、文书形式、外交称谓等也产生一系列变化。

    综上所述,在君主专制和中央集权体制下,文书充当了实施国家治理的基本载体,君主通过文书决策权实现专制集权,也通过御用文书,颁布和实施对于国家治理的思想和策略。统治阶层对于国家治理理念的变迁、治理制度的制定、国家治理目标的调整,直接体现在文书行政的变革上,甚至可以通过调整文书行政改变并重构国家权力格局与政治秩序。中央政府运用下行文书施行政令,并通过对上行文书的批复实现治理方针与政策的传达与执行,同时通过各类考绩文书,实现对地方官吏的了解和监督,掌握基层社会的动态。文书制度的变化与调整,从来都不是孤立进行的,而是受到内外部环境、政治制度、治理手段、统治集团能力高低的共同影响。文书制度的优劣与文书行政的效果,又影响着国家治理水平、折射出国家治理能力。当然,也要看到文书行政制度层面的设计与安排,并不意味着实际执行层面的有效落实与解决。例如明代的文书制度堪称完备,特别是钱粮、刑名方面的文书制度非常严密,所创立的勘合制度更显示出高超的行政手段与能力。但《陈六事疏》等材料反映其实际执行仍存在诸多困境,这些困境往往也是古代王朝文书行政的通病。

    本文转自《光明日报》( 2024年11月18日 14版)

  • Richard Dawkins 《The Genetic Book of the Dead_ A Darwinian Reverie》

    Contents
    1 Reading the Animal
    2 ‘Paintings’ and ‘Statues’
    3 In the Depths of the Palimpsest
    4 Reverse Engineering
    5 Common Problem, Common Solution
    6 Variations on a Theme
    7 In Living Memory
    8 The Immortal Gene
    9 Out Beyond the Body Wall
    10 The Backward Gene’s-Eye View
    11 More Glances in the Rear-View Mirror
    12 Good Companions, Bad Companions
    13 Shared Exit to the Future

    1 Reading the Animal

    You are a book, an unfinished work of literature, an archive of descriptive history. Your body and your genome can be read as a comprehensive dossier on a succession of colorful worlds long vanished, worlds that surrounded your ancestors long gone: a genetic book of the dead. This truth applies to every animal, plant, fungus, bacterium, and archaean but, in order to avoid tiresome repetition, I shall sometimes treat all living creatures as honorary animals. In the same spirit, I treasure a remark by John Maynard Smith when we were together being shown around the Panama jungle by one of the Smithsonian scientists working there: ‘What a pleasure to listen to a man who really loves his animals.’ The ‘animals’ in question were palm trees.

    From the animal’s point of view, the genetic book of the dead can also be seen as a predictor of the future, following the reasonable assumption that the future will not be too different from the past. A third way to say it is that the animal, including its genome, embodies a model of past environments, a model that it uses to, in effect, predict the future and so succeed in the game of Darwinism, which is the game of survival and reproduction, or, more precisely, gene survival. The animal’s genome makes a bet that the future will not be too different from the pasts that its ancestors successfully negotiated.

    I said that an animal can be read as a book about past worlds, the worlds of its ancestors. Why didn’t I use the present tense: read the animal as a description of the environment in which it itself lives? It can indeed be read in that way. But (with reservations to be discussed) every aspect of an animal’s survival machinery was bequeathed via its genes by ancestral natural selection. So, when we read the animal, we are actually reading past environments. That is why my title includes ‘the dead’. We are talking about reconstructing ancient worlds in which successive ancestors, now long dead, survived to pass on the genes that shape the way we modern animals are. At present it is a difficult undertaking, but a scientist of the future, presented with a hitherto unknown animal, will be able to read its body, and its genes, as a detailed description of the environments in which its ancestors lived.

    I shall have frequent recourse to my imagined Scientist Of the Future, confronted with the body of a hitherto unknown animal and tasked with reading it. For brevity, since I’ll need to mention her often, I shall use her initials, SOF. This distantly resonates with the Greek sophos, meaning ‘wise’ or ‘clever’, as in ‘philosophy’, ‘sophisticated’, etc. In order to avoid ungainly pronoun constructions, and as a courtesy, I arbitrarily assume SOF to be female. If I happened to be a female author, I’d reciprocate.

    This genetic book of the dead, this ‘readout’ from the animal and its genes, this richly coded description of ancestral environments, must necessarily be a palimpsest. Ancient documents will be partially over-written by superimposed scripts laid down in later times. A palimpsest is defined by the Oxford English Dictionary as ‘a manuscript in which later writing has been superimposed on earlier (effaced) writing’. A dear colleague, the late Bill Hamilton, had the engaging habit of writing postcards as palimpsests, using different-colored inks to reduce confusion. His sister Dr Mary Bliss kindly lent me this example.

    Besides his card being a nicely colorful palimpsest, it is fitting to use it because Professor Hamilton is widely regarded as the most distinguished Darwinian of his generation. Robert Trivers, mourning his death, said, ‘He had the most subtle, multi-layered mind I have ever encountered. What he said often had double and even triple meanings so that, while the rest of us speak and think in single notes, he thought in chords.’ Or should that be palimpsests? Anyway, I like to think he would have enjoyed the idea of evolutionary palimpsests. And, indeed, of the genetic book of the dead itself.

    Both Bill’s postcards and my evolution palimpsests depart from the strict dictionary definition: earlier writings are not irretrievably effaced. In the genetic book of the dead, they are partially overwritten, still there to be read, albeit we must peer ‘through a glass darkly’, or through a thicket of later writings. The environments described by the genetic book of the dead run the gamut from ancient Precambrian seas, via all intermediates through the mega-years to very recent. Presumably some kind of weighting balances modern scripts versus ancient ones. I don’t think it follows a simple formula like the Koranic rule for handling internal contradictions – new always trumps old. I’ll return to this in Chapter 3.

    If you want to succeed in the world you have to predict, or behave as if predicting, what will happen next. All sensible prediction must be based on the past, and much sensible prediction is statistical rather than absolute. Sometimes the prediction is cognitive – ‘I foresee that if I fall over that cliff (seize that snake by its rattling tail, eat those tempting belladonna berries), it is likely that I will suffer or die in consequence.’ We humans are accustomed to predictions of that cognitive kind, but they are not the predictions I have in mind. I shall be more concerned with unconscious, statistical ‘as-if’ predictions of what might affect an animal’s future chances of surviving and passing on copies of its genes.

    This horned lizard of the Mojave, whose skin is tinted and patterned to resemble sand and small stones, embodies a prediction, by its genes, that it would find itself born (well, hatched) into a desert. Equivalently, a zoologist presented with the lizard could read its skin as a vivid description of the sand and stones of the desert environment in which its ancestors lived. And now here’s my central message. Much more than skin deep, the whole body through and through, its very warp and woof, every organ, every cell and biochemical process, every smidgen of any animal, including its genome, can be read as describing ancestral worlds. In the lizard’s case it will no doubt spin the same desert yarn as the skin. ‘Desert’ will be written into every reach of the animal, plus a whole lot more information about its ancestral past, information far exceeding what is available to present-day science.

    The lizard burst out of the egg endowed with a genetic prediction that it would find itself in a sun-parched world of sand and pebbles. If it were to violate its genetic prediction, say by straying from the desert onto a golf green, a passing raptor would soon pick it off. Or if the world itself changed, such that its genetic predictions turned out to be wrong, it would also likely be doomed. All useful prediction relies on the future being approximately the same as the past, at least in a statistical sense. A world of continual mad caprice, an environmental bedlam that changed randomly and undependably, would render prediction impossible and put survival in jeopardy. Fortunately, the world is conservative, and genes can safely bet on any given place carrying on pretty much as before. On those occasions when it doesn’t – say after a catastrophic flood or volcanic eruption or, as in the case of the dinosaurs’ tragic end when an asteroid-strike ravaged the world – all predictions are wrong, all bets are off, and whole groups of animals go extinct. More usually, we aren’t dealing with such major catastrophes: not huge swathes of the animal kingdom being wiped out at a stroke, but only those variant individuals whose predictions are slightly wrong, or slightly more wrong than those of competitors within their own species. That is natural selection.

    The top scripts of the palimpsest are so recent that they are of a special kind, written during the animal’s own lifetime. The genes’ description of ancestral worlds is overlain by modifications and detailed refinements scripted since the animal was born – modifications written or rewritten by the animal’s learning from experience; or by the remarkable memory of past diseases laid down by the immune system; or by physiological acclimatisation, to altitude, say; or even by simulations in imagination of possible future outcomes. These recent palimpsest scripts are not handed down by the genes (though the equipment needed to write them is), but they still amount to information from the past, called into service to predict the future. It’s just that it’s the very recent past, the past enclosed within the animal’s own lifetime. Chapter 7 is about those parts of the palimpsest that were scribbled in since the animal was born.

    There is also an even more recent sense in which an animal’s brain sets up a dynamic model of the immediately fluctuating environment, predicting moment to moment changes in real time. Writing this on the Cornish coast, I take envious pleasure in the gulls as they surf the wind battering the cliffs of the Lizard peninsula. The wings, tail, and even head angle of each bird sensitively adjust themselves to the changing gusts and updraughts. Imagine that SOF, our zoologist of the future, implants radio-linked electrodes in a flying gull’s brain. She could obtain a readout of the gull’s muscle-adjustments, which would translate into a running commentary, in real time, on the whirling eddies of the wind: a predictive model in the brain that sensitively fine-tunes the bird’s flight surfaces so as to carry it into the next split second.

    I said that an animal is not only a description of the past, not just a prediction of the future, but also a model. What is a model? A contour map is a model of a country, a model from which you can reconstruct the landscape and navigate its byways. So too is a list of zeros and ones in a computer, being a digitised rendering of the map, perhaps including information tied to it: local population size, crops grown, dominant religions, and so on. As an engineer might understand the word, any two systems are ‘models’ of each other if their behavior shares the same underlying mathematics. You can wire up an electronic model of a pendulum. The periodicity of both pendulum and electronic oscillator are governed by the same equation. It’s just that the symbols in the equation don’t stand for the same things. A mathematician could treat either of them, together with the relevant equation written on paper, as a ‘model’ of any of the others. Weather forecasters construct a dynamic computer model of the world’s weather, continually updated by information from strategically placed thermometers, barometers, anemometers, and nowadays above all, satellites. The model is run on into the future to construct a forecast for any chosen region of the world.

    Sense organs do not faithfully project a movie of the outer world into a little cinema in the brain. The brain constructs a virtual reality (VR) model of the real world outside, a model that is continuously updated via the sense organs. Just as weather forecasters run their computer model of the world’s weather into the future, so every animal does the same thing from second to second with its own world model, in order to guide its next action. Each species sets up its own world model, which takes a form useful for the species’ way of life, useful for making vital predictions of how to survive. The model must be very different from species to species. The model in the head of a swallow or a bat must approximate a three-dimensional, aerial world of fast-moving targets. It may not matter that the model is updated by nerve impulses from the eyes in the one case, from the ears in the other. Nerve impulses are nerve impulses are nerve impulses, whatever their origin. A squirrel’s brain must run a VR model similar to that of a squirrel monkey. Both have to navigate a three-dimensional maze of tree trunks and branches. A cow’s model is simpler and closer to two dimensions. A frog doesn’t model a scene as we would understand the word. The frog’s eye largely confines itself to reporting small moving objects to the brain. Such a report typically initiates a stereotyped sequence of events: turning towards the object, hopping to get nearer, and finally shooting the tongue towards the target. The eye’s wiring-up embodies a prediction that, were the frog to shoot out its tongue in the indicated direction, it would be likely to hit food.

    My Cornish grandfather was employed by the Marconi company in its pioneering days to teach the principles of radio to young engineers entering the company. Among his teaching aids was a clothesline that he waggled as a model of sound waves – or radio waves, for the same model applied to both, and that’s the point. Any complicated pattern of waves – sound waves, radio waves, or even sea waves at a pinch – can be broken down into component sine waves – ‘Fourier analysis’, named after the French mathematician Joseph Fourier (1768–1830). These in turn can be summed again to reconstitute the original complex wave (Fourier synthesis). To demonstrate this, Grandfather attached his clothesline to rotating wheels. When only one wheel turned, the rope executed serpentine undulations approximating a sine wave. When a coupled wheel rotated at the same time, the rope’s snaking waves became more complex. The sum of the sine waves was an elementary but vivid demonstration of the Fourier principle. Grandfather’s snaking rope was a model of a radio wave travelling from transmitter to receiver. Or of a sound wave entering the ear: a compound wave upon which the brain presumably performs something equivalent to Fourier analysis when it unravels, for example, a pattern even as complex as whispered speech plus intrusive coughing against the background of an orchestral concert. Amazingly, the human ear, well, actually, the human brain, can pick out here an oboe, there a French horn, from the compound waveform of the whole orchestra.

    Today’s equivalent of my grandfather would use a computer screen instead of a clothesline, displaying first a simple sine wave, then another sine wave of different frequency, then adding the two together to generate a more complex wiggly line, and so on. The following is a picture of the sound waveform – high-frequency air pressure changes – when I uttered a single English word. If you knew how to analyse it, the numerical data embodied in (a much-expanded image of) the picture would yield a readout of what I said. In fact, it would require a great deal of mathematical wizardry and computer power for you to decipher it. But let the same wiggly line be the groove in which an old-fashioned gramophone needle sits. The resulting waves of changing air pressure would bombard your eardrums and be transduced to pulse patterns in nerve cells connected to your brain. Your brain would then without difficulty, in real time, perform the necessary mathematical wizardry to recognise the spoken word ‘sisters’.

    Our sound-processing brain software effortlessly recognises the spoken word, but our sight-processing software has extreme difficulty deciphering it when confronted with a wavy line on paper, on a computer screen, or with the numbers that composed that wavy line. Nevertheless, all the information is contained in the numbers, no matter how they are represented. To decipher it, we’d need to do the mathematics explicitly with the aid of a high-speed computer, and it would be a difficult calculation. Yet our brains find it a doddle if presented with the same data in the form of sound waves. This is a parable to drive home the point – pivotal to my purpose, which is why I said it twice – that some parts of an animal are hugely harder to ‘read’ than others. The patterning on our Mojave lizard’s back was easy: equivalent to hearing ‘sisters’. Obviously, this animal’s ancestors survived in a stony desert. But let us not shrink from the difficult readings – the cellular chemistry of the liver, say. That might be difficult in the same way as seeing the waveform of ‘sisters’ on an oscilloscope screen is difficult. But nothing negates the main point, which is that the information, however hard to decipher, is lurking within. The genetic book of the dead may turn out to be as inscrutable as Linear A or the Indus Valley script. But the information, I believe, is all there.

    The pattern to the right is a QR code. It contains a concealed message that your human eye cannot read. But your smartphone can instantly decipher it and reveal a line from my favourite poet. The genetic book of the dead is a palimpsest of messages about ancestral worlds, concealed in an animal’s body and genome. Like QR codes, they mostly cannot be read by the naked eye, but zoologists of the future, armed with advanced computers and other tools of their day, will read them.

    To repeat the central point, when we examine an animal there are some cases – the Mojave horned lizard is one – where we can instantly read the embodied description of its ancestral environment, just as our auditory system can instantly decipher the spoken word ‘sisters’. Chapter 2 examines animals who have their ancestral environments almost literally painted on their backs. But mostly we must resort to more indirect and difficult methods in order to extract our readout. Later chapters feel their way towards possible ways of doing this. But in most cases the techniques are not yet properly developed, especially those that involve reading genomes. Part of my purpose is to inspire mathematicians, computer scientists, molecular geneticists, and others better qualified than I am, to develop such methods.

    At the outset I need to dispel five possible misunderstandings of the main title, Genetic Book of the Dead. First is the disappointing revelation that I am deferring the task of deciphering much of the book of the dead to the sciences of the future. Nothing much I can do about that. Second, there is little connection, other than a poetic resonance, with the Egyptian Books of the Dead. These were instruction manuals buried with the dead, to help them navigate their way to immortality. An animal’s genome is an instruction manual telling the animal how to navigate through the world, in such a way as to pass the manual (not the body) on into the indefinite future, if not actual immortality.

    Third, my title might be misunderstood to be about the fascinating subject of Ancient DNA. The DNA of the long dead – well, not very long, unfortunately – is in some cases available to us, often in disjointed fragments. The Swedish geneticist Svante Pääbo won a Nobel prize for jigsawing the genome of Neanderthal and Denisovan humans, otherwise known only from fossils; in the Denisovan case only three teeth and five bone fragments. Pääbo’s work incidentally shows that Europeans, but not sub-Saharan Africans, are descended from rare cases of interbreeding with Neanderthals. Also, some modern humans, especially Melanesians, can be traced back to interbreeding events with Denisovans. The field of ‘Ancient DNA’ research is now flourishing. The woolly mammoth genome is almost completely known, and there are serious hopes of reviving the species. Other possible ‘resurrections’ might include the dodo, passenger pigeon, great auk, and thylacine (Tasmanian wolf). Unfortunately, sufficient DNA doesn’t last more than a few thousand years at best. In any case, interesting though it is, Ancient DNA is outside the scope of this book.

    Fourth, I shall not be dealing with comparisons of DNA sequences in different populations of modern humans and the light that they throw on history, including the waves of human migration that have swept over Earth’s land surface. Tantalisingly, these genetic studies overlap with comparisons between languages. For example, the distribution of both genes and words across the Micronesian islands of the Western Pacific islands shows a mathematically lawful relationship between inter-island distance and word-resemblance. We can picture outrigger canoes scudding across the open Pacific, laden with both genes and words! But that would be a chapter in another book. Might it be called The Selfish Meme?

    The present book’s title should not be taken to mean that existing science is ready to translate DNA sequences into descriptions of ancient environments. Nobody can do that, and it’s not clear that SOF will ever do so. This book is about reading the animal itself, its body and behaviour – the ‘phenotype’. It remains true that the descriptive messages from the past are transmitted by DNA. But for the moment we read them indirectly via phenotypes. The easiest, if not the only, way to translate a human genome into a working body is to feed it into a very special interpreting device called a woman.

    The Species as Sculpture; the Species as Averaging Computer

    Sir D’Arcy Thompson (1860–1948), that immensely learned zoologist, classicist, and mathematician, made a remark that seems trite, even tautological, but it actually provokes thought. ‘Everything is the way it is because it got that way.’ The solar system is the way it is because the laws of physics turned a cloud of gas and dust into a spinning disc, which then condensed to form the sun, plus orbiting bodies rotating in the same plane as each other and in the same direction, marking the plane of the original disc. The moon is the way it is because a titanic bombardment of Earth 4.5 billion years ago hived off into orbit a great quantity of matter, which then was pulled and kneaded by gravity into a sphere. The moon’s initial rotation later slowed, in a phenomenon called ‘tidal locking’, such that we only ever see one face of it. More minor bombardments disfigured the moon’s surface with craters. Earth would be pockmarked in the same way but for erosive and tectonic obliteration. A sculpture is the way it is because a block of Carrara marble received the loving attention of Michelangelo.

    Why are our bodies the way they are? Partly, like the moon, we bear the scars of foreign insults – bullet wounds, souvenirs of the duellist’s sabre or the surgeon’s knife, even actual craters from smallpox or chickenpox. But these are superficial details. A body mostly got that way through the processes of embryology and growth. These were, in turn, directed by the DNA in its cells. And how did the DNA get to be the way it is? Here we come to the point. The genome of every individual is a sample of the gene pool of the species. The gene pool got to be the way it is over many generations, partly through random drift, but more pertinently through a process of non-random sculpture. The sculptor is natural selection, carving and whittling the gene pool until it – and the bodies that are its outward and visible manifestation – is the way it is.

    Why do I say it’s the species gene pool that is sculpted rather than the individual’s genome? Because, unlike Michelangelo’s marble, the genome of an individual doesn’t change. The individual genome is not the entity that the sculptor carves. Once fertilisation has taken place, the genome remains fixed, from zygote right through embryonic development, to childhood, adulthood, old age. It is the gene pool of the species, not the genome of the individual, that changes under the Darwinian chisel. The change deserves to be called sculpting to the extent that the typical animal form that results is an improvement. Improvement doesn’t have to mean more beautiful like a Rodin or a Praxiteles (though it often is). It means only getting better at surviving and reproducing. Some individuals survive to reproduce. Others die young. Some individuals have lots of mates. Others have none. Some have no children. Others a swarming, healthy brood. Sexual recombination sees to it that the gene pool is stirred and shaken. Mutation sees to it that new genetic variants are fed into the mingling pool. Natural selection and sexual selection see to it that, as generation succeeds generation, the shape of the average genome of the species changes in constructive directions.

    Unless we are population geneticists, we don’t see the shifting of the sculpted gene pool directly. Instead, we observe changes in the average bodily form and behaviour of members of the species. Every individual is built by the cooperative enterprise of a sample of genes taken from the current pool. The gene pool of a species is the ever-changing marble upon which the chisels, the fine, sharp, exquisitely delicate, deeply probing chisels of natural selection, go to work.

    A geologist looks at a mountain or valley and ‘reads’ it, reconstructs its history from the remote past through to recent times. The natural sculpting of the mountain or valley might begin with a volcano, or tectonic subduction and upthrust. The chisels of wind and rain, rivers and glaciers then take over. When a biologist looks at fossil history, she sees not genes but things that eyes are equipped to see: progressive changes in average phenotype. But the entity being carved by natural selection is the species gene pool.

    The existence of sexual reproduction confers on The Species a very special status not shared by other units in the taxonomic hierarchy – genus, family, order, class, etc. Why? Because sexual recombining of genes – shuffling the pack (American deck) – takes place only within the species. That is the very definition of ‘species’. And it leads me to the second metaphor in the title of this section: the species as averaging computer.

    The genetic book of the dead is a written description of the world of no particular ancestral individual more than another. It is a description of the environments that sculpted the whole gene pool. Any individual whom we examine today is a sample from the shuffled pack, the shaken and stirred gene pool. And the gene pool in every generation was the result of a statistical process averaged over all those individual successes and failures within the species. The species is an averaging computer. The gene pool is the database upon which it works.

    2 ‘Paintings’ and ‘Statues’

    When, like that Mojave Desert lizard, an animal has its ancestral home painted on its back, our eyes give us an instant and effortless readout of the worlds of its forebears, and the hazards that they survived. Here’s another highly camouflaged lizard. Can you see it on its background of tree bark? You can, because the photograph was taken in a strong light from close range. You are like a predator who has had the good fortune to stumble upon a victim under ideal seeing conditions. It is such close encounters that exerted the selection pressure to put the finishing touches to the camouflage’s perfection. But how did the evolution of camouflage get its start? Wandering predators, idly scanning out of the corner of their eye, or hunting when the light was poor, supplied the selection pressures that began the process of evolution towards tree bark mimicry, back when the incipient resemblance was only slight. The intermediate stages of camouflage perfection would have relied upon intermediate seeing conditions. There’s a continuous gradient of available conditions, from ‘seen at a distance, in a poor light, out of the corner of the eye, or when not paying attention’ all the way up to ‘close-up, good light, full-frontal’. The lizard of today has a detailed, highly accurate ‘painting’ of tree bark on its back, painted by genes that survived in the gene pool because they produced increasingly accurate pictures.

    We have only to glance at this frog to ‘read’ the environment of its ancestors as being rich in grey lichen. Or, in another of Chapter 1’s formulations, the frog’s genes ‘bet’ on lichen. I intend ‘bet’ and ‘read’ in a sense that is close to literal. It requires no sophisticated techniques or apparatus. The zoologist’s eyes are sufficient. And the Darwinian reason for this is that the painting is designed to deceive predatory eyes that work in the same kind of way as the zoologist’s own eyes. Ancestral frogs survived because they successfully deceived predatory eyes similar to the eyes of the zoologist – or of you, vertebrate reader.

    In some cases, it is not prey but predators whose outer surface is painted with the colours and patterning of their ancestral world, the better to creep up on prey unseen. A tiger’s genes bet on the tiger being born into a world of light and shade striped by vertical stems. The zoologist examining the body of a snow leopard could bet that its ancestors lived in a mottled world of stones and rocks, perhaps a mountainous region. And its genes place a future bet on the same environment as cover for its offspring.

    By the way, the big cat’s mammalian prey might find its camouflage more baffling than we do. We apes and Old World monkeys have trichromatic vision, with three colour-sensitive cell types in our retinas, like modern digital cameras. Most mammals are dichromats: they are what we would call red-green colour-blind. This probably means they’d find a tiger or snow leopard even harder to distinguish from its background than we would. Natural selection has ‘designed’ the stripes of tigers, and the blotches of snow leopards, in such a way as to fool the dichromat eyes of their typical prey. They are pretty good at fooling our trichromat eyes too.

    Also in passing, I note how surprising it is that otherwise beautifully camouflaged animals are let down by a dead giveaway – symmetry. The feathers of this owl beautifully imitate tree bark. But the symmetry gives the game away. The camouflage is broken.

    I am reduced to suspecting that there must be some deep embryological constraint, making it hard to break away from left-right symmetry. Or does symmetry confer some inscrutable advantage in social encounters? To intimidate rivals, perhaps? Owls can rotate their necks through a far greater angle than we can. Perhaps that mitigates the problem of a symmetrical face. This particular photograph tempts the speculation that natural selection might have favoured the habit of closing one eye because it reduces symmetry. But I suppose that’s too much to hope for.

    Subtly different from ‘paintings’ are ‘statues’. Here the animal’s whole body resembles a discrete object that it is not. A tawny frogmouth or a potoo resembling a broken stump of a tree branch, a stick caterpillar sculpted as a twig, a grasshopper resembling a stone or a clod of dry soil, a caterpillar mimicking a bird dropping, are all examples of animal ‘statues’.

    The working difference between a ‘painting’ and a ‘statue’ is that a painting, but not a statue, ceases to deceive the moment the animal is removed from its natural background. A ‘painted’ peppered moth removed from the light-coloured bark that it resembles and placed on any other background will instantly be seen and caught by a predator. In this photograph, the background is a soot-blackened tree in an industrial area, which is perfect for the dark, melanic mutant of the same species of moth that you may have noticed less immediately by its side. On the other hand, the masquerading Geometrid stick caterpillar photographed by Anil Kumar Verma in India, if placed on any background, would have a good chance of still being mistaken for a stick and overlooked by a predator. That is the mark of a good animal statue.

    Although a statue resembles objects in the natural background, it does not depend for its effectiveness on being seen against that background in the way that a ‘painting’ does. On the contrary, it might be in greater danger. A lone stick insect on a lawn might be overlooked, as a stick that had fallen there. A stick insect surrounded by real sticks might be spotted as the odd one out. When drifting alone, the leafy sea dragon’s resemblance to a wrack might protect it, at least more so than its seahorse cousin whose shape in no way mimics a seaweed. But would this statue be less safe when nestling in a waving bed of real seaweed? It’s a moot question.

    Freshwater mussels of the species Lampsilis cardium have larvae that grow by feeding on blood, which they suck from the gills of a fish. The mussel has to find a way to put its larvae into the fish. It does it by means of a ‘statue’, which fools the fish. The mussel has a brood pouch for very young larvae on the edge of its mantle. The brood pouch is an impressive replica of a pair of small fish, complete with false eyes and false, very fish-like, ‘swimming’ movements. Statues don’t move, so the word ‘statue’ is strictly inappropriate, but never mind, you get the point. Larger fish approach and attempt to catch the dummy fish. What they actually catch – and it does them no good – is a squirt of mussel larvae.

    This highly camouflaged snake from Iran has a dummy spider at the tip of its tail. It may look only half convincing in a still picture. But the snake moves its tail in such a way that it looks strikingly like a spider scuttling about. Very realistic indeed, especially when the snake itself is concealed in a burrow with only the tail tip visible. Birds swoop down on the spider. And that is the last thing they do. It is worth reflecting on how remarkable it is that such a trick has evolved by natural selection. What might the intermediate stages have looked like? How did the evolutionary sequence get started? I suppose that, before the tip of the tail looked anything like a spider, simply waggling it about was somewhat attractive to birds, who are drawn to any small moving object.

    Both ‘paintings’ and ‘statues’ are easy-to-read descriptions of ancestral worlds, the environments in which ancestors survived. The stick caterpillar is a detailed description of ancient twigs. The potoo is a perfect model of long-forgotten stumps. Except that they are not really forgotten. The potoo itself is the memory. Twigs of past ages have carved their own likeness into the masquerading body of that caterpillar. The sands of time have painted their collective self-portrait on the surface of this spider, which you may have trouble spotting.

    ‘Where are the snows of yesteryear?’ Natural selection has frozen them in the winter plumage of the willow ptarmigan.

    The leaf-tailed gecko recalls to our minds, though not his, the dead leaves among which his ancestors lived. He embodies the Darwinian ‘memory’ of generations of leaves that fell long before men arrived in Madagascar to see them, probably long before men existed anywhere.

    The green katydid (long-horned grasshopper) has no idea that it embodies a genetic memory of green mosses and fronds over which its ancestors walked. But we can read at a glance that this is so. Same with this adorable little Vietnamese mossy frog.

    Statues don’t always copy inanimate objects like sticks or pebbles, dead leaves, or tree branch stubs. Some mimics pretend to be poisonous or distasteful models, and inconspicuous is precisely what they are not. At first glance you might think this was a wasp and hesitate to pick it up. It’s actually a harmless hoverfly. The eyes give it away. Flies have bigger compound eyes than wasps. This feature is probably written in a deep layer of palimpsest that, for some reason, is hard to over-write. The largest anatomical difference between flies and wasps – two wings rather than four (the feature that gives the fly Order its Latin name, Diptera) – is perhaps also difficult to over-write. But maybe, too, that potential clue is hard to notice. What predator is going to take the time to count wings?

    Real wasps, the models for the hoverfly mimicry, are not trying to hide. They’re the opposite of camouflaged. Their vividly striped abdomen shouts ‘Beware! Don’t mess with me!’ The hoverfly is shouting the same thing, but it’s a lie. It has no sting and would be good to eat if only the predator dared to attack it. It is a statue, not a painting, because its (fake) warning doesn’t depend on the background. From our point of view in this book, we can read its stripes as telling us that the ecology of its ancestors contained dangerous yellow-and-black stripy things, and predators that feared them. The fly’s stripes are a simulacrum of erstwhile wasp stripes, painted on its abdomen by natural selection. Yellow and black stripes on an insect reliably signify a warning – either true or false – of dire consequences to would-be attackers. The beetle to the right is another, especially vivid example.

    If you came face to face with this, peering at you through the undergrowth, would you start back, thinking it was a snake?

    It isn’t peering and it isn’t a snake. It’s the chrysalis of a butterfly, Dynastor darius, and chrysalises don’t peer. As a fine pretence of the front end of a snake, it’s well calculated to frighten. Never mind that rational second thoughts could calculate that it’s a bit on the small side to be a dangerous snake. There exists a distance – still close enough to be worrying – at which a snake would look that small. Besides, a panicking bird has no time for second thoughts. One startled squawk and it’s away. Having more time for reflection, the Darwinian student of the genetic book of the dead will read the caterpillar’s ancestral world as inhabited by dangerous snakes. Some caterpillars, whose rear ends pull the same snake trick, even move muscles in such a way that the fake eyes seem to close and open. Would-be predators can’t be expected to know that snakes don’t do that.

    Eyes are scary in themselves. That’s why some moths have eyespots on their wings, which they suddenly expose when surprised by a predator. If you had good reason to fear tigers or other members of the cat family, might you not start back in alarm if suddenly confronted with this, the so-called owl moth of South East Asia?

    There exists a distance – a dangerous distance – at which a tiger or a leopard would present a retinal image the same size as a close-up moth. OK, it doesn’t look very like any particular member of the cat family to our eyes. But there’s plenty of evidence that animals of various species respond to dummies that bear only a crude resemblance to the real thing – scarecrows are a familiar example, and there’s lots of experimental evidence as well. Black-headed gulls respond to a model gull head on the end of a stick, as though it were a whole real gull. A shocked withdrawal might be all it takes to save this moth.

    I am amused to learn that eyes painted on the rumps of cattle are effective in deterring predation by lions.

    We could call it the Babar effect, after Jean de Brunhoff’s lovable and wise King of the Elephants, who won the war against the rhinoceroses by painting scary eyes on elephant rumps.

    What on Earth is this? A dragon? A nightmare devil horse? It is in fact the caterpillar of an Australian moth, the pink underwing. The spectacular eye and teeth pattern is not visible when the caterpillar is at rest. It is screened by folds of skin. When threatened, the animal pulls back the skin screen to unveil the display, and, well, all I can say is that if I were a would-be predator, I wouldn’t hang about.

    PHOTO: HUSEIN LATIF

    The scariest false face I know? It’s a toss-up between the octopus on the left and the vulture on the right. The real eyes of the octopus can just be seen above the inner ends of the ‘eyebrows’ of the large, prominent false eyes. You can find the real eyes of the Himalayan griffon vulture if you first locate the beak and hence the real head. The false eyes of the octopus presumably deter predators. The vulture seems to use its false face to intimidate other vultures, thereby clearing a path through a crowd around a carcase.

    Some butterflies have a false head at the back of the wings. How might this benefit the insect? Five hypotheses have been proposed, of which the consensus favourite is the deflection hypothesis: birds are thought to peck at the less vulnerable false head, sparing the real one. I slightly prefer a sixth idea, that the predator expects the butterfly to take off in the wrong direction. Why do I prefer it? Perhaps because I am committed to the idea that animals survive by predicting the future.

    Paintings and statues aimed at fooling predators constitute the nearest approach achieved by any book of the dead to a literal readout, a literal description of ancestral worlds. And the aspect of this that I want to stress is its astounding accuracy and attention to detail. This leaf insect even has fake blemishes. The stick caterpillar (here) has fake buds.

    I see no reason why the same scrupulous attention to detail should not pervade less literal, less obvious parts of the readout. I believe the same detailed perfection is lurking, waiting to be discovered, in internal organs, in brain-wiring of behaviour, in cellular biochemistry, and other more indirect or deeply buried readings that can be dug out if only we could develop the tools to do so. Why should natural selection escalate its vigilance specifically for the external appearance of animals? Internal details, all details, are no less vital to survival. They are equally subject to becoming written descriptions of past worlds, albeit written in a less transparent script, harder to decipher than this chapter’s superficial paintings and statues. The reason paintings and statues are easier for us to read than internal pages of the genetic book of the dead is not far to seek. They are aimed at eyes, especially predatory eyes. And, as already pointed out, predatory eyes, vertebrate ones at least, work in the same way as our eyes. No wonder it is camouflage and other versions of painting and sculpture that most impress us among all the pages of the book of the dead.

    I believe the internally buried descriptions of ancestral worlds will turn out to have the same detailed perfection as the externally seen paintings and statues. Why should they not? The descriptions will just be written less literally, more cryptically, and will require more sophisticated decoding. As with the ear’s decoding of Chapter 1’s spoken word ‘sisters’, the paintings and statues of this chapter are effortlessly read pages from books of the dead. But just as the ‘sisters’ waveform, when presented in the recalcitrant form of binary digits, will eventually yield to analysis, so too will the non-obvious, non-skin-deep details of animals and their genes. The book of the dead will be read, even down to minute details buried deep inside every cell.

    This is my central message, and it will bear repeating here. The fine-fingered sculpting of natural selection works not just on the external appearance of an animal such as a stick caterpillar, a tree-climbing lizard, a leaf insect or a tawny frogmouth, where we can appreciate it with the naked eye. The Darwinian sculptor’s sharp chisels penetrate every internal cranny and nook of an animal, right down to the sub-microscopic interior of cells and the high-speed chemical wheels that turn therein. Do not be deceived by the extra difficulty of discerning details more deeply buried. There is every reason to suppose that painted lizards or moths, and moulded potoos or caterpillars, are the outward and visible tips of huge, concealed icebergs. Darwin was at his most eloquent in expressing the point.

    It may be said that natural selection is daily and hourly scrutinising, throughout the world, every variation, even the slightest; rejecting that which is bad, preserving and adding up all that is good; silently and insensibly working, whenever and wherever opportunity offers, at the improvement of each organic being in relation to its organic and inorganic conditions of life. We see nothing of these slow changes in progress, until the hand of time has marked the long lapse of ages, and then so imperfect is our view into long past geological ages, that we only see that the forms of life are now different from what they formerly were.

    3 In the Depths of the Palimpsest

    It’s all very well for me to say an animal is a readout of environments from the past, but how far into the past do we go? Every twinge of lower-back pain reminds us that our ancestors only 6 million years ago walked on all fours. Our mammalian spine was built over hundreds of millions of years of horizontal existence when the working body depended on it – depended in the literal sense of hanging from it. The human spine was not ‘meant’ to stand vertically, and it understandably protests. Our human palimpsest has ‘quadruped’ boldly written in a firm hand, then over-written all too superficially – and sometimes painfully – with the tracery of a new description – biped. Parvenu, Johnny-come-lately biped.

    The skin of Chapter 1’s Mojave horned lizard proclaimed to us an ancestral world of sandy, stony desert, but that world was presumably recent. What can we read from the palimpsest about earlier environments? Let’s begin by going back a very long way. As with all vertebrates, lizard embryos have gill arches that speak to us of ancestral life in water. As it happens, we have fossils to tell us that the watery scripts of all terrestrial vertebrates, including lizards, date back to Devonian times and then back to life’s marine beginning. The poetic point has often been made – I associate it with that salty, larger-than-life intellectual warrior JBS Haldane – that our saline blood plasma is a relic of Palaeozoic seas. In a 1940 essay called ‘Man as a Sea Beast’, Haldane notes that our plasma is similar in chemical composition to the sea but diluted. He takes this as an indication, not a very strong one in my reluctant opinion (‘reluctant’ because I like the idea), that Palaeozoic seas were less salty than today’s:

    As the sea is always receiving salt from the rivers, and only occasionally depositing it in drying lagoons, it becomes saltier from age to age, and our plasma tells us of a time when it possessed less than half its present salt content.

    The phrase ‘tells us of a time’ resonates congenially with the title of this book. Haldane goes on:

    we pass our first nine months as aquatic animals, suspended in and protected by a salty fluid medium. We begin life as salt-water animals.

    Whatever the plausibility of Haldane’s inference about changing salinity, what is undeniable is this. All life began in the sea. The lowest level of palimpsest tells a story of water. After some hundreds of millions of years, plants and then a variety of animals took the enterprising step out onto the land. Following Haldane’s fancy, we could say they eased the journey by taking their private sea water with them in their blood. Animal groups that independently took this step include scorpions, snails, centipedes and millipedes, spiders, crustaceans such as woodlice and land crabs, insects (who later took a further giant leap into the air) and a range of worms who, however, never stray far from moisture to this day. All these animals have ‘dry land’ inscribed on top of the deeper marine layers of palimpsest. Of special interest to us as vertebrates, the lobefins, a group of fish represented today by lungfish and coelacanths, crawled out of the sea, perhaps initially only in search of water elsewhere but eventually to take up permanent residence on dry land, in some cases very dry indeed. Intermediate palimpsest scripts tell of juvenile life in water (think tadpole) accompanying adult emergence on land.

    That all makes sense. There was a living to be made on land. The sun showers the land with photons, no less than the surface of the sea. Energy was there for the taking. Why wouldn’t plants take advantage of it via green solar panels, and then animals take advantage of it via plants? Do not suppose that a mutant individual suddenly found itself fully equipped genetically for life on land. More probably, individuals of an enterprising disposition made the first uncomfortable moves. This was perhaps rewarded by a new source of food. We can imagine them learning to make brief, snatch-and-grab forays out of water. Genetic natural selection would have favoured individuals who were especially good at learning the new ploy. Successive generations would have become better and better at learning it, spending less and less time in the sea.

    The general name for learned behaviour becoming genetically incorporated is the Baldwin Effect. Though I won’t discuss it further here, I suspect that it’s important in the evolution of major innovations generally, perhaps including the first moves towards defying gravity in flight. In the case of the lobe-finned fishes who left the water in the Devonian era around 400 million years ago, there are various theories for how it happened. One that I like was proposed by the American palaeontologist AS Romer. Recurrent drought would have stranded fishes in shrinking pools. Natural selection favoured individuals able to leave a doomed pool and crawl overland to find another one. A point in strong favour of the theory is that there would have been a continuous range of distances separating the pools. At the beginning of the evolutionary progression, a fish could save its life by crawling to a neighbouring pool only a short distance away. Later in evolution, more distant pools could be reached. All evolutionary advances must be gradual. A suffocating fish’s ability to exploit air requires physiological modification. Major modification cannot happen in one fell swoop. That would be too improbable. There has to be a gradient of step-by-step small improvement. And a gradient of distances between pools, some near, some a bit further, some far, is exactly what is needed. We shall meet the point again in Chapter 6 and the astonishingly rapid evolution of Cichlid fishes in Lake Victoria. Unfortunately, Romer prefaced his theory by quoting evidence that the Devonian was especially prone to drought. When this evidence was called into question, Romer’s whole theory suffered in appreciation. Unnecessarily so.

    In whatever way the move to the land happened, profound re­design became necessary. Water really is a very different environment from airy land. For animals, the move out of water was accompanied by radical changes in anatomy and physiology. Watery scripts at the base of the palimpsest had to be comprehensively over-written. It is the more surprising that a large number of animal groups later went into reverse, throwing their hard-won retooling to the winds as they trooped back into the water. Among invertebrates, the list includes pond snails, diving bell spiders, and water beetles. The water that they re-invaded is fresh water, not sea. But some vertebrate returnees, notably whales (including dolphins), sea cows, sea snakes, and turtles, went right back into the salted marine world that their ancestors had taken such trouble to leave.

    Seals, sea lions, walruses, and their kin, also Galapagos marine iguanas, only partially returned to the sea, to feed. They still spend much time on land, and breed on land. So do penguins, whose streamlined athleticism in the sea is bought at the cost of risible maladroitness on land. You cannot be a master of all trades. Sea turtles laboriously haul themselves out on land to lay eggs. Otherwise, they totally recommitted to the sea. As soon as baby turtles hatch in the sand, they lose no time in racing down the beach to the sea. Lots of other land vertebrates moved part-time into fresh water, including snakes, crocodiles, hippos, otters, shrews, tenrecs, rodents such as water voles and beavers, desmans (a kind of mole), yapoks (water opossums), and platypuses. These still spend a good deal of time on land, taking to the water mainly to feed.

    Sea turtle

    You might think that returnees to water would unmask the lower layers of palimpsest and rediscover the designs that served their ancestors so well. Why don’t whales, why don’t dugongs, have gills? Their embryos, like the embryos of all mammals, even have the makings of gills. It would seem the most natural thing in the world to dust off the old script and press it into service again. That doesn’t happen. It’s almost as though, having gone to such trouble to evolve lungs, they were reluctant to abandon them, even if, as you might think, gills would serve them better. Given gills, they wouldn’t have to keep coming to the surface to breathe. But rather than revive the gill, what they did was stick loyally to the lung, even at the cost of profound modifications to the whole air-breathing system, to accommodate the return to water.

    They changed their physiology in extreme ways such that they can stay under water for over an hour in some cases. When whales do come to the surface, they can exchange a huge volume of air very quickly in one roaring gulp before submerging again. It’s tempting to toy with the idea of a general rule stating that old scripts from lower down the palimpsest cannot be revived. But I can’t see why this should in general be true. There has to be a more telling reason. I suspect that, having committed their embryological mechanics to air-breathing lungs, the repurposing of gills would be a more radical embryological upheaval, more difficult to achieve than rewriting superficial scripts to modify the air-breathing equipment.

    Sea snakes don’t have gills, but they obtain oxygen from water through an exceptionally rich blood supply in the head. Again, they went for a new solution to the problem, rather than revive the old one. Some turtles obtain a certain amount of oxygen from water via the cloaca (waste disposal plus genital opening), but they still have to come to the surface to breathe air into their lungs.

    Steller’s sea cow

    Never parted from the buoyant support of water, whales are freed to evolve in massively (indeed so) different directions from their terrestrial ancestors. The blue whale is probably the largest animal that ever lived. Steller’s sea cows (see previous page), extinct relatives of dugongs and manatees, reached lengths of 11 metres and masses of 10 tonnes, larger than minke whales. They were hunted to extinction in the eighteenth century, soon after Steller first saw them. Like whales, sea cows breathe air, having failed to rediscover anything equivalent to the gills of their earlier ancestors. For reasons just discussed, that word ‘failed’ may be ill-advised.

    Ichthyosaurs were reptilian contemporaries of the dinosaurs, with fins and streamlined bodies, and with powerful tails, which were their main engines of propulsion: like dolphins, except that ichthyosaur tails would have moved from side to side rather than up and down. The ancestors of whales and dolphins had already perfected the mammalian galloping gait on land, and the up-and-down motion of dolphin flukes was naturally derived from it. Dolphins ‘gallop’ through the water, unlike ichthyosaurs, who would have swum more like fish. Otherwise, ichthyosaurs looked like dolphins and they probably lived pretty much like dolphins. Did they leap exuberantly into the air – wonderful thought – wagging their tails like dolphins (but from side to side)? They had big eyes, from which we might guess that they probably didn’t rely on sonar as the small-eyed dolphins do. Ichthyosaurs gave birth to live babies in the sea, as we know from a fossil ichthyosaur who unfortunately died during the act of giving birth (see above). Unlike turtles, but like dolphins and sea cows, ichthyosaurs were fully emancipated from their terrestrial heritage. So were plesiosaurs, for there’s evidence that they were livebearers too. Given that viviparity has evolved, according to one authoritative estimate, at least 100 times independently in land reptiles, it seems surprising that sea turtles, buoyant in water but painfully heavy on land, still labour up the sands to lay eggs. And that their babies, when they hatch, are obliged to flap their perilous way down to the sea, running a gauntlet of gulls, frigate birds, foxes, and even marauding crabs.

    Ichthyosaur died while giving birth

    Sea turtles revert to land to lay their eggs, in holes that they dig in a sandy beach. And an arduous exertion it is, for they are woefully ill-equipped to move out of water. Seals, sea lions, otters, and many other mammals whom we’ll discuss in a moment, spend part of their time in water and are adapted to swimming rather than walking, which makes them clumsy on land, though less so than sea turtles. As already remarked, the same is true of penguins, who are champions in water but comically awkward on land. Galapagos marine iguanas are proficient swimmers, but they can manage a surprising turn of speed on land too, when fleeing snakes. All these animals show us what the intermediates might have been like, on the way to becoming dedicated mariners like whales, dugongs, plesiosaurs, and ichthyosaurs.

    Tortles and turtoises – a tortuous trajectory

    Turtles and tortoises are of special interest from the palimpsest point of view, and they deserve special treatment. But first I have to dispel a confusing quirk of the English language. In British common usage, turtles are purely aquatic, tortoises totally terrestrial. Americans call them all turtles, tortoises being those turtles that live on land. In what follows, I’ll try to use unambiguous language that won’t confuse readers from either of the two nations ‘separated by a common language’. I’ll sometimes resort to ‘chelonians’ to refer to the entire group.

    Land tortoises, as we shall see, are almost unique in that their palimpsest chronicles a double doubling-back during the long course of their evolution. Their fish ancestors, along with the ancestors of all land vertebrates including us, left the sea in Devonian times, around 400 million years ago. After a period on land they then, like whales and dugongs, like ichthyosaurs and plesiosaurs, returned to the water. They became sea turtles. Finally, uniquely, some aquatic turtles came back to the land and became our modern dry-land (in some cases very dry indeed) tortoises. This is the ‘double doubling-back’ that I mentioned. But how do we know? How has the uniquely complicated palimpsest of land tortoises been deciphered?

    We can draw a family tree of extant chelonians, using all available evidence including molecular genetics. The diagram below is adapted from a paper by Walter Joyce and Jacques Gauthier. Aquatic groups are shown in blue, terrestrial in orange. I’ve taken the liberty of colouring the ‘ancestral’ blobs blue when the majority of their descendant groups are blue. Today’s land tortoises constitute a single branch, nested among branches consisting of aquatic turtles.

    This suggests that modern land tortoises, unlike most land reptiles and mammals, have not stayed on land continuously since their fish ancestors (who were also ours) emerged from the sea. Land tortoises’ ancestors were among those who, like whales and dugongs, went back to the water. But, unlike whales and dugongs, they then re-emerged back onto the land. I suppose this means I should reluctantly admit that American terminology has something going for it. As it turns out, what we British call tortoises are just sea turtles who turned turtle and returned to the land. They’re terrestrial turtles. No, I can’t do it. My upbringing leads me to go on calling them tortoises, but I’ll curb my tendency to wince at a phrase like ‘desert turtles’. In any case, what is interesting from the point of view of the genetic book of the dead is this: where reversals are concerned, land tortoises appear to have the most complicated palimpsests of all, with the largest number of almost perverse-seeming reversals.

    Modern land tortoise

    Moreover, it appears that our modern land tortoises may not be the first of their kind to achieve this remarkable double doubling-back. What looks like an earlier case occurred in the Triassic era. Two genera, Proganochelys and Palaeochersis, date way back to the first great age of dinosaurs, indeed long before the more spectacular and famous giant dinosaurs of the Jurassic and Cretaceous. It appears that they lived on land. How can we know? This is a good opportunity to return to our ‘future scientist’ SOF, faced with an unknown animal, and invite her to ‘read’ its environment from its skeleton. Fossils present the challenge in earnest because we can’t watch them living – whether swimming or walking – in their environment.

    Proganochelys

    So, what might SOF say of those enigmatic fossils, Proganochelys and Palaeochersis? Their feet don’t look like swimming flippers. But can we be more scientific about this? Joyce and Gauthier, whom we’ve already met, used a method that can point the way for anyone who wants to quantitatively decipher the genetic book of the long dead. They took seventy-one living species of chelonians whose habitat is known, and made three key measurements of their arm bones, the humerus (upper arm), the ulna (one of the two forearm bones), and the hand, as a percentage of total arm length. They plotted them on triangular graph paper. Triangular plotting makes convenient use of a proof in Euclidean geometry. From any point inside an equilateral triangle, the lengths of perpendiculars dropped to the three sides add up to the same value. This provides a useful technique for displaying three variables when the three are proportions that add up to a fixed number such as one, or percentages that add up to 100. Each coloured point represents one of the seventy-one species. The perpendicular distances of a point from each of the three lines of the big triangle represent the lengths of their three skeletal measurements. And when you colour-code the species according to whether they live in water or on land, something significant leaps off the page. The coloured points elegantly separate out. Blue points represent species living in water, yellow points species living on land. Green points represent genera that spend time in both environments and they, satisfyingly, occupy the region between the blues and yellows.

    So now, the interesting question is, where do the two ancient fossil species, Palaeochersis and Proganochelys, fall? They are represented by the two red stars. And there’s little doubt about it. The red stars fall among the yellow points, the dry-land species of modern tortoises. They were terrestrial tortoises. The two stars fall fairly close to the green points, so maybe they didn’t stray far from water. This kind of method shows one way in which our hypothetical SOF might ‘read’ the environment of any hitherto unknown animal – and hence read the environment in which its ancestors were naturally selected. No doubt SOF will have more advanced methods at her disposal, but studies such as this one might point the way.

    Palaeochersis and Proganochelys, then, were landlubbers. But had they stayed on land ever since their (and our) fishy ancestors crawled out of the sea? Or did they, like modern land tortoises, number sea turtles among their forebears? To help decide this, let’s look at another fossil. Odontochelys semitestacea lived in the Triassic, like Palaeochersis and Proganochelys but earlier. It was about half a metre long, including a long tail, which modern chelonians lack. The ‘Odonto’ in the generic name records the fact that it had teeth, unlike all modern chelonians, who have something more like a bird’s beak. And the specific name semitestacea testifies to its having only half a shell. It had a ‘plastron’, the hard shell that protects the belly of all chelonians, but it lacked the domed upper shell. The ribs, however, were flattened like those that support the shell in a normal chelonian.

    The fossil was discovered in China and described by a group of scientists led by Li Chun. They believe Odontochelys, or something like it, is ancestral to all chelonians and that the turtle shell evolved ‘from the bottom up’. They referred to the Joyce and Gauthier paper on forelimb proportions and concluded that Odontochelys was aquatic. In case you’re wondering what was the use of half a shell, sharks (who have been around since long before any of this story) often attack from below, so the armoured belly might have been anti-shark. If we accept this interpretation, it again suggests that the chelonian shell evolved in water. Against land predators we would not expect that the breastplate should be the first piece of armour to evolve. Quite the reverse. Odontochelys was probably something like a swimming lizard, a sort of Galapagos marine iguana but armoured with a large ventral breastplate.

    Although it’s controversial, the Chinese scientists favour the view that an aquatic turtle like Odontochelys, with its half shell, was ancestral to chelonians. Like all reptiles, it would have been descended from terrestrial, lizard-like ancestors, perhaps something like Pappochelys. If they are right that the chelonian shell evolved, Odontochelys-style, from the bottom up in shark-infested waters, what can we say about Palaeochersis and Proganochelys out on the land?

    Odontochelys

    It would seem that these represent an earlier emergence from water, an earlier incarnation of doubling-back terrestrial tortoises, to parallel today’s behemoths of Galapagos and Aldabra, who evolved from a later generation of aquatic turtles. In any case, the group we know as land tortoises stand as poster child for the very idea of an elaborate palimpsest. Not only did they leave the water for the land, return to water, and then double back onto the land again. They may even have done it twice! The doubling-back was achieved first by the likes of Proganochelys, and then again, independently, by our modern land tortoises. Maybe some went back to water yet again. It wouldn’t surprise me if some freshwater terrapins represent such a triple reversal, but I know of no evidence. Even one doubling-back is remarkable enough.

    Pappochelys

    If this giant Galapagos tortoise could sing a Homeric epic of its ancestors, its DNA-scored Odyssey would range from ancient legends of Devonian fishes, through lizard-like creatures roaming Permian lands, back to the sea with Mesozoic turtles, and finally returning to the land a second time. Now that’s what I call a palimpsest!

    Giant Galapagos tortoise

    Who Sings Loudest

    I said in Chapter 1 that the palimpsest chapter would return to the question of the relative balance between recent scripts and ancient ones. It is time to do so. You might conjecture something like the scriptural rule for internal Koranic contradictions: later verses supersede earlier ones. But it’s not as simple as that. In the genetic book of the dead, older scripts of the palimpsest can amount to ‘constraints on perfection’.

    Famous cases of evolutionary bad design, such as the vertebrate retina being installed back to front, or the wasteful detour of the laryngeal nerve (see below), can be blamed on historical constraints of this kind.

    ‘Can you tell me the way to Dublin?’

    ‘Well, I wouldn’t start from here.’

    The joke is familiar to the point of cliché, but it strikes to the heart of our palimpsest priority question. Unlike an engineer who can go back to the drawing board, evolution always has to ‘start from here’, however unfavourable a starting point ‘here’ may be. Imagine what the jet engine would look like if the designer had had to start with a propellor engine on his drawing board, which he then had to modify, step by tinkering step, until it became a jet engine. An engineer starting with the luxury of a clean drawing board would never have designed an eye with the ‘photocells’ facing backwards, and their output ‘wires’ being obliged to travel over the surface of the retina and eventually dive through it in a blind spot on their way to the brain. The blind spot is worryingly large, although we don’t notice it because the brain, in building its constrained virtual reality model of the world, cunningly fills in a plausible replacement for the missing patch on the visual field. I suppose such guesswork could be dangerous if a hazard happened to fall on the blind spot at a crucial moment. But this piece of bad design is buried deep in embryology. To change it in order to make the end product more sensible would require a major upheaval early in the embryonic development of the nervous system. And the earlier in embryology it is, the more radical and difficult to achieve. Even if such an upheaval could at length be achieved, the intermediate evolutionary stages on the way to the ultimate improvement would probably be fatally inferior to the existing arrangement, which works, after all, pretty well. Mutant individuals who began the long trek to ultimate improvement would be out-competed by rivals who coped adequately with the status quo. Indeed, in the hypothetical case of reforming the retina, they would probably be totally blind.

    You can call the backwards retina ‘bad design’ if you wish. It’s a legacy of history, a relic, an older palimpsest script partially over-written. Another example is the tail of humans and other apes, prominent in the embryo, shrunk to the coccyx in the adult. Also faintly traced in the palimpsest is our sparse covering of hair. Once useful for heat insulation, it is now reduced to a relic, still retaining its now almost pointless erectile properties in response to cold or emotion.

    The recurrent laryngeal nerve in a mammal or a reptile serves the larynx. But instead of going directly to its destination, it shoots straight past the larynx, on its way down the neck into the chest, where it loops around a major artery and then rushes all the way back up the neck to the larynx. If you think of it as design, this is obviously rotten design. The length of the detour in the giant dinosaur Brachiosaurus would have been about 20 metres. In a giraffe it is still impressive, as I witnessed at first hand when, for a Channel Four documentary called Inside Nature’s Giants, I assisted in the dissection of a giraffe, who had unfortunately died in a zoo. Who knows what inefficiencies or outright errors might have resulted from the transmission delay that such a detour must have imposed. But natural selection is not wantonly silly. It wasn’t originally bad design in our fishy ancestors when the nerve in question went straight to its end organ – not larynx, for fish don’t have a larynx. Fish don’t have a neck either. When the neck started to lengthen in their land-dwelling descendants, the marginal cost of each small lengthening of the detour was small compared to what would have been the major cost of radically reforming embryology to re-route the nerve along a ‘sensible’ path, the other side of the artery. Mutant individuals who began the embryologically radical evolutionary journey towards re-routing the laryngeal nerve would have been out-competed by rival individuals who made do with the working status quo. There’s a very similar example in the routing of the tube connecting testis to penis. Instead of taking the most direct route, it loops over the tube connecting kidney to bladder: an apparently pointless detour. Once again, the bad design is a constraint buried deep in embryology and deep in history.

    Recurrent laryngeal nerve

    ‘Buried deep in embryology and deep in history’ is another way of saying ‘buried deep under layers of younger scripts in the palimpsest’. Far from a ‘Koranic’ type of rule in which ‘Later trumps Earlier’, we might be tempted to toy with the reverse, ‘Earlier trumps Later’. But that won’t do either. The selection pressures that winnowed our recent ancestors are probably still in force today. So, to change the metaphor from a book to a cacophony of voices, the youngest voice, in its youthful vigour, might have something of a built-in advantage. Not an overriding advantage, however. I’d be content with the more cautious claim that the genetic book of the dead is a palimpsest made up of scripts ranging from very old to very young and including all intermediates between. If there are general rules governing relative prominence of old versus young or intermediate, they must wait for later research.

    Biologists have long recognised morphological features that lie conservatively in basal layers of the palimpsest. An example is the vertebrate skeleton: the dorsally placed spinal column, with a skull and tail at the two ends, the column made of serially segmented vertebrae through which runs the body’s main trunk nerve. Then the four limbs that sprout from it, each consisting of a single, typically long bone (humerus or femur) connected to two parallel bones (radius/ulna, tibia/fibula); then a cluster of smaller bones terminating in five digits. It’s always five digits in the embryo, although in the adult some may be reduced or even missing. Horses have lost all but the middle digit, which bears the hoof (a massively enlarged version of our nail). A group of extinct South American herbivores, the Litopterns, included some species, such as Thoatherium (left), which independently evolved almost exactly the same hoofed limb as the horse (right). The two limbs have been drawn the same size for ease of comparison, but Thoatherium was considerably smaller than a typical horse, about the size of a small antelope. Think of the horse in the picture as a Shetland pony!

    LitopternHorse

    Arthropods have a different Bauplan (building plan or body plan), although they resemble vertebrates in their segmented pattern of units repeated fore-and-aft in series. Annelid worms such as earthworms, ragworms, and lugworms also have a segmented body plan, and they share with arthropods the ventral position of the main nerve. This difference in position of the body’s main nerve has led to the provocative speculation that we vertebrates may be descended from a worm who developed the habit of swimming upside down – a habit that has been rediscovered by brine shrimps today. If this is so, the ‘basic’ vertebrate Bauplan may not be quite as basic as we thought.

    Brine shrimp

    But, important and even stately as such morphological bauplans are, morphology has become overshadowed by molecular genetics when it comes to reading the lower layers of biological palimpsests in order to reconstruct animal pedigrees. Here’s a neat little example. South American trees are inhabited by two genera of tree sloths, the two-toed and the three-toed. There was also a giant ground sloth, which went extinct some ten or twelve thousand years ago, just recently enough to supply molecular biologists with DNA. Since the two tree sloths are so alike, in both anatomy and behaviour, it was natural to suppose that they are closely related, descended from a tree-dwelling ancestor quite recently, and more distantly related to the giant ground sloth. Molecular genetics now shows, however, that the two-toed tree sloth is closer to the giant sloth – all 4 tonnes of it – than it is to the three-toed tree sloth.

    Long before modern molecular taxonomy burst onto the scene, morphological evidence aplenty showed us that dolphins are mammals not fish, for all that they look and behave superficially like large fish – mahi-mahi are indeed sometimes called ‘dolphinfish’ or even ‘dolphins’. But although science long knew that dolphins and whales were mammals, no zoologist was prepared for the bombshell released in the late twentieth century by molecular geneticists when they showed, beyond all doubt, that whales sprang from within the artiodactyls, the even-toed, cloven-hoofed ungulates. The closest living cousins of hippos are not pigs, as I was taught as a zoology undergraduate. They are whales. Whales don’t have hooves to cleave. Indeed, their land ancestors probably didn’t actually have cloven hooves, but broad four-toed feet, as hippos do today. Nevertheless, they are fully paid-up members of the artiodactyls. Not even outliers to the rest of the artiodactyls but buried deep within them, closer cousins to hippos than hippos are to pigs or to other animals who actually have cloven hooves. A staggering revelation that nobody saw coming. Molecular gene sequencing may have other shocks in store for us yet.

    Just as a computer disc is littered with fragments of out-of-date documents, animal genomes are littered with genes that must once have done useful work but now are never read. They’re called pseudogenes – not a great name, but we’re stuck with it. They are also sometimes called ‘junk’ genes, but they aren’t ‘junk’ in the sense of being meaningless. They are full of meaning. If they were translated, the product would be a real protein. But they are not translated. The most striking example I know concerns the human sense of smell. It is notoriously poor compared with that of coursing hounds, seal-hunting polar bears, truffle-snuffling sows, or indeed the majority of mammals. You’d be right to credit our ancestors with feats of smell discrimination that would amaze us if we could go back and experience them. And the remarkable fact is that the necessary genes, large numbers of them, are still with us. It’s just that they are never read, never transcribed, never rendered into protein. They’ve become sidelined as pseudogenes. Such older scripts of the DNA palimpsest are not only there. They can be read in total clarity. But only by molecular biologists. They are ignored by the natural reading mechanisms of our cells. Our sense of smell is frustratingly poor compared to what it could be if only we could find a way to turn on those ancient genes that still lurk within us. Imagine the high-flown imagery that mutant wine connoisseurs might unleash. ‘Black cherry offset by new-mown hay in the attack, with notes of lead pencil in the satisfying finish’ would be tame by comparison.

    Hippos are closer cousins to whales than to any other ungulates

    The analogy between genome and computer disc is a more than usually close one. If I invite my computer to list the documents on my hard disc, I see an orderly array of letters, articles, chapters of books, spreadsheets of accounts, music, holiday photos, and so on. But if I were to read the raw data as it is actually laid out on the disc, I would face a phantasmagoria of disjointed fragments. What seems to be a coherent book chapter is made up of here a scrap, there a fragment, dotted around the disc. We think it’s coherent only because system software knows where to look for the next fragment. And when I delete a document, I may fondly imagine it has gone. It hasn’t. It’s still sitting where it was. Why waste valuable computer-time to expunge it? All that happens when you delete a document is that the system software marks its territory on the disc as available to be over-written by other stuff, as and when the space is needed. If the territory is not needed it will not be over-written and the original document, or parts of it, will survive – legible but never actually read – like the smell pseudogenes that we still possess but don’t use. This is why, if you want to remove incriminating documents from your computer, you must take special steps to expunge them completely. Routine ‘deletion’ is not proof against hackers.

    Pseudogenes are a lucid message from the past: a significant part of the genetic book of the dead. If she hadn’t already deduced it from other cues, SOF would know, from the graveyard of dead genes littering the genome, that our ancestors inhabited a world of smells richer than we can imagine. The DNA tombstones are not only there, the lettering on them is more or less clear and distinct. Incidentally, these molecular tombstones are a huge embarrassment to creationists. Why on earth would a Creator clutter our genome with smell genes that are never used?

    This chapter has been mainly concerned with deep layers of the palimpsest, the legacies of more ancient history. In the next four chapters we turn to layers nearer the surface. This amounts to a look at the power of natural selection to override the deep legacies of history. One way to study this is to pick out convergent resemblances between unrelated animals. Another way is ‘reverse engineering’. To which we now turn.

    4 Reverse Engineering

    One of the central messages of this book – that the meticulously detailed perfection we see in the external appearance of animals pervades the whole interior too – obviously rests on an assumption that something approaching perfection is there in the first place. There, and to be expected on Darwinian grounds. It’s an assumption that has been criticised and needs defending, which is the purpose of the next three chapters.

    The most prominent critics of what they called ‘adaptationism’ were Richard Lewontin and Stephen Gould, both at Harvard, both distinguished, in their respective fields of genetics and palaeontology. Lewontin defined adaptationism as ‘That approach to evolutionary studies, which assumes without further proof that all aspects of the morphology, physiology and behavior of organisms are adaptive optimal solutions to problems.’ I suppose I am closer to being an adaptationist than many biologists. But I did devote a chapter of The Extended Phenotype to ‘Constraints on Perfection’. I distinguished six categories of constraint, of which I’ll mention five here.

    1. Time lags (the animal is out of date, hasn’t yet caught up with a changing environment). Quadrupedal relics in the human skeleton supply one example.
    2. Historical constraints that will never be corrected (e.g. recurrent laryngeal nerve, back-to-front retina).
    3. Lack of available genetic variation (even if natural selection would favour pigs with wings, the necessary mutations never arose).
    4. Constraints of costs and materials (even if pigs could use wings for certain purposes, and even if the necessary mutations were forthcoming, the benefits are outweighed by the cost of growing them).
    5. Mistakes due to environmental unpredictability or malevolence (e.g. when a reed warbler feeds a baby cuckoo it is an imperfection from the point of view of the warbler, engineered by natural selection on cuckoos).

    If such constraints are allowed for and admitted, I think I could fairly be called an adaptationist. There remains the point, which will occur to many people, that certain ‘aspects of the morphology, physiology and behavior of organisms’ may be too trivial for natural selection to notice them. They pass under the radar of natural selection. If we are talking about genes as molecular geneticists see them, then it is probably true that most mutations pass unnoticed by natural selection. This is because they are not translated into a changed protein, therefore nothing changes in the organism. They are literally neutral, in the sense of the Japanese geneticist Motoo Kimura, not mutations at all in the functional sense. It’s like changing the font in which an instruction is printed, from Times New Roman to Helvetica. The meaning is exactly the same after the mutation as it was before. But Lewontin had sensibly excluded such cases when he specified ‘morphology, physiology and behavior’. If a mutation affects the morphology, physiology, or behaviour of an animal, it is not neutral in the trivial ‘changing the font’ sense.

    Nevertheless, some people still have an intuitive feeling that many mutations are probably still negligible, even if they really do affect morphology, physiology, or behaviour. Even if there’s a real change visible in the animal’s body, mightn’t it be too trivial for natural selection to bother about? My father used to try to persuade me that the shapes of leaves, say the difference between oak shape and beech shape, couldn’t possibly make any difference. I’m not so sure, and this is where I tend to part company with the sceptics like Lewontin. In 1964, Arthur Cain (my sometime tutor at Oxford) wrote a polemical paper in which he forcefully (some might say too forcefully) argued the case for what he called ‘The Perfection of Animals’. On ‘trivial’ characters, he argued that what seems trivial to us may simply reflect our ignorance. ‘An animal is the way it is because it needs to be’ was his slogan, and he applied it both to so-called trivial characters and to the opposite – fundamental features like the fact that vertebrates have four limbs and insects have six. I think he was on firmer ground where so-called trivial characters were concerned, for instance in the following memorable passage:

    But perhaps the most remarkable functional interpretation of a ‘trivial’ character is given by Manton’s work on the diplopod [a kind of millipede] Polyxenus, in which she has shown that a character formerly described as an ‘ornament’ (and what could sound more useless?) is almost literally the pivot of the animal’s life.

    Even in those cases where the character is very close to being genuinely trivial, natural selection may be a more stringent judge than the human eye. What is trivial to our eyes may still be noticed by natural selection when, in Darwin’s words, ‘the hand of time has marked the long lapse of ages’. JBS Haldane made a relevant hypothetical calculation. He assumed a selection pressure in favour of a new mutation so weak as to seem trivial: for every 1,000 individuals with the mutation who survive, 999 individuals without the mutation will survive. That selection pressure is much too weak to be detected by scientists working in the field. Given Haldane’s assumption, how long will it take for such a new mutation to spread through half the population? His answer was a mere 11,739 generations if the gene is dominant, 321,444 generations if it is recessive. In the case of many animals, that number of generations is an eye-blink by geological standards. A relevant point is that, however seemingly trivial a change may be, the mutated gene has very many opportunities to make a difference – via all the thousands of individuals in whose bodies it finds itself over geological time. Moreover, even though a gene may have only one proximal effect, because embryology is complicated, that one primary effect may ramify. As a result, the gene appears to have many seemingly disconnected effects in different parts of the body. These different effects are called pleiotropic, and the phenomenon is pleiotropism. Even if one of a mutation’s effects was truly negligible, it’s unlikely that all its pleiotropic effects would be.

    With all due recognition to the various constraints on perfection, I think a fair working hypothesis is one that, surprisingly, Lewontin himself expressed, admittedly long before his attacks on adaptationism: ‘That is the one point, which I think all evolutionists are agreed upon, that it is virtually impossible to do a better job than an organism is doing in its own environment.’

    Some biologists prefer to say natural selection produces animals that are just ‘good enough’ rather than optimal. They borrow from economists the term ‘satisficing’, a jargon word that they love to namedrop. I’m not a fan. Competition is so fierce, any animal who merely satisficed would soon be out-competed by a rival individual who went one better than satisficing. Now, however, we have to borrow from engineers the important notion of local optima. If we think of a landscape of perfection where improvement is represented by climbing hills, natural selection will tend to trap animals on the top of the nearest relatively low hill, which is separated from a high mountain of perfection by an impassable valley. Going down into the valley is the metaphor for getting temporarily worse before you can get better. There are various ways, known to both biologists and engineers, whereby hill-climbers can escape local optima and make their way to ‘broad, sunlit uplands’, though not necessarily to the highest peak of all. But I shall leave the topic now.

    Engineers assume that a mechanism designed by somebody for a purpose will betray that purpose by its nature. We can then ‘reverse engineer’ it to discern the purpose that the designer had in mind.

    Reverse engineering is the method by which scientific archaeologists reconstructed the purpose of the Antikythera mechanism, a mesh of cogwheels found in a sunken Greek ship dating from about 80 BC. The intricate gearing was exposed by modern techniques such as X-ray tomography. Its original purpose has been reverse engineered as an ancient equivalent of an analogue computer, designed to simulate the movement of heavenly bodies according to the system of epicycles later associated with Ptolemy.

    Reverse engineering assumes that the object facing us had a purpose in the mind of a competent designer, a purpose that can be guessed. The reverse engineer sets up a hypothesis as to what a sensible designer might have had in mind, then checks the mechanism to see if it fits the hypothesis. Reverse engineering works well for animal bodies as well as for man-made machines. The fact that the latter were deliberately designed by conscious engineers while the former were designed by unconscious natural selection makes surprisingly little difference: a potential for confusion readily exploited by creationists with their characteristically eager appetite for it. The grace of a tiger and of its prey could not easily, it would seem, be bettered:

    What immortal hand or eye
    Could frame thy fearful symmetry.

    Indeed, animals sometimes seem too symmetrically designed, to their own detriment: remember the owl pictured in Chapter 2.

    Darwin had a section of Origin of Species called ‘Organs of extreme perfection and complication’. It’s my belief that such organs are the end products of evolutionary arms races. The term ‘armament race’ was introduced to the evolution literature by the zoologist Hugh Cott in his book on Animal Coloration published in 1940, during the Second World War. As a former officer in the regular army during the First World War, he was well placed to notice the analogy with evolutionary arms races. In 1979, John Krebs and I revived the idea of the evolutionary arms race in a presentation to the Royal Society. Whereas an individual predator and its prey run a race in real time, arm races are run in evolutionary time, between lineages of organisms. Each improvement on one side calls forth a counter-improvement on the other. And so the arms race escalates, until called to a halt, perhaps by overwhelming economic costs, just like military arms races.

    Antelopes could always outrun lions, and vice versa, but only by counter-productive investment of too much ‘capital’ in leg muscles at the expense of other calls on investment in, say, milk production. If the language of ‘investment’ sounds too anthropomorphic, let me translate. Individuals who excel in running speed would be out-competed by slightly slower individuals who divert resources more usefully, from athletic legs into milk. Conversely, individuals who overdo milk production are out-competed by rivals who economise on milk production and put the energy saved into running speed. To quote the economists’ hackneyed saw, there’s no such thing as a free lunch. Trade-offs are ubiquitous in evolution.

    I think arms races are responsible for every biological design impressive enough to, in the words of David Hume’s Cleanthes, ravish ‘into admiration all men who have ever contemplated them’. Adaptations to ice ages or droughts, adaptations to climate change, are relatively simple, less prone to ravish into admiration because climate is not out to get you. Predators are. So are prey, in the indirect sense that, the more success prey achieve at evading capture, the closer their would-be predators come to starvation. Climate doesn’t menacingly change in response to biological evolution. Predators and prey do. So do parasites and hosts. It is the mutual escalation of arms races that drives evolution to Cleanthean heights, such as the feats of mimetic camouflage we met in Chapter 2, or the sinister wiles of cuckoos that will amaze us in Chapter 10.

    And now for a point that at first sight seems negative. Whereas animals look beautifully designed on the outside, as soon as we cut them open, we seem superficially to get a different impression. An untutored spectator of a mammal dissection might fancy it a mess. Intestines, blood vessels, mesenteries, nerves seem to spill out all over the place. An apparent contrast with the sinewy elegance of, say, a leopard or antelope when seen from outside. On the face of it, this might seem to contradict the conclusion of Chapter 2. The central point stated there was that the perfection typical of the outer layer must pervade every internal detail as well. Now compare your heart with the village pump, which seems neatly and simply fit for purpose. Admittedly, the heart is two pumps in one, serving the lungs on the one hand and the rest of the body on the other. But you could be forgiven for wondering whether a more minimally elegant pump might profitably have been designed.

    Each eye sends information to the brain on the opposite side. Muscles on the left side of the body are controlled by the right side of the brain and vice versa. Why? I suppose we are again dealing with ancient scripts long buried in low strata of the palimpsest. Given such deep constraints, natural selection busily tinkers with the upper-level scripts, making good, as far as possible, the inevitable imperfections imposed by deeper levels. The backwards wiring of the vertebrate retina is well compensated by post-hoc making good. You might think that ‘from such warped beginnings nothing debonair can come’. The great German scientist Hermann von Helmholtz is said to have remarked that if an engineer had produced the eye for him, he would have sent it back. Yet after tweaking, ‘in post’ as movie-makers say, the vertebrate eye can become a fine piece of optical kit.

    Two pumps

    Why do animals look obviously well designed on the visible outside but apparently less so inside? Does the clue reside in that word ‘visible’? In the case of Chapter 2’s camouflage, and also ornamental extravaganzas like the peacock’s fan, (human) eyes are admiring the external appearance of the animal, and (peahen or predator) eyes are doing the natural selection of external appearance: similar vertebrate eyes in both cases. No wonder external appearance looks more perfectly ‘designed’ than internal details. Internal details are every bit as subject to natural selection, but they don’t obviously look that way because it is not selection by eyes.

    That explanation won’t do for the streamlined flair of a sprinting cheetah, or its equally graceful Tommy prey. Those beauties did not evolve for the delectation of eyes but to satisfy the lifesaving requirements of speed. Here it would seem to be the laws of physics that impose what we perceive as elegance: as it is for the aerodynamic grace of a fast jet plane. Aesthetics and functionality converge on the same stylish elegance.

    I confess that I find the interior of the body bewilderingly complex. I might even go so heretically far as to dismiss it as a mess. But I am a naive amateur where internal anatomy is concerned. A consultant surgeon whom I have consulted (what else should one do with a consultant?) assures me in no uncertain terms that, to his trained eye, internal anatomy has a beautiful elegance, everything neatly stowed away in its proper place, all shipshape and Bristol fashion. And I suspect that ‘trained eye’ is exactly the point. In Chapter 1, I contrasted the ear’s effortless deciphering of the spoken word ‘sisters’ with the eye’s fumbling impotence to see anything beyond a wavy line on an oscilloscope. My eye sees elegance on the outside. Then when I cut an animal open, my amateur eye contemplates only a mess. The trained surgeon sees stylish perfection of design, inside as well as out. It is, at least partly, the story of ‘sisters’ all over again. Yet there is more to be said. Something about embryology.

    Veins, nerves, arteries, lymphatic system – a whole armful of complexity

    The sceptic vocally doubts whether it can really matter whether this vein in the arm passes over or under that nerve. Maybe it doesn’t in the sense that, if their relationship could be reversed with a magic wand, the person’s life might not suffer, and might even improve. But I think it does matter in another sense – the sense that solved the riddle of the laryngeal nerve. Every nerve, blood vessel, ligament, and bone got that way because of processes of embryology during the development of the individual. Exactly which passes over or under what may or may not make a difference to their efficient working, once their final routing is achieved. But the embryological upheaval necessary to effect a change, I conjecture, would raise problems, or costs, sufficient to outweigh other considerations. Especially if the embryological upheaval strikes early. The intricate origami of embryonic tissue-folding and invagination follows a strict sequence, each stage triggering its successor. Who can say what catastrophic downstream consequences might flow from a change in the sequence – the kind of change necessary to re-route a blood vessel, say.

    Moreover, perhaps Darwinian forces have worked on human perception to sharpen our appreciation of external appearances as opposed to internal details. At all events, I revert with confidence to the conclusion of Chapter 2. It is entirely unreasonable to suppose that the chisels of natural selection, so delicately adept at perfecting external and visible appearance, should suddenly stop at the animal’s skin rather than working their artistry inside. The same standards of perfection must pervade the interior of living bodies, even if less obviously to our eyes. To dissect the non-obvious and make it plain will be the business of future zoological reverse engineers, and it is to them that I appeal.

    Ideally, reverse engineering is a systematic scientific project, perhaps involving mathematical models in the sense discussed in Chapter 1. More usually, at present at least, it involves intuitive plausibility arguments. If the object in question has a lens in front of a dark chamber, focusing a sharp image on a matrix of light-sensitive units at the back of the chamber, any person living after the invention of the camera can instantly divine the purpose for which it evolved. But there will be numerous details that will matter and will require sophisticated techniques of reverse engineering, including mathematical analysis. In this chapter our reverse engineering is mostly of the intuitive, common sense kind, like the example of the eye and the camera.

    Reverse engineering is supplemented by comparison across species. If SOF is confronted with a hitherto unknown animal, she can read it both by pure reverse engineering (‘a device designed by an engineer to do such-and-such would probably look rather like this’) and also by comparison with known species (‘this organ looks like an organ in so-and-so species that we already know, and it probably is used for the same purpose’).

    An indirect version of reverse engineering can be used to infer aspects of an animal that cannot be seen, for example when all we have is fossils. We have no fossil evidence about the heart of a dinosaur. But fossils tell us that some sauropods such as Brontosaurus and the even larger Sauroposeidon had extraordinarily long necks. The CGI artists of Jurassic Park beautifully illustrated the dominant view that they reached up to browse tall trees. Like giraffes, only more so. Now the engineer steps in and invokes simple laws of physics to dictate that the heart would have had to generate very high pressure in order to push blood to the height of the animal’s brain when plucking leaves from a high tree. You can’t suck water through a straw that’s more than 10.3 metres tall, even if your sucking is powerful enough to generate a perfect vacuum in the straw. Sauroposeidon’s head probably overtopped its heart by about that much, which gives an idea of the pressure that the heart would have had to generate to push blood up to the head. Without ever seeing a fossilised sauropod heart, the engineer infers that it must have generated especially high pressure. Either that or that they didn’t browse trees at all.

    I can’t resist reflecting that the difficulty of pumping blood to a head so high might have been partially responsible for those large dinosaurs outsourcing some brain functions to a second ‘brain’, in the pelvis. Also, I never miss an excuse to quote Bert Leston Taylor’s delightfully witty poem on the subject.

    Behold the mighty dinosaur,
    Famous in prehistoric lore,
    Not only for his power and strength
    But for his intellectual length.

    You will observe by these remains

    The creature had two sets of brains –

    One in his head (the usual place),

    The other at his spinal base,

    Thus he could reason A priori

    As well as A posteriori.

    No problem bothered him a bit

    He made both head and tail of it.

    So wise was he, so wise and solemn,

    Each thought filled just a spinal column.

    If one brain found the pressure strong

    It passed a few ideas along.

    If something slipped his forward mind

    ’Twas rescued by the one behind.

    And if in error he was caught

    He had a saving afterthought.

    As he thought twice before he spoke

    He had no judgment to revoke.

    Thus he could think without congestion

    Upon both sides of every question.

    Oh, gaze upon this model beast,

    Defunct ten million years at least.

    The pelvic ‘brain’ would have been about on a level with the heart, and impressively much lower than the head.

    Alas, there are no sauropods for us to test such ideas, and we must make do with the next best thing, which is the giraffe. Though not in the same league as a giant dinosaur, the giraffe’s head is quite lofty enough to require an abnormally high blood pressure, out of the ordinary for a mammal. And the following graph bears out the expectation.

    I have plotted mean arterial blood pressure against the logarithm of body mass for a range of mammals from mouse to elephant. It’s best to use logarithms for the weights – otherwise it would be hard to fit mouse and elephant on the same page, with intermediate animals conveniently spread out between. The dotted line is the straight line that best fits the data. The line slopes upwards – larger animals tend to have higher blood pressure. Most species are pretty close to the line, meaning that their blood pressure is close to typical for their weight. But the big exception is the giraffe, which is far above the line. Its blood pressure is way higher than it ‘should be’ for an animal of its size. Surprisingly, other evidence shows that the giraffe heart is not especially large. It seems to be prevented from enlarging in evolution by the need to share the body cavity with large herbivorous guts. It achieves the extra-high blood pressure in a different way, by a greater density of heart muscle cells, an improvement that probably imposes costs of its own. Without ever seeing a Brontosaurus heart, we can predict that it too would have stood way above the line in the equivalent graph for reptiles.

    The teeth of a hitherto unknown animal speak volumes, and this is fortunate because teeth, being necessarily hard enough to crunch food, are also hard enough to outlast anything else in the fossil record. Some important extinct species are known only from teeth. In the rest of this chapter, we shall use teeth and other biological food-processing devices as our example of choice. Look at this ancient skull. The first thing you notice is the scary canine teeth. You might reverse engineer these as being good for either fighting rivals or stabbing prey to death and holding onto them. Seeking further evidence, you might then look at the other teeth near the back of the jaw, the molars. They don’t mesh surface-to-surface in the way that ours or a horse’s do, but shear past each other like scissors as the jaws close. They seem designed to slice rather than to mill. This says ‘carnivore’. Well, obviously. But it’s only obvious because we are rather good at intuitive reverse engineering, and because we have living large carnivores like lions and tigers for comparison. It does no harm to make the reasoning explicit.

    Sabretooth

    Animals, perhaps because they are themselves made of meat, find meat relatively easy to digest, and carnivore intestines tend to be appropriately short. If SOF were handed an unknown animal, very long intestines would signal ‘herbivore’ to her. I’ll return to this. Meat, moreover, demands relatively little pre-processing with teeth before digestion. Cutting off substantial chunks to be swallowed whole is sufficient. Plants may be easier to catch than animals – they don’t run away – but they make up for it by being harder to process once you’ve caught them. Plant cells are different from animal cells. They have thick walls toughened by cellulose and silica. For this and other reasons, herbivores need to grind their food into tiny pieces before it is ready to pass into the gut for further breaking up chemically into even smaller pieces. Herbivore teeth are millstones which, like the mills of God, grind slowly and they grind exceeding small. Carnivore teeth don’t resemble millstones and they don’t grind. They cut, shearing through fibrous tissues.

    Looking at the back teeth of the above skull, then, we confirm our initial diagnosis from the dagger-like canines, and convincingly reverse-engineer our scary specimen as telling a tale of ancestral carnivores. Moving to the rest of the skull, we note that the articulation of the lower jaw allows only up-and-down movement suitable for scissoring food, not side-to-side movement such as would be needed for milling. Up and down is putting it mildly: the sheer size of the gape is formidable. As you’ll have guessed, this is the skull of a sabretooth cat, often called sabretooth tiger, although it could just as well be called sabretooth lion. It was a big cat, Smilodon, not closer to any particular modern big cat than to any other. Contemporaneous with Smilodon, there were true lions in America, now extinct, bigger than Smilodon, bigger than African lions.

    How did Smilodon use those formidable fangs? It’s notable that among modern carnivores, the cat family (Felidae) runs to long canine teeth more than the dog family (Canidae), despite the name ‘canine’ for the teeth. A plausible reason is as follows. Canids are mostly pursuit-hunters. They run their prey down to exhaustion. When they finally catch up with it, the poor spent creature is in no state to escape. Killing it is not a problem. Just start eating! Felids, on the other hand, tend to be stalkers and ambushers. Their prey, when they first pounce upon it, is fresh and in a strong position to escape. Either a swift killing stab or an inescapable grip is desirable, and long penetrating canines answer both needs. Among living cats, the clouded leopard sports the nearest approach to the sabres of Smilodon. Clouded leopards spend much of their time in trees and drop on their prey. Long, sharp daggers would be especially suited to subduing an animal taken by surprise from above, not ‘heated in the chase’ and in full possession of its powers.

    Turning to other parts of the skull of Smilodon, we notice that the eye sockets point forward, indicating binocular vision, useful for pouncing on prey and no good for seeing danger creeping up from behind. Sabretooths had no need to watch their back. Herbivorous animals, whose ancestors became ancestors by virtue of noticing would-be killers, tend to have lookout eyes pointing sideways, giving almost 360° vision, calculated to spot a predator stalking from any direction.

    Clouded leopard

    So now, suppose you are presented with the skull below. It’s obviously very different. The eyes look sideways, as if scanning all around for danger while not being especially concerned with what is ahead. Probably an animal with a need to fear predation, then. The incisor teeth at the front look well suited to cropping grass. Most noticeable are the back teeth. They are broad grinders rather than sharp slicers, and they meet their opposite numbers in a precise fit when the jaws close. Their whole shape with its articulation is well suited to grinding plant food into very small pieces, again confirming the suspicion that this animal’s genes survived in a world of grass or other plant food. And the lower jaw, unlike that of Smilodon, moves sideways as well as up and down, a good milling action. This fossil is Pliohippus, an extinct horse that lived in the Pliocene, probably in mortal fear of Smilodon.

    Pliohippus

    The contrast between the skulls of the carnivorous sabretooth and the herbivorous horse is stark and clear. There was an animal called Tiarajudens, one of those we used to call a mammal-like reptile (nowadays we’d call it an early mammal), which flourished perhaps 280 million years ago, before the great age of dinosaurs. It had impressive sabretooth canines, much like Smilodon, which indicate a carnivorous diet similar to that of the formidable cat. But the back teeth suggest that, along with other animals to whom it was related, it was in fact a herbivore. So, we have a mismatch. Why would a creature with grinding back teeth have canine teeth like Smilodon? Perhaps Tiarajudens was a herbivore equipped with daggers for defence against predators. Or perhaps, like modern walruses, for fighting against rivals of its own species, as elephants use their gigantic tusks (elephant tusks are enlarged incisor teeth, not canines as in walruses).

    Walrus

    Walruses have been seen using their (upper canine) tusks to lever themselves out of the water and to make holes in the ice. Anyway, Tiarajudens stands as a cautionary warning against over-hasty reverse engineering, looking at only one thing, in this case the canine teeth.

    Hedgehog

    Some mammals such as shrews and small bats eat insects. Dolphins eat fish. Though technically carnivorous, the dental demands of these diets are different. Insectivorous teeth are neither grinders nor cutters but piercers. They tend to have sharp points, well suited to piercing the external skeletons of insects. If SOF’s unknown specimen sported piercing teeth like those of this hedgehog, she’d suspect that its ancestors survived on a diet of insects and other arthropods. And that is correct, but they like earthworms too. Ants and termites are a special case (see below).

    Common dolphin

    Gavial

    And now here’s the skull of a dolphin (top), and a gavial (bottom), to show typical fish-eating teeth and jaws. These two fish-eaters, a mammal and a crocodilian, have independently evolved pretty much the same dentition and jaw shape, an example of convergent evolution (which is the topic of Chapter 5). What’s the reverse-engineering explanation for this convergent resemblance? Fish-eaters, unlike, say, lions, are usually much larger than their prey. They don’t need to grind or cut or pierce their prey. Their prey is small enough to swallow whole. Long rows of small, pointed teeth are well equipped to grasp a slippery, soft fish and prevent it from escaping. And the slender jaws can snap shut on the fish without expelling a rush of water that might propel it out of harm’s way.

    Ichthyosaur

    If you were lucky enough to stumble upon a fossil like the above, you could apply the lesson of the previous paragraph: fish-eater. It’s an ichthyosaur such as we met in Chapter 3, a contemporary and relative of dinosaurs, member of a large group that went extinct somewhat earlier than the last of the dinosaurs. Both reverse engineering, and comparison with the dolphin and gavial pictures, speak to us loud and clear: its ancestors ate fish.

    Killer whales (Orca) and sperm whales can be thought of as giant dolphins. They too eat prey smaller than themselves, and they too have long rows of dolphin-like teeth but hugely enlarged. Sperm whales have them only in the lower jaw (very occasionally in the upper jaw, and we may take this as a vestigial relic). Killer whales have them in both jaws. All other large whales, the so-called baleen whales, are filter feeders, sieving krill (crustaceans). They have no teeth at all (though, revealingly, their embryos have them and never use them). Their huge baleen filters are made of keratin, like hooves, fingernails, and rhinoceros horn. The reverse engineer would have no trouble in diagnosing a baleen whale as a trawler. Actually, they are better than trawlers, for they will target a huge aggregation of krill, and gulp it in with copious quantities of sea water, which is then forced out through the curtain of baleen, trapping the krill.

    Ants and termites are colossally numerous. A specialist capable of penetrating an ant nest’s formidable defences can hoover up a bonanza of food denied to an ordinary insectivore like a hedgehog. And their dentition is correspondingly specialised. For this purpose, by the way, termites are honorary ants. Mammals who preferentially eat ants and/or termites are all called anteaters. There’s a group of three South American mammals whose name in English is ‘anteater’: the Giant Anteater, the Lesser Anteater, and the Silky Anteater.

    Giant Anteater

    Tamandua

    Giant Anteater

    Pangolin

    Armadillo

    Echidna

    The Giant Anteater’s scientific name, Myrmecophaga, is simply Greek for ‘anteater’. You will already have concluded that, since other mammals also specialise in eating ants, ‘Anteater’ is not a great name for a taxonomic group. I’ll use a capital letter for the three South American ‘Anteaters’ and a lower-case letter for other mammals who eat ants (or termites).

    The South American Anteaters push the anteating habit to its extreme. The skulls of two of them, Tamandua and the Giant Anteater Myrmecophaga, are pictured at the top of the page opposite. Notice the extreme prolongation of the snout and the total absence of teeth. You’d hardly recognise the Giant Anteater’s skull as a skull at all. All anteaters show the same features, if to a lesser extent. The pangolin has no teeth and a moderately long snout. Armadillos have a longer snout and rather small teeth. The aardvark or antbear of Africa has back teeth, but no teeth at all along most of its long snout. Myrmecobius, the numbat, marsupial anteater of Australia, has a long, pointy head. It has teeth but doesn’t use them for eating except in infancy. Adults seem to use them only for gripping and preparing nest material.

    Tachyglossus, the spiny anteater or echidna of Australia and New Guinea, is as distant as you can get from all the above while still being a mammal. It’s an egg-laying mammal like the platypus, a leftover from the ‘mammal-like reptiles’ of the ancient supercontinent of Gondwana. But unlike the platypus, with which it shares deep palimpsest features, it does, as its English name suggests, eat ants and termites. And its rather weird-looking skull does indeed have a long, slender snout and no teeth. Let’s not get carried away, however. A slightly longer snout is possessed by the related echidna genus, Zaglossus, and Zaglossus eats almost nothing but earthworms. Evidently, we must be careful before we jump too precipitately to the conclusion that ‘long snout’ necessarily means anteater. Anteating is not the only habit capable of writing ‘long snout’ in the palimpsest.

    What else might SOF use to diagnose an animal as an anteater? Myrmecophaga, the Giant Anteater of South America, whose hugely elongated skull we have already seen, has a giant-sized sticky tongue, which it can protrude to a length of 60 cm, having deployed its formidable claws to break into an ant or termite nest. Huge numbers of the insects stick to the tongue and are drawn in before the tongue shoots out again. Despite its great length, the tongue flicks out and in again at high speed, more than twice per second. Though none can quite match Myrmecophaga, creditably long, sticky tongues are also found, convergently evolved, in aardvarks and the unrelated aardwolves, who, unlike other members of the hyaena family, specialise in eating termites. Pangolins, too, have convergently evolved a long sticky tongue. That of the giant pangolin can be 40 cm long and is attached way back near the pelvis instead of to the hyoid bone in the throat, like ours. A pangolin can extend its tongue deep inside an ants’ nest, skilfully steering through the labyrinth of tunnels, turning left, turning right, leaving no subterranean avenue unexplored. Tamanduas also have a long sticky tongue but, in this case, their evolution was not independent of Myrmecophaga. They surely inherited the long tongue from their shared ancestor, also an anteater. The egg-laying spiny anteater too has a long, sticky tongue, and this time it really is convergent. As is that of the numbat, the marsupial anteater.

    There are also physiological resemblances among anteating mammals, notably a low metabolic rate and low body temperature, convergently evolved enough times to impress our hypothetical SOF. However, a low metabolic rate is not exclusively diagnostic of an ant-eating habit. Sloths, befitting their name, also have a low metabolic rate. So do koalas, whom you could regard as a kind of marsupial equivalent of sloths. Both live up trees, eating relatively un-nutritious leaves, and both are slow moving, you might even say lethargic. The convergence doesn’t extend to both ends of the alimentary canal, however. Koalas defecate more than a hundred times per day, while sloths hold the record for the other extreme. They defecate about once per week, maybe because they laboriously climb down from the tree in order to do so.

    Some of my reverse-engineering conjectures could be wrong. They are only provisional, to illustrate the point that the teeth of an animal, if properly read, will tell a story. In many cases, a story of ancient grassland prairies or leafy forests. Or, if the teeth resemble those of Smilodon or the clouded leopard, they speak to us of ambush and stalking. No doubt, if we could read them, every tooth we find could plunge us ever deeper into more specific, detailed stories. Teeth are enamelled archives of ancient history.

    Teeth constitute the first food processor in the conveyor belt of digestion. The revealing differences between carnivores and herbivores continue on into the gut. Weight for weight, plants are not so nutritious as meat, so cows, for example, need to graze pretty continuously. Food passes through them like an ever-rolling stream, and they defecate some 40 or 50 kilograms per day. Plant stuff being so different from their own bodies, herbivores need help from chemical specialists to digest it. Those specialist chemists, some of whom were honing their skills perhaps a billion years before animals came on the scene at all, include bacteria, archaea (formerly classified as bacteria but actually far separated from them), fungi, and (what we used to call) protozoa. Ruminants such as cows and antelopes do their fermentation in a different way from horses and rabbits, and at different ends of the gut, but all rely on help from micro-organisms. As already mentioned above, herbivores have longer guts than carnivores, and their guts are complicated by elaborate blind alleys and fermentation chambers, specially fashioned to house symbiotic micro-organisms. Ruminants have the added complication of sending the food back for reprocessing by the teeth for a second time after it’s been swallowed – chewing the cud.

    Herbivore gutCarnivore gut

    There is one bird, the hoatzin of South America, which eats nothing but leaves, the only bird to do so. And – an example of convergent evolution, the process we’ll meet in the next chapter – the hoatzin resembles ruminant mammals in having lots of little gut chambers in which are housed bacteria wielding the necessary chemical expertise to digest leaves. Incidentally, there’s a widely believed myth that the hoatzin is unique among birds in retaining ancient claws in the front of the wing, like the Jurassic ‘intermediate’ fossil Archaeopteryx. It’s true that hoatzin chicks have these primitive claws, but so do the chicks of many other birds, as David Haig pointed out to me. He went on to suggest that this mythic meme is popular among both biologists and creationists, who respectively want Archaeopteryx to be, and not to be, an ‘evolutionary intermediate’. No animal exists to be primitive for the sake of it, nor to serve as an evolutionary intermediate. The claws are useful to the chicks, who used them for clambering back into a tree when they fall.

    Tiktaalik

    By the same token animals don’t exist for the sake of ‘moving on to the next stage in evolution’. The Devonian fossil Tiktaalik is widely touted as a transition between fish and land vertebrates. So it may be, but being transitional is not a way to earn a living. Tiktaalik was a living, breathing, feeding, reproducing creature, which should be reverse-engineered as such – not as a half-way stage on the way to something better.

    What of our own teeth and jaws, our own guts, and those of our near relatives? What tales of long-gone ancestral meals do they tell? Comparison of our Homo sapiens lineage with extinct hominins such as Paranthropus (Australopithecusrobustus and boisei shows a marked trend over time towards shrinkage of both jaws and teeth in our sapiens lineage. The ribcage of those robust old hominins could accommodate a large vegetarian gut. They were evidently less carnivorous than we are, equipped with large plant-milling teeth, strong grinding jaws, and correspondingly powerful jaw muscles. Even though the muscles themselves have not fossilised, their bony attachments, sometimes culminating in a vertical (‘sagittal’) crest like a gorilla’s to increase their purchase, speak to us eloquently of generations of plant roughage. Our own jaw muscles don’t reach so high up the side of our head and we have no bony crest.

    The primatologist Richard Wrangham has promoted the intriguing hypothesis that the invention of cooking was the key to human uniqueness and human success. He makes a persuasive case that our reduced jaws, teeth, and guts are ill-suited to either a carnivorous or a herbivorous diet unless a substantial proportion of our food is cooked. Cooking enables us to get energy from foods more quickly and efficiently. For Wrangham it was cooking that led to the dramatic evolutionary enlargement of the human brain, the brain being by far the most energy-hungry of our organs. If he’s right, it’s a nice example of how a cultural change (the taming of fire) can have evolutionary consequences (the shrinking of jaws and teeth).

    Birds have no teeth, nor bony jaws. Surprising as it sounds, they may have lost them to save weight – an important concern in a flying animal – replacing them with light, horny beaks. The word ‘mandible’ is used for both parts of the beak – the upper mandible and the lower mandible. Beaks can tear but they can’t chew. Birds do the equivalent of chewing with the gizzard, a muscular chamber of the gut, often containing hard gastroliths – stones or grains of sand that the bird swallows to help with the milling process. Ostriches swallow appropriately large stones, up to 10 cm. Being flightless, they don’t have to worry so much about weight. Even larger stones found with fossil birds such as the giant moas of New Zealand are identified as gastroliths by their polished surfaces – polished by the grinding action in the gizzard.

    1. Macaw

    2. Crossbill

    3. Spoonbill

    4. Eagle

    5. Skimmer

    6. Hummingbird

    Beaks vary greatly, and speak to us eloquently of different ways of procuring food. Their variety has been compared with the set of pliers in a mechanic’s toolkit. Pointed beaks delicately select small targets such as single seeds or grubs. Parrot beaks are robust nutcrackers or large seed crushers, and the curved upper mandible with its pointed tip is used as something like a hand. Caged parrots can often be seen climbing on the bars, levering themselves up with the beak as if it were a hand. In the wild they use the same trick in trees. Hummingbird beaks are long tubes for imbibing nectar. Imperious, hooked eagle beaks rip flesh from carcases. Woodpecker beaks hammer like high-powered pneumatic drills, pounding rhythmically into trees in search of larvae. They have specially reinforced skulls to cope with the shock of hammering. Flamingo beaks are upside-down filters for small crustaceans, the bird world’s nearest approach to the krill-sieving baleen of whales. Oystercatchers use their long, pointed beaks to chisel into mussels and other shellfish. Curlews use theirs to probe mud for worms and shellfish. Spoonbills have flat paddle-like bills that they sweep from side to side, at the same time using their feet to stir up mud and expose small animals lurking in it. Skimmer beaks are even more specialised. The lower mandible is longer than the upper. The bird flies close to the water with the mouth open and the tip of the lower mandible skimming the surface. When it hits a fish, the beak snaps shut, trapping the fish. Pelicans have a voluminous pouch of skin under the beak, which nets fish.

    Nestling birds who are fed by their parents don’t need beaks to do anything other than gape. Their beaks are grotesquely wide, with brightly coloured linings – advertising surfaces garishly designed to out-compete their siblings for parental largesse. The huge difference from adult beaks of the same species reminds us that juvenile needs can be very different from adult ones, a principle writ large by caterpillars and butterflies, tadpoles and frogs, and many other examples where larval forms occupy a completely different niche from the adults they become.

    GALAPAGOS FINCHES

    Large ground finch

    Medium ground finch

    Small tree finch

    Green warbler finch

    Crossbills sport a weird crossover of upper and lower jaw beaks, which is helpful in prying apart the scales of pinecones. Insectivorous birds have differently shaped beaks from seed-eaters. And specialists on seeds of different sizes have correspondingly different beaks, the differences making total sense from a reverse-engineering point of view. The evolution of such differences is the subject of a beautiful and still proceeding long-term study of ‘Darwin’s Finches’ on one of the smaller Galapagos Islands by Peter and Rosemary Grant, and their collaborators.

    Galapagos is matched as a Pacific island showcase of Darwinian evolution by the archipelago of Hawaii. Both island chains are volcanic and very young by geological standards. The biology of Hawaii differs in being more contaminated by humans, and by the other invasions for which humans are to blame. The evolutionary divergence of Hawaiian honeycreepers (below) shows a variety of beaks that outdoes even that of the Galapagos finches (above). There are eighteen surviving species (more than twice that number have gone extinct), all apparently descended from a single species of Asian finch, probably looking not unlike a Galapagos finch. The range of bill types that has evolved in such a short time is astonishing.

    Some have retained the seed-eating habits of the ancestor, and still look finch-like with stout, stubby beaks. Others have modified their beaks for nectar-sipping, like African sunbirds rather than like New World hummingbirds. Yet others, with long downward-curving beaks, are probers for insects. Of these, the so-called ‘I’iwi’ (below) has a sharp, stout, stabbing lower mandible, which hammers into bark. Then the long curved upper mandible, which has been held out of the way during the hammering, comes into action to probe insects out of the cracks. The Maui parrotbill uses its powerful callipers to crush twigs and rip off bark in search of insects.

    HAWAIIAN HONEYCREEPERS

    Laysan finch

    Kakawahie (extinct)

    ‘Akiapola’au

    ‘I’iwi

    Heron beaks are long fishing spears, stabbing down into the water with sudden precision. The African black heron uses its wings to shade its field of view, which would otherwise be troubled by reflections from the rippling water surface. It dramatically sweeps its black wings across its body, laughably recalling a black-cloaked villain in Victorian melodrama. A separate problem for anyone spearfishing from above is refraction at the water surface – the illusion that makes oars look bent. There is some evidence that herons and kingfishers adjust their aim to compensate. The archer fishes of Southeast Asia face the same problem in reverse. They lurk under water and shoot insects sitting on tree branches above the surface, by squirting a sudden jet of water straight at the target. That’s remarkable enough in itself. Even more so, they seem to compensate for refraction, like herons but in the other direction.

    Archer fish

    Reverse engineering, then, is one method by which we can read the body of an animal. Another method is to compare it with other animals, both related and unrelated. We used this method to some extent in this chapter. When the genetic books of unrelated animals spell the same message about their environment and way of life, we call it convergence. Convergent resemblances can be spectacular, as we’ll see in the next chapter.

    5 Common Problem, Common Solution

    This book’s main thesis is that every animal is a written description of ancestral worlds. It rests upon the hidden assumption – well, not so very hidden – that natural selection is an immensely powerful force, carving the gene pool into shape, deep down among the smallest details. As we saw in Chapter 2, among the most convincing evidence for the power of natural selection is the perfection of camouflage, the consummate detail with which some animals resemble their (ancestral) environment, or resemble an object in that environment. Equally impressive is the detailed resemblance of an animal to another, unrelated animal, because both have converged on the same way of life. Matt Ridley’s How Innovation Works documents how our greatest human innovations have been hit upon many times independently by inventors in different countries, working in ignorance of each other’s efforts. Just the same is true of evolution by natural selection. This chapter is about convergent evolution as an eloquent witness to the power of natural selection.

    Despite appearances, the animal above opposite is not a dog. It is an unrelated marsupial, Thylacinus, the Tasmanian wolf (often called Tasmanian tiger, for no better reason than the stripes). In (what hindsight can now see as) a heinous crime against nature, the Tasmanian government in 1888 put a bounty on thylacine heads. The last one to be seen in the wild was infamously shot in 1930 by someone called Wilf Batty. He must have known it was almost extinct, though he couldn’t have known his victim was the last one. I suppose in 1930 people still didn’t care about such things, a poignant example of what I have called the shifting moral Zeitgeist. A captive specimen called Benjamin survived in Hobart Zoo until 1936. Thylacinus is one of the best-known examples of convergence. It looked like a dog because it had the same way of life as a dog. Its skull especially is so like a dog’s that it is a favourite trick question in zoology student examinations. Such a favourite, indeed, that in my year at Oxford they gave us a real dog skull as a double bluff, assuming that we’d automatically plump for Thylacinus.

    Thylacine

    Rhinoceros beetle

    You’d never mistake this for a rhinoceros. But if you watched two rhinoceros beetles fighting, and then two rhinoceroses, you’d realise that convergent resemblances can vault over many orders of magnitude of body size. A fight is a fight is a fight, and a horn is a handy weapon at any size. The same goes for stag beetles and stags, with a somewhat dramatic embellishment. Stag beetles, but not stags, can lift their rivals high in the air on the prongs of their ‘antlers’.

    PacaChevrotain

    On the left is a paca, a rodent from the rainforests of South and Central America. To its right is a chevrotain or ‘mouse deer’, an even-toed ungulate that lives in Old World forests. They look like each other convergently because they have similar ways of life. In Africa, the niche is filled by a small ungulate, in South America, by a large rodent.

    Armadillos are South American mammals, armoured against predators. When threatened, they roll up into a ball. The picture to the left shows the three-banded armadillo, which rolls up with especially compact elegance. In one of its illustrative quotations, the Oxford English Dictionary startlingly records that ‘Formerly the armadillo was used in medicine, being swallowed as a pill in its rolled-up state.’ Quite a stretch! Until you realise that ‘armadillo’ in this 1859 quotation referred not to the mammal but to a convergent crustacean, a woodlouse, whose Latin name Armadillidium means ‘little armadillo’. Armadillo itself is a Spanish word, a diminutive of armado or ‘armed’. So Armadillidium is a diminutive of a diminutive, a double diminutive. The commonality of name speaks to the power of convergent evolution. As befits its vernacular name of ‘pill bug’, in its rolled-up state you could indeed swallow a woodlouse whole, although as to its alleged medicinal value, I shall not comment. The mammalian armadillo and the crustacean Armadillidium have converged in their evolution, independently hitting on the same protective habit, albeit at very different sizes, rolling themselves into a ball.

    The Latin language has the virtue of condensing into one word what might take three in a language such as English. Latin even has a specialised verb, glomero, meaning ‘I roll into a ball’ (from which we get English words like conglomerate and agglomerate). And Glomeris is the scientific name of yet another animal that rolls itself into a ball, and is also called ‘pill’ in vernacular English. It is not a crustacean but a millipede, the ‘pill millipede’, a member of the order Glomerida. As if that wasn’t enough, two different orders of millipede have independently converged on the roll-up pill body. In addition to the order Glomerida, members of the order Sphaerotheriida (Greek ‘spherical beast’) look just like Glomeris and indeed like Armadillidium, except that they are bigger.

    Pill woodlousePill millipede

    Pill woodlouse (above left) and pill millipede (above right) provide what may be my favourite example – in a strong field – of convergent evolution. They are almost indistinguishable when you see them crawling along, or when they roll into a ball. But the one is a crustacean, related to shrimps and crabs, while the other is a myriapod, related to centipedes. To make sure which is which, I have to turn them over. The crustacean has only one pair of legs per segment, making seven pairs in all. The millipede has many more legs, two pairs per segment. These two deeply different ‘pill’ animals look extremely alike in their surface palimpsest layers because they make their living in the same kind of way and in the same kind of place. Starting from widely separated ancestors they converged, in evolutionary time, on very similar end points.

    Giant isopod

    The deep palimpsest layers show that one is unmistakeably an isopod crustacean, the other a myriapod. Isopods are an important group of crustaceans, and they include members who grow to alarmingly large size on the sea bottom. We shall refer to them again in the next chapter, which goes to town on crustaceans.

    Latin isn’t the only language to impress with its parsimony. The Malay noun pengguling means ‘one who rolls up’ and from it we get the name pangolin. We met the pangolin in the previous chapter. You might mistake it for a large, animated fir cone. It is not closely related to any other mammals but is out in its own order, Pholidota. That name comes from a Greek word meaning ‘covered with scales’, and an alternative English name for pangolin is ‘scaly anteater’. The scales are made of keratin, like hooves and fingernails. They aren’t as hard as the bony armour plates of armadillos.

    However, when it comes to glomerising, pangolins perhaps outdo armadillos, pill woodlice, and pill millipedes. According to a report by a biologist on the island of Siberut in Indonesia, a pangolin ran away from him to the top of a steep slope, then formed itself into a ball and rolled down the slope at a speed of about 3 metres per second, twice as fast as a pangolin can run. The witness of this event interpreted the rolling down the hill as a normal response to predation. I reluctantly wonder if it might have been accidental.

    There seems to be no doubt as to the effectiveness of rolling up as protection. Lions engage in futile endeavours to penetrate a pangolin’s defence. The pangolin’s enviable insouciance makes one wonder why other hunted animals don’t adopt the same strategy – the tortoise or armadillo strategy – instead of frantically fleeing. I suppose armour is expensive to make, but then so are long, well-muscled, fast-running legs. And it’s not a good argument – though possibly true – that if all antelopes, say, were to jettison speed for armour-plated roll-ups, lions on their side of the evolutionary arms race would come up with a counter-strategy. What might be a better argument is that the first individual antelopes to essay rudimentary, and still inadequate, armour would suffer compared with unencumbered rival antelopes disappearing in a cloud of dust.

    Lion thwarted by pangolin

    Two of the best-known examples of convergent evolution, too familiar to need detailed illustration yet again, are flight and eyes. The laws of physics allow the possibility of using energy to stay aloft for indefinite periods, and the wing has been independently and convergently invented five times: by insects, pterosaurs, birds, bats, and … human technology.

    Eyes have been independently evolved many dozens of times, to nine basic designs. The convergent similarity between the camera, the vertebrate eye, and the cephalopod eye has become almost legendary. Here I’ll just mention that the most revealing difference – the vertebrate retina but not the mollusc one being wired up backwards – is a difference at a deep palimpsest level. This is another way of saying there’s a fundamental difference in their embryology. The vertebrate eye develops mostly as an outgrowth of the brain, while the cephalopod eye develops as an invagination from the outside. That difference lies deep down among the oldest palimpsest layers.

    A less familiar example of convergence, compound eyes, have also evolved independently several times. Some bivalve molluscs have a form of compound eye, as do some tube-dwelling annelid worms. These are convergent on each other and on the more highly developed compound eyes of crustaceans, insects, trilobites, and other arthropods. Camera eyes have one lens, which focuses an upside-down image on a retina. The image of a compound eye, if you can call it an image, is the right way up. Think hunting dragonfly, with its pair of large hemispheres, each a cluster of tubes radiating outwards in different directions. Whichever tube sees the target, that’s the direction to fly in order to catch it.

    A familiar sight throughout both North and South America is the ‘turkey vulture’. It looks like a vulture, behaves like a vulture, lives the life of a vulture, feeding on carrion that it finds, like a vulture, with a sense of smell keener than is typical among birds. But it is not a vulture. Or rather, it has converged on vulturehood independently of true vultures. But wait, who is to say that Old World vultures are any more ‘true’ than New World turkey vultures? Americans might see the priority differently. Let us call both of them vultures, in enthusiastic recognition of convergent evolution and its impressive power to mislead.

    We could settle much the same argument about which are the ‘true’ porcupines. Old World and New World porcupines are both rodents. But within the very large order of rodents, they are not particularly closely related, and they evolved their spiny defences independently. The two pictures show a leopard about to suffer the same punishment from an Old World porcupine as the dog has endured from a New World porcupine.

    Contrary to legend, no porcupine shoots its quills. But they do have a quick-release mechanism so that a predator injudicious enough to molest a porcupine comes away with a face full of quills. New World quills prolong the agony by means of backward-facing barbs, which make them difficult to remove. This detail is not shared by the otherwise convergent Old World porcupines but it is convergent, at a much smaller scale, on the barbs of bee stings (American stingers).

    Dog after approaching New World porcupine

    Leopard approaching Old World porcupine

    The sting of a bee, unlike a porcupine quill, is double. There are two barbed blades rubbing against each other with the venom running between them. The two move alternately against each other, sawing their way into the victim. Both are serrated with backward-pointing barbs like those on a New World porcupine quill. The sting is a modified ovipositor, a tube for egg-laying. Porcupine quills are modified hairs. Bees are not the only insects whose ovipositors are serrated. In cicadas (which don’t sting), the serrations, and the bee-like alternate sawing action of the two blades, serve to dig the ovipositor (egg-laying tube) into (for example) a tree, where the eggs are laid.

    The sting of a bee, derived from the ovipositor and therefore possessed only by females, is a hypodermic syringe for injecting venom. The hypodermic venom injector has evolved convergently in eleven different animal groups by my count (probably more than once independently in some groups): in insects, scorpions, snakes, lizards, spiders, centipedes, stingrays, stonefish, cone shells, and the hind-leg claw of the male duckbilled platypus. The stinging cells, ‘cnidoblasts’, of jellyfish are miniature harpoons that shoot out on the ends of threads, and inject venom. Among plants, stinging nettles have miniature hypodermic syringes.

    The short spikes of hedgehogs are like the long quills of porcupines in being modified hairs. And these too have arisen independently at least three times. There are spiky tenrecs in Madagascar, which look remarkably like hedgehogs although they are not members of the same Order as hedgehogs. They are Afrotheres, related to elephants, aardvarks and dugongs. A third convergence is provided by the spiny anteaters of Australia and New Guinea. Egg-layers, they are as distant from hedgehogs and tenrecs as it is possible to be while still being mammals. They too are covered with spikes, again modified hairs.

    We have seen that porcupine quills are a nice example of convergent evolution, independently arisen within the rodents. So-called flying squirrels also arose twice independently in different families of rodents, the true squirrels, and the so-called scaly-tails or anomalures. We know they evolved their gliding habit independently of each other because the closest relatives of both, within the rodents, are not gliders. It’s the same way we know New World and Old World porcupines are convergent, again within the large order of rodents.

    Not surprisingly, the gliding skill has evolved convergently in a number of vertebrates. The picture shows four mammal examples, including the two rodents just mentioned. The colugo of the Southeast Asian forests is sometimes called the flying lemur, but it isn’t a lemur (all true lemurs come from Madagascar, though that’s not what makes the colugo a non-lemur) and it doesn’t really fly, although it is perhaps a more accomplished glider than the others in the picture. The sugar glider, although it looks extremely like a flying squirrel, is actually a marsupial from Australasia, one of several ‘flying phalangers’. Despite the startlingly close resemblance between sugar glider and flying squirrel, we know that one is a marsupial and the other a rodent, because of deeper layers of palimpsest. For example, the female phalanger has a pouch, the squirrel a placenta.

    1. Colugo

    2. Flying squirrel

    3. Marsupial sugar glider

    4. Anomalure
    (Not to scale)

    The Australian marsupial fauna provides many other examples of convergent evolution, of which perhaps the most famous is the extinct thylacine or Tasmanian wolf, already mentioned. The picture opposite shows a selection of comparisons between Australian marsupials and their placental equivalents in the rest of the world. These include a pair of anteaters and a pair of ‘mice’. The marsupial ‘mole’ of Australia resembles not only the familiar Eurasian mole but also the ‘golden mole’ of South Africa. Also very mole-like, among the rodents there are the zokors of Asia.

    All these ‘moles’ independently adopted the same burrowing way of life, all have adapted their hands into powerful spades and all four look pretty alike. So convincing is the convergence that the golden moles were once classified as moles until it was realised that they belong to a radically different branch of (African) mammals, the Afrotheria, together with elephants, aardvarks, and manatees. Eurasian moles, by contrast, are Laurasiatheres, related to hedgehogs, horses, dogs, bats, and whales. Rodent zokors are related to the blind mole rats, who are thoroughly committed to subterranean life and look like moles, but, as you might expect from a rodent, they dig with their teeth rather than their hands. The family tree, overleaf, showing the affinities of four ‘moles’ is quite surprising.

    PLACENTAL MAMMALSMARSUPIALS
    DogThylacine
    European moleMarsupial mole
    MouseMarsupial mouse
    Flying squirrelSugar glider
    TamanduaNumbat

    Independently evolved ‘moles’

    Impressive as are the convergences of Australian marsupials with a whole variety of placental mammals, we mustn’t overlook the exceptions. Kangaroos don’t look very like the African antelopes with whom they share a way of life. They easily might have converged. But they didn’t. They diverged, mostly because they early committed themselves to a different gait for travelling fast. I suppose there was a time when the ancestors of either could have adopted the hopping gait of a kangaroo or the galloping gait of an antelope. Both gaits are fast and efficient, a least after many generations of evolutionary perfecting. But once an evolutionary lineage starts down a path like hopping or galloping, it is difficult to change. ‘Commitment’ really is a thing, in evolution. Once a lineage of mammals had advanced some way along the hopping gait path, any mutant that tried to gallop would have been out-competed. Perhaps its front legs were already too short. Conversely, in a lineage that was somewhat committed to galloping, a mutant that tried to hop would clumsily fail. There’s no rule that says placental mammals couldn’t have taken the kangaroo route. Indeed, there are rodents whose ancestors travelled that path very successfully. A colleague teaching zoology at the University of Nairobi said in a lecture that there were no kangaroos in Africa. This was denied by a student who excitedly claimed to have seen a small one. What he had seen was a springhaas or springhare, a rodent that looks and hops just like a wallaby, complete with foreshortened arms and enlarged, counterbalancing tail.

    Springhare

    If you could witness an ichthyosaur sporting in Mesozoic waves, you’d be irresistibly reminded of dolphins. A classic case of convergent evolution. On the other hand, your time machine might also present to you a plesiosaur. Far from looking like a dolphin or an ichthyosaur, it doesn’t resemble anything else you ever saw. Ichthyosaurs and plesiosaurs are both descended from land reptiles that went back to the sea. But they started out along, and then became ‘committed to’, alternative paths towards efficient swimming ‘gaits’. Ichthyosaurs rediscovered the ancient side-to-side tailbeat of their fish ancestors. They probably passed through a phase resembling the serpentine wavy motion of Galapagos marine iguanas. Plesiosaurs, instead, relied like sea turtles on their limbs, all four of which became huge flippers. Once committed, both ichthyosaurs and plesiosaurs became increasingly dedicated to their respective evolutionary pathways. And ended up looking extremely different.

    Convergently evolved animals are not necessarily contemporaries. In North America in the Eocene period there were mole-like subterranean animals, the Epoicotheriids, with mole-like digging hands, not closely related to any living burrowers but belonging to the pangolin family, Pholidota. I’d be surprised if there weren’t dinosaur ‘moles’, but I must confess I don’t know of any. There were smallish dinosaurs such as Oryctodromeus who dug burrows, but I don’t know of any who could be called convergent on moles.

    Then there were the so-called ‘false sabretooths’. We’ve already met Smilodon, the sabretooth ‘tiger’, that large, robust and doubtless frightening cat, which went extinct along with most of the American megafauna at the end of the Pleistocene era, only about 10,000 years ago, when man discovered America. What is less well known is that Smilodon was not the only member of the order Carnivora to evolve such terrifying fangs. Thirty million years earlier, spanning the Oligocene epoch, lived a group called Nimravids. The Nimravids were not cats but an older group within the Carnivora, and they independently evolved stabbing canine teeth just like those of Smilodon. Nimravids are sometimes called false sabretooths. False? Tell that to the early horse Mesohippus and the other terrified victims of those giant daggers. Those ‘false’ sabretooths were living, breathing, snarling, pouncing, probably strong-smelling carnivores, to whose victims they would have seemed anything but false. Another extinct group of ‘false sabretooths’, the Barbourofelids, lived in the Miocene epoch, later than the Nimravids but earlier than Smilodon, and convergently occupying the same niche.

    ‘False’ sabretooth – Nimravid

    Given that the Carnivora have endowed us with three independently evolved sabretooths at different times in geological history, we might even feel a little let down if there were no marsupial sabretooth. And sure enough, South America rose to the occasion.

    Marsupial sabretooth – Thylacosmilus

    The marsupial Thylacosmilus looks to have been nearly as formidable as Smilodon and the other convergent sabretooths of the Carnivora. On the other hand, it was a bit smaller.

    Convergences between animals and human technology can be especially impressive, as we saw in the case of the camera and the vertebrate or octopus eye. Though the discovery was originally thought an outrageous hoax, it is now well accepted that bats hunting by night have their own version – ‘echolocation’ – of what submariners have converged upon under the name ‘sonar’ – using echoes of their own sounds to detect targets. Bats are divided into two main groups, the small Microchiroptera, and the large Megachiroptera (‘fruit bats’ and ‘flying foxes’). Microchiropteran bats ‘see’ with their ears. They have highly sophisticated echolocation, good enough to hunt fast-flying insects. The brain pieces together a detailed model of the world, including insect prey, by a highly sophisticated real-time analysis of the echoes of the bats’ own shrieks. When a bat is cruising, its cries just tick over. But when homing in on a moth, which is likely to be taking evasive action, the sounds come out as a rapid-fire stutter like a machine gun. Since each pulse gives the bat an updated picture of the world, machine-gun repetition enables it to cope with a moth’s high-speed twists and turns. The higher the pitch, the shorter the wavelength by definition. And only short wavelengths can resolve a detailed picture. That means ultrasound: too high, mostly way too high, for us to hear. Young people can hear the lower end of the bat’s frequency range. I nostalgically remember them from my youth as sounding like something between a click and a squeak. We can use instruments called bat detectors, which translate ultrasound into audible clicks.

    Slightly less well known is the fact that dolphins and other toothed whales (sperm whales, killer whales) do the same thing, also using ultrasound, and they are up there with bats in sophistication. A more rudimentary form of echolocation has also evolved in shrews, and in cave-nesting birds at least twice independently: in South American oilbirds and Asian cave swiftlets (of bird’s-nest soup fame). The birds don’t use ultrasound: their cries are low enough for us to hear. Some megachiropterans also use a less precise form of echolocation, but they generate their clicks with their wings rather than with the voice. This too must be seen as yet another convergent evolution of echolocation. One genus of Megachiroptera echolocates using the voice, like Microchiroptera but not so skillfully. Interestingly, molecular evidence indicates that one group of Microchiroptera, the Rhinolophids, are more closely related to Megachiroptera than they are to other Microchiroptera. This would seem to suggest that the Rhinolophids evolved their advanced sonar convergently with the other Microchiroptera. Either that or the majority of Megachiroptera lost it.

    Small bats and toothed whales are in a class of their own. Their sonar is of such high quality that ‘seeing with their ears’ scarcely exaggerates what they do. Echolocation using ultrasound provides them with a detailed picture of their world, which bears comparison with vision. We know this through experimental testing of bats’ ability to fly fast between thin wires without hitting them. I have even published the speculation (probably untestable, alas) that bats ‘hear in color’. I stubbornly maintain that it’s plausible, because the hues that we perceive are internally generated labels in the brain, whose attachment to particular wavelengths of light is arbitrary. When bat ancestors gave up on eyes, substituting echoes for light, the internal labels for hues would have gone begging, left hanging in the brain with nothing to do. What more natural than to commandeer them as labels for echoes of different quality? I suppose you might call it an early exploitation of what some humans know as ‘synaesthesia’.

    In one of modern philosophy’s most cited papers, Thomas Nagel didactically asked, ‘What is it like to be a bat?’ One of his points was that we cannot know. My suggestion is that it is perhaps not so very different from what it’s like to be us, or another visual animal like a swallow. Pursuing a point from Chapter 1, both swallows and bats build up an internal virtual reality model of their world. The fact that swallows use light, while bats use echoes, to update the model from moment to moment is less important than the nature and purpose of the internal model itself. This is likely to be similar in the two cases, because it is used for a similar purpose – navigation in real time between obstacles, and detection of fast-moving prey. Swallows and bats need a very similar internal model, a three-dimensional one, inhabited by moving insect targets. Both are champion insect hunters on the wing, swallows by day and then, at nightfall, the bats take over. If my speculation is right, the similarity may extend to the use of colors to label objects in the model, even in the case of bats ‘seeing with their ears’. Incidentally, each swallow eye has two foveas (regions of special acuity – our eyes have only one, which we use for reading etc.), probably one for distance and one for close vision. Instead of bifocal glasses they have bifocal retinas.

    The James Webb Telescope presents us with stunning images of distant nebulae, glowing clouds of red, blue and green. Color is used to represent wavelength of radiation. But the colours in the photographs are false. They use color to represent different wavelengths, but they actually lie in the invisible infrared part of the spectrum. And my point is that the brain’s convention for representing visible light of different wavelengths is just as arbitrary. One is tempted to feel dissatisfied by false colour images such as those from the James Webb Telescope: ‘But is that really what it looks like? Is the telescope telling the truth, or are we being fobbed off with false colours?’ The answer is that we are always being ‘fobbed off’ when we look at anything. If you must talk about false colours, everything you ever see – a rose, a sunset, your lover’s face – is rendered in the brain’s own ‘false’ colours. Those vivid or pastel hues are internal concoctions manufactured by the brain as coded labels for light of different wavelength. The truth lies in the actual wavelength of electromagnetic radiation. The perceived hue is a fiction, whether it is the false colour rendering of a James Webb photograph, or whether it is the labels that the brain generates to tag the wavelengths of light hitting the retina. My conjecture about bats ‘hearing in colour’ makes use of the same idea of internally perceived hues being arbitrary labels.

    Doctors use ultrasound to ‘look’ through the body wall of a pregnant woman and see a black-and-white moving image of her developing foetus. The computer uses the ultrasound echoes to piece together an image compatible with our eyes. There is anecdotal evidence that dolphins pay special attention to pregnant women swimming with them. It seems plausible that they are doing with their ears what doctors do with their instruments. If this is so, they could presumably also ‘see’ inside female dolphins and detect which ones are pregnant. Might this skill be useful to male dolphins choosing mates? No point inseminating a female who is already pregnant.

    Bats and dolphins evolved their echo-analysing skills independently of each other. In the family tree of mammals, both are enveloped by relatives who don’t do echolocation. A strong convergence, and another powerful demonstration of the power of natural selection. And now for a point that’s especially telling for the genetic book of the dead. There’s a type of protein called prestin, which is intimately involved in mammal hearing. It’s expressed in the cochlea, the snail-shaped hearing organ in the inner ear. As with all biological proteins, the exact sequence of amino acids in prestins is specified by DNA. And, also as is usual, the DNA sequence is not identical in different species. Now here’s the interesting point. If you construct a family tree of resemblance based on the genome as a whole, whales and bats are far apart, as you’d expect: their ancestors have been evolving independently of one another since way back in the age of dinosaurs. If, however, you ignore all genes except the prestin gene – if you construct a tree of resemblance based on prestin sequences alone – something remarkable emerges. Dolphins and small bats cluster together with each other. But small bats don’t cluster together with non-echolo-cating large bats, to whom they are much more closely related. And dolphins don’t cluster together with baleen whales, which, although related to them, don’t echolocate. This suggests that SOF could read the prestin gene of an unknown animal and infer whether it (more precisely its ancestors) lived and hunted in conditions where ultrasonic sonar would be useful: night, dark caves, or other places where eyes are useless, such as the murky water of the Irrawaddy river or the Amazon. I’d like to know whether the two echolocating bird species have bat-like prestins.

    This finding on bats and dolphins – the specific resemblance of their prestin genes – strikes me as a pattern for a whole field of future research on the genetic book of the dead. Another example concerns flight surfaces in mammals. Bats fly properly, and marsupial flying phalangers glide, using stretched flaps of skin that catch the air. There’s a specific complex of genes, shared by both bats and marsupial phalangers, which is involved in making the skin flaps. It will be interesting to know whether the same genes are shared by the other gliding mammals that we met earlier in this chapter, so-called flying lemurs and the two groups of rodents that independently evolved the gliding habit.

    It would be nice to look in the same kind of way at those animals who have returned from land to water – of which whales are only the most extreme example, along with dugongs and manatees. Do returnees to water have genes in common that are not shared by non-aquatic mammals? What other features do they share? Many aquatic mammals and birds have webbed feet. If our hypothetical SOF is presented with an unknown animal who has webbed feet, she can safely ‘read’ the feet as saying, ‘Water in the recent ancestral environment.’ But that’s obvious. Can we be systematic in our search for less obvious signals of water in the genetic book of the dead? How many other features are diagnostic of aquatic life? Are there some shared genes, such as we saw in the case of prestin for sonar, and skin flaps in bats and sugar gliders? There are probably lots of shared features buried deep in an aquatic animal’s physiology and genome. We have just to find them. We can get a sort of negative clue by looking at genes that were made inactive when terrestrial animals took to the water. Just as humans have a large number of smell genes inactivated (see here), whale genomes contain several inactivated genes, whose inactivation has been interpreted as beneficial when diving to great depths.

    We could proceed along the following lines. We borrow from medical science the technique known as GWAS (genome-wide association study). The idea of GWAS is lucidly and conversationally explained by Francis Collins, former Director of the Human Genome Project, as follows:

    What you do for a genome-wide association study is find a lot of people who have the disease, a lot of people who don’t, and who are otherwise well matched. And then, searching across the entire genome … you try to find a place where there is a consistent difference. And if you’re successful – and [you’ve] got to be really careful about the statistics here, so that you don’t jump on a lot of false positives – it allows you to zero in on a place in the genome that must be involved in disease risk without having to guess ahead of time what kind of gene you’re going to find.

    Substitute ‘lives in water’ for ‘disease’, and ‘species’ for ‘people’, and you have the procedure I am here advocating. Let’s call it ‘Interspecific GWAS’ or IGWAS.

    Gather a large number of mammals known to be aquatic. Match each one with a related mammal (the more closely related the better) who lives on land, preferably in dry conditions. We might start with the following list of matched pairs, and the list could be extended.

    Water voleVole
    Water shrewShrew
    DesmanMole
    PlatypusEchidna
    Water tenrecLand tenrec
    OtterBadger
    SealWolf
    YapokOpossum
    Polar bearBrown bear

    To do the IGWAS, you would now look at the genomes of all the animals and try to pinpoint genes shared by the left-hand column and not by the right-hand column. Until all those animals have had their genomes sequenced, and until mathematical techniques are up to the task, proceed with a non-genomic version of IGWAS as follows. Go to work taking measurements of all the animals. Measure all the bones. Weigh the heart, the brain, the kidneys, the lungs, etc., all these weights being expressed relative to total body weight (to correct for absolute size, which is unlikely to be of much interest). By the same token, the bone measurements should be expressed as a proportion of something, just as, in the chelonian example of Chapter 3, the bone lengths were expressed as a proportion of total arm length. Measure the body temperature, blood pressure, the concentrations of particular chemicals in the blood, measure everything you can think of. Some of the measurements might not be continuously varying quantities like centimetres or grams: they might be ‘yes or no’, ‘present or absent’, ‘true or false’.

    Feed all the measurements into a computer. And now for the interesting part. We want to maximise the discrimination between aquatic mammals and their terrestrial opposite numbers. We want to discover which measurements discriminate them, pull them apart. At the same time, we want to identify those features that unite all aquatic mammals, however distantly related from each other. Webbing between the toes will presumably emerge as a good discriminator, but we want to find the non-obvious discriminators, biochemical discriminators, ultimately gene discriminators. Where genomic comparisons are concerned, the GWAS methods already developed for medical purposes will serve. A possible graphic method is a version of the triangular plot of tortoise and turtle limbs that we saw in Chapter 3. Another graphic method is drawing pedigrees with genetic convergences coloured in.

    A refinement of IGWAS might order species along an ecological dimension. You could, perhaps, string mammals out along a dimension of aquaticness, from whales and dugongs at one extreme to camels, desert foxes, oryxes, and gundis at the other. Seals, otters, yapoks and water voles would be intermediate. Or we might explore a dimension of arboreality. We might conclude that a squirrel is a rat who has moved a measurable distance along the dimension of arboreality. Are moles, golden moles and marsupial moles situated at one extreme on a dimension of fossoriality. Could we distribute birds along a dimension from flightless cormorants and emus who never fly, at one extreme, to albatrosses at the other, or, even more extreme, to swifts, who even copulate on the wing? Having identified such ‘dimensions’, could we look for trends in gene frequency as you move along from one extreme to the other. I can immediately foresee alarming complications. The dimensions would interact with other dimensions, and we’d have to call in experts with mathematical wings to fly through multi-dimensional spaces. My own sadly amateur ventures, limited to three dimensions, and using computer simulation rather than mathematics, are in my book Climbing Mount Improbable, especially the chapter called ‘The Museum of All Shells’.

    A group at Carnegie Mellon University in Pittsburgh performed a model example of what I call (they don’t) IGWAS. What they studied was not aquaticness but hairlessness in mammals. Most mammals are hairy, and all had hairy ancestors, but if you survey the mammal family tree you notice that hairlessness pops up sporadically among unrelated mammals. See the diagram, which shows a few of the sixty-two species whose genomes were examined.

    Sporadic distribution of hair loss among mammals

    Whales, manatees, pigs, walruses, naked mole rats, and humans have all lost their hair more or less completely (yellow names in the diagram). And, which is important, independently of each other in many cases. We can tell this by looking at the hairy closer relatives from among whom they sprang. You remember that echolocating bats and echolocating whales had something else in common – their prestin gene. Do the genomes of the naked species have a gene for hairlessness that they share with each other? The answer is literally no. But only literally. The truth is equally interesting. It turns out that we and other naked species still retain the ancestral genes that make hairs. But the genes have been disabled. And disabled in different ways. What is convergent is the fact of being disabled, but the details are not shared. Incidentally, we again have here a problem for creationists. If an intelligent designer wished to make a naked animal, why would he equip it with genes for making hair and then disable them? Chapter 3 mentions the similar example of the human sense of smell: the olfactory sense genes of our mammal ancestors still lurk within us, but they have been turned off.

    One of my favourite examples of convergent evolution is that of weakly electric fish. Two separate groups of fish, Gymnotids in South America and Gymnarchids in Africa, have independently and convergently discovered how to generate electric fields. They have sense organs all along the sides of the body, which can detect distortions that objects in the environment cause in the electric fields. It is a sense of which we can have no awareness. Both groups of fish use it in murky water where vision is impossible. There’s just one difficulty. The normal undulating movements typical of fish fatally compromise the analysis of the electric fields measured along the body. It is necessary for the fish’s body to maintain a rigid stance. But if their body is rigid, how do they swim? By means of a single longitudinal fin traversing the whole length of the body. The body itself, with its row of electrical sensors, stays rigid, while the single longitudinal fin alone performs the sinuous movements typical of fish locomotion. But there’s one revealing difference. In the South American fish, the longitudinal fin runs along the ventral surface, while in the African fish it runs along the back. In both groups of fish, the undulating waves can be thrown into reverse: the fish swim backwards and forwards with apparently equal facility.

    The ‘duck bill’ of the platypus and the huge, flat ‘paddle’ sticking out of the front end of the paddlefish (Polyodontidae) are both covered with electrical sensors, convergently and independently evolved. In this case the electric fields they pick up are generated, inadvertently, by the muscles of their prey. There is a long-extinct trilobite that also had a huge paddle-like appendage like that of the paddlefish. Its paddle was studded with what look like sense organs, and it seems probable that this represents yet another convergence.

    A ringed plover’s eggs and chicks lie out on the ground, defenceless except for their camouflage. A fox approaches. The parent is much too small to put up any kind of resistance. So it does an astonishing thing. It attempts to lure the predator away from the nest by offering itself as a bigger prize than the nest. It limps away from the nest, pretending to have a broken wing, simulating easy prey. It flutters pathetically on the ground, wings outstretched, sometimes with one wing stuck incongruously in the air. There’s no assumption that it knows what it is doing or why it is doing it (although it may). The minimal assumption we need make is that natural selection has favoured ancestors whose brains were genetically wired up to perform the distraction display, and perfect it over generations. Now, why tell the story in this chapter on convergent evolution? It’s because the broken wing display has arisen not once but many times independently in different families of birds. The diagram on the following page is a pedigree of birds, wrapped around in a circle so it fits on the page. Birds who perform the broken wing display are coloured in red, those who don’t in blue. You can see that the habit is distributed sporadically around the pedigree, a lovely example of convergent evolution.

    My final example of convergence will lead us into the next chapter. More than 200 species, belonging to thirty-six different fish families, practise the ‘cleaner’ trade. They remove surface parasites and damaged scales from the bodies of larger ‘client’ fish. Each individual cleaner fish has its own cleaning station, and its own loyal clients who return repeatedly to the same ‘barber’s shop’ on the reef. This site tenacity is important in keeping the benefit exclusively mutual: the cleaner eats the parasites and worn-out scales from the skin of particular client fish, and the client refrains from eating its particular benefactor. Without individual site fidelity, and therefore repeat visits, clients would have no incentive to refrain from eating the cleaner – after being cleaned, of course. Sparing a cleaner would benefit fish in general, including competitors of the sparer. Natural selection doesn’t ‘care’ about general benefit. Quite the contrary. Natural selection cares only about benefit to the individual and its close relations, at the expense of competitors. A bond of individual loyalty between particular cleaner and particular client therefore really matters, and it is achieved by site tenacity. Some cleaners even venture inside the mouth of a client to pick its teeth – and survive to repeat the service on the client’s next visit. Cleaner fish advertise their trade and secure their safety by a characteristic dance, often enhanced by a striped pattern – the fishy equivalent of the striped pole insignia of a human barber’s shop. This constitutes a safe-conduct pass.

    Broken wing display

    The remarkable ‘broken wing display’ crops up again and again in different bird groups (shown in red). Striking testimony to the power of natural selection.

    The interesting point for this chapter is that the cleaner habit has evolved many times convergently, not only many times independently in fish but many times in shrimps too. As before, the client fish abide by the covenant and refrain from eating their cleaner shrimps, in just the same respectful way as for cleaner fish. In many cases, cleaner shrimps sport a similar stripe, the ‘barber’s pole’ insignia. It is to the benefit of all that all the ‘barber’s pole’ badges should look similar.

    When swimming in the sea, you would be well advised to steer clear of the sharp-toothed jaws of the moray eel. Yet here is a shrimp, calmly picking its teeth. Note, yet again, the red stripe or ‘barber’s shop pole’, telling the moray, ‘Don’t eat me, I’m your special cleaner. You and I have a mutual relationship. You’ll need me again.’ Does the shrimp feel fear as it trustingly enters those formidable jaws? Does some equivalent of ‘trust’ pulsate through its cephalic ganglion? I doubt it, but not everyone would agree. Do you?

    Moray eel and cleaner shrimp

    Not only has the habit evolved independently – convergently – in fish and shrimps. It has evolved convergently many times within shrimps, just as it has many times within fish. Even within one family of shrimps, the Palaemonidae, the cleaner trade is practised by sixteen different species, having evolved within the Palaemonidae five times independently. Here’s how we know the five evolutions were independent of each other. The method again serves as a model for how we ever know instances of evolution are independent of each other. Look at the family tree of the Palaemonidae, constructed with the aid of molecular genetic sequencing. It contains sixty-eight species of shrimp. Those species that practise the fish-cleaning trade have a little fish symbol by them. There are sixteen species of palaemonid cleaner shrimps. But many of the sixteen cannot be said to have evolved the habit independently. For example, the three species of Urocardella are all cleaners, but the picture warns us against counting them as independent: they probably inherited it from their common ancestor.

    Six members of the genus Ancyclomenes are cleaners, but again we must make the conservative assumption that they inherited it from their common ancestor – and that the habit has been lost in A.aqabaiA.kuboiA.luteomaculatus, and A.venustus. Using this conservative approach, we conclude that the cleaning habit evolved independently in five palaemonid genera but not in all species of those five genera. And the story doesn’t end with the Palaemonidae. Two other families of shrimps not shown in the diagram, the Hippolytidae (see moray eel picture above) and the Stenopodidae, also have many species of cleaner.

    The Cambridge palaeontologist Simon Conway Morris has treated convergent evolution more vividly and thoroughly than anyone else. In his wittily written Life’s Solution he points out that convergent evolution is commonly sold as amazing, astounding, uncanny, etc., but there is no need for this. Far from being especially amazing, it’s exactly what we should expect of natural selection. Convergent evolution is, nevertheless, great for confounding armchair philosophers and others who underestimate the power of natural selection and the magnificence of its productions. In addition to 110 densely packed pages of massively researched endnotes and references to the biological literature, Life’s Solution has three indexes: a general index, a name index and – this must surely be unique – a ‘convergences index’. It runs to five double-column pages and around 2,000 examples of convergence. Of course, not all of them are as impressive as the pillbugs, the moles, the gliders, the sabretooths, or the fish-cleaners but even so …

    Independent evolution of cleaners

    Convergent evolution can be so impressive, it makes you wonder how we know the resemblance really is convergent. That’s the power of natural selection, the immense yet subtle power that underpins the whole idea of the genetic book of the dead. Pill woodlouse and pill millipede, alike as two pills, how do we know one is a crustacean, the other a distant myriapod? There are numerous tell-tale clues. The deep layers of the palimpsest are never completely over-written. The glyphs of history keep breaking through. And, if all else fails, molecular genetics cannot be denied.

    Convergence of animals with widely separated histories is one manifestation of the power of selection to write layer upon layer of the palimpsest. Another is its converse: evolutionary divergence from a common historic origin, natural selection seizing a basic design and moulding and twisting it into an often bizarre range of functionally important shapes. The next chapter goes there.

    6 Variations on a Theme

    As we saw in Chapter 3, molecular comparison conclusively shows that whales are located deep within the even-toed ungulates, the artio­dactyls. By ‘located deep within’, I mean something very specific and surprising. It’s worth repeating. We’re talking about much more than just a shared ancestor, with the whales going one way, and the artiodactyls the other. That would not have been surprising. ‘Deep within’ means that some artiodactyls (hippos) share a more recent ancestor with whales than they share with the rest of the artiodactyls whom they much more strongly resemble. This has been known for more than twenty years, but I still find it almost incredible, so overwhelming is the submersion under surface layers of palimpsest. Of course, this doesn’t mean whales’ ancestors were hippos or even resembled hippos. But whales are hippos’ closest living relatives.

    What is it that’s so special about whales, so special that new writings in their book of the dead so comprehensively obliterated almost every trace of that earlier world, of grazing prairies and galloping feet, which must lie buried far down in the palimpsest? How did the whales manage to diverge so completely from the rest of the artiodactyls? How were they able so comprehensively to escape their artiodactyl heritage?

    The answer probably lies in that word ‘escape’. Cattle, pigs, antelopes, sheep, deer, giraffes, and camels are relentlessly disciplined by gravity. Even hippos spend significant amounts of time on land, and indeed can accelerate their ungainly bulk to an alarming speed. The land-dwelling artiodactyl ancestors of whales had to submit to gravity. In order to move, land mammals must have legs stout enough to bear their weight. A land animal as big as a blue whale would need legs half way to Stonehenge pillars, and it’d have a hard time surviving, with heart and lungs smothered suffocatingly by the body’s own weight. But in the sea, whales shook off gravity’s tyranny. The density of a mammal body is approximately that of water. Gravity never goes away, but buoyancy tames it. When their artiodactyl ancestors took to the water, whales shed the need for leggy support, and the fossil evidence beautifully lays out the intermediate stages.

    A major milestone marks the point where, like dugongs and manatees but unlike seals and turtles, whales gave up returning to land even to reproduce. That was the final release from gravity, as buoyancy totally took over. Whales were free to grow to prodigious size, literally insupportable size. A whale is what happens when you take an ungulate, cut it adrift from the land and liberate it from gravity. All manner of other modifications followed in the wake of the great emancipation, and they richly defaced the ancient palimpsest. Forelegs became flippers, hind limbs disappeared inside and shrank to tiny relics, the nostrils moved to the top of the head, two massive horizontal flukes – lobes stiffened not by bone but by dense fibrous tissue – sprouted sideways to form the propulsive organ. Numerous profound alterations of physiology and biochemistry allowed deep diving, and hugely prolonged intervals between breaths. Whales switched from a (presumed) herbivorous diet to one dominated by fish, squid, and – in the case of the baleen whales – filtered shoals of krill in lavish quantities.

    Fish, too, are allowed by buoyancy to adopt bizarre shapes (see pictures here), which gravity on land would forbid. In the case of teleost (bony as opposed to cartilaginous) fish, the buoyancy is perfect, owing to that exquisite device, the swim-bladder, buried deep within the body. By manipulating the amount of gas in the swim-bladder, the fish is able to adjust its specific gravity and achieve perfect equilibrium at whatever happens to be its preferred depth at any time.

    I think that’s what makes a home aquarium such a restful furnishing for a room. You can dream of drifting effortlessly through life, as a fish drifts through water in perpetual equilibrium. And it is the same hydrostatic equilibrium that frees fish to assume such an extravaganza of shapes. The leafy sea dragon trails clouds of glorious fronds, and you feel you could almost identify the species of wrack that those fronds mimic. You must peer deep between them to discern that they are parts of a fish: a modified sea horse – which is itself a distorted caricature of the ‘standard fish’ design of more familiar cousins such as trout and mackerel.

    Most predatory fish actively seek and pursue prey, and this expends a considerable proportion of the energy obtained from the food caught. Angler fish, of which there are several hundred species sitting on the sea bottom, save energy by luring prey to come to them. The anglers themselves are superbly camouflaged. A fishing rod (modified fin spine) sprouts from the head. At its tip is a lure or bait, which the angler fish waves around in a tempting manner. Unsuspecting prey are attracted to the bait, whereupon the angler opens its enormous mouth and engulfs the prey. Different species of angler favour different baits. With some it resembles a worm, and it jiggles about plausibly as the angler waves its rod. Angler fish of the dark deep sea harbour luminescent bacteria in the tip of the rod. The resultant glowing lure is very attractive to other deep-sea fish, and invertebrate prey such as shrimps. Convergently, snapping turtles rest with their mouth open, wiggling their tongue like a worm, as bait for unsuspecting prey fish.

    Sea horses and angler fish are extreme exponents of the adaptive radiation of teleost fish. They also, in their different ways, sport unusual sex lives. The sex life of angler fish is nothing short of bizarre. Everything I said in the previous paragraph applies to female angler fish only. The males are tiny ‘dwarf males’, hundreds of times smaller than females. A female releases a chemical, which attracts a dwarf male. He sinks his jaws into her body, then digests his own front end, which becomes buried in the female’s body. He becomes no more than a small protuberance on her, housing male gonads from which she extracts sperm when she needs to. It is as though she becomes a hermaphrodite, except that ‘her’ testes possess a different genotype from her own, having invaded from outside in the form of the dwarf male locked into her skin.

    Lionfish

    Weedy sea dragon

    Marlin

    Leafy sea dragon

    Trumpet fish

    Sunfish

    Gulper eel

    Seahorse

    Puffer

    Sloane’s viper fish

    Ghost pipefish

    Angler fish

    Freed by buoyancy from the constraints of gravity, fish were able to evolve an astonishing variety of shapes

    Many species of fish are livebearers – females get pregnant like mammals and give birth to live young. Sea horses are unusual in that it’s the male who gets pregnant, carries the young in a belly pouch, and eventually gives birth to them. Do you wonder, then, how we define him as male? Throughout the animal and plant kingdoms, the male sex is easily defined as the one that produces lots of small gametes, sperms, as opposed to fewer, larger, eggs.

    Adaptive radiation means evolutionary divergence fanning out from a single origin. It is seen in an especially dramatic way when new territory suddenly becomes available. When, 66 million years ago, a celestial catastrophe cleared 76 per cent of all species from the planet, the stage was wide open for mammalian understudies to step into the dinosaurs’ vacated costumes. The subsequent adaptive radiation of mammals was spectacular. From the small, burrowing creatures who survived the devastation, probably by hibernating in safe little underground bunkers, a comprehensive range of descendants, ranging hugely in size and habit, appeared in surprisingly quick time.

    On a smaller scale and a much shorter timescale, a volcanic island can spring up suddenly (suddenly by the standards of geological time) through volcanic upwelling from the bottom of the sea. For animals and plants it is virgin territory, barren, untenanted, open to exploitation afresh. Slowly (by the standards of a human lifetime) the volcanic rock crumbles and starts to make soil. Seeds fly in on the wind, or are transported by birds and fertilised with their droppings. From being a black lava desert, the island greens. Winged insects waft in, and tiny spiders parachuting under floating threads of silk. Migrating birds are blown off course, land for recuperation, stay, reproduce; their descendants evolve. Fragments of mangrove drift in from the mainland, and the occasional tree uprooted by a hurricane. Such freak raftings carry stowaways – iguanas, for instance. Step by accidental step, the island is colonised. And then descendants of the colonists evolve, rapidly by geological standards, diversifying to fill the various empty niches. Diversification is especially rich in archipelagos, where driftings between islands happen more frequently than from the mainland to the archipelago. Galapagos and Hawaii are textbook examples.

    A volcano is not the only way new virgin territory for evolution can open up. A new lake can do it too. Lake Victoria, largest lake in the tropics and larger than all but one of the American Great Lakes, is extremely young. Estimates range from 100,000 years to a carbon-dated figure of only 12,400 years. The discrepancy is easily explained. Geological evidence shows that the lake basin formed about 100,000 years ago, but the lake itself has dried up completely and refilled several times. The figure of 12,400 years represents the age of the latest refilling, and therefore the age of the current lake in its large geography. And now, here is the astonishing fact.

    There are about 400 species of Cichlid (pronounced ‘sicklid’) fish in Lake Victoria, and they are all descended from probably as few as two founder lineages that arrived from rivers within the short time that the lake has existed. The same thing happened earlier in the other great lakes of Africa, the much deeper Lakes Tanganyika and Malawi. Each of the three lakes has its own unique radiation of Cichlid fishes, different from, but parallel to, the others.

    Nimbochromis livingstoniiLamprologus lemairii

    Here’s a slightly macabre example of this parallelism. In Lake Malawi (where I spent my earliest bucket-and-spade beach holidays), there is a predatory fish called Nimbochromis livingstonii. It lies on the bottom of the lake pretending to be dead. It even has light and dark blotches all over its body, giving the appearance of decomposition. Deceived into boldness, small fish approach to nibble at the corpse, whereupon the ‘corpse’ suddenly springs into action and devours the small fish. This hunting technique was thought to be unique in the animal kingdom. But then exactly the same trick was discovered in Lake Tanganyika, the other great Rift Valley lake. Another Cichlid fish, Lamprologus lemairii, has independently, convergently, hit upon the same death-shamming trick. And it has the same blotchy appearance, suggestive of death and decay. In both lakes, adaptive radiation independently hit upon the same somewhat gruesome way of getting food. Along with dozens of other ways of life, independently discovered in parallel in the two similar lakes.

    My old friend, the late George Barlow, vividly described the three great lakes of Africa as Cichlid factories. His book, The Cichlid Fishes, makes fascinating reading. The Cichlids have so much to teach us about evolution in general and adaptive radiation in particular. Each of the three great lakes has its own, independently evolved radiation of several hundred Cichlid species. All three lakes tell the same story of explosive Cichlid evolution, yet the three histories unfolded entirely independently. All three began with a founder population of very few species. Each of the three followed a parallel evolutionary course of massive radiation into a huge variety of ‘trades’ or ways of life – the same great range of trades being independently discovered in all three lakes.

    You might think the oldest lake would have the most species. After all, it’s had the longest time to evolve them. But no. Lake Tanganyika, easily the oldest at about 6 million years, has only (only!) 300 species. Victoria, a baby of only 100,000 years, has about 400 species. Lake Malawi, intermediate in age at between 1 and 2 million years, has the largest species count, probably around 500, although some estimates exceed 1,000. Moreover, the size of the radiation seems unrelated to the number of founder species. The huge radiations in Victoria and Malawi trace back substantially to only one lineage of Cichlids, the Haplochromines. The relatively venerable Lake Tanganyika’s approximately 300 species appear to stem from twelve different founder lineages, of which the Haplochromines are only one.

    What all this suggests is that young Lake Victoria’s dramatic explosion of species is the model for all three lakes. All three probably took only tens of thousands of years to generate several hundred species. After the explosive beginning, the typical pattern is probably to stabilise the number, or it may even decrease, such that the final number of species is not correlated with the age of the lake, or with the number of founder species. The Cichlids of Lake Victoria show how fast evolution can proceed when it dons its running shoes. We cannot expect that such an explosive rate is typical of animals in general. Think of it as an upper bound.

    And when you work it out, even Lake Victoria’s feat is not quite so surprising as first appears. Although the lake in its present form is only some 12,400 years old, I’ve already mentioned that a lake filled the same shallow basin 100,000 years ago. In the intervening years it has largely dried up several times and refilled, the latest such episode occuring with the refill of 12,400 years ago. Lake Malawi shows how dramatically these lake levels can fall and rise. Between the fourteenth and nineteenth centuries, the water level was more than 100 metres lower than today. Unlike Lake Victoria, however, it came nowhere close to drying up altogether. In its Rift Valley chasm, it is nearly ten times as deep as Victoria. In shallow Lake Victoria, as each drying cycle occurred, the lowering of the water level would have left numerous ponds and small lakes, these becoming reunited at the next iteration of the refill cycle. The temporary isolation of the fish trapped in the residual ponds and small lakes enabled them to evolve separately – no gene flow between ponds. At the next refill of the cycle, they were reunited, but by then they would have drifted apart genetically, too far to interbreed with those who had been stranded in other ponds. If this is correct, the drying/refilling alternation provided ideal conditions for speciation (the technical term for the evolutionary origin of a new species, by splitting of an existing species). And it means that, from an evolutionary point of view, we could regard the true age of Lake Victoria as 100,000 years, not 12,400. Still very young.

    Given 100,000 years to play with, what sort of interval between speciation events would yield 400 species, starting, hypothetically, with a single founding species? Is 100,000 years long enough? Here’s how a mathematician might reason: a back-of-the-envelope calculation, making conservative assumptions throughout, to be on the safe side. There are two extremes, two bounds bracketing the possible rate of speciation, depending on the pattern of splitting. The most prolific pattern (an improbable extreme) is where every species splits into two, yielding two daughter species which, in turn, split into two. This pattern yields exponential growth of species numbers. It would take only between eight and nine speciation cycles to yield 400 species (29 is 512). An interval of 11,000 years between speciations would do the trick. The least prolific pattern (also an improbable extreme) is where the founder species ‘stays put’ and successively throws off one daughter species after another. This would require far more speciation events, about 400, to reach the tally of 400 species: a speciation event every 250 years. How to estimate a realistic intermediate between these two extremes? A simple average (arithmetic mean) gives an estimate of between 5,000 and 6,000 years between speciations, which is enough time. Our mathematician, however, might be more cautious and recommend the geometric mean (multiply the two numbers together and take the square root). One reason to prefer it is that it captures the stronger influence of an occasional very bad year. This more conservative estimate asks for an interval of about 1,600 years between speciations. Somewhere between the two estimates is plausible, but let’s bend over backwards to be cautious and use the estimate of 1,600 years. Cichlid fish typically reach sexual maturity in under two years, so let’s again be conservative and assume a two-year generation time. Then we’d need about 800 fish generations between speciation events, in order to generate 400 species in 100,000 years. Eight hundred generations is enough for plenty of evolutionary change.

    How do I know 800 generations is plenty of time? Again, mathematicians can do back-of-the-envelope calculations to assist intuition. One calculation that I like was done by the American botanist Ledyard Stebbins. Imagine that natural selection is driving mouse-sized animals towards larger size. Stebbins, too, bent over backwards to be conservative, by assuming a very weak selection pressure, so weak that it could not be detected by scientists working in the field, trapping mice and measuring them. In other words, natural selection in favour of larger size is assumed to exist but to be so slight and subtle that it is below the threshold of detectability by field researchers. If the same undetectably weak selection pressure were maintained consistently, how long would it take for the mice to evolve to the size of an elephant? The answer Stebbins calculated was about 20,000 generations, the blink of an eye by geological standards. Admittedly, it’s a lot more than our 800 generations, but we weren’t talking about anything so grandiose as mice turning into elephants. We were only talking about Cichlid fishes changing enough to be incapable of interbreeding with other species. Moreover, Stebbins’s assumptions, like ours, were conservative. He assumed a selection pressure so weak that you couldn’t measure it. Selection pressures have actually been measured in the wild, for example on butterflies. Not only are they easily detectable, they are orders of magnitude stronger than the sub-threshold, under-the-radar pressure assumed by Stebbins. I conclude that 100,000 years is a comfortably long time in Cichlid evolution, easily enough time for an ancestral species to diversify into 400 separate species. That’s fortunate, because it happened!

    Incidentally, Stebbins’s calculation is an instructive antidote to sceptics who think geological time is not long enough to accommodate the amount of evolutionary change we observe. His 20,000 generations to wreak the change from mouse to elephant is so short that it would ordinarily not be measurable by the dating methods of geologists. In other words, a selection pressure too weak to be detectable by field geneticists is capable of yielding major evolutionary change so fast that it could look instantaneous to geologists.

    The crustaceans are another great group of mostly aquatic animals with spectacular evolutionary radiations, from much more ancient common sources. In this case, it is the modification of a shared anatomy that impresses. Rigid skeletons permit movement only if built up of hinged units, bones in the case of vertebrates, armoured tubes and casings in the case of crustaceans and other arthropods. Because these bones and tubes are rigid and articulated, there is a finite number of them, each one a unit that can be named and recognised across species. The fact that all mammals have almost the same repertoire of nameable bones (206 in humans) makes it easy to recognise evolved differences as distortions of each named bone: ulna, femur, clavicle, etc. The same is true of crustacean skeletal elements, with the bonus that, unlike bones, they are externally visible.

    The great Scottish zoologist D’Arcy Thompson took six species of crab and looked at just one unit of the skeleton, the main portion of the body armour, the carapace, of each.

    GeryonCorystes
    ChorinusScyramathia
    LupaParalomis

    He arbitrarily chose one of the six, it happened to be Geryon (far left), and drew it on a rectangular grid. He then showed that he could approximate the shape of each of the other five, simply by distorting the grid in a mathematically lawful way. Think of it as drawing one crab on a sheet of stretched rubber, then distorting the rubber sheet in mathematically specified directions to simulate five other shapes. These distortions are not evolutionary changes. The six species are all contemporary. No one species is ancestral to any other, they share ancestors who are no longer with us. But they show how easily changes in embryonic development (altered gradients of growth rates, for instance) can yield an illuminating variety of crustacean form with respect to one part of the exoskeleton. D’Arcy Thompson did the same thing with many other skeletal elements including human and other ape skulls.

    Of course, bodies are not drawn on anything equivalent to stretched rubber. Each individual develops afresh from a fertilised egg. But changes in growth rates, of each part of the developing embryo, can end up looking like the distortions of stretched rubber. Julian Huxley applied D’Arcy Thompson’s method to the relative growth of different body parts in the developing embryo. Such embryological changes are under genetic control, and evolutionary changes in gene frequencies generate evolutionary variety, again looking like stretched rubber. And of course it isn’t just the carapace. The same kind of evolutionary distortion is seen in all the elements of the crustacean body (and the bodies of all animals but often less obviously). You can see how the same parts are present in each specimen, just emphasised to different degrees. The differential emphasis is achieved by different growth rates in different parts of the embryo.

    Crustaceans are exceedingly numerous. With characteristic wit, the Australian ecologist Robert May said, ‘To a first approximation, all species are insects,’ yet it has been calculated that there are more individual copepods (crustacean water fleas) than there are individual insects in the world. The painting opposite, by the zoologist Ernst Haeckel (1834–1919), Darwin’s leading champion in Germany, is a dazzling display of the anatomical versatility of the copepods.

    Wondrous copepods from Ernst Haeckel’s Art Forms in Nature

    Mantis shrimp

    Here’s a typical adult crustacean, a mantis shrimp. Well, mantis shrimps (Stomatopods) are typical with respect to their body plan, which, together with their colourful beauty, is why I’ve chosen one for this purpose. But they include some formidable customers who are far from typical in one alarming respect. They pack a punch, literally. With vicious blows from club-like claws, they smash mollusc shells in nature, while in captivity the blow from a large smasher, travelling as fast as a small-calibre rifle bullet, will shatter the glass of your aquarium tank. The energy released is so great that the water boils locally and there is a flash of light. You don’t want to mess with a mantis shrimp, but they’re a wonderful example of the diverse modification of the basic crustacean body plan.

    Mantis shrimps are not to be confused with the (literally) stunning ‘pistol shrimps’ or ‘snapping shrimps’ (Alpheidae), who in their way also beautifully illustrate the diversity of crustacea. These have one enlarged claw, somewhat bigger than the other. They snap the enlarged claw with terrific force, generating a shock wave – a violent pulse of extreme high pressure immediately followed by extreme low pressure in its wake. The shock wave stuns or kills prey. The noise is among the loudest heard in the sea, comparable to the bellows and squeaks of large whales. Muscles are too slow to generate high-speed movement such as the snapping claws of pistol shrimps or the punching clubs of mantis shrimps (or indeed the jump of a flea). They store energy in an elastic material or spring, and then suddenly release it – the catapult or bow-and-arrow principle.

    Crustacea dazzle with diversity. But it is a constrained diversity. To repeat the point, which is the reason I chose crustaceans for this chapter, you can in every species easily recognise the same parts. They are connected to each other in the same order, while differing hugely in shape and size. The first thing you notice about the basic crustacean body plan is that it is segmented. The segments are arrayed from front to rear like a goods train with trucks (American freight train with wagons or cars). The segmentation of centipedes and millipedes is even more obviously train-like because most of their segments are the same. A mantis shrimp or a lobster is like a train whose trucks are the same in a few respects (wheels, bogies, and coupling hooks, say) but different in other ways (cattle wagons, milk tanks, timber carriers, etc.).

    Crustaceans in their evolution achieve astonishing variety by changing the trucks over evolutionary time, while never losing sight of the train. Varied as they are, the segments of a mantis shrimp are still visibly a train built to the same pattern as any other crustacean, each bearing a pair of limbs that fork at the tip. The claw of a crab or lobster is a conspicuous example of the fork. As you move from front to rear of the animal, the paired appendages consist of antennae, various kinds of mouth parts, claws, then four pairs of legs. Move backwards further, and the segments of a lobster or mantis shrimp’s abdomen each have small, jointed appendages called swim-merets underneath, on both sides, each often ending in a little paddle. In a lobster or, even more so, a crab, the segments of the thorax and head are hidden beneath a shared cover, the carapace. But their segmentation is betrayed by the appendages, walking legs in the case of four of them, antennae, large claws and mouth parts at the front end. The rear end of the abdomen, the guard’s van (American caboose) of the train, has a special pair of flattened appendages called uropods. When I first visited Australia, I was intrigued to see, laid out in a buffet, what they call bay bugs. These have what look like uro-pods at the front end as well as the rear, a sort of crustacean version of Doctor Dolittle’s Pushmi-Pullyu, but with two rear ends instead of two heads. This is not all that surprising, as we shall now see.

    The segmentation of arthropods and vertebrates was once thought to have evolved independently. No longer, and thereby hangs a fascinating tale, a tale that is true too of other segmented animals such as annelid worms. Just as the segments are arrayed in series from front to rear like a train, so the genes controlling the segments are arrayed in series along the length of a chromosome. This revolutionary discovery overturned the whole attitude to zoology that I had learned as a student, and I find it wonderful. To pursue the railway analogy, there’s a train of gene trucks in the chromosome to parallel the train of segment trucks in the body.

    It’s been known for more than a century that mutant fruit flies can have a leg growing where an antenna ought to be. That mutation is called antennapedia for obvious reasons, and it breeds true. There are other dramatic mutations in fruit flies, for example bithorax, which has four wings like normal insects, instead of the two-winged pattern that gives flies their name, Diptera. These major mutations are all explained by changes in the sequentially arranged genes in the ‘chromosome train’. When I first saw that bay bug in a Great Barrier Reef restaurant, I immediately wondered whether bay bugs had originally evolved by a mutation similar to antennapedia, in this case duplicating uropods at the front end of the animal.

    This kind of effect has been neatly shown by Nipam Patel and his colleagues. They work on a marine crustacean called Parhyale, belonging to the Amphipod order. I remember being fascinated by the hundreds of small amphipods in the cold stream on our farm, in the course of which my parents dug out a pool for us to swim. The swarms of exuberantly jumping ‘sandhoppers’ that we so often encounter on beaches are another familiar example. We met iso-pods, in the flattened shape of ‘pill bugs’, in the previous chapter. Amphipods are different. They are flattened left to right rather than back to belly. And, in Parahyale and many others, their appendages are far from all the same. Some of their legs point in what seems to be the ‘wrong’ direction. Three of the ‘trucks’ appear to be ‘coupled’ up backwards (red shading in left picture on the next page). Patel and his colleagues, by means of ingenious manipulations of the genes controlling the trucks of the train, were able to change the three reversed segments, coupling the trucks so that all the limbs faced in the same direction (right picture). The way this works is that the three backwards segments are replaced by duplicates of the three segments in front of them. The Patel group achieved equally interesting manipulations of other segments but the work, though fascinatingly ingenious, would take us too far afield.

    ILLUSTRATION: KALLIOPI MONOYIOS

    We vertebrates too are segmented, but in a different way. This is obvious in fish, and it remains pretty clear in our ribs and vertebral column. Snakes carry it to an extreme – sort of like centipedes but with internal ribs instead of external legs. We now understand the embryological mechanism whereby segments are multiplied up. Surprisingly, actually rather wonderfully, it has turned out to be pretty much the same in vertebrates and arthropods. Hence, we understand how it is that different snake species evolve radically different numbers of vertebrae ranging from around 100 to more than 400 – compared to our thirty-three. Vertebrae, whether or not they sprout ribs, all have similar coupling mechanisms to the neighbouring ‘trucks of the train’, and all have similar blood vessels, and sensory and motor nerves, connected to the spinal cord, which passes through them. As I just mentioned, one of the most revolutionary discoveries of recent zoology is that the embryological mechanisms underlying segmentation in arthropods and vertebrates, deep in the lower levels of their palimpsests, are tantalisingly similar. Once again, the truly beautiful fact is that in both groups, genes are laid out along chromosomes in the same order as the segments that they influence.

    Although crustaceans all follow the segmented plan boldly written in the depths of the palimpsest, the ‘trucks’ vary so extravagantly that the simile of the train can become rather strained. Sometimes many of the segments join together to form a singular body, as in crabs. Often the appendages sprouting from the segments vary spectacularly, ranging from the formidable claws near the front of a lobster, or the punching clubs of a mantis shrimp, to the swimmerets arrayed under the abdomen. Crustaceans range in size from ‘water fleas’ at less than 1 millimetre to the Japanese spider crab Macrocheira with a limb span that can reach 3 metres (10 feet). Frightening as this creature might be to meet, it is harmless to humans. Imagine the handshake of a lobster, or the punch of a mantis shrimp, that size!

    Japanese spider crab

    Crabs can be thought of as lobsters with a truncated tail (abdomen) curled up under the main body, so you don’t see it unless you upend the animal. The crab abdomen bears a passing resemblance to the ape/human coccyx, both being made of a handful of segments from an ancestral tail squashed up. Hermit crabs are strictly not crabs, but belong in their own group (Anomura) within the crustacea. Their abdomen is not squashed up underneath them as in true crabs, but soft and curled round to one side, to fit the discarded mollusc shells that hermit crabs inhabit. The process by which they choose their shells, and compete with one another for favoured shells, is fascinating in its own right. But that’s another story. In this chapter they serve as yet another illustration of the wonderful diversity of crustaceans.

    The larvae of crustaceans show the group’s diversity at least as gloriously as the adults. But still the basic train design is palpable throughout. Perhaps even more dramatically than in the case of adult crustaceans, it is as though natural selection pulled, pushed, kneaded, or distorted the various segments of the body with wild abandon. Different species of crustacean pass through nameable larval stages, free-living animals in their own right, often leading a very different life from the adults – as caterpillars live very differently from butterflies among the insects. The zoea is one such larval type. It is the last stage before the adult, in crabs, lobsters, crayfish, shrimps, bay bugs, and their kind – the decapod crustaceans.

    Overleaf is a page full of assorted zoeas to show how easily the basic crustacean plan can be stretched and bent around in evolution, as though made of modelling clay. What I take away from these exquisite little creatures is that all have the same parts, they just vary the relative sizes and shapes of those parts. They all look like distorted versions of each other. That’s what evolutionary diversification is all about, and the crustacea show it as plainly as any animal group. You can match up the corresponding parts in all the species, and can clearly see how the different species have pulled, stretched, twisted, swelled, or shrunk the same parts in different ways over evolutionary time. It is wondrous to behold, you surely agree.

    Crustacean larvae. Always the same parts, yet pulled and pushed in different directions

    Zoeas may look a little like the adults they are to become. But they need to survive in a very different world, usually the world of plankton, and their bodies are versatile enough to evolve into all sorts of unlikely distortions – written in surface layers of the palimpsest. Many of them sport long spikes, presumably to make them difficult to swallow. The impressive spikes of the planktonic zoea at top middle are nowhere to be seen in the typical adult crab it is to become. Truth be told, the adult in this case is not easily seen at all under the sea urchin that it habitually carries around on its back – presumably to gain protection via the urchin’s own spikes. Notice the long, prominent abdomen of the larva, with its easily discerned segments. As with all crabs, the adult abdomen is neither long nor prominent but tucked discreetly under the thorax.

    An earlier larval stage than the zoea, found in most crustacean life cycles, is the nauplius larva. Unlike zoeas, which bear some sort of resemblance to the adult they will become, naupliuses have an appearance all their own. There’s another larval stage possessed by some crustaceans, the cyprid larva, presumably so called because it resembles the adult of a water flea called Cypris. Perhaps the adult Cypris is an example of the overgrown larva phenomenon, which is a fairly common way for evolution to progress. Below is the cyprid larva of a member of the rather obscure crustacean sub-class, Facetotecta.

    Facetotectan larva

    This larva is unmistakeably crustacean, with a head shield, and abdominal segments bearing typically crustacean forked appendages. From 1899, when the larvae were first discovered, until 2008, nobody knew what adult facetotectans looked like. And they still have never been seen in the wild. What happened in 2008 was that a group of experimentalists succeeded in persuading larvae to turn into a precursor of the adult. They did it by means of hormone treatment. The subtitle of their paper is ‘Towards a solution to a 100-year-old riddle’. The adults turn out to be soft, unarmoured, slug-like or worm-like creatures with no visible segments and no appendages, presumably parasites, although nobody knows who their victims are. You wouldn’t know, to look at them, that they are crustaceans at all. This experiment recalls a similar one by Julian Huxley with axolotls in 1920. Axolotls are vertebrates, members of the Amphibia. They look like tadpoles; indeed they are tadpoles, but sexually mature tadpoles, and they reproduce. They evolved from larvae who would once have turned into salamanders. The adult stage of their life history was cut off during their evolution, as the larvae became sexually capable. By treating them with thyroid hormone, Julian Huxley succeeded in turning them into the salamanders that their ancestors once were. This experiment may have inspired his younger brother Aldous Huxley to write his novel After Many a Summer, in which an eighteenth-century aristocrat discovered how to cheat death – and developed, 200 years later, into a shaggy, long-armed ape humming a Mozart aria. We humans are ‘larval’ apes!

    Those slug-like facetotectans are yet another manifestation of crustacean diversity. They must be descended from adults who had segments and limbs like any respectable crustacean. But the most characteristically crustacean scripts of the palimpsest have been almost completely obliterated by parasitic over-writing, while being retained in the larva. Degenerative evolution of this kind is common in parasites hailing from many parts of the animal kingdom. Within the crustacea, it is also shown to an extreme in certain members of the barnacle family, though not the typical barnacles that encrust rocks at the seaside and prick your bare feet when you walk on them.

    As a boy on a seaside holiday, I remember being frankly incredulous when my father told me barnacles are really crustaceans. I thought they were molluscs because, well, they look like molluscs. Nothing like crustaceans, anyway, until you look carefully inside. The barnacles that cling close to rocks look like miniature limpets, while goose barnacles look like mussels on stalks. So how do we know they are really crustaceans? Look inside. Or see Darwin’s own drawing above and you find a shrimp-like creature lying on its back and sweeping the water with its comb-like limbs to filter out swimming morsels of food. As we have by now come to expect, the larvae of barnacles are more unmistakeably crustacean than the adults. Before the adult settles down to its sedentary permanence, it is a free-swimming larva in the plankton. On the left is the nauplius larva of Semibalanus, a small rock barnacle with, for comparison, the nauplius larva of a shrimp, Sicyonia.

    Barnacle larvaShrimp larva

    Barnacles don’t encrust only rocks. To a barnacle, a whale would seem like a gigantic mobile rock. Not surprisingly, some barnacles make their home on the surface of whales, and there are species of barnacle who live nowhere else. Others ride on crabs, and some of them, especially Sacculina, evolved into the most extreme examples of divergence from normal crustacean form. They moved, in evolutionary time, from the outside of the crabs to the inside, and became internal parasites bearing no apparent resemblance to a barnacle – or even any kind of animal. Parasites often evolve in a direction that could fairly be called degeneration, and Sacculina is an extreme example of this. I shall return to it in the final chapter.

    There are many groups of animals that I could have chosen to illustrate evolutionary divergence and variation on a theme. Fish and crustaceans do it perhaps more spectacularly than any other groups, and I chose especially the larvae of crustaceans, partly because, living in the plankton as most of them do, they are less familiar than adult lobsters, crabs, and prawns. I regret that in this book I have been able to show only a small number of them. See the splendid Atlas of Crustacean Larvae, published by Johns Hopkins University Press, for the full and amazing range of diversity that these mesmerising little creatures display. Sir Thomas Browne (1605–82) was unaware of them when he wrote the following, about bees, ants, and spiders, but crustacean larvae might have moved him to even greater eloquence.

    Ruder heads stand amazed at those prodigious pieces of nature, Whales, Elephants, Dromedaries and Camels; these I confess, are the Colossus and Majestick pieces of her hand but in these narrow Engines there is more curious Mathematicks, and the civilitie of these little Citizens more neatly sets forth the wisdome of their Maker.

    7 In Living Memory

    The most recent scripts, those in the top layer of the palimpsest, are those written during the animal’s own lifetime. I said that the genes inherited from the past can be seen as predicting the world into which an animal is going to be born. But genes can predict only in a general way. Conditions change on a timescale faster than the generational turnover with which natural selection can cope. Many details are usefully filled in during the animal’s own lifetime, mostly by memories stored in the brain, as opposed to the genetic book of the dead, in which ‘memories’ are written in DNA. Like gene pools, brains store information about the animal’s world, information that can be used to predict the future, and hence aid survival in that world. But brains can do it on a swifter timescale. Strictly speaking, where learning – indeed, this whole chapter – is concerned, we are talking not about the genetic book of the dead but about the non-genetic book of the living. However, as we shall see, naturally selected genes from the past prime the brain to learn certain things rather than others.

    The gene pool of a species is sculpted by the chisels of natural selection, with the result that an individual, programmed as it is by a sample of genes drawn from the well-carved gene pool, tends to be good at surviving in environments that did the carving: that is, an averaged set of ancestral environments. An important part of the body’s equipment for survival is the brain. The brain – its lobes and crevices, its white matter and grey matter, its bewildering byways of nerve cells and highways of nerve trunks – is itself sculpted by natural selection of ancestral genes. The brain is subsequently changed further by learning, during the animal’s lifetime, in such a way as to improve yet further the animal’s survival. ‘Sculpting’ might not seem so appropriate a word here. But the analogy between learning and natural selection has impressed many, not least BF Skinner, a leading – if controversial – authority on the learning process.

    Skinner specialised in the kind of learning called operant conditioning, using a training apparatus that later became known as the Skinner Box. It’s a cage with an electrically operated food dispenser. An animal, often a rat or a pigeon, gets used to the idea that food sometimes appears in the automatic dispenser. Built into the wall of the box is a pressable lever or a peckable key. Pressing the lever or key causes food to be delivered, not every time but on some automatically scheduled fraction of occasions. Animals learn to operate the device to their advantage. Skinner and his associates have developed an elaborate science of so-called operant conditioning or reinforcement learning. Skinner Boxes have been adapted to a wide variety of animals. I once saw a film of a rotund gourmand, in a specially reinforced Skinner Box, noisily exercising the lever-bashing skill of his bulbous pink snout. I found it endearing, and I hope the pig enjoyed it as much as I enjoyed the spectacle.

    You can train an animal to do almost anything you like, by operant conditioning, and you don’t have to use the automated Skinner Box apparatus. Suppose you want to train your dog to ‘shake hands’, that is, politely raise his right front paw as if to be shaken. Skinner called the following technique ‘shaping’. You watch the animal, waiting until he spontaneously makes a move that you perceive as being slightly in the right direction: an incipient, tentative, upward movement of the right front paw, say. You then reward him with food. Or perhaps not with food but with a signal such as the sound of a ‘clicker’, which he has previously been taught to associate with a food reward. The clicker is known as a secondary reward or secondary reinforcement, where the food is the primary reward (primary reinforcement). You then wait until he moves his right front paw a little further in the right direction. Progressively, you ‘shape’ his behaviour closer and closer to the target you have chosen, in this case ‘shaking hands’. You can use the same shaping technique to teach a dog to do all manner of cute tricks, even useful ones like shutting the door when there’s a cold draught and you are too lazy to get out of your armchair. It is elaborations of the same shaping technique that erstwhile circus trainers employed to teach bears and lions to do undignified tricks.

    I think you can see the analogy between behaviour ‘shaping’ and Darwinian selection, the parallel that so appealed to Skinner and many others. Behaviour-shaping by reward and punishment is the equivalent of shaping the bodies of pedigree dogs by artificial selection – domestic breeding. The gene pools of pedigree cattle, sheep, and cats, of racehorses and greyhounds, pigs and pigeons, have been carefully sculpted by human breeders over many generations to improve running speed, milk or wool yield, or in the case of dogs, cats, and pigeons, aesthetic appeal according to various more-or-less bizarre standards. Darwin himself was an enthusiast of the pigeon fancy, and he devoted an early chapter of On the Origin of Species to the power of artificial selection to modify domestic animals and plants.

    Now, back to shaping in Skinner’s sense. The animal trainer has a particular end result in mind, such as handshaking in a dog. She waits for spontaneous ‘mutations’ (please note well the quotation marks) of behaviour thrown by an individual animal and selects which ones to reward. As a consequence of the reward, the chosen spontaneous variant is then ‘reproduced’ by the animal itself in the form of a repetition. Next, the trainer waits for a new ‘mutant’ (again please don’t ignore the quotation marks) extension of the desired behaviour. When the dog spontaneously goes a little further in the desired direction of the handshake, she rewards him again. And so on. By a careful regimen of selective rewards, the trainer shapes the dog’s behaviour progressively towards a desired end.

    The analogy with genetic selection is evident and was expounded by Skinner himself. But so far, the analogy is with artificial selection. How about natural selection? What role does reinforcement learning play in the wild, where there are no human trainers? Does the analogy with reward learning extend from artificial selection to natural selection. How does reward learning improve the animal’s survival?

    Darwin bridged the gap from domestic breeding to natural selection with his great insight that human breeders aren’t necessary. Human selective breeders – let’s call them gene pool sculptors – are replaced by natural sculptors: the survival of the fittest, differential survival in wild environments, differential success in attracting mates and vanquishing sexual rivals, differential parenting skills, differential success in passing on genes. And just as Darwin showed that we don’t need a human breeder, the analogy with learning does without a human trainer. With no human trainers, animals in the wild learn what’s good for them and shape their behaviour so as to improve their chances of survival.

    ‘Mutation’ consists of spontaneous trial actions that might be subject to ‘selection’ – i.e. reward or punishment. The rewards and punishments are doled out by nature’s own trainers. When a hen scratches the ground with her feet, the action has a good chance of uncovering food of some kind, perhaps a grub or a seed. And so ground-scratching is rewarded, and repeated. When a squirrel bites the kernel of a nut, it’s hard to crack unless held at a particular angle in the teeth. When the squirrel spontaneously discovers the right angle of attack, the nut cracks open, the squirrel is rewarded, the correct alignment of the teeth on the nut is remembered and repeated, and the next nut is cracked more quickly.

    Much depends on the rewards that nature doles out. Food is not the only reward that we can use, even in the lab. Once, for a research project that I needn’t go into, I wanted to train baby chickens to peck differently coloured keys in a Skinner Box. There were reasons not to use food as reward, so I used heat instead. The reward was a two-second blast from a heat lamp, which the chicks found agreeable, and they readily learned to peck keys for the heat reward. But now we need to face the question, what, in general, do we mean by ‘reward’? As Darwinians, we must expect that natural selection of genes is ultimately responsible for determining what an animal treats as rewarding. It’s not obvious what will be rewarding, however obvious it might seem to us because we are animals ourselves.

    We may define a reward as follows. If a random act by an animal is reliably followed by a particular sensation and if, in consequence, the animal tends to repeat the random act, then we recognise that sensation (presence of food or warmth or whatever it is) as a reward by definition. If a Skinner Box delivered not food or heat but an attractive and receptive member of the opposite sex, I have no doubt that it would – at least under some circumstances – fit the definition of a reward: an animal in the right hormonal condition would learn to press a key to obtain such a reward. A mother animal, cruelly deprived of her child, would learn to press a key to restore access. And the child would learn to press a key to obtain access to its lost mother. I know of no direct evidence for any of those guesses, nor for my conjecture that a beaver would treat access to branches, stones, and mud suitable for dam-building as a reward by the above definition. And a crow in the nesting season would define access to twigs as a reward. But as a Darwinian, in all those cases I make the prediction with a modicum of confidence.

    Brain scientists are able to implant electrodes painlessly in the brains of animals, through which they can stimulate the brain electrically. Normally they do this in order to investigate which parts of the brain control which behaviour patterns. The experimenter controls an animal’s behaviour by passing weak electric currents. Stimulate a chicken’s brain here, and the bird shows aggressive behaviour. Stimulate a rat’s brain there, and the rat lifts its right front paw. The neurologists James Olds and Peter Milner conceived a variant of the technique. They handed the switch over to the rat. By pressing a lever, rats were able to stimulate their own brain. Olds and Milner discovered particular areas of the brain where self-stimulation by rats was highly rewarding: the rats appeared to become addicted to lever-pressing. Not only did electrical stimulation in these brain regions fulfil the definition of a reward. It did so in a big way. When the electrodes were inserted in these so-called pleasure centres, rats would obsessively press the switch, to the extent of unfortunately neglecting other vital activities. They would sometimes press the lever at a rate of 7,000 presses per hour, would ignore food and receptive members of the opposite sex and go for the lever instead, would run across a grid delivering electric shocks in order to get at the lever. They would press the lever continually for twenty-four hours until the experimenters removed them for fear they’d die of starvation. The experiments have been repeated on humans with similar results. The difference is that humans could verbalise what it felt like:

    A sudden feeling of great, great calm … like when it’s been winter, and you have just had enough of the cold, and you go outside and discover the first little shoots and know that spring is finally coming.

    Another woman (and you have to wonder whether the experiment was approved by an ethics committee)

    quickly discovered that there was something erotic about the stimulation, and it turned out that it was really good when she turned it up almost to full power and continued to push on her little button again and again … she often ignored personal needs and hygiene in favor of whole days spent on electrical self-stimulation.

    Rat addict

    It seems plausible that natural selection has wired up animal brains in such a way that external stimuli or situations that are good for the animal (which will vary from species to species) are internally connected to the ‘pleasure centres’ discovered by Olds and Milner.

    Punishment is the opposite of reward. If an action is reliably followed by a stimulus X and, as a consequence, the animal becomes less likely to repeat the action, then X is defined as a punishment. In the laboratory, psychologists sometimes use electric shock as punishment. More humanely (I guess) they use a ‘time out’ – an interval during which the animal is denied access to reward. Dog trainers (the practice is frowned upon by many experts, rightly in my opinion) sometimes smack an animal as punishment. When I was at boarding school (and this practice is now not only frowned upon but illegal) my friends and I were from time to time caned by the headmaster, hard enough (astonishing as it now seems) to leave bruises that took weeks to heal (and were admired at bath-time like battle scars). What my offences were I have now forgotten, but I’m sure I didn’t forget while I was still at the school and within range of Slim Jim and Big Ben, the two canes in the headmaster’s quiver. My probability of repeating the offence undoubtedly decreased. Therefore, beatings were punishments by definition, as well as by the intention of the headmaster.

    In nature, bodily injury is perceived as painful. If an action is followed by pain, the probability of repeating that action goes down. Not only is that how we define punishment: it also explains what pain is for, in the Darwinian sense. Injury often presages death and hence failure to reproduce. Therefore, the nervous system defines bodily injury as painful.

    Sometimes pain is endured when offset by reward. We’ve already seen that rats will endure painful electric shock to get to the self-stimulation lever. The punishment of a bee sting may be offset by the reward of honey. The taste of honey is such an intense reward that many animals, including bears, honey badgers, raccoons, and human hunter-gatherers, are prepared to endure the pain for the sake of it. Rewards and punishments trade off against each other, just as mutually opposing natural selection pressures trade off against each other.

    The Darwinian interpretation of pain as a warning not to repeat the preceding action has ethical implications. In our treatment of non-human animals, on farms and hunting fields, in slaughterhouses and bullrings, we are apt to assume that their capacity to suffer is less than ours. Are they not less intelligent than we are? Surely this means they feel pain, if at all, less acutely than us? But why should we assume that? Pain is not the kind of thing you need intelligence to experience.

    The capacity to feel pain has been built into nervous systems as a warning, an aid to learning not to repeat actions that caused bodily damage and might next time lead to death. So, if a species is less intelligent, might its pain need to be more agonising, rather than less? Shouldn’t humans, being cleverer, get away with less painful pain in order to learn not to repeat the self-harming action? A clever animal, you might think, could get away with a mild warning, ‘Er, probably a good idea not to do that again, don’t you think?’ Whereas a less intelligent animal would need the sort of dire warning that only excruciating pain can deliver. How should this affect our attitude towards slaughterhouses and agricultural husbandry? Should we not, at very least, give our animal victims the benefit of the doubt? It’s a thought, to put it at its mildest!

    Rewards and punishments, pleasure and pain, are so familiar and obvious to us as human animals that you probably wonder why I am labouring the topic in this chapter. Here is where things start to become less obvious and more interesting. The brain’s choice of what shall constitute reward and what punishment is not fixed in stone. It is ultimately determined by genetic natural selection. Animals come into the world equipped with genetically granted definitions of reward and punishment. These definitions have been made by natural selection of ancestral genes. Any sensation associated with an increased probability of death will become defined as painful. A dislocated limb in the wild dramatically increases the probability of death. And it is intensely painful, as I recently and very vocally testified, all the way to the hospital. It has certainly made me take great care to avoid risking a repeat. Copulation increases the probability of reproduction, and genetic selection has consequently made the accompanying sensations pleasurable – which means rewarding. It has been suggested, with support from rat experiments and from the self-stimulating woman mentioned above, that sexual pleasure is directly linked to the ‘pleasure centres’ discovered by Olds and his colleagues. Presumably other sensations, too, could be so linked by natural selection.

    I conjecture that by artificial selection you could breed a race of pigeons who enjoy listening to Mozart but dislike Stravinsky. And vice versa. After many generations of selective breeding, perhaps spread over several human lifetimes, the birds would be genetically equipped with a definition of reward such that they would learn to peck a key that caused a recording of Mozart to be played, and would learn to peck a key that caused a recording of Stravinsky to be switched off. And of course, the experiment would be incomplete unless we also bred a line of pigeons who treated Mozart as punishment and Stravinsky as reward. Let’s not get pedantic as to whether it is really Mozart that they’d treat as rewarding. The learned preference would probably generalise from Mozart to Haydn! The only point I am trying to make is that the definitions of what is rewarding and what is punishing are not carved in stone. They are carved in the gene pool and therefore potentially changeable by selection.

    As a corollary, I conjecture that, by artificial selection, you could (though I wouldn’t wish to, and it might take an unconscionable number of generations) breed a race of animals who regarded what had previously been pain as rewarding. By definition, it would no longer be pain! It would be cruel to release them into their species’ natural environment because, of course, they would be unfitted to survive there – that’s the whole point. But the mere fact that they enjoy what normal members of their species would call pain is not cruel – because, however hard it is for us to imagine, at least within the confines of my thought experiment, they enjoy it! Anyway, the more interesting conclusion is that, in a state of nature, it is natural selection that determines what is reward and what is punishment. My thought experiment was devised to dramatise that conclusion.

    Experimental psychologists have long known that you can train an animal to treat as a reward something that previously had neutral value for the animal. As mentioned above, it’s called secondary reinforcement, and an example is the clicker used by dog trainers. But secondary reinforcement is not what I’m talking about here, and I really want to emphasise that. I’m not talking about secondary reinforcement, but about genetically changing the very definition of what constitutes primary reinforcement. I conjecture that we could achieve it by breeding, as opposed to training. I called it a conjecture because the experiment has not, as far as I know, been done. I’m now talking about selectively breeding animals in such a way as to change their own genetically instilled definition of what constitutes a primary reward in training. To repeat my suggestion above, I predict that by artificial selection you could in principle breed a race of animals who would treat bodily injury as rewarding.

    Douglas Adams carried the point to a wonderful comedic reductio in The Restaurant at the End of the Universe. Zaphod Beeblebrox’s table was approached by a large bovine creature, who announced himself as the dish of the day. He explained that the ethical problem of eating animals had been solved by breeding a species that wanted to be eaten and was capable of saying so. ‘Something off the shoulder, perhaps, braised in a white wine sauce?’

    Birds don’t naturally listen to human music, so my Mozart/Stravinsky flight of fancy may seem implausible. But do they have a music of their own? A respected ornithologist and philosopher named Charles Hartshorne suggested that we should regard birdsong as music, appreciated aesthetically by the birds themselves. He may not have been wrong, as I shall soon argue.

    The role of learning and genes in the development of birdsong has been intensively studied, especially by WH Thorpe, Peter Marler, and their colleagues and students. Many birds learn to imitate the song of their father or other members of their own species. Spectacular feats of mimicry by the likes of mynahs and lyre birds are an extreme. In addition to mimicking other species such as kookaburras (‘laughing jackass’), lyre birds have been recorded by David Attenborough giving remarkably convincing imitations of car alarms, camera shutters (with or without a motor drive), the chainsaws of lumberjacks and the mixed noises of a building site. I have even heard it said, but have failed to verify it, that lyre birds can distinctly mimic Nikon versus Canon camera shutters. Such virtuoso mimics incorporate an amazing variety of such sounds in an ample repertoire.

    This raises the question of why many songbirds have large repertoires in the first place. Individual male nightingales can sport more than 150 recognisably distinct songs. Admittedly that’s an extreme, but the general phenomenon of song repertoires demands an explanation. Given that song serves to deter rivals and attract mates, why not stick to one song? Why switch between alternatives? Several hypotheses have been proposed. I’ll mention just my favourite, the ‘Beau Geste’ hypothesis of John Krebs.

    In the adventure yarn of that name by PC Wren, an outnumbered unit of the French Foreign Legion was beleaguered in a desert fort, and the commander beat off the opposing force with a spectacular bluff.

    As each man fell, throughout that long and awful day, [the commander] had propped him up, wounded or dead, set the rifle in its place, fired it, and bluffed the Arabs that every wall and every embrasure and loophole of every wall was fully manned.

    Krebs’s hypothesis is that the bird with a large repertoire is pretending his territory is already occupied to the full. He is, as it were, mimicking the sounds that would emerge from an area if it were already overpopulated with too many members of his species. This deters rivals from attempting to set up their territory in the area. The more densely populated an area is, the less will it benefit an individual to settle there. Above a certain critical density, it pays an individual to leave and seek territory elsewhere, even an otherwise inferior territory. So, by pretending to be many nightingales, an individual nightingale seeks to persuade others to find a different place to set up his territory. In the case of lyre birds, the sound of a chainsaw is just another addition to the repertoire, the size of which conveys the message: ‘Go away, there’s no future for you here, the place is fully occupied.’

    Virtuoso impressionists like lyre birds, mynahs, parrots, and starlings are outliers. Probably they are just manifesting, in extreme form, the normal way young birds learn their species song – imitating their fathers or other species members. The point of learning the correct species song is to attract mates and intimidate rivals. And now we return to our discussion of the definition of a reward: how natural selection defines what will be treated as reward and what punishment.

    In an experiment by JA Mulligan, three American song sparrows (Melospiza melodia) were reared by canaries in a soundproof room so that they never heard the song of a song sparrow. When they grew up, all three produced songs that were indistinguishable from those of typical wild song sparrows. This shows that song sparrow song is coded in the genes. But it is also learned. In the following special sense. Young song sparrows teach themselves to sing, with reference to a built-in template, a genetically installed idea of what their song ought to sound like.

    What’s the evidence for this? It is possible surgically, under anaesthetic and I trust painlessly, to deafen birds. This has been done, with both song sparrows and the related white-crowned sparrows, Zonotrichia leucophrys. If birds of either species are deafened as adults, they continue to sing almost normally: they don’t need to hear themselves sing. As adults, that is. If, however, they are deafened when three months old, too young to sing, their song when they reach adulthood is a mess, bearing little resemblance to the correct song. On the template hypothesis, this is because they have to teach themselves to sing, matching their random efforts against the template of correct song for the species. There’s an interesting difference between the two species. Whereas the song sparrow never needs to hear another bird sing – its template is innate – the white-crowned sparrow makes a ‘recording’ of white-crowned sparrow song, early in life, long before it starts to develop its own song. Once the template is in place, whether innate as in the song sparrow or recorded as in the white-crowned, the nestlings then use it to teach themselves to sing.

    Doves and chickens push this to an extreme: they don’t need to listen to themselves, ever. Ring dove (also known as barbary dove) squabs, who have been surgically rendered completely deaf, later develop vocalisations that are just like those of intact doves. That the behaviour is innate is further testified by the fact that hybrid doves coo in a way that is intermediate between the parental species’ coos. As we shall see in Chapter 9, young crickets (nymphs), before they achieve their final moult to become adults, can artificially be induced to display nerve-firing patterns identical to their species song patterns, even though nymphs never sing. And hybrid crickets have a song that is intermediate between the two parental species.

    But I want to get back to the sparrows. As we have seen, they teach themselves to sing by listening to their own random babblings, and repeating those fragments that are rewarded by a match to a template – whether the template is genetically built-in (song sparrow), or a ‘recording’ (white-crowned sparrow) remembered from infancy. Did you notice this means that a sound that matches the template is a reward by our definition? We have identified a new kind of reward to add to food and warmth. The song template is a much more specialised kind of reward. It’s easy to see how food (relief of hunger pangs) and warmth (relief of cold discomfort) would be general, non-specific rewards. Indeed, psychologists of the early twentieth century delighted in reducing all rewards to one simple formula, which they called ‘drive reduction’. Hunger and thirst were seen as examples of ‘drives’, analogous to forces driving the animal. A particular pattern of sounds, complicated and characteristic enough to be recognised, by ornithologists and birds alike, as belonging to one species and one species alone, is a reward of a very different kind from generalised drive-reduction. And, I would personally add, of a much more interesting kind. As a student I tried to read up that rat psychology literature, and I’m sorry to admit that I found it rather boring compared to the zoology literature on wild animals.

    The ethologist Keith Nelson once gave a conference talk with the title ‘Is bird song music? Well, then, is it language? Well, then, what the hell is it?’ It isn’t language: not rich enough in information, and it doesn’t seem to be grammatical in the sense of possessing a hierarchical nesting of ‘clauses’ enclosing ‘sub-clauses’. Hartshorne, as I mentioned previously, thought it was music, and I think there’s a sense in which he was right. I believe we can make a case that birds have an aesthetic sense, which responds to song. I think there’s also a sense in which it works like a drug. In what follows, I am drawing on a pair of papers that I wrote jointly with John Krebs some years ago, about animal signals generally. We were critically responding to a then prevalent idea that animal signals function to convey useful information from the sender to the recipient, for the mutual benefit of both. For example, ‘I am a male of the species Luscinia megarhynchos, I am in breeding condition, and I have a territory over here.’ The gene’s-eye view of evolution, then quite novel, did not sit well with ‘mutual benefit’. Krebs and I followed the gene’s-eye view to a more cynical view of animal signals, substituting the idea of manipulation of the receiver by the signaller. ‘You are a female of the species Luscinia megarhynchos. COME HITHER! COME HITHER! COME HITHER!’

    When an animal seeks to manipulate an inanimate object, it has only one recourse – physical power … But when the object it seeks to manipulate is itself another live animal there is an alternative way. It can exploit the senses and muscles of the animal it is trying to control … A male cricket does not physically roll a female along the ground and into his burrow. He sits and sings, and the female comes to him under her own power.

    Now, you might object, surely the female should respond to male song in this way only if it benefits her. But we regarded the relationship between signaller and signallee as an arms race, run in evolutionary time. Perhaps she does put up some sales-resistance. But that provokes the male, on the other side of the arms race, to up the ante: increase the intensity of his signal. And now we come to another strand to the argument, which Krebs and I advanced in the second of our two papers. This concerns what we called ‘mind-reading’. Any animal in a social encounter can benefit itself by predicting (behaving as if predicting) the behaviour of another. There are all kinds of give-away clues. If a male dog raises his hackles, this is an involuntary indicator of an aggressive mood. Responding appropriately to such give-aways is what we dubbed ‘mind-reading’. Humans can become quite adept at mind-reading in this sense, making use of such cues as shifty eyes or fidgety fingers. And now, to bring the argument full circle, an animal who is the victim of a mind-reader can exploit the fact of being mind-read, in such a way as to render inappropriate the very word ‘victim’. A male, for instance, might manipulate a female by ‘feeding’ her mind-reading machinery, perhaps with deceptive cues. This is just to say that where victimhood is concerned, manipulation is not a one-way street. Mind-reading turns the tables. And then manipulation potentially turns them back again, against the mind-reader.

    On this view animal signals, to repeat, evolve as an arms race between mind-reading and manipulation, an arms race between salesmanship and sales-resistance. In those cases where the sender benefits from being mind-read and the receiver benefits from being manipulated, we suggested that the ensuing signal should shrink to a ‘conspiratorial whisper’. Why escalate a signal when there is no push-back. Conversely – the opposite of a conspiratorial whisper – loud, conspicuous, vivid signals will arise where the recipient does not ‘want’ to be manipulated. In such cases the arms race, in evolutionary time, escalates towards exaggeration on the part of the sender, to combat increased ‘sales-resistance’ on the part of the receiver.

    Why, you might wonder, should there ever be ‘sales-resistance’? It’s most easily seen in the case of the arms race between the sexes. You might think it’s always a good idea for males and females to get together and coordinate. You’d be wrong, and for an interesting reason. Ultimately because sperms are smaller and more numerous (‘cheaper’) than eggs, females need to be choosier than males. A male is more likely to ‘want’ to mate with a female than the female will ‘want’ to mate with him. Females pay a higher cost if they mate with the wrong male than males pay if they mate with the wrong female. In extreme cases, there is no such thing as the wrong female. Hence males are more likely to escalate salesmanship when trying to persuade females. And females more likely to favour sales-resistance. Where you see high-amplitude signals – bright colours, loud sounds – that means there’s probably sales-resistance. Where there’s no sales-resistance, signals are likely to sink to a conspiratorial whisper. Conspicuous signals are costly, if not in energy, in risk of attracting predators or alerting prey.

    I’ve been a bit terse in condensing two full-sized papers into four paragraphs. It should become clearer when I now apply it to birdsong. Birdsong is too loud and conspicuous to be a ‘conspiratorial whisper’, so let’s go for the other extreme: increased sales-resistance fomenting exaggerated efforts to manipulate. Is birdsong an attempt to manipulate the behaviour of females and other males: an attempt to change their behaviour to the advantage of the singer?

    If biologists wish to manipulate the behaviour of a bird, what can they do? This chapter has already introduced one possibility that birds themselves, unfortunately for them, cannot do: electrical stimulation of another’s brain through implanted electrodes. The Canadian surgeon Wilder Penfield pioneered the technique on human patients whose brains were undergoing surgery for other reasons. By exploring different parts of the cerebral cortex, he was able to jerk specific muscles into action like a puppeteer pulling strings. When he drew a map of which parts of the brain pulled which muscles, it looked like a caricature of a human body, the so-called ‘motor homunculus’ (there’s also a ‘sensory homunculus’ on the left-hand side of the picture, which looks rather similar). The grotesque exaggeration of the homunculus’s hand goes some way towards explaining the formidable skill of a concert pianist, for example. And the large brain area given over to the lips and tongue is no doubt related to speech. The German biologist Erich von Holst, working with chickens in a deeper part of the brain, the brain stem, was able to control what might be called the bird’s ‘mood’ or ‘motivation’, resulting in changes to the observed behaviour, including ‘guiding hen to nest’ and ‘uttering call warning of predator’. I repeat that these operations are painless, by the way. There are no pain receptor nerves in the brain.

    Now, a male nightingale might well ‘wish’ he could implant electrodes in a female’s brain and control her behaviour like a puppet. He can’t do that, he’s no von Holst, and he has no electrodes. But he can sing. Might song have something like the same manipulative effect? No doubt he might benefit, if only he could inject hormones into her bloodstream. Again, he can’t literally do that. But evidence on ring doves and canaries suggests that birds can do something close to it. Male doves vigorously court females with a display called the bow-coo. The bow is a characteristic movement resembling an un­usually obsequious human bow, and it is accompanied by an equally characteristic coo, consisting of a staccato note followed by a purring glissando. A week’s exposure to a bow-cooing male reliably causes massive growth of a female’s ovary and oviduct, with accompanying changes in sexual, nest-building, and incubation behaviour. This was shown by the American animal psychologist Daniel S Lehrman. Lehrman went on to show that the behaviour of male ring doves has a direct effect on the hormones circulating in female bloodstreams. Parallel work by Robert Hinde and Elizabeth Steel in Cambridge on nest-building behaviour in female canaries showed the same thing.

    The ring dove and canary type experiments have not been done on nightingales, but it probably is generally the case that male birdsong changes the hormonal state of females. Male song manipulates female behaviour, as though the male had the power to inject her with chemicals, presumably nightingales no less than other species.

    My heart aches, and a drowsy numbness pains

    My sense, as though of hemlock I had drunk,

    Or emptied some dull opiate to the drains

    One minute past, and Lethe-wards had sunk.

    John Keats was not a bird, but his brain was a vertebrate brain like a female nightingale’s. The male nightingale song drugged him – almost to death in his poetic fancy. If it can so intoxicate the mammal Keats, might it not have a yet more powerful effect on the vertebrate brain that it was designed to beguile, the brain of another nightingale? To answer yes, we hardly need the testimony of the dove and canary experiments. I believe natural selection has shaped the male nightingale’s song, perfecting its narcotic power to manipulate the behaviour of a female, presumably by causing her to secrete hormones.

    But now, let’s return to learning, and the deafening experiments. The evidence shows that young white-crowned sparrows and song sparrows teach themselves to sing with reference to a template. Young white-crowneds need to hear song in order to make their ‘recording’ of the template. But any old song won’t do. They have to hear the song of their own species. This shows that, even when the template is recorded, there is an innate component to it, built in by the genes. And in the case of the song sparrow, it doesn’t even need to be recorded.

    I suggested above that birdsong might be appreciated as music, enjoyed aesthetically by the birds themselves. We are now in a position to spell out the argument. The male teaches himself to sing by comparing his ‘random’ burblings against a template. The template serves as reward, positively reinforcing those random attempts that happen to match it. Reflect, now, that the male songster has a brain much like the female he later hopes to manipulate. When he teaches himself to sing, he is finding out which fragments of song appeal to a bird of his own species (himself … but later, a female). What is that, if not the employment of aesthetic judgment?

    Burble. I like it (conforms to my template). Repeat it.

    Burble warble. Ooooh, that’s even better. I like that very much.

    It really turns me on. Repeat that too. YES!

    What turns him on will probably turn a female on too, for they are, after all, members of the same species with the same typical brain of the species. At the end of the developmental period when the final adult song has been perfected, it will be equally beguiling to the singer himself and his female target. He learns to sing whichever phrases turn him on. There seems no powerful reason to deny that both enjoy an aesthetic experience – as did John Keats when he heard the nightingale.

    We’ve come a long way from the idea of reward as generalised ‘drive reduction’. And we’ve arrived at what I think is a much more interesting place. The lesson of these experiments on birdsong is that reward can be a highly specific stimulus, or stimulus-complex, ultimately laid down by genes: what Konrad Lorenz, one of the fathers of ethology, dubbed the ‘Innate Schoolmarm’.

    If this is right, we should predict the following result in a Skinner Box. A young song sparrow who has never heard song should learn to peck a key that yields the sound of song sparrow, but no other species’ song. That hasn’t been done, but various similar experiments have. Joan Stevenson found that chaffinches preferred to settle on a perch attached to a switch that turned on chaffinch song. However, the control sound for comparison was white noise, not the song of another species. Her chaffinches, moreover, were not naive but wild caught. Her method was adopted by Braaten and Reynolds with hand-reared, naive zebra finches and using starling song for comparison instead of white noise. They showed a clear preference for perches that played zebra finch song rather than starling song. It would be nice to do a big experiment with, say, naive young songbirds of six different species, with six perches, each perch playing one of the six songs. We should predict that each species should learn to sit on the perch that played their own species song. It wouldn’t be an easy experiment. Hand-rearing baby songbirds is hard work. A neat design might be to give each baby to foster parents of one of the other six species.

    The template of song sparrows is innate. The ‘recorded’ template of young white-crowned sparrows, laid down early in life before they start singing, looks like the kind of learning called ‘imprinting’, most closely associated with Konrad Lorenz and his pursuing geese. Imprinting was first recognised in nidifugous baby birds.

    Nidifugous, from the Latin, means ‘fleeing the nest’. Nidifugous hatchlings start life equipped with warm and protective downy feathers and well-coordinated limbs. Examples are ducklings, goslings, moorhen chicks, chicken chicks, ground-nesting species generally. Within hours of hatching, as soon as their feathers are dry, nidifugous chicks are up and about, walking competently, looking around alertly, pecking at food prospects, and dogging parental footsteps. The opposite of nidifugous is nidicolous. All songbirds are nidicolous. Nidicolous bird species typically nest in trees. The babies are helpless, naked, incapable of walking (they’re in a nest balanced up a tree, where would they walk to?), incapable of feeding themselves but with a huge gaping beak, a begging organ into which their parents tirelessly shovel food. Many seabirds such as gulls are nidifugous in that they hatch with downy feathers and don’t gape for food. But they are dependent on the parents bringing food that they regurgitate for the chicks.

    Mammals, too, have their own equivalent to nidifugous (think gambolling lambs; and wildebeest calves must follow the herd on the day they’re born) and nidicolous (baby mice are hairless and helpless). Man is a nidicolous species. Our babies are almost completely helpless. There has been an evolutionary trade-off between a pressure towards a bigger brain, conflicting with the difficulty of being born imposed by a large head. The result was to push our babies towards being born earlier, before the head became insufferably (for the mother) large to push out. The result was to make us even more helplessly nidicolous than other ape species.

    Nidifugous species, both mammals and birds, are in danger if they become separated from their parent(s), and this is where imprinting comes in. Nidifugous babies, as soon as they hatch, do something equivalent to taking a mental photograph of the first large moving object they see. They then follow it about, at first very closely, then venturing gradually further away as they grow older. The first moving object they see is usually their parent, so the system works fine in nature. Goslings hatched in an incubator, however, tend to imprint on a human carer, for example Konrad Lorenz.

    The idea of imprinting in mammals is imprinted in child minds by the nursery rhyme ‘Mary had a little lamb’ (Everywhere that Mary went / The lamb was sure to go). Imprinted animals, both birds and mammals, often retain their mental photograph into adulthood and attempt to mate with creatures (such as humans) who resemble it. One of the reasons zoos have difficulty with breeding is that the frustrated animals hanker after their keepers.

    Imprinting may or may not be a special kind of learning. Some say it’s just a special case of ordinary learning. It’s controversial. Either way, it’s a nice example of a recent, ‘top layer’ palimpsest script. The genes could have equipped the animal with a built-in image or specification of precisely what to follow, what to mate with, what song to sing. Instead, they equip the animal with rules for colouring in the details.

    Reinforcement learning and imprinting are not the only kinds of learning by which an animal, during its own lifetime, supplements the inherited ancestral wisdom. Elephants make important use of traditional knowledge. The brains of old matriarchs contain a wealth of knowledge about such vital matters as where water can be found. Young chimpanzees learn from their elders skills such as using a stone as a hammer to crack nuts, and preparing a twig to probe termite nests. The handover from adept to apprentice is a kind of inheritance, but it is memetic, not genetic. This is why these skills are practised in particular local areas and not others. The skill of sweet potato washing in Japanese macaques is another example. So is pecking through the foil or cardboard lids of milk bottles by British tits, in the days when milk was delivered daily on the doorstep. In this case, the skill was seen to radiate geographically outwards from focal points, in the manner of an epidemic.

    What else equips animals to improve on their genetic endowment, apart from learning? Perhaps the most important example of a ‘memory’ not mediated by the brain is the immune system. Without it, none of us would have survived our first infection. Immunology is a huge subject, too big for me to do it justice in this book. I’ll say a few words, just enough to make the point that genes don’t attempt the impossible task of equipping bodies with information about all the bacteria, viruses, and other pathogens that they might ever encounter. Instead, genes furnish us with tools for ‘remembering’ past infections, forearming us against future infection. We carry not just the genetic book of the dead (the ancestral past) but a special molecular book in which is written a continually updated medical record of our infections and how we dealt with them.

    Geese imprinted on Konrad Lorenz. A special kind of learning, which casts light on the mind of birds

    Bacteria, too, suffer from infection – by viruses called bacteriophages, or phages for short – and they have their own immune system, which is rather different from ours. When a bacterium is infected, it stores a copy of part of the viral DNA within its own single circular chromosome. These copies have been called ‘mug shots’ of criminal viruses. Each bacterium sets aside a portion of its circular chromosome as a kind of library of these mug shots. The mug shots will later be used to apprehend criminals in the form of the same or related viruses making a reappearance. The bacterium makes RNA copies of the mug shots. These RNA images of ‘criminal’ DNA are circulated through the interior of the bacterial cell. If a virus of a familiar type should invade, the appropriate mug shot RNA binds to it, and special protein enzymes cut up the joined pair, rendering the virus harmless.

    The bacterium needs a way to label the mug shots, so they aren’t confused with its own DNA. They are labelled by the presence of adjacent nonsense sequences of DNA, which are palindromes called CRISPR: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Each time a bacterium is assailed by a new kind of virus, another CRISPR-flanked mug shot is added to the CRISPR region of the chromosome. It’s another story, but CRISPR has become famous because scientists have discovered a way in which the bacterial skill can be borrowed for the human purpose of editing genomes.

    The vertebrate immune system works rather differently. It’s more complicated but we too have a ‘memory’ of pathogens of the past. Our immune system is then able to mount a rapid response, should any of those old enemies venture to return. This is why those of us who have had mumps or measles can safely mingle with victims, confident that we shall not get the disease a second time. And the enormous boon of vaccination works by tricking the immune system into building up a false memory, normally by injecting either a killed strain or a weakened strain of the pathogen.

    The Covid-19 pandemic was largely stopped in its tracks, saving thousands of lives, by a wonderful new type of vaccine, the mRNA vaccine. The role of mRNA (messenger RNA) is to convey coded messages from DNA in the nucleus to where proteins are made to the code’s specification. Now, here’s how mRNA vaccines work. Instead of injecting a killed or weakened strain of the dangerous virus, a harmless protein in its jacket is first sequenced. The genetic code appropriate to that protein is then written into mRNA. The mRNA does its thing, which is to code the synthesis of protein – in this case the harmless jacket protein of the Covid virus. And then, the immune system does its thing and attacks the virus if it enters the body, recognising it by the protein in its jacket.

    What is especially interesting, in pursuit of our analogy between learning and evolution, is that the vertebrate immune system’s ‘memory’ (unlike the bacterial one) works in a kind of Darwinian way, by an internal version of natural selection, within the body. But that is another story, beyond our scope here.

    The immune system, and the brain, are the two rich data banks in which entries are written during the animal’s own lifetime, to update the genetic book of the dead, or ‘colour in the details’. More minor examples need mentioning for the sake of completeness. Darkening of the skin is a kind of memory of lying out in the sun. It provides useful screening against the damage that the sun’s rays, especially ultraviolet, can wreak, for example in causing skin cancers. This is a case where genetic and post-genetic scripts both contribute. People whose ancestors have lived many generations in fierce tropical sun tend to be born with dark skin, for example native Australians, many Africans, and people from the south of the Indian sub-continent. By contrast, those whose ancestors have lived many generations at higher latitudes are at risk from too little sun. They tend to lack Vitamin D and hence are prone to rickets. Genetic natural selection at high latitudes has therefore favoured lighter skins. That’s all written in the genetic book of the dead. But this chapter is about palimpsest scripts written after birth, and here is where suntan comes in. Browning in the sun, a post-birth ‘colouring-in’, achieves in light-skinned, high-latitude people a temporary approach towards what is written into the genome of tropical peoples. You could think of the two as short-term memory and long-term memory of sunlight.

    Another example is acclimatisation to high altitude. The higher you go, the thinner the atmosphere, where lack of oxygen causes ‘mountain sickness’, whose symptoms include headaches, dizziness, nausea, and complications of pregnancy. People whose ancestors have long lived at high altitude have evolved genetic adaptations such as elevated haemoglobin levels in the blood. Those ‘memories’ of ancestral natural selection are written in the genetic book of the dead. Interestingly, the details differ between Andean and Himalayan peoples, not surprisingly because they have independently, over 10,000 years or more, adapted to a lack of oxygen in mountainous regions widely separated from each other. There are several routes to acclimatisation, and it is not surprising that different mountain peoples have followed different evolutionary paths.

    Once again, ancestral scripts can be over-written during the animal’s own lifetime. Lowland people who move to high areas can acclimatise. In 1968, when the Olympic Games were held in Mexico City, national teams deliberately arrived early, in order to train at the high altitude (2,200 metres, more than 7,000 feet) of the Anahuac Plateau. Changes that develop during a period of weeks living at high altitude are written into the post-birth palimpsest layer. As with skin colour, they mimic the older, gene-authored scripts.

    Talking of skin colour, the ‘paintings’ of Chapter 2 were all done by ancestral genes, replaying ancestral worlds. But there are some animals who can repaint their skin on the fly, to match the changing background they happen to be sitting on at any given moment. This is another example of the non-genetic book of the living. Chameleons are proverbial, but they aren’t the top virtuosi when it comes to impromptu skin artistry. Flatfish such as plaice can change not just their colour but also their patterning. The one above is capable of changing its colour to match the yellow background on which it now sits. But you only have to take one look at it to read it as a detailed description of the lighter bottom it has just moved off, with its mottled pattern projected by shimmering light from surface ripples.

    Even flatfish are upstaged by octopuses and other cephalopod molluscs, who have perfected the art of dynamic cross-dressing to an astonishing extent. And they, uniquely in the animal kingdom, do their changes at high speed. Roger Hanlon, while diving off Grand Cayman, saw a clump of brown seaweed suddenly turn ghostly white and swim rapidly away in a puff of sepia smoke. It was an octopus, with a perfect painting of brown seaweed all over its skin. As Hanlon approached, an emergency order from the octopus brain twitched the muscles controlling the tiny bags of pigment peppering the skin. Instantaneously, the whole surface changed colour from perfect camouflage (trying not to be noticed by predators) to scary white (startling would-be predators). Finally, the puff of dark brown ink deflects the attention of would-be predators away from the fleeing octopus.

    Thaumoctopus mimicus

    Sea snake

    Thaumoctopus mimicus

    Flounder

    Hanlon saw an octopus (upper right) in Indonesian waters, Thaumoctopus mimicus, who mimicked a flounder (lower right), not just its appearance but also its behaviour, stopping and starting in jerky glides over the sand surface. What’s the point? Hanlon is unsure, but he suspects it deceives predators who like to bite off a tentacle but cannot cope with a substantial flatfish. This octopus also can put on a show with its tentacles (upper left), making each one resemble a venomous sea snake (lower left) common in tropical waters. Cephalopods can even change their skin’s texture, ruffling up or puckering it into extraordinary shapes. A colleague once dramatised their other-world strangeness by beginning a lecture on Cephalopods: ‘These are the Martians.’

    The main thesis of this book is that the animal can be read as a description of much older, ancestral environments. This chapter has shown how further details are added, on top of the ancestral palimpsest scripts. Earlier chapters invoked a future scientist, SOF, presented with an animal and challenged to read its body and reconstruct the environments that shaped it. There, we spoke only of ancestral environments, described in the genomic database and its phenotypic manifestations. In this chapter we’ve seen how SOF could supplement her reading of ancestral environments, by additional readings of the more recent past, including the other two great databases that supplement the genes, namely the brain and the immune system. Today’s doctors can read your immune system database and reconstruct a moderately complete history of the infections you have suffered – or been vaccinated against. And if SOF could read what is written in the brain (a big if, she really would have to be a scientist of the future), she could reconstruct much detail of the animal’s past environments in its own lifetime.

    Experience, either literal experience stored in the brain as memories, disease experience, or genetic ‘experience’ sculpted into the genome by natural selection, enables an animal to predict (behave as if predicting) what will happen next. But there’s one more trick that the brain can pull off in order to foretell the future: simulation, or imagination. Human imagination is a much grander affair than this but, from the point of view of an animal’s survival, and our analogy between natural selection and learning, we could regard imagination as a kind of ‘vicarious trial and error’. Unfortunately, that particular phrase has been usurped by rat psychologists. A rat in a ‘maze’ (usually just a choice between turning left or right) will sometimes physically vacillate, looking left, right, left, right before finally making up its mind. This ‘VTE’ may be a special case of imagining alternative futures, but it’s probably safest if I reluctantly surrender the phrase itself to the rat-runners and not use it here. Instead, I’ll prefer an analogy with computer simulation: the animal’s brain simulates likely consequences of alternative actions internally, thereby sparing itself the dangers of trying them out externally in the real world.

    I said the human imagination is a much grander affair. It finds expression in art and literature. Words written by one person can call up an imagined scene in the brain of another. Gertrude’s lament for Ophelia can move a reader to tears four centuries after the poet’s death. Less ambitiously, let me ask you to imagine a baboon atop a steep cliff. Someone has balanced a plank over the edge of the cliff. Resting at the far end of the plank, over the abyss, is a bunch of bananas. Imagine them, yellow and tempting. The baboon is indeed tempted to venture out along the plank. However, his brain internally simulates the consequence, sees that his extra weight would topple the plank – imagines himself tumbling to his death. So he refrains.

    Let’s now imagine a range of brains faced with the banana on the plank. First, the genetic book of the dead can build in an innate fear of heights. I myself experience a tingling of the spine, which inhibits me from walking within a metre of the edge of a precipice such as the Cliffs of Moher in Western Ireland. This, even when there’s no wind and no reason to suppose that I would fall.

    The visual cliff

    A whole genre of experimentation, the so-called ‘visual cliff’ experiment, has been devised to investigate fear of heights. The baby in the picture is quite safe: there’s strong glass over the ‘cliff’. I recently visited one of the world’s tallest buildings where one could stand on toughened glass looking down on the street far below. Perfectly safe, and I watched others walk on the glass, but I avoided doing so myself. Irrational, but innate fears are hard to conquer. Perhaps an innate fear of heights is inherited from tree-climbing ancestors who survived because they possessed it. Not everyone succumbs, of course. These New York construction workers are enjoying a relaxed lunch with evident (though incomprehensible to me) nonchalance.

    Death by falling is the crudest route through which a fear of heights might be built into animals. Another way is by learning, reinforced by pain. Young baboons who fall down smaller cliffs are not killed, but they experience pain. Pain, as we’ve seen, is a warning: ‘Don’t do that again. Next time the cliff might be higher, and it will kill you.’ Pain is a kind of vicarious, relatively safe substitute for death. Pain stands in for death in the analogy between learning and natural selection.

    The ‘detour problem’

    But now, since you are human with a human power of imagination, you are probably simulating in your brain an unusually bright baboon. He sees himself, in his own imagination, pulling the plank carefully inwards, complete with bananas. Or reaching out with a stick and nudging the bananas along the plank towards him. Probably only highly evolved brains are capable of such simulations. Even dogs (above) perform surprisingly poorly on the so-called ‘detour problem’. But if he succeeds, this imaginative baboon risks no pain and doesn’t fall to his death but does it all by internal simulation. He simulates the fall in his imagination, and consequently refrains from venturing out along the plank. He then simulates the safe solution to the problem and gets the bananas.

    I need hardly say that internal simulation of dangerous futures is preferable to the actual actions. Provided, of course, that the simulation leads to accurate prediction. Aircraft designers find it cheaper and safer to test model wings in wind tunnels rather than actual wings on real aeroplanes. And even wind tunnel models are more expensive than computer simulations or analytical calculations, if these can be done. Simulation still leaves some room for uncertainty. The maiden flight of a new plane is still an informative event, however rigorously its parts have been subjected to ordeal by wind tunnel or computer simulation.

    Once a sufficiently elaborate simulation apparatus is in place in a brain, emergent properties spring up. The brain that can imagine how alternative futures might affect survival can also, in the skull of a Dante or a Hieronymus Bosch, imagine the torments of Hell. The neurons of a Dalí or an Escher simulate disturbing images that will never be seen in reality. Non-existent characters come alive in the head of the great novelist and in those of her readers. Albert Einstein, in imagination, rode a sunbeam to his place among the immortals with Newton and Galileo. Philosophers imagine impossible experiments – the brain in a vat (‘Where am I?’), atom-for-atom duplication of a human (which ‘twin’ would claim the ‘personhood’?). Beethoven imagined, and wrote down, glories that he tragically could never hear. The poet Swinburne happened upon a forsaken garden on a sea cliff, and his imagination revived a pair of long-dead lovers whose eyes went seaward, ‘a hundred sleeping years ago’. Keats reconstructed the ‘wild surmise’ with which stout Cortez and all his men stared at the Pacific, ‘silent upon a peak in Darien’.

    The ability to perform such feats of imagination sprang, emergently, from the Darwinian gift of vicarious internal simulation within the safe confines of the skull, of predicted alternative actions in the unsafe real world outside. The capacity to imagine, like the capacity to learn by trial and error, is ultimately steered by genes, by naturally selected DNA information, the genetic book of the dead.

    8 The Immortal Gene

    The central idea of The Genetic Book of the Dead grows out of a view of life that may be called the gene’s-eye view. It has become the working assumption of most field zoologists studying animal behaviour and behavioural ecology in the wild, but it has not escaped criticism and misunderstanding, and I need to summarise it here because it is central to the book.

    There are times when an argument can helpfully be expressed by contrast with its opposite. Disagreement that is clearly stated deserves a clear reply. I could hypothetically invent the opposite of the gene’s-eye view, but fortunately I don’t need to because the diametric opposite has been put, articulately and clearly, by my Oxford colleague (and incidentally my doctoral examiner, on a very different subject long ago) Professor Denis Noble. His vision of biology is alluring, and is shared by others whose expression of it is less explicit and less clear. Noble is clear. He ringingly hits a nail on the head, but it’s the wrong nail. Here is his lucid and unequivocal statement, right at the beginning of his book Dance to the Tune of Life:

    This book will show you that there are no genes ‘for’ anything. Living organisms have functions which use genes to make the molecules they need. Genes are used. They are not active causes.

    That is precisely and diametrically wrong, and it will be my business in this chapter to show it.

    If genes are not active causes in evolution, almost all scientists now working in the fields known as Behavioural Ecology, Ethology, Sociobiology, and Evolutionary Psychology have been barking up a forest of wrong trees for half a century. But no! ‘Active causes’ is precisely what genes must be: necessarily so if evolution by natural selection is to occur. And, far from being used by organisms, genes use organisms. They use them as temporary vehicles, which they exploit in the service of journeying to future generations. This is not a trivial disagreement, no mere word game. It is fundamental. It matters.

    A physiologist of distinction, Denis Noble is captivated by the shattering complexity of the organism, of every last one of its trillions of cells. He sets out to impress his readers with the intricate co-dependency of all aspects of the living organism. As far as this reader is concerned, he succeeds. He sees every part as working inextricably with every other part in the service of the whole. In that service – and this is where he goes wrong – he sees the DNA in the nucleus of a cell as a useful library to be drawn upon when the cell needs to make a particular protein. Go into the nucleus, consult the DNA library there, take down the manual for making the useful protein, and press it into service. I devised that characterisation of Noble’s position during a public debate with him in Hay-on-Wye, and he vigorously nodded his assent. DNA, in Noble’s view, is the servant of the organism, in just the same way as the heart or the liver or any cell therein. DNA is useful to make a particular enzyme when you need it, just as the enzyme is useful for speeding up a chemical reaction … and so on.

    Dance to the Tune of Life has the subtitle ‘Biological Relativity’. Noble’s usage of ‘relativity’ has only a tenuous and contrived connection with Einstein’s, but it exactly matches that of the historian Charles Singer in A Short History of Biology:

    The doctrine of the relativity of functions is as true for the gene as it is for any of the organs of the body. They exist and function only in relation to other organs.

    Now here is Noble some ninety years later. He has the advantage over Singer in that we now know genes are DNA. But his sentiment about biological relativity, in conjunction with the quotation above, resonates perfectly with Singer’s.

    The principle of Biological Relativity is simply that there is no privileged level of causation in biology.

    I shall argue that, no matter how complicatedly interdependent the parts of a living organism are when we are talking physiology, when we move to the special topic of evolution by Darwinian natural selection there is one privileged level of causation. It is the level of the gene. To justify that is the main purpose of this chapter.

    Here’s Singer’s whole vitalistic passage from which I took the above quotation. It’s the peroration of his book and is a perfect prefiguring of Noble’s ‘relativity’.

    Further, despite interpretations to the contrary, the theory of the gene is not a ‘mechanist’ theory. The gene is no more comprehensible as a chemical or physical entity than is the cell or, for that matter, the organism itself. Further, though the theory speaks in terms of genes as the atomic theory speaks in terms of atoms, it must be remembered that there is a fundamental distinction between the two theories. Atoms exist independently, and their properties as such can be examined. They can even be isolated. Though we cannot see them, we can deal with them under various conditions and in various combinations. We can deal with them individually. Not so the gene. It exists only as a part of the chromosome, and the chromosome only as part of a cell. If I ask for a living chromosome, that is, for the only effective kind of chromosome, no one can give it to me except in its living surroundings any more than he can give me a living arm or leg. The doctrine of the relativity of functions is as true for the gene as it is for any of the organs of the body. They exist and function only in relation to other organs. Thus the last of the biological theories leaves us where the first started, in the presence of a power called life or psyche which is not only of its own kind but unique in each and all of its exhibitions.

    Watson and Crick blew that out of the water in 1953. The triumphant field of digital genomics that they initiated falsifies every single one of Singer’s sentences about the gene. It is true but trivial that a gene is impotent in the absence of its natural milieu of cellular chemistry. Here’s Noble again, bringing Singer up to date but agreeing with his sentiment:

    There really is nothing alive in the DNA molecule alone. If I could completely isolate a whole genome, put it in a petri dish with as many nutrients as we may wish, I could keep it for 10,000 years and it would do absolutely nothing other than to slowly degrade.

    Obviously a gene in a petri dish cannot do anything, and it would degrade as a physical molecule within months, let alone 10,000 years. But the information in DNA is potentially immortal, and causally potent. And that is the whole point. Never mind the physical molecule and never mind the petri dish. Let the sequence of A, T, C, G triplet codons of an organism’s genome be written on a long paper scroll. Or, no, paper is too friable. To last 10,000 years, carve the letters deep in the hardest granite. To be sure, world-spanning ranges of highland massif would still be too small, but that is a superficial difficulty. In 10,000 years, if scientists still walk the Earth, they will read the sequence and type it into a DNA-synthesising machine such as we already have in early form. They’ll have the embryological knowhow to create a clone of whoever donated the genome in the first place (just a version of the way Dolly the sheep was made). Of course, the DNA information would need the biochemical infrastructure of an egg cell in a womb, but that could be provided by any willing woman. The baby she bears, an identical twin of its 10,000-year dead predecessor, would be living repudiation of Singer and Noble.

    That the information necessary to create the twin could be carved in lifeless granite and left for 10,000 years is a truth that fills me with amazement still, even seventy years after Watson and Crick prepared us for it. Charles Singer would be forced to recant his vitalism, while Charles Darwin, I suspect, would exult.

    The point is that, transitory though physical DNA molecules themselves may be, the information enshrined in the nucleotide sequence is potentially eternal. Essential though the surrounding machinery is – messenger RNA, ribosomes, enzymes, uterus and all – they can be provided anew by any woman. But the information in an individual’s DNA is unique, irreplaceable, and potentially immortal. Carving it in granite is a way to dramatise this. But it’s not the practical way. In the normal course of events, DNA information achieves its immortality through being copied. And copied. And copied. Copied indefinitely, potentially eternally, down the generations. Of course, DNA can’t copy itself on its own. Obviously, just as a computer disc can’t copy itself without supporting hardware, DNA needs an elaborate infrastructure of cellular chemistry. But of all the molecules that are involved in the process, however essential they may be for the copying process, only DNA is actually copied. Nothing else in the body is so honoured. Only the information written in DNA.

    You might think every part of the body is replicated. Does not every individual have arms and kidneys, and are these not renewed in every generation? Yes, but you’d be utterly wrong if you called it replication in the sense that genes are replicated. Arms and kidneys don’t replicate to make new arms and kidneys. Here’s the acid test, and it really matters. Make a change to an arm, say by a fracture or by pumping iron, and the change is not propagated to the next generation. Make a change in a germline gene, on the other hand, and the mutation may long outlast 10,000 years, copied again and again down the generations.

    Before the invention of printing, biblical scriptures were painstakingly copied by scribes at regular intervals to forestall decay. The papyrus might crumble but the information lived on. Scrolls don’t replicate themselves. They need scribes, and scribes are complicated, just as the enzymes involved in DNA replication are complicated. Through the mediation of scribes/enzymes information in scrolls/DNA is copied with high fidelity. Actually, scribes might copy with lower fidelity than DNA replication can achieve. With the best will in the world human copyists make errors, and some zealous scribes were not above a little well-meant improvement. Older manuscripts of Mark 9, 29 quote Jesus as saying that a particular kind of demonic possession can be cured only by prayer. Later versions of the text, not content with mere prayer, say ‘prayer and fasting’. It seems that some zealous scribe, perhaps belonging to a monkish order that especially valued fasting, thought to himself that Jesus must surely have meant to mention fasting, how could he not? So it was scarcely taking a liberty to put the words into his mouth. DNA is capable of higher fidelity of replication than that, but even DNA is not perfect. It does make mistakes – mutations. And in one important respect, DNA is unlike the over-zealous scribe: mutation is never biased towards improvement. Mutation has no way to judge in which direction improvement lies. Improvement is judged retrospectively. By natural selection.

    So the information in DNA is potentially eternal even though the physical medium of DNA is finite. And let me repeat why this matters. Only the information contained in DNA is destined to outlive the body. Outlive in a very big way. Most animals die in a matter of years if not months or weeks. Few survive the ravages of decades, almost none centuries. And their physical DNA molecules die with them. But the information in the DNA can last indefinitely. I once attended an evolution conference in America where, at the farewell dinner, we were all challenged to produce an appropriate poem. My limerick ran as follows:

    An itinerant Selfish Gene

    Said ‘Bodies a-plenty I’ve seen.

    You think you’re so clever

    But I’ll live for ever:

    You’re just a survival machine.’

    And I raided Rudyard Kipling for the body’s reply:

    What is a body that first you take her,

    Grow her up and then forsake her,

    To go with the old Blind Watchmaker.

    I have emphasised the immortality of the gene in the form of copies. But how big is the unit that enjoys such immortality? Not the whole chromosome: it is far from immortal. With minor exceptions such as the Y-chromosome, our chromosomes don’t march intact down the centuries. They are sundered in every generation by the process of crossing over. For the purposes of this argument, the length of chromosome that should be considered significant in the long run depends upon how many generations it is allowed, by crossing over, to remain intact, when measured against the relevant selection pressures. I expressed this only slightly facetiously in my first book, The Selfish Gene, by saying that the title strictly should have been The slightly selfish big bit of chromosome and the even more selfish little bit of chromosome. A small fragment of chromosome, such as a gene responsible for programming one protein chain, can last 10,000 years. In the form of copies. But only fragments that are successful in negotiating the obstacle course that is natural selection actually do that. It’s arguable that a better book title would have been The Immortal Gene, and I have adopted it as the title of this chapter. As we shall see in Chapter 12, it is no paradox that The Cooperative Gene would also have been appropriate.

    How does a gene earn ‘immortality’? In the form of copies, it influences a long succession of bodies so that they survive and reproduce, thereby handing the successful gene on to the next generation and potentially the distant future. Unsuccessful genes tend to disappear from the population, because the bodies they successively inhabit fail to survive into the next generation, fail to reproduce. Successful genes are those with a statistical tendency to inhabit bodies that are good at surviving and reproducing. And they enjoy that statistical tendency, positive or negative, by virtue of the causal influence they exert over bodies. So, we have arrived at the reason why it was profoundly wrong to say that genes are not active causes. Active causes is precisely and indispensably what they must be. If they were not, there could be no natural selection and no adaptive evolution.

    ‘Cause’ has a testable meaning. How do we ever identify a causal agent in practice? We do it by experimental intervention. Experimental intervention is necessary, because correlation does not imply causation. We remove, or otherwise manipulate, the putative cause, and we strictly must do so at random, a large number of times. Then we look to see whether there tends to be a statistically significant change in the putative effect. To take an absurd example, suppose we notice that the church clock in the village of Runton Acorn reliably chimes immediately after that of Runton Parva. If we’re very naive, we jump to the conclusion that the earlier chiming causes the later. But of course it’s not good enough to observe a correlation. The only way to demonstrate causation is to climb up the church tower in Runton Parva and manipulate the clock. Ideally, we force it to chime at random moments, and we repeat the experiment many times. If the correlation with the Runton Acorn chiming is maintained, we have demonstrated a causal link. The important point is that causation is demonstrated only if we manipulate the putative cause, repeatedly and at random. Of course, nobody would be silly enough to actually do this particular experiment with the church clocks. The result is too obvious. I use it only to clarify the meaning of ‘cause’.

    Now back to Denis Noble’s statement that ‘Genes are used. They are not active causes.’ By our ‘church clock’ definition, genes most definitely are active causes because, if a gene mutates (a random change), we consistently observe a change in the body of the next generation – and subsequent generations for the indefinite future. Mutation is equivalent to climbing the Runton Parva tower and changing the clock. By contrast, if there is a non-genetic change in the body (a scar, a lost leg, circumcision, an exaggeratedly muscular arm due to exercise, a suntan, acquired fluency in Esperanto or virtuosity on the bassoon), we do not observe the same thing in the next generation. There is no causal link.

    Genetic information, then, is potentially immortal, is causal, and there’s a telling difference between potentially immortal genes that succeed in being actually immortal and potentially immortal genes that fail. The reason some succeed and others fail is precisely that they have a causal influence, albeit a statistical one, on the survival and reproductive prospects of the many bodies that they inhabit, through successive generations and across many bodies through populations. It’s important to stress ‘statistical’. One copy of a good gene may fail to survive to the next generation because the body it inhabits is struck by lightning or otherwise suffers bad luck. More relevantly, one copy of a good gene may happen to find itself sharing a body with bad genes, and is dragged down with them. Statistics enter in because sexual recombination sees to it that good genes don’t consistently share bodies with bad genes. If a gene is consistently found in bodies that are bad at surviving, we draw the statistical conclusion that it is a bad gene. After 10,000 years of recombining, shuffling, recombining again, a gene that remains in the gene pool is a gene that is good at building bodies: in collaboration with the other genes that it tends to share bodies with, and that means the other genes in the gene pool of the species (you may remember from Chapter 1 that the species can be seen as an averaging computer).

    In The Selfish Gene, I used the image of the Oxford vs Cambridge Boat Race, the parable of the rowers. Eight oarsmen and a cox all have their part to play, and the success of the whole boat depends upon their cooperation. They must not only be strong rowers, they must be good cooperators, good at melding with the rest of the crew. The rowers, of course, represent genes, and they are arrayed along the length of the boat, as genes are arrayed along a chromosome. It’s hard to separate the roles of the individual oarsmen, so intimate is their cooperation, and so vital is cooperative pulling together for the success of the whole boat. The coach swaps individual rowers in and out of his trial crews. Although it’s hard to judge individual performance by watching them, he notices that certain individuals consistently seem to be members of the fastest trial crews. Other individuals consistently are seen to be members of slower crews. Although single individuals never row on their own, in the long run the best rowers show their mettle in the performance of the successive boats in which they sit.

    Natural selection sorts out the good genes from the bad, precisely because of the causal influence of genes on bodies. The practical details vary from species to species. Genes that make for good swimmers are ‘good genes’ in a dolphin gene pool but not in a mole gene pool. Genes that make for good diggers are ‘good genes’ in a mole, wombat, or aardvark gene pool but not in a dolphin or salmon gene pool. Genes for expert climbing flourish in a monkey, squirrel, or chameleon gene pool but not in a swordfish, rhinoceros, or earthworm gene pool. Genes for aerodynamic proficiency flourish in a swallow or bat gene pool though not in a hippo or alligator gene pool.

    But however varied the details of ‘good’ and ‘bad’ may be from species to species, the central point remains. Depending on their causal influence on bodies, genes either survive or don’t survive to the next generation, and the next, and the next … ad infinitum. Let me put it more forcefully: any Darwinian process, anywhere in the universe – and I’m pretty sure if there’s life elsewhere in the universe it will be Darwinian life – any Darwinian process depends on trans-generational replicated information, and that information must have a causal influence on its probability of being replicated from one generation to the next. It happens that on our planet the replicated information, the causal agent in the Darwinian process, is DNA. It is wrong, utterly, blindingly, flat-footedly, downright wrong, to deny its fundamental role as a cause in the evolutionary process.

    Have I labored the point excessively? Would that it were excessive, but unfortunately there is reason to think that views such as those I have criticized here have been widely influential. Stephen Jay Gould (whose errors were consistently masked by the graceful eloquence with which he expressed them) went so far as to reduce the role of genes in evolution to mere ‘bookkeeping’. The metaphor of the bookkeeper has a dramatic appeal so seductive that it evidently seduced Gould himself. But it’s as wide of the mark as it is possible to be. It is the bookkeeper’s role to keep a passive record of transactions after they happen. When the bookkeeper makes an entry in his ledger, the entry does not cause a subsequent monetary transaction. It is the other way around.

    I hope the preceding pages have convinced you that ‘bookkeeping’ is worse than a hollow travesty of the central causal role that genes play in evolution. It is the exact opposite of the truth, a metaphor as deeply wrong as it is superficially persuasive. Gould was also a proponent of ‘multi-level selection’, and this is another respect in which he is seen as an opponent of the gene’s-eye view of evolution (see, for instance, the philosopher Kim Sterelny’s perceptive book Dawkins Versus Gould: Survival of the Fittest). Gould, and others, insisted that natural selection occurs at many levels in the hierarchy of life: species, group, individual, gene. The first thing to say about this is that although there is a persuasive hierarchy, a real ladder, the gene doesn’t belong on it. Far from being the bottom rung of a ladder, far from being on the ladder at all, the gene is set off to one side. Precisely because of its privileged role as a causal agent in evolution. The gene is a replicator. All other rungs in the ladder are vehicles, a term that I shall explain later in this chapter.

    As for higher levels of selection, there is, to be sure, a sense in which some species survive at the expense of others. This can look a bit like natural selection at the species level. The native red squirrel in Britain is steadily going extinct as a direct result of the lamentable whim of the 11th Duke of Bedford in the nineteenth century to introduce American grey squirrels. The greys out-compete the smaller reds, and also infect them with squirrel pox, to which they themselves have evolved resistance over many generations in America. Ecological replacement of a species by a competitor species looks superficially like natural selection. But the resemblance is empty and misleading. This kind of ‘selection’ does not foster evolutionary adaptation. It’s not natural selection in the Darwinian sense. You would not say that any aspect of the grey squirrel’s body or behaviour was a device to drive red squirrels extinct, whereas you might happily talk about the Darwinian function of its bushy tail, meaning those aspects of the tail that assisted ancestral squirrels to out-compete rival squirrel individuals of the same species, with a slightly different tail.

    In 1988, I published a paper called ‘The Evolution of Evolvability’. This is the closest I have come to supporting something like ‘multi-level selection’. My thesis was that certain body plans, for example the segmented body plans of arthropods, annelids, and vertebrates, are more ‘evolvable’ than others. I quote from that paper:

    I suspect that the first segmented animal was not a dramatically successful individual. It was a freak, with a double (or multiple) body where its parents had a single body. Its parents’ single body plan was at least fairly well‑adapted to the species’ way of life, otherwise they would not have been parents. It is not, on the face of it, likely that a double body would have been better adapted … What is important about the first segmented animal is that its descendant lineages were champion evolvers. They radiated, speciated, gave rise to whole new phyla. Whether or not segmentation was a beneficial adaptation during the individual lifetime of the first segmented animal, segmentation represented a change in embryology that was pregnant with evolutionary potential.

    I envisioned that my concept of ‘evolvability’ should be regarded as a property of embryology. Thus, a segmented embryology has high evolvability potential, meaning an embryology that lends itself to rich evolutionary divergence. The world tends to become populated by clades with high evolvability potential. A clade is a branch of the tree of life, meaning a group plus its shared ancestor. ‘Birds’ constitutes a clade, for all birds have a single common ancestor not shared by any non-birds. ‘Fish’ is not a clade, because the common ancestor of all fish is shared by all terrestrial vertebrates including us, who are not fish. ‘Mammals’ is a clade, but only if you include so-called ‘mammal-like reptiles’. It would be unhelpful and confusing to call the evolution of evolvability group selection. ‘Clade selection’, a coining of George C Williams, fits the bill.

    What other criticisms of the gene’s-eye view should we consider? Many would-be critics have pointed out that there is no simple one-to-one mapping between a gene and a ‘bit’ of body. Though true, that’s not a valid criticism at all, but I need to explain it because some people think it is. You know those gruesome butchers’ diagrams, where a map of a cow’s body is defaced by lines representing named ‘cuts’ of meat: ‘rump’, ‘brisket’, ‘sirloin’, etc? Well, you can’t draw a map like that for domains of genes. There’s no ‘border’ you can draw on the body, marking where the ‘territory’ of one gene ends and that of the next one begins. Genes don’t map onto bits of body; they map onto timed embryological processes. Genes influence embryonic development, and a change in a gene (mutation) maps onto a change in a body. When geneticists notice a gene’s effects, all they are really seeing is a difference between individuals that have one version (‘allele’) of the gene and individuals that don’t. The units of phenotype that geneticists count, or trace through pedigrees, traits such as the Hapsburg jaw, albinism, haemophilia, or the ability to smell freesias, loop the tongue, or disperse the froth on contact with beer, are all identified as differences between individuals. For, of course, countless genes are involved in the development of any jaw, Hapsburg or not; any tongue, loopy or not. The Hapsburg jaw gene is no more than a gene for a difference between some individuals and other individuals. Such is the true meaning whenever anyone talks of a gene ‘for’ anything. Genes are ‘for’ individual differences. And, just as the eyes of a geneticist are focused on individual differences in phenotype, so also, precisely and acutely, are the eyes of natural selection: differences between those who have what it takes to survive and those who don’t.

    As for the all-important interactions between genes in influencing phenotype, here’s a better metaphor than the butcher’s map. A large sheet hangs from the ceiling, suspended from hooks by hundreds of strings attached to different places all over the sheet. It may help the analogy to consider the strings as elastic. The strings don’t hang vertically and independently. Instead, they can run diagonally or in any direction, and they interfere with other strings by cross-links rather than necessarily going straight to the sheet itself. The sheet takes on a bumpy shape, because of the interacting tensions in the tangled cat’s-cradle of hundreds of strings. As you’ve guessed, the shape of the sheet represents the phenotype, the body of the animal. The genes are represented by the tensions in the strings at the hooks in the ceiling. A mutation is either a tug towards the hook or a release, perhaps even a severing of the string at the hook. And, of course, the point of the parable is that a mutation at any one hook affects the whole balance of tensions across the tangle of strings. Alter the tension at any one hook, and the shape of the whole sheet shifts. In keeping with the sheet model, many, if not most, genes have ‘pleiotropic’ (multiple) effects, as defined in Chapter 4.

    A balance of tensions

    For practical reasons, geneticists like to study the minority of genes that do have definable, seemingly singular effects, like Gregor Mendel’s smooth or wrinkled peas, for example. But even such ‘major genes’ often have a surprisingly miscellaneous collection of other pleiotropic effects, sprinkled seemingly at haphazard around the body. And it’s not surprising that this should be so: genes exert their effects at many stages of embryonic development. It’s only to be expected, therefore, that they’ll have pleiotropic consequences even at opposite ends of the body. A change in tension at one hook leads to a comprehensive shapeshift, all over the whole sheet.

    There’s no one-to-one mapping, then, from single gene to single ‘bit’ of body. We have no butcher’s map here. But not by a jot or even a tittle does this fact threaten the gene’s-eye view of evolution. However pleiotropic, however complicated and interactive the effects of a gene may be, you can still add them all up to derive a net positive or net negative effect of a change (mutation) in its influence on the body: a net effect on its chances of surviving into the next generation. Such causal influences on a gene’s own survival in the gene pool come unscathed through the complications, notwithstanding numerous interactions with other genes – the other genes with which it jointly affects the tensions in all the strings. When the gene in question mutates, the whole shape of the sheet may shift, with perhaps lots of pleiotropic changes all over the body. But the net effect of all these changes, in different parts of the body, and in interaction with many other genes, must be either positive or negative (or neutral) with respect to survival and reproduction. That is natural selection.

    The tension in the genetic strings is affected too by environmental influences. See these as yet more strings tugging from the side, rather than from hooks in the ceiling. The developing animal is, of course, influenced by the environment as well as by the genes, always in interaction with the genes. But again, this doesn’t matter one iota to the gene’s-eye view of evolution. To the extent that, under available environmental conditions, a change in a gene causes a change in that gene’s chances of making it through the generations (either positive or negative), natural selection will occur. And natural selection is what the gene’s-eye view is all about.

    So much for that criticism of the gene’s-eye view. What else do we have? Granted that genes are active causes in evolution, it is the whole individual body that we observe behaving as an active agent. This fact, too, is often wrongly seen as a weakness of the gene’s-eye view. Yes, of course, it is the whole animal who possesses executive instruments with which to interact with the world – legs, hands, sense organs. It’s the whole animal who restlessly searches for food, trying first this avenue of hope, then switching to another, showing all the symptoms of questing appetite until consummation is reached. It is the individual animal who shows fear of predators, looks vigilantly up and around, jumps when startled, runs in evident terror when pursued. It is the individual animal who behaves as a unitary agent when courting the opposite sex. It is the individual animal who skilfully builds a nest, and works herself almost to death caring for her young.

    The animal, the individual animal, the whole animal, is indeed an agent, striving towards a purpose, or set of purposes. Sometimes the purpose seems to be individual survival. Often it is reproduction and the survival of the individual’s children. Sometimes, especially in the social insects, it is the survival and reproduction of relatives other than children – sisters and nieces, nephews and brothers. My late colleague WD Hamilton (he of the palimpsest postcard in Chapter 1) formulated the general definition of the exact mathematical quantity that an individual under natural selection is expected to maximise as it engages in its purposeful striving. It includes individual survival. It includes reproduction. But it includes more, because genes are shared with collateral relatives, and gene survival can therefore be fostered by enabling the survival and reproduction of a sister or a nephew. He gave a name to the exact quantity that an individual organism should strive to maximise: ‘inclusive fitness’. He condensed his difficult mathematics into a long and rather complicated verbal definition:

    Inclusive fitness may be imagined as the personal fitness which an individual actually expresses in its production of adult offspring as it becomes after it has been first stripped and then augmented in certain ways. It is stripped of all components which can be considered as due to the individual’s social environment, leaving the fitness which he would express if not exposed to any of the harms or benefits of that environment. This quantity is then augmented by certain fractions of the quantities of harm and benefit which the individual himself causes to the fitnesses of his neighbours. The fractions in question are simply the coefficients of relationship appropriate to the neighbours whom he affects: unity for clonal individuals, one-half for sibs, one-quarter for half sibs, one-eighth for cousins … and finally zero for all neighbours whose relationship can be considered negligibly small.

    Pretty convoluted? A bit hard to read? Well, it has to be convoluted because inclusive fitness is a hard idea. It’s necessarily convoluted in my view because looking at it from the individual’s point of view is an unnecessarily convoluted way of thinking about Darwinism. It all becomes blessedly simple if you dispense with the individual organism altogether and go straight to the level of the gene. Bill Hamilton himself did this in practice. In one of his papers, he wrote:

    let us try to make the argument more vivid by attributing to the genes, temporarily, intelligence and a certain freedom of choice. Imagine that a gene is considering the problem of increasing the numbers of its replicas, and imagine that it can choose between causing purely self-interested behaviour by its bearer … and causing ‘disinterested’ behaviour that benefits in some way a relative.

    See how clear and easy to follow that is, compared to the previous quotation on inclusive fitness. The difference is that the clear passage adopts the gene’s-eye view of natural selection. The difficult passage is what you get when you re-express the same idea from the point of view of the individual organism. Hamilton gave his blessing to my half-humorous informal definition: ‘Inclusive fitness is that quantity that an individual will appear to be maximising, when what is really being maximised is gene survival.’

    RoleMaximises
    GeneReplicatorSurvival
    OrganismVehicleInclusive fitness

    Bill Hamilton

    The individual organism, in my terminology, is a ‘vehicle’ for survival of copies of the ‘replicators’ that ride inside it. The philosopher David Hull got the point after an extensive correspondence with my then student Mark Ridley, but he substituted the word ‘interactor’ for my ‘vehicle’. I never quite understood why. Depending on your preference you can see either the vehicle or the replicator as the agent that maximises some quantity. If it’s the vehicle, then the quantity maximised is inclusive fitness, and rather complicated. But equivalently, if it’s the replicator, the quantity maximised is simple: survival. I don’t want to downplay the importance of vehicles as units of action. It is the individual organism who possesses a brain to take decisions, based on information supplied by senses, and executed by muscles. The organism (‘vehicle’) is the unit of action. But the gene (‘replicator’) is the unit that survives. On the gene’s-eye view, the very existence of vehicles should not be taken for granted but needs explaining in its own right. I essayed a kind of explanation in ‘Rediscovering the Organism’, the final chapter of The Extended Phenotype.

    Replicators (on our planet, stretches of DNA) and vehicles (on our planet, individual bodies) are equally important entities, equally important but they play different, complementary roles. Replicators may once have floated free in the sea but, to quote The Selfish Gene, ‘they gave up that cavalier freedom long ago. Now they swarm in huge colonies, safe inside gigantic lumbering robots’ (individual bodies, vehicles). The gene’s-eye view of evolution does not play down the role of the individual body. It just insists that that role (‘vehicle’) is a different kind of role from that of the gene (‘replicator’).

    Successful genes, then, survive in bodies down the generations, and they cause (in a statistical sense) their own survival by their ‘phenotypic’ effects on the bodies that they inhabit. But I went on to amplify the gene’s-eye view by introducing the notion of the extended phenotype. For the causal arrow doesn’t stop at the body wall. Any causal effect on the world at large – any causal effect that can be attributed to the presence of a gene as opposed to its absence, and that influences the gene’s chances of survival, may be regarded as a phenotypic effect, of Darwinian significance. It has only to exert some kind of statistical influence on the chances, positive or negative, on that gene’s surviving in the gene pool. I must now revisit the extended phenotype, for it is, to me, an important part of the gene’s-eye view of evolution.

    Alternative titles for The Selfish Gene, all true to its content

    9 Out Beyond the Body Wall

    Imagine the furore if Jane Goodall reported seeing chimpanzees building an amazing stone tower in a forest clearing. They meticulously select stones of the correct shape for the purpose, rotating each one until it snugly fits neighbouring stones. Then the chimps cement it securely in place before picking out another stone. They evidently like to use two radically different sizes of stones, small ones to build the walls themselves, and much larger ones to provide outer fortification and structural strength, the all-important supporting walls. The discovery would be a sensation, headline news, the subject of breathless BBC discussions. Philosophers would jump on it, there’d be passionate debates about personhood, moral rights, and other topics of philosophical moment. The tower is ill-suited to housing its builders. If not functional, then, is it some kind of monument? Does it have ritual or ceremonial significance like Stonehenge? Does the tower show that religion is older than mankind? Does it threaten the uniqueness of man?

    The edifice pictured is a real animal construction, but not one built by chimpanzees; the reality is much smaller, and it doesn’t stand up like a monument but lies flat on the bottom of a stream. It is the house of a little insect, the larva of a caddis fly, Silo pallipes. Caddis adults fly in search of mates and live only a few weeks, but their larvae grow for up to two years under water, living in mobile homes that they build for themselves out of materials gathered from their surroundings, cementing them with silk that they secrete from glands in the head. In the case of Silo pallipes (see top left of picture) the building material is local stone. Its astonishing building skills were unravelled by Michael Hansell, now our leading expert on animal architecture in general.

    These larvae are master masons. Just look at the delicate placing of the small stones between the carefully chosen large ones buttressing the sides. Hansell showed how they select stones, choosing by size and shape but not by weight. Ingenious experiments in whichhe removed parts of the house showed how the larvae fit appropriate stones in the gaps, and cement them in place. Just as impressive is the log house at top right of the picture. This was built not by a caddis larva but by a caterpillar, a so-called bagworm. Caddises in water and bagworms on land have converged independently on the habit of building houses from materials that they gather from their surroundings. The picture shows a selection of caddis and bagworm houses.

    If only chimps had the skills of a caddis larva…

    The word ‘phenotype’ is used for the bodily manifestation of genes. The legs and antennae, eyes and intestines are all parts of the caddis’s phenotype. The gene’s-eye view of evolution regards the phenotypic expression of a gene as a tool by which the gene levers itself into the next generation – and, by implication, an indefinite number of future generations. What this chapter adds is the notion of the extended phenotype. Just as the shell of a snail is part of its phenotype, its shape, size, thickness, etc. being affected by snail genes, so the shape, size, etc. of a stone caddis house or twiggy bagworm cocoon are all manifestations of genes. Because these phenotypes are not part of the animal’s own body, I refer to them as extended phenotypes.

    These elegant constructions must be the products of Darwinian evolution, no less than the armoured body wall of a lobster, a tortoise, or an armadillo. And no less than your nose or big toe. This means they have been put together by the natural selection of genes. Such is the Darwinian justification for speaking of extended phenotypes. There must be genes ‘for’ the various details of caddis and bagworm houses. This means only that there must be, or have been, genes in the insects’ cells, variants of which cause variation in the shape or nature of houses. To conclude this, we need assume only that these houses evolved by Darwinian natural selection, an assumption that no serious biologist would dispute, given their elegant fitness for purpose. The same is true of the nests of potter wasps, mud dauber wasps, and ovenbirds. Built of mud rather than living cells, they are extended phenotypes of genes in the bodies of the builders.

    While their grasshopper cousins sing with serrated legs, male crickets sing with their wings, scraping the top of one front wing against a rough ‘file’ on the underside of the other front wing. Among their songs, the ‘calling song’ is loud enough to attract females within a certain radius, and to deter rival males. But what if it could be amplified, widening the catchment area for pulling females? Some kind of megaphone, perhaps? We use a megaphone as a simple directional amplifier, which works by ‘impedance matching’. No need to go into what that means, except to say that, unlike an electronic amplifier, it adds no extra energy. Instead, it concentrates the available energy in a particular direction. Could a cricket grow a megaphone out of its horny cuticle – a phenotype in the conventional sense? Like the remarkable backwards-facing trombone of the dinosaur Parasaurolophus, which probably served as a resonator for its bellowings. Crickets could have evolved something like that. But an easier material was to hand, and mole crickets exploited it.

    CADDISBAGWORM

    EXTENDED PHENOTYPES BUILT OF MUD

    Potter wasp

    Mud dauber

    Ovenbird

    Mole crickets, as their name suggests, are digging specialists. Their front legs are modified to form stout spades, strongly resembling those of moles, albeit on a smaller scale. The similarity, of course, is convergent. Some species of mole crickets are so deeply committed to underground life that they cannot fly at all. Given that a mole cricket could benefit from a megaphone, and given that it digs a burrow, what more natural than to shape the burrow as a megaphone? In the case of Gryllotalpa vineae it is a double megaphone, like an old-fashioned clockwork gramophone with two horns. Henry Bennet-Clark showed that the double horn concentrates the sound into a disc section rather than letting it dissipate in all directions as a hemisphere. Bennet-Clark was able to hear a single Gryllotalpa vineae (a species he discovered himself) from 600 metres away. The range of no ordinary cricket comes close.

    Parasaurolophus

    Assuming it’s as beautifully functional as it seems to be, the mole cricket’s megaphone must have evolved by natural selection, as a step-by-step improvement, in just the same way as the digging hand or as any part of the cricket’s own body. Therefore, there must be genes controlling horn shape, just as there are genes controlling wing shape or antenna shape. And just as there are genes controlling the patterning of cricket song itself. If there were no genes for horn shape, there would be nothing for natural selection to choose. Once again, remember that a gene ‘for’ anything is only ever a gene whose alternative alleles encode a difference between individuals.

    Mole cricketMole

    Mole cricket with double megaphone burrow

    Now, when contemplating the double megaphone (or, for that matter, the houses of caddises and bagworms) you might be tempted to say something along the following lines. Cricket burrows are not like wings or antennae. They are the product of cricket behaviour, whereas wings and antennae are anatomical structures. We are accustomed to the idea of anatomical structures being under the control of genes. Can the same be said of behaviour, of cricket digging behaviour, or the sophisticated stonemasonry behaviour of a caddis larva? Yes, of course it can. And there is nothing to stop it being said of artifacts that are produced by the behaviour. The artifacts are just one further step in the causal chain from gene to protein to … a long cascade of processes in the embryo, culminating in the adult body.

    There are numerous studies of the genetics of behaviour, including, as it happens, the genetics of cricket song. I want to discuss this work because, weirdly, behaviour genetics arouses a scepticism never suffered by anatomical genetics. Cricket song (though not specifically mole cricket song) has been the subject of penetrating genetic research by David Bentley, Ronald Hoy, and their colleagues in America. They studied two species of field cricket, Teleogryllus commodus from Australia and Teleogryllus oceanicus, also Australian but found in Pacific islands too. Adult crickets who have been brought up in isolation from other crickets sing normally. Nymphs who have not yet undergone their final moult to adulthood never sing, but in the laboratory their thoracic ganglia can be induced to emit nerve impulses with a time-pattern identical to the species song pattern. These facts strongly suggest that the instructions for how to sing the species song are coded in the genes. And those genes must be relevantly different in the two species, for their song patterns are different. This is beautifully confirmed by hybridisation experiments.

    In nature these two Teleogryllus species don’t interbreed, but they can be induced to do so in the laboratory. The diagram, from Bentley and Hoy, shows the songs of the two species and of various hybrids between them. All cricket songs are made up of pulses separated by pauses. T.oceanicus (A in the picture) has a ‘chirp’ consisting of about five pulses followed by a series of about ten ‘trills’, each trill always made up of two pulses, closer to each other than the pulses of the chirp. We hear a rhythmic repetition pattern of trills. To my ears the trills sound slightly quieter than the chirps. After about ten of these double-pulse trills there’s another chirp. And the cycle repeats rhythmically, over and over again indefinitely. T.commodus (F) has a similar pattern of alternating chirps and trills. But instead of a series of ten or so double-pulse trills, there is only one long trill or perhaps two, between chirps.

    Songs of pure bred and hybrid crickets

    Now to the interesting question: what about the hybrids? Hybrid songs (C and D) are intermediate between those of the two parent species (A and F). It makes a difference which species is the male (compare C with D), but we needn’t go into that here, interesting though it is for what it might tell us about sex chromosomes. In any case, hybrid song is a beautiful confirmation of genetic control of a behaviour pattern. Further evidence (B and E) comes from crossing hybrids with each of the two wild species (what geneticists call a backcross). If you compare all five songs, you’ll note a satisfying generalisation: hybrid songs resemble the two wild species’ songs in proportion to the number of genes the hybrid individual has inherited from each species. The more oceanicus genes an individual has, the more its song resembles wild oceanicus rather than commodus. And vice versa. As your eyes move down the page from oceanicus towards commodus, the more you detect resemblance to commodus song. This suggests that several genes of small effect (‘polygenes’) sum their effects. And what is not in doubt is that the species-specific song patterns that distinguish these two species of crickets are coded in the genes: a nice example of how behaviour is just as subject to genetic control as anatomical structures are. Why on earth shouldn’t it be? The logic of gene causation is identical for both. Both are products of a chain of causation, with the behaviour having one more link in the chain.

    You could do a similar study of the genetics of megaphone-building behaviour. But you might as well go to the next step in the causal chain, the megaphone itself. Do a genetic study of differences between megaphones. They are extended phenotypes of mole cricket genes. This has not been done, but nothing prevents it. Again, nobody has studied the genetics of caddis houses, but there’s no reason why they shouldn’t, although there might be practical difficulties in breeding them in the lab. Michael Hansell was once giving a talk at Oxford, on the building behaviour of caddis larvae. In passing, he was lamenting his failed attempts to breed caddises in the lab, for he wished he could study their genetics. At this, the Professor of Entomology growled from the front row: ‘Haven’t you trrrried cutting their heads off?’ It seems that the insect brain exercises inhibitory influences such that beheading can be expected to have a releasing effect.

    If you were to succeed in breeding caddises in captivity, you could systematically select changes in caddis houses over generations. Or you could artificially select for mole cricket megaphone size or shape, generation by generation, breeding from those individuals whose horns happen to be wider, or deeper, or of a different shape. You could breed giant megaphones, just as you might breed giant antennae or mandibles.

    That would be artificial selection, but something like it must have happened through natural selection. Whether by artificial or natural selection, the evolution of larger megaphones could come about only by differential survival of genes for megaphone size. For the megaphone to have evolved in the first place as a Darwinian adaptation, there had to be genes for megaphone shape. The notion of the extended phenotype is a necessary part of the gene’s-eye view of evolution. The extended phenotype should be an uncontroversial addition to Darwinian theory.

    But aren’t those ‘genes for megaphone shape’ really genes for altered digging behaviour, which is part of the ‘ordinary’ phenotype of the cricket? Aren’t genes for caddis house shape ‘really’ genes for building behaviour, that is to say, ‘ordinary’ phenotypic manifestations within the body? Why talk about ‘extended’ phenotypes outside the body at all? Well, you could equally well say that the genes for altered digging behaviour are ‘really’ genes for changed wiring in the ganglia in the thorax. And genes for changes in the thoracic ganglia are, in turn, ‘really’ genes for changes in cell-to-cell interactions in embryonic development. And they, in turn, are ‘really’ … and so on back until we hit the ultimate ‘really’. Genes are really really really only genes for changed proteins, assembled according to the rules for translating the sixty-four possible DNA triplet codons into twenty amino acids plus a punctuation mark. I repeat, because it is important, we have here a chain of causation whose first steps (DNA codons choosing amino acids) are knowable, whose final step (megaphone shape) is observable and measurable, and whose intermediate steps are buried in the details of embryology and nerve connections – perhaps inscrutable but necessarily there. The point is that any one of those many intermediate steps in the chain of causation could be regarded as ‘phenotype’, and could be the target of selection, artificial or natural. There is no logical reason to stop the chain at the animal’s body wall. Megaphone is ‘phenotype’, every bit as much as nerve-wiring is phenotype. Every one of those steps, both in the cricket’s body and extended outside it, can be regarded as caused by gene differences. Just the same is true of the chain of causation leading from genes to caddis house, even though the behavioural step, the actual building itself, involves sophisticated trial and error in the selection of suitable stones and rotating them into position to fit the existing structure. And now to advance the argument a stage further. The extended phenotype of a gene can reach into the body of a different individual.

    Natural selection doesn’t see genes for digging behaviour directly, nor does it see neuron circuitry directly, nor indeed megaphone shape directly. It sees, or rather hears, song loudness. Gene selection is what ultimately matters, but song loudness is the proxy by which gene selection is mediated, via a long series of intermediates. But even song loudness is not the end of the causal chain. As far as natural selection is concerned, song loudness only matters insofar as it attracts females (and deters males, but let’s not complicate the argument). The causal chain extends to a radius where it exerts an influence on a female cricket. This has to mean that a change in female behaviour is part of the extended phenotype of genes in a male cricket. Therefore, the extended phenotype of a gene can reside in another individual. The general point I am aiming towards is that the phenotypic expression of a gene can extend even to living bodies other than the body in which the genes sit. Just as we can talk of a gene ‘for’ a Hapsburg lip, or a gene ‘for’ blue eyes, so it is entirely proper to talk of a gene (in a male cricket) ‘for’ a change in another individual’s behaviour (in this case a female cricket).

    We saw in Chapter 7 that song in male canaries and ring doves has a dramatic effect on female ovaries. They swell hugely, with a corresponding rush of hormones and all that it entails. The consequent changes in female behaviour and physiology are in truth phenotypic expression of male genes. Extended phenotypic expression. You may deny it only if you deny Darwinian selection itself.

    Ears are not the only portals into a female dove’s brain through which a male’s genes might exert an extended phenotypic influence. Male birds of many species glow with conspicuous colours. These cannot be good for individual survival, but they are still good for the survival of the genes that fashioned them. They achieve this good by assisting individual reproduction at the expense of individual survival. With few exceptions, it is males that sacrifice their personal longevity on the altar of gene survival, through sexually attractive coloration. In those species such as pheasants or birds of paradise, where males dazzle, females are usually drabber in colour, often well camouflaged. Bright coloration in males is favoured, either through attracting females or through besting rival males. In both cases, the naturally selected genes for bright coloration have extended phenotypic expression in the changed behaviour of other individuals. I don’t know whether exposure to a male peacock fan causes peahen ovaries to change, as male dove bow-cooing song does to female dove ovaries. It wouldn’t surprise me. I’d even be surprised if it didn’t.

    Unfortunately, predators tend to have eyes like the eyes of the females whom the male is seeking to impress. What is conspicuous to one will probably be conspicuous to all. It’s worth it to the male, or rather to the genes that coloured him. Even if his finery costs him his life, it can already have paid its way in previous success with females. But is there some way a male bird could manipulate females via their eyes without calling attention to himself? Could he shed his dangerously conspicuous personal phenotype, offloading it to an extended phenotype at a safe distance from his own body? ‘Shed’ and ‘offload’, of course, must be understood over evolutionary time. We aren’t talking about shedding feathers in an annual moult, although that happens too – perhaps for the same reason. Black-headed gulls, for instance, shed their conspicuously contrasting face masks as soon as the breeding season is over.

    Bower birds are a family of birds inhabiting the forests of New Guinea and Australia. Their name comes from a remarkable and unique habit. They build ‘bowers’ to seduce females. The skills needed to build a bower could be seen as a distant derivative of nest-building skills, and perhaps ultimately derived from them. But the bower is emphatically not a nest. No eggs are laid in it, no chicks reared there. Female bower birds build nests to house eggs as other birds do, and their nests don’t resemble male bowers.

    The bower’s sole purpose is to attract females, and males take enormous pains in their creation. First, they clear stray leaves and other debris from the arena in which the bower is to be built. Then the bower itself is assembled from twigs and grass. The details vary from species to species. Some resemble a Robinson Crusoe hat, some a grand archway, others a tower. The final stage of bower design is, I think, the most remarkable of all. The ground in front of and under the bower is colourfully and – I can’t resist saying – tastefully decorated. The male gathers decorative objects – coloured berries, flowers, even bottle tops. Movies of male bower birds at work irresistibly remind me of an artist putting the finishing touches to a canvas, standing back, head cocked judgmentally, then darting forward to make a delicate adjustment, standing back again and surveying the effect with head on one side before darting forward again. That is what emboldened me to use a word like ‘tastefully’. It is hard to resist the impression that the bird is exercising his aesthetic judgement in perfecting a work of art. Even if the decorated bower is not to every human’s taste, or even every female bower bird’s, the ‘touching up’ behaviour of the male almost forces the conclusion that the male has taste of his own, and he is adjusting his bower to meet it.

    Remember the discussion in Chapter 7, where I suggested that when male songbirds learn to sing, they are exercising their own aesthetic judgement? The evidence shows, you’ll remember, that young birds burble at random, choosing, by reference to a template, which random fragments to incorporate into their mature song. The male, I argued, has a similar brain to a female of his own species. Not surprisingly, therefore, whatever appeals to him can be expected to appeal to her. The development of song in the young bird could be regarded as a work of creative composition in which the male adopts the principle of ‘whatever turns me on will probably appeal to a female too’. I see no reason to refrain from a similar aesthetic interpretation of bower-building. ‘I like the look of a heap of blue berries just there. So there’s a good chance that a female of my own species will like it too … And perhaps a single red flower over there … or, no, it looks better here … and better still, slightly to the left, and why not set it off with some red berries?’ Of course, I am not literally suggesting that he thinks it through in so many words.

    Species differ as to their preferred decoration colours, as well as the shape of their bowers. The satin bower bird (here) goes for blue, a fact that may be connected with the blue-black sheen of his plumage, or the species’ brilliant blue eyes. The male satin bower bird who built this bower has discovered blue drinking straws and bottle tops, and laid out a rich feast of blue to delight the female eye. More soberly, the Great Bower Bird, Chlamydera nuchalis, says it with shells and pebbles (opposite).

    The bower is an extended phenotype of genes in the body of the male bower bird. An external phenotype, which presumably has the advantage that its extravagance is not worn on the body and therefore will not call predators’ attention to the male himself. I do not know whether exposure to a more than usually magnificent bower stimulates a hormone surge in the blood of a female, but again the research on ring doves and canaries would lead me to expect this.

    We are accustomed to thinking of genes as being physically close to their phenotypic targets. Extended phenotypes can be large, and far distant from the genes that cause them. The lake flooded by a beaver’s dam is an extended phenotype of beaver genes, extended in some cases over acres. The songs of gibbons can be heard a kilometre away in the forest, howler monkeys as much as five kilometres: true genetic ‘action at a distance’. These vocalisations have been favoured by natural selection because of their extended phenotypic effect on other individuals. Chemical signals can achieve a great range among moths. Visual signals require an uninterrupted line of sight, but the principle of genetic action at a distance remains. The gene’s-eye view of evolution necessarily incorporates the idea of the extended phenotype. Natural selection favours genes for their phenotypic effects, whether or not those phenotypic effects are confined to the body of the individual whose cells contain the genes.

    In 2002, Kim Sterelny, editor of the journal Biology and Philosophy, marked the twentieth anniversary of the publication of The Extended Phenotype by commissioning three critical appraisals, plus a reply from me. The special issue of the journal came out in 2004. The criticisms were thoughtful and interesting, and I tried to follow suit in my reply, but all this would take us too far afield here. I concluded my piece with a humorously grandiose fantasy about the building of a future Extended Phenotypics Institute. This pipedream edifice was to have three wings, the Zoological Artifacts Museum (ZAM), the laboratory of Parasite Extended Genetics (PEG), and the Centre for Action at a Distance (CAD). The subjects covered by ZAM and CAD have dominated this chapter. PEG must wait till the final chapter. Parasites often exert dramatic extended phenotypic effects on their hosts, manipulating the host’s behaviour to the parasite’s advantage, often in bizarrely macabre ways. The parasite doesn’t have to reside in the body of the host, so there is an overlap with CAD, the Action at a Distance wing. Cuckoo chicks are external parasites who exert extended phenotypic influence over the behaviour of their foster parents. And cuckoos are so fascinating they deserve a chapter of their own. For a different reason, now to be explained.

    10 The Backward Gene’s-Eye View

    The previous two chapters constituted my short reprise of the gene’s-eye view of evolution as I explained it in The Selfish Gene and The Extended Phenotype. I want, now and in the next chapter, to offer the gene’s-eye view in another way, a way that is particularly suitable for The Genetic Book of the Dead. This is to imagine the view seen by a gene as it ‘looks’ backwards at its ancestral history. A vivid example concerns the cuckoo. To which deplorable bird we now turn.

    ‘Deplorable bird’? Of course I don’t really mean that. The phrase amused me in a Victorian bird book belonging to my Cornish grandparents, where it referred to the cormorant. Each page of the book was devoted to one species. When you turned to the cormorant’s page, the very first sentence to greet you was, ‘There is nothing to be said for this deplorable bird.’ I can’t remember what grudge the author held against the cormorant. He might have had better grounds with the cuckoo, which is certainly deplorable from the point of view of its foster parents but, as a Darwinian biologist, I think it is a supreme wonder of the world. ‘Wonder’, yes, but there’s also an element of the macabre in the spectacle of a tiny wren devotedly feeding a chick big enough to swallow it whole.

    Everyone knows that cuckoos are brood parasites who trick nesting birds of other species into rearing their young. ‘Cuckoo in the nest’ is proverbial. John Wyndham’s The Midwich Cuckoos, about aliens implanting their young in unwitting human wombs, is one of several works of fiction whose titles sound the cuckoo motif. Then there are cuckoo bees, cuckoo wasps, and cuckoo ants who, in their own hexapod ways, hijack the nurturing instincts of other species of insect. The cuckoo fish, a kind of catfish from Lake Tanganyika, drops its eggs among the eggs of other fish. In this case the hosts are ‘mouthbreeders’, fish belonging to the Cichlid family who take their eggs and young into their own mouths for protection. The cuckoo fish’s eggs and later fry are welcomed into the unsuspecting host’s mouth, and tended as lovingly as the mouthbreeder’s own.

    Plenty of bird species have independently evolved their own versions of the cuckoo habit, for example the cowbirds of the New World, and cuckoo finches of Africa. Within the cuckoo family itself (Cuculidae), 59 of the 141 species parasitise other species’ nests, the habit having evolved there three times independently. In this chapter, unless otherwise stated, for the sake of brevity I use the name cuckoo to mean Cuculus canorus, the so-called common cuckoo. Alas, it’s not common anymore, at least in England. I miss their springtime song even if their victims don’t, and was delighted to hear it on a recent visit to a beautiful, remote corner of western Scotland where it ‘shouts all day at nothing’. My main authority – indeed today’s world authority – is Professor Nick Davies of Cambridge University. His book Cuckoo is a delightful amalgam of natural history and memoir of his field research on Wicken Fen, near Cambridge. Described by David Attenborough as one of the country’s greatest field naturalists, he achieves heights of lyrical word-painting unsurpassed in the literature of modern natural history:

    North towards the horizon is the eleventh-century cathedral of Ely, which sits on the raised land of the Isle of Ely, from where Hereward led his raids against the Normans. In the early mornings, when the mist lies low, the cathedral appears as a great ship, sailing across the fens.

    The ruthlessness of the cuckoo begins straight out of the egg. The newly hatched chick has a hollow in the small of the back. Nothing sinister about that, you might think. Until you are told the sole use to which it is put. The cuckoo nestling needs the undivided attention of its foster parents. Rivals for precious food must be disposed of without delay. If it finds itself sharing the nest with either eggs or chicks of the foster species, the hatchling cuckoo fits them neatly into the hollow in its back. It then wriggles backwards up the side of the nest and tosses the competing egg or chick out. There is, of course, no suggestion that it knows what it’s doing, or why it is doing it, no feelings of guilt or remorse (or triumph) in the act. The behavioural routine simply runs like clockwork. Natural selection in ancestral generations favoured genes that shaped nervous systems in such a way as to play out this instinctive act of (foster) fratricide. That is all we can say.

    And there’s no more reason to expect the foster parents to know what they are doing when they fall for the cuckoo’s trick. Birds are not little feathered humans, seeing the world through the lens of intelligent cognition. It makes at least as much sense to see the bird as an unconscious automaton. This helps us understand the otherwise surprising behaviour of foster parents. A pioneering cinematographer of the cuckoo’s dark ways was Edgar Chance, avid ornithologist of the early twentieth century. By Nick Davies’s account of his film, a mother meadow pipit appeared totally unconcerned as it watched its own precious offspring being murdered by the cuckoo chick in its nest. The mother then left on a foraging trip, as if nothing untoward had happened. When she returned, she pointlessly fed her chick as it lay dying on the ground. From a human cognitive point of view, her behaviour makes no sense: neither the impassive watching of the initial murder nor the subsequent futile feeding of the doomed chick. We shall meet this point again and again throughout the chapter.

    The name ‘cuckoo’ is derived from the simple, two-note tune of the male bird’s song, so simple indeed that some ornithologists downgrade it from ‘song’ to ‘call’ (on parallel grounds to the hysterically unpopular downgrading of Pluto to sub-planet status). The cuckoo’s song (or call) is commonly described as dropping through a minor third, but I’m happy to quote no less an authority than Beethoven in support of my hearing it as a major third. His famous cuckoo in the Pastoral Symphony descends from D to B Flat. Whether major or minor, whether song or call, it is simple – and perhaps has to be simple because the male never gets a chance to learn it by imitation. A cuckoo never meets either biological parent. It knows only its foster parents, who could belong to any of a variety of species, each with its own song, which the young cuckoo must not learn. So the male cuckoo’s song has to be hard-wired genetically, and a kind of common sense concludes, not very confidently, that it should therefore be simple.

    Now we approach the remarkable story that earns the cuckoo its place in a chapter on genes ‘looking backwards in time’. Cuckoo eggs mimic the colour and patterning of the other eggs in the particular foster nest in which they sit. And they mimic them even though many different foster species are involved, with very different eggs. Here is a clutch of six brambling eggs plus one cuckoo egg. The only way I, and doubtless you, can tell which one is the cuckoo egg is by its slightly larger size.

    At first sight, such egg mimicry might seem no more remarkable than the ‘paintings’ of Chapter 2. Well, that’s quite remarkable enough! But now look at the next picture showing a parasitised nest of meadow pipit eggs.

    Again, you can spot the tell-tale size of the cuckoo egg. But what is really noticeable is that the cuckoo egg in the second picture is dark with black speckles like meadow pipit eggs, whereas the cuckoo egg in the first picture is light and with rusty speckles like brambling eggs. Meadow pipit eggs are dramatically different from brambling eggs. Yet cuckoo eggs achieve a near-perfect colour match in each of the two nests.

    Once again, the mimicry might seem par for the course, all of a piece with the lizard, frog, spider, or ptarmigan ‘paintings’ of Chapter 2. It would indeed be relatively unremarkable if the cuckoos that parasitise bramblings were a different species from the cuckoos that parasitise meadow pipits. But they aren’t. They’re the same species. Males breed indiscriminately with females reared by any foster species, so the genes of the whole species are mixed up as the generations pass. That mixing is what defines them all as of the same species. Different females, all belonging to the same species and consorting with the same males, parasitise redstarts, robins, dunnocks, wrens, reed warblers, great reed warblers, pied wagtails, and others. But each female parasitises only one of those host species. And the remarkable fact is that (with a few revealing exceptions) the eggs of each female cuckoo faithfully mimic those of the particular host in whose nest she lays them. The only consistent betrayer is that cuckoo eggs are slightly larger than the host eggs that they mimic. Even so, they are smaller than they ‘should’ be for the size of the cuckoo itself. Presumably, if the pressure to mimic drove them to be any smaller, the chicks would be penalised in some way. The actual size is a compromise between pressure to be small to mimic the host eggs, and an opposite pressure towards the larger optimum for the cuckoo’s own size.

    I doubt that you’re wondering why egg mimicry benefits the cuckoos. Foster parents are mostly very good at spotting cuckoo eggs, and they often eject them. A cuckoo egg of the wrong colour would stand out like a sore thumb. Actually, that’s an unusually poor cliché. Have you ever seen a sore thumb, and did it stand out? Let’s initiate a new simile. Stands out like a baseball at Lord’s? Like a Golden Delicious in a basket of genuinely delicious apples? Just look at that cuckoo egg in the brambling nest and imagine transplanting it into the meadow pipit nest. Or vice versa. The host birds would unhesitatingly toss it out. Or, if tossing it out is too difficult, abandon the nest altogether. Such discrimination is not a surprise when you consider that bird eyes are acute enough to perfect the exquisitely detailed painting of lichen-mimicking moths and stick-mimicking caterpillars.

    Foster parents, then, whether as automata or cognitively, can be expected to provide the selection pressure that explains why it might benefit cuckoo eggs to show such beautiful egg mimicry. They throw out eggs that don’t look like their own. But what is surprising, hugely so, is that cuckoos, all of one intrabreeding species, manage to mimic the eggs of many different foster parent species. To drive home the point, here’s yet another example: a reed warbler nest with, once again, wonderful egg mimicry by the single, slightly larger cuckoo egg.

    These beautiful examples force us back to the central question of this whole discussion. How is it possible for female cuckoos, all belonging to the same species and all fathered by indiscriminate males, to produce eggs that match such a range of very different host eggs? Are we to believe that female cuckoos take one look at the eggs in a nest and take a decision to switch on some kind of alternative egg-colouring mechanism in the lining of the oviduct? That is improbable, to say the least. There are women who might love to control, by sheer willpower and for very different reasons, the behaviour of their own oviduct. But it’s not the kind of thing willpower does. And, with the best will in the world, it’s not clear how will will power it.

    What is the true explanation for the female cuckoo’s apparent versatility? Nobody knows for sure, but the best available guess makes use of a peculiarity of bird genetics. As you know, we mammals determine our sex by the XX / XY chromosome system. Every woman has two X-chromosomes in all her body cells, so all her eggs have an X-chromosome. Every man has an X- and a Y-chromosome in all his body cells. Therefore, half his sperms are Y sperms (and would father a son when coupled with a necessarily X egg) and half are X sperms (would father a daughter when coupled with a necessarily X egg). Less well known is that birds have a similar system, but it evidently arose independently because it is reversed. The chromosomes are called Z and W instead of X and Y, but that’s not important. What matters is that in birds females are ZW and males are ZZ. That’s opposite to the mammal convention, but otherwise the principle is the same. Whereas the Y-chromosome passes only down the male line in mammals, in birds the W chromosome passes only down the female line. The W comes from the mother, the maternal grandmother, the maternal maternal great grandmother and so on back through an indefinite number of female generations.

    Now recall the title of this chapter: ‘The Backward Gene’s-Eye View’. It’s all about genes looking back at their own history. Imagine you are a gene on the W-chromosome of a cuckoo, looking back at your ancestry. Not only are you in a female bird today, you have never been in a male bird. Unlike the other genes on ordinary chromosomes (autosomes), which have found themselves in male and female bodies equally often down the ages, the ancestral environments of the W-chromosome have been entirely confined to female bodies. If genes could remember the bodies they have sat in, the memories of W-chromosomes would be exclusively of female bodies not male ones. Z-chromosomes would have memories of both male and female bodies.

    Hold that thought while we look at a more familiar kind of memory: memory by the brain, individual experience. It is a fact that female cuckoos remember the kind of nest in which they were reared, and choose to lay their own eggs in nests of the same foster species. Unlike the improbable feat of controlling your own oviduct, remembering early experience is exactly the kind of thing bird brains are known to do. When they come to choose a mate, as we saw in Chapter 7, birds of many species refer back to a kind of mental photograph of their parent, which they filed away in memory after their first encounter on hatching (‘imprinting’): even if – in the case of incubator-hatched goslings, for instance – what they later find attractive is Konrad Lorenz. To remember Lorenz, parental plumage, father’s song, or foster-parent’s nest – it’s all the same kind of problem. The same imprinting brain mechanism works well enough in nature even if, in captivity, it misfires.

    I think you can see where this argument is going. Each female mentally imprints on the same foster nest as her mother; and therefore her maternal grandmother; and her maternal maternal great grandmother. And so on back. And her childhood imprinting leads her to choose the same kind of nest as her female forebears. So, she belongs to a cultural tradition going exclusively down the female line. Among females there are robin cuckoos, reed warbler cuckoos, dunnock cuckoos, meadow pipit cuckoos, etc., each with their own female tradition. But only females belong to these cultural traditions. Each cultural line of females is called a gens – plural gentes. A female may belong to the meadow pipit gens, or the robin gens, or the reed warbler gens, etc. Males don’t belong to any gens. They are descended from – and they father – females of all gentes indiscriminately.

    Finally, we put these two strands of thought together, again in the light of the chapter’s title. With the exception of W-chromosome genes, all the genes in a female cuckoo look back through a chain of ancestors belonging to every gens that’s going. W-chromosomes aside, gentes are not genetically separate like true races, because males confound them. Only W-chromosome genes are gens-specific. Only W-chromosomes look back on ancestors of a particular gens to the exclusion of any other. We talked of two kinds of memory: genetic memory and brain memory. See how the two coincide where W-chromosome genes are concerned!

    With respect to the W-chromosome, and only the W-chromosome, gentes are separate genetic races. So – I think you’ve already completed the argument yourself – if the genes that determine egg coloration and speckling are carried on the W-chromosome, it would solve the riddle we began with, the riddle of how it’s possible for the females of one species of cuckoo to mimic the eggs of a wide variety of host species. It isn’t willpower that chooses egg colour, it’s W-chromosomes.

    You will have guessed that it’s not as simple as that. Things seldom are in biology. Although female cuckoos have a strong preference for their natal nest type when they come to lay, they occasionally make a mistake and lay in the ‘wrong’ nest, different from their natal nest. Presumably that’s how new gentes get their start. And not all gentes achieve good egg mimicry. Dunnock (hedge sparrow) eggs are a beautiful blue. But cuckoo eggs in dunnock nests aren’t blue (left). They aren’t even ‘trying’ to be blue, we might say. The cuckoo egg in the picture stands out like a sore … like a bloodhound in a pack of dachshunds. Are cuckoos, perhaps, constitutionally incapable of making blue eggs? No. Cuculus canorus in Finland has achieved a most beautiful blue, in perfect mimicry of redstart eggs (right). So why don’t cuckoo eggs mimic dunnock eggs? And how do they get away with it? The answer is simple, although it remains puzzling. Dunnocks are among several species that don’t discriminate, don’t throw out cuckoo eggs. They seem blind to what looks to us glaringly obvious. How is this possible, given that other small songbirds have powers of discrimination acute enough to perfect the finishing touches to the egg mimicry achieved by their respective gentes of female cuckoos? And given that bird eyes are capable of perfecting the detailed mimicry of stick caterpillars, lichen-mimicking moths, and the like?

    Cuckoos and their hosts, as with stick caterpillars and their predators, are engaged in an ‘evolutionary arms race’ with one another. As mentioned in Chapter 4, arms races are run in evolutionary time. It’s a persuasive parallel to human arms races, which are run in ‘technological time’, and a lot faster. The aerial swerving and dodging chases of Spitfires and Messerschmitts were run in real time measured in split seconds. But in the background and more slowly, in factories and drawing-offices in Britain and Germany, races were run to improve their engines, propellers, wings, tails, weaponry, etc., often in response to improvements on the other side. Such technological arms races are run over a timescale measured in months or years. The arms races between cuckoos and their various host species have been running for thousands of years, again with improvements on each side calling forth retaliatory improvements in the other.

    Nick Davies and his colleague Michael Brooke suggest that some gentes have been running their respective arms races for longer than others. Those against meadow pipits and reed warblers are ancient arms races, which is why both sides have become so good at outdoing the other – and therefore why the cuckoo eggs are such good mimics. The arms race against dunnocks, they suggest, has only just begun. Not enough time for the dunnocks to evolve discrimination and rejection. And not enough time for the dunnock gens of cuckoos to evolve the appropriate blue colour.

    If it’s true that cuckoos have only just ‘moved into’ dunnock nests, we must suppose that these ‘pioneer’ cuckoos have ‘migrated’ from another host species, presumably one with rusty-spotted grey eggs because that’s the egg colour of the ‘newly arrived’ dunnock gens of cuckoo. I suppose this is how any new gens gets its start. But don’t be misled by ‘pioneer’ and ‘migrated’. It would not have been any kind of bold decision to sally forth into fresh nests and pastures new. It would have been a mistake. As we’ve seen, cuckoos do indeed occasionally lay an egg in the wrong kind of nest, a nest appropriate to a different gens. Their egg then really does stand out like a … invent your own substitute for the sore thumb cliché. Natural selection normally penalises such blunders, we can presume, pretty promptly. But what if it’s a new host species that hasn’t yet been ‘invaded’ by cuckoos. The new host species is naive. They haven’t hitherto had any reason to throw out mismatched eggs. Once again, remember, birds are not little feathered humans with human judgement. The arms race has yet to get properly under way. And the host species can expect to remain naive while the arms race is yet young. But how young is young? Strangely enough, we are not totally without evidence bearing on the question, as Nick Davies points out.

    Call the witness Geoffrey Chaucer. In The Parlement of Foules (1382), the cuckoo is reproached: ‘Thou mordrer of the heysugge on the braunche that broghte thee forth.’ Another name for dunnock is hedge sparrow or, in Middle English, heysugge (heysoge, heysoke, eysoge). This would seem to suggest that cuckoos were already parasitising dunnocks in the fourteenth century, when Chaucer wrote. Is 650 years long enough for an arms race to reach some sort of perfection of mimicry? Perhaps not, given that, as Davies points out, only 2 per cent of dunnock nests are parasitised. Maybe, then, the selection pressure is so weak that a 600-year-old arms race is indeed young.

    I prefer to add two further suggestions. The first concerns identification. Did Chaucer really mean dunnock when he said heysugge? When we say ‘sparrow’ we normally mean the house sparrow, Passer domesticus, not the hedge sparrow or dunnock, Prunella modularis. Yet the English word ‘sparrow’ is used for both. To many who are not avid twitchers, all little brown birds (LBBs) look much the same, and we might even sink so low as to call them all ‘sparrows’. I can’t help wondering whether Chaucer was using ‘heysugge’ to mean LBB rather than specifically Prunella modularis?

    My second suggestion is more biologically interesting. If we think carefully about it, there’s no reason, is there, to suppose that there’s only one cuckoo gens for each host species? Maybe Chaucer’s gens of dunnock cuckoos has died out, and a new gens of dunnock cuckoos is just beginning its arms race. Perhaps other gentes of dunnock cuckoos have perfect egg mimicry today, but have not come to the notice of ornithologists. There would be no relevant gene flow between them because males don’t have W-chromosomes.

    Claire Spottiswoode and her colleagues are running a parallel study of an unrelated South African finch, which convergently evolved the cuckoo habit. The cuckoo finch, Anomalospiza imberbis, lays its eggs in the nests of grass warblers. Different gentes of cuckoo finch mimic the eggs of different grass warbler species. There is genetic evidence that what distinguishes the gentes is indeed their W-chromosomes, which reinforces the idea that the same thing is going on in cuckoos. As Dr Spottiswoode points out, this doesn’t have to mean that every detail of all the egg colours is carried on the W-chromosome. In both cuckoos and cuckoo finches, genes for making all the different egg colours have very probably been built up on other chromosomes (‘autosomes’) over many generations, and are carried by all the gentes and passed on by males as well as females. The W-chromosome need only have switch-genes – genes that switch on or off whole suites of genes carried on autosomes. And the relevant autosomal genes would be carried by males as well as females.

    This is indeed how sex itself is determined. If you have a Y-chromosome, you have a penis. If you have no Y-chromosome, you have a clitoris instead. But there’s no reason to suppose that the genes that influence the shape and size of a penis are confined to the Y-chromosome. Far from it. It’s entirely plausible that they are scattered over many autosomes. There’s no reason to doubt that a man may inherit genes for penis size from his mother as well as from his father. Presence or absence of a Y-chromosome determines only which alternative suite of genes on autosomes will be switched on. For most purposes you can think of the entire Y-chromosome as a single gene that switches on suites of other genes on autosomes elsewhere in the genome. A point of terminology: members of these suites of autosomal genes are called ‘sex-limited’ as distinct from ‘sex-linked’. Sex-linked genes are those that are actually carried on the sex-chromosomes themselves.

    Probably the best guess towards a solution of the riddle of cuckoo egg mimicry is that suites of genes on lots of chromosomes determine egg coloration and spotting. These are equivalent to ‘sex-limited’, and we may call them ‘gens-limited’. They are switched on or off by the presence or absence of one or more genes on the W-chromosome, genes that, by analogy, we can call ‘gens-linked’. All cuckoo autosomes may have suites of genes for mimicking a whole repertoire of host eggs. W-chromosomes contain switch genes that determine which suite of genes is turned on. And it is W-chromosomes that are peculiar to each gens of females, W-chromosomes that look back at their history and see a long line of nests of only one foster species.

    This interpretation of egg mimicry in cuckoos is my introduction to the topic of the backward gene’s-eye view, genes looking over their shoulder at their own ancestry. Here’s a similar but more complicated example involving fish and the Y-chromosome. Different kinds of fish display a bewildering variety of sex-determining systems. Some don’t use sex chromosomes at all but determine sex by external cues. Some fish are like birds in that females are XY and males are XX. Others are like us mammals: males are XY, females XX. Among these are small fish of the genus Poecilia, which includes mollies and guppies among popular aquarium fish. One species, Poecilia parae, has a remarkable colour polymorphism, which affects only the males. Polymorphism means that there are different genetically determined colour types coexisting in the population (in this case five colour patterns) and the proportions of the different types remain stable in the population through time. All five male morphs can be found swimming together in South American streams. There’s only one female morph: females look alike.

    Since the polymorphism affects only one sex, we can call them five gentes, by analogy with the cuckoos, with the difference that in these fish it’s the males who are separated by gens. The picture shows the five male types plus a female at the bottom. Three of the five male types have two long stripes like tramlines. Between the tramlines there is colour, and I’ll call them reds, yellows, and blues respectively. These three ‘tramliners’ can, for many purposes, be lumped together. The fourth type has vertical stripes. They’re officially named ‘parae’, but confusingly that’s also the name of the whole species. I’ll call them ‘tigers’. The fifth type, ‘immaculata’, is relatively plain grey, like females but smaller, and I’ll call them ‘greys’.

    Tigers are the largest. They behave aggressively, chasing rival males away, and copulating with females by force. Greys are the smallest, and they manage to copulate only by occasionally sneaking up on females opportunistically. When they get away with it, it seems to be because otherwise aggressive males mistake them for females, which they do indeed resemble. Greys have the largest testes, presumably capable of producing the most sperm, perhaps to take advantage of their scarce opportunities to use it. Red, yellow, and blue tram-liners are of intermediate size. Rather than rape or sneak, they court females in a civilised manner, displaying their respective coloured flanks.

    Tiger
    Grey
    Blue
    Yellow
    Red
    Female

    Male ‘gentes’ in fish?

    Now here’s where the parallel to cuckoos kicks in. Evidence suggests that colour morph inheritance runs entirely down the male line. In every case studied, sons belong to the same type as their father, and therefore paternal grandfather, paternal paternal great grandfather, etc. Their mother has no genetic say in the matter, and nor does their maternal grandfather, etc., even though each one belongs to one colour gens or another. This suggests the hypothesis that the five types of males differ with respect to their Y-chromosomes – just as gens-inheritance in female cuckoos seems to be carried on the W-chromosome. The details of colour pattern and behaviour of the male fish may be carried in suites of genes on autosomes (gens-limited). But the genes determining which gens an individual belongs to (and presumably which suite of colour and pattern genes on other chromosomes is switched on) seem to be gens-linked, that is, carried on the Y-chromosome.

    Researchers are doing fascinating work on mate choice in these fish and are homing in on what maintains the polymorphism. It seems that each of the five male types has an equilibrium frequency, fitting the definition of a true polymorphism. If its frequency falls below the equilibrium, it is favoured and therefore becomes more frequent in the population. If its frequency rises too high, it is penalised and its frequency decreases. This so-called ‘frequency-dependent selection’ is a known way for polymorphisms to be maintained in a population. How might it work in practice? The details are not yet clear but might look something like this. The grey sneakers benefit from being mistaken for females. If they become too frequent, perhaps the real females or aggressive tigers get ‘wise’ to them. How about the tigers themselves? If they get too frequent, they waste time fighting each other instead of mating. This might give the greys more opportunity to sneak matings. As for the three ‘tramliners’, who court females in a gentlemanly manner by flashing their vividly coloured flanks, there is some evidence that females prefer rarer types. This would fit the ‘equilibrium frequency’ idea, although it’s not clear why females should exhibit such a preference. More research is needed and is under way now. I am grateful to Dr Ben Sandkam, formerly of the University of British Columbia and now at Cornell, for sharing with me his thoughts on these matters.

    Now let’s again apply the backward-looking technique of this chapter. Every male of Poecilia parae can look back through a long line of male ancestors, all belonging to the same gens as him, and all sharing the same Y-chromosome. This is what makes it possible for suites of genes for colour patterning and associated behaviour to become switched on in separate gentes of males, despite their sharing the same ancestors in the female line. The gene’s-eye view of the past comes into its own again, as with the cuckoos. Autosomal genes, governing characteristics other than gens-specific colour, look back on ancestors of all gentes.

    Returning to cuckoos, the ‘looking back’ ploy can help us answer another riddle, and it’s an even tougher one. Although most host species are very good at distinguishing cuckoo eggs from their own (how else could natural selection have perfected cuckoo egg mimicry?), they turn out to be lamentably bad later, failing to notice that the growing cuckoo fledgling is an impostor. Even though it dwarfs them, in most cases grotesquely so. A tiny warbler is in danger, you might think, of being swallowed whole by its monstrous foster child. Foster parents, of whatever species, end up dwarfed by the cuckoo nestling into whom they tirelessly shovel food, working every devoted daylight hour to do so. How do the cuckoo nestlings get away with such a transparent, over-the-top deception? Once again, we have to be more than usually on our guard against anthropomorphism. Do not ask whether the bird’s behaviour makes sense from a human-like cognitive perspective. Of course it doesn’t. Ask instead about selection pressures acting on ancestral genes that control the development of behavioural automatisms.

    A warbler feeding a cuckoo

    Even given this preliminary, I must admit that available answers to the riddle epitomised by the picture on the previous page remain unsatisfying, compared to the explanations that I am accustomed to offering in my books. And indeed, compared to the explanation of egg mimicry. But here’s the best explanation – or series of partial explanations – I can find. We return to the idea of the arms race. In our 1979 paper, John Krebs and I considered ways in which an arms race might end in ‘victory’ for one side (here again, the quotation marks are strongly advised). We identified two principles, the ‘Life Dinner’ and the ‘Rare Enemy’ principle. These are closely related, maybe just different aspects of the same thing.

    In one of Aesop’s Fables, a hound was pursuing a hare, got tired and gave up. Taunted for his lack of stamina, the hound replied, ‘It’s all very well for you to laugh, but we had not the same stake at hazard. He was running for his life, but I was only running for my dinner.’

    As in military arms races, predators and prey must balance design improvements and resources against economic costs. The more they put into servicing the arms race – muscles, lungs, heart, the machinery of speed and endurance – the less is available for other aspects of life such as making eggs or milk, building up fat reserves for the winter etc. In the language of Darwinism, Aesop’s hares have been subject to stronger selection to invest resources into the arms race than the hounds. There is an asymmetry in the cost of failure – loss of life versus mere loss of dinner. The failed predator lives to pursue another prey. The failed prey has fled its last pursuer. But now, notice how we can say the same thing more piercingly in the language of the genetic book of the dead. The predator’s genes can look back on ancestors many of whom were outrun by prey. But not one of the prey’s ancestors was outrun by a predator. At least not before it had passed on its genes. Plenty of predator genes can look back on ancestors who failed to outrun prey. Not a single prey gene can look back on ancestors who had lost a race against a predator.

    Apply the Life Dinner Principle to the cuckoo nestling and its host. The cuckoo nestling can look back on an unbroken line of ancestors, literally not a single one of whom was outwitted by a discriminating host. If it had been, it would not have become an ancestor. Cuckoo genes for failing to fool hosts are never passed on. But genes that lead foster parents to fail to notice cuckoos? Plenty of hosts who were fooled by cuckoos could live to breed again. Genetic tendencies among hosts to be fooled by cuckoos can be passed on. Genetic tendencies among cuckoos to fail to fool hosts are never passed on. It’s the Life Dinner Principle in operation.

    Moreover, the host can look back on ancestors many of whom may never have met a cuckoo in their lives. In Nick Davies and Michael Brooke’s long-running study on Wicken Fen, only 5 to 10 per cent of reed warbler nests were parasitised by cuckoos. And this brings us to the Rare Enemy Effect. Cuckoos are comparatively rare. Most reed warblers, wagtails, pipits, dunnocks, etc. probably get through their lives and successfully reproduce without ever encountering a cuckoo. They may look back on many ancestors who never encountered a cuckoo in their lives. But every single cuckoo looks back at an unbroken line of ancestors who successfully fooled a host into feeding them. Asymmetries of this kind could favour ‘victory’ such that even a monstrous cuckoo nestling gets away with fooling its diminutive foster parent. The selection pressure to outwit cuckoos is weak compared to the selection pressure on cuckoos to do the outwitting.

    Another parable with an Aesopian flavour is the fable of the boiled frog. A frog dropped into very hot water might do anything in its power to jump out. But a frog in cold water that is slowly heated up does not notice until it is too late. When the baby cuckoo first hatches, the deceiver is indistinguishable from the real thing. As it gradually grows, there is no one day when it suddenly becomes obvious that it’s a fake. Just as there’s never a day when a baby becomes a child; or a child a teenager; or a middle-aged man old. Every day, it looks much the same as the day before. Perhaps this helps the outwitting. Note that the boiled frog effect doesn’t apply to eggs. A cuckoo egg suddenly appears in the nest. It doesn’t gradually become more and more imposterish like a cuckoo nestling.

    In another pair of papers already mentioned, Krebs and I proposed that animal communication in general can be seen as manipulation. I discussed this in Chapter 7 in connection with nightingale song bewitching John Keats. Birdsong is known to cause female gonads to swell. This is an example of what we called manipulation. It will not always be to the female’s advantage to submit to it. There will be an arms race between salesmanship and sales-resistance, each side escalating in response to the other. What tricks of salesmanship might the cuckoo nestling employ, in response to the sales-resistance of the host? They’d need to be pretty powerful to outweigh the eventually incongruous mismatch in size between foster parent and cuckoo nestling. But that’s no argument against their existence.

    All nestlings open their gapes wide and squawk their appeals for food. If you’re a baby reed warbler, say, the louder you cry, the more likely you are to persuade your parent to drop food into your gape rather than a sibling’s (and there is indeed good Darwinian reason for competition among siblings, even real gene-sharing siblings). On the other hand, loud vocalisation costs vital energy. This applies to baby birds as much as to adults. In one study of wrens at Oxford, the researcher allowed himself to speculate that a male literally sang himself to death. The calling rate and loudness of a baby reed warbler will normally be regulated to an optimum level: enough to compete with siblings, but not so much as to overtax itself or attract predators. The oversized baby cuckoo needs as much food as four young reed warblers. It urges the foster parent on by sounding like a clutch of reed warbler chicks rather than just one very loud reed warbler chick.

    Among the ingenious field experiments done by Nick Davies, he and his colleague Rebecca Kilner put a blackbird nestling in a reed warbler nest. The young blackbird was about the same size as a cuckoo nestling. The reed warblers fed it, but at a lower rate than they would normally feed a baby cuckoo. Then the experimenters played their masterstroke: a sound recording of a baby cuckoo piped through a little loudspeaker next to the nest, switched on whenever the baby blackbird was seen to beg. Now the reed warbler adults upped the rate with which they fed the blackbird chick, to a rate appropriate to a baby cuckoo – the same rate as for a clutch of baby reed warblers. And indeed, a recording of four baby reed warblers crying had the same effect. It would seem that baby cuckoo squawks have evolved to become a super-stimulus. Super-stimuli are well attested in experiments on bird behaviour. My old maestro Niko Tinbergen reported that oystercatchers, offered a choice, will preferentially attempt to incubate a dummy egg eight times the volume of their own egg. It’s called a supernormal stimulus. Something like this is what we’d expect as the culmination of an evolutionary arms race, with escalating salesmanship on the cuckoo’s side keeping pace with escalating sales-resistance on the part of the foster parents.

    How about a visual equivalent of such a super-stimulus? The open beak of all nestlings is conspicuous, often bright yellow, orange, or red. Doubtless such bright coloration persuades the parents to drop food in, the brighter the gape the greater the chance of their favouring this gape rather than a sibling’s. Reed warbler chicks have a yellow gape. Davies and colleagues found that reed warbler parents gauge their food-fetching efforts according to the total area of yellowness gaping at them in the nest, and also to the rate of begging cries. Cuckoo chicks have a red gape. Is this, perhaps, a stronger stimulus than yellow? An experiment with painted gapes failed to support the hypothesis. Is the cuckoo gape, then, larger than a reed warbler chick’s gape? Yes, cuckoo chicks have a bigger gape than any one reed warbler chick. But its area is not equal to the sum of four reed warbler chicks – perhaps closer to two. Cuckoo chicks use sound to compensate for this, and by two weeks of age a cuckoo chick sounds like a clutch of reed warbler chicks. The combination of a somewhat bigger gape than one reed warbler chick’s, together with supernormal begging cries, is just enough to persuade the adult reed warblers to pump into the cuckoo chick as much food as they would normally bring to a whole clutch of their own chicks. Once again, we could see the supernormal begging call as the end product of an escalating arms race between salesmanship and sales-resistance.

    A cardinal feeding a goldfish

    That birds are susceptible to large gapes – even the alien gape of a fish – is shown by the well-attested observation of a cardinal (an American bird) repeatedly dropping food into the open mouth of a goldfish. We view the scene through human eyes and think, how absurd, how could a bird be so stupid? But the example of the oystercatcher sitting on the giant egg should warn us that human eyes are precisely what we should not trust. We have no right to be sarcastic. Birds are not little humans, cognitively aware of what they are doing and why they are doing it. And after all, a human male can be sexually aroused by a supernormal caricature of a female, even though he is well aware that it is a drawing on two-dimensional paper, with unnaturally exaggerated features, and a fraction of normal size. The baby cuckoo has no idea what it is doing when it tosses eggs out of the nest. Think of it as a programmed automaton. The oystercatcher does not know why it sits on a giant egg. Think of it as a pre-programmed incubation machine. And in the same way, think of a parent bird as a robot mother, programmed to drop food into wide-open gapes, however ridiculous it may seem to us when the gape belongs to a fish. Or to the giant imposter who is a nestling cuckoo.

    If cuckoo nestlings have a supernormal gape, mimicking two ordinary chicks, there’s an Asian cuckoo, Horsfield’s hawk cuckoo, Cuculus fugax, that goes one better. It has the visual equivalent of a clutch of gapes. In addition to its yellow gape, it has a pair of dummy gapes: a patch of bare skin on each wing, the same yellow colour as the real gape. It waves the wing patches about, usually one at a time, next to the real gape. The foster parent (a species of blue robin was the host in this Japanese study by Dr Keita Tanaka) is stimulated by the double whammy of gape plus patch. Dr Tanaka has kindly sent me several photographs plus some amazing film footage. As soon as the foster parent flies in, the cuckoo chick dramatically raises its right wing and waves it about. The gesture reminds me of a swordsman raising his shield to intercept an attack. But this analogy has it exactly wrong. The point is not to repel but to attract. One film even shows the robin vigorously stuffing food up against the yellow patch on the upheld right wing, before turning and shoving it into the wide-open gape instead. The Japanese researchers ingeniously blacked out the wing patch, and this reduced the feeding rate by the robins. There’s a similar story for another brood parasite, the whistling hawk cuckoo, Hierococcyx nisicolor, in China. Like the Horsfield’s hawk cuckoo, the nestlings have yellow wing patches that they display in the same way, to fool foster parents.

    So much for cuckoos, not deplorable because a true wonder of nature and natural selection. Now, let’s see what else we can do with the notion of genes looking over their shoulder.

    Horsfield’s hawk cuckoo with fake gape on wing

    11 More Glances in the Rear-View Mirror

    Where once they would have talked of the good of the species, nowadays essentially all serious biologists studying animal behaviour in the wild have adopted what I am calling the gene’s-eye view. Whatever the animal is doing, the question these modern workers ask is, ‘How does the behaviour benefit the self-interested genes that programmed it?’ David Haig, now at Harvard University, is one of those pushing this way of thinking towards the limit, illuminating a great diversity of topics, including some important ones that doctors should care about, such as problems of pregnancy.

    Among other things, Haig noticed a lovely example of genes looking backwards – actually at the immediate past generation. There’s a phenomenon called genomic imprinting. A gene can ‘know’ (by a chemical marker) whether it came from the individual’s father or mother. As you can imagine, this radically changes the ‘strategic calculations’ whereby a gene looks after its own self-interest. Haig shows how genomic imprinting changes how a gene views kin. Normally, a gene for kin altruism should regard a half-sibling as equivalent to a nephew or niece – half the value of a full sib or offspring. But if the altruistic gene ‘knows’ it came from the mother and not the father, it should see a maternal half-sibling as equal to its own offspring, or to a normal full sibling. The other way round if it ‘knows’ it came from the father. It should then see the maternal half-sibling as equivalent to an unrelated individual. Genomic imprinting opens up a whole lot of ways in which genes within an individual can come into conflict with one another, the topic of Burt and Trivers’ book Genes in Conflict. Haig goes so far as to blame warring genes for the familiar psychological sensation of being pulled in two directions at once, as in short-term gratification versus longer-term benefit. Genomic imprinting provides a stark example of how a gene might look in the ‘rear-view mirror’. Other examples constitute the topics of this chapter.

    A gene on a mammalian Y-chromosome ‘looks back’ at an immensely long string of ancestral male bodies and not a single female one, probably as far back as the dawn of mammals if not further. Our mammal Y-chromosome has been swimming in testosterone for perhaps 200 million years. But if Y-chromosomes look back at only male bodies, what about X-chromosomes? If you are a gene on an X-chromosome, you might come from the animal’s father, but you are twice as likely to come from its mother. Two-thirds of your ancestral history has been in female bodies, one-third in male bodies. If you are a gene on a chromosome other than a sex chromosome, an autosome, half your ancestral history was in female bodies, half in male bodies. We should expect many autosomal genes to have sex-limited effects, programmed with an IF statement: one effect whenever they find themselves in a male body, a different effect when in a female body.

    But when any gene looks back at the male bodies that it has inhabited, what it sees will not be a random sample of male bodies but a restricted sub-set. This is because the average male is often denied the Darwinian privilege of reproduction. A minority of males monopolises the mating opportunities. Most females, on the other hand, enjoy close to the average reproductive success. Red deer stags with large antlers prevail in fights over access to females. So when a red deer gene looks back at its male ancestors, it will see the minority of male bodies that are topped by abnormally large antlers.

    Even more extreme is the asymmetry shown by seals, especially Mirounga, the elephant seal. There are two species: the southern elephant seal, which I have seen, close enough to touch (though I would not), on the remote island of South Georgia, and the northern elephant seal, which Burney Le Boeuf has thoroughly studied on the Pacific beaches of California. Like many mammals, elephant seals have harem-based societies but they carry it to an extreme. Successful males, ‘beachmasters’, are gigantic: up to 4 metres long and weighing 2 tonnes. Females are relatively small and are gathered into harems, which may typically number as many as fifty ‘belonging to’, and vigorously defended by, a single dominant male. Most of the males in the population have no harem, and either never reproduce or bide their time hoping to sneak an occasional copulation, as well as aspiring eventually to get big and strong enough to displace a beachmaster. In one report from Le Boeuf’s long-term California study of northern elephant seals, only eight males inseminated an astonishing 348 females. One male inseminated 121 females, while the great majority of males had no reproductive success at all. An elephant seal gene on a Y-chromosome looks back at, not just a long sequence of male bodies, but specifically at the overgrown, blubbery, belching, bloated bodies of a tiny minority of dominant, harem-holding beachmasters: highly aggressive males, over-endowed with testosterone and with the dangling trunks used as living trombones to resonate roars that intimidate other males. On the other hand, an elephant seal gene will look back at a succession of female bodies that are close to the average.

    Do you find something puzzling about the fact that only a small minority of males does almost all the fathering? Isn’t it terribly wasteful? Think of all those bachelor males, consuming a fat slice of the food resources available to the species, yet never reproducing. A ‘top-down’ economic planner with species welfare in mind would protest that most of those males shouldn’t be there. Why doesn’t the species evolve a skewed sex ratio such that only a few males are born: just enough males to service the females, the same number of males as would normally hold harems? They wouldn’t have to fight each other, they’d all get a harem as a matter of automatic entitlement, just for being male. Wouldn’t a species with such an economically sensible, planned economy prevail over the present, wildly uneconomical, strife-ridden species? Wouldn’t the planned economy species win out in natural selection?

    Sexual inequality on the beach

    Yes, if natural selection chose between species. But, contrary to a widespread misunderstanding, it doesn’t. Natural selection chooses between genes, by virtue of their influence on individuals. And that makes all the difference. If the sensible planned economy were to come about by Darwinian means, it would have to be through the natural selection of genes controlling the sex ratio. This is not impossible. A gene could bias the number of X sperms versus Y sperms produced by males. Or it could favour selective abortion of some male foetuses. Or it could favour starving some baby sons to death and keeping just a favoured few. Never mind how it does it, just call this hypothetical gene the Planned Economy Gene, pegged to top-down common sense.

    Imagine a planned economy population where most of the individuals are female, say one male for every ten females. This is the kind of population our sensible economist would expect to see. It is economically sensible because food is not wasted on males who are never going to reproduce. Now imagine a mutant gene arising, a mutation that biases individuals towards having sons. Will this male-favouring gene spread through the population? Alas for the planned economy, it certainly will. In the planned economy, females outnumber males ten to one, so a typical male can expect ten times as many descendants as a typical female. It’s a bonanza for males. The son-biased mutant gene will spread rapidly through the population. And the males will have good reason to fight. It’s the flip side of our observation that our hypothetical gene looks back at a successful minority of male bodies, not at an average sample of male bodies.

    Will the population sex ratio swing right round to the opposite extreme and become male-biased? No, natural selection will stabilise the sex ratio we actually see, a 50/50 sex ratio (but see the important reservation below) with a minority of harem-holding males and a majority of frustrated bachelors. Here’s why. If you have a son, there’s a good chance he’ll end up a disconsolate bachelor who’ll give you no grandchildren. But if your son does end up a harem-holder, you’ve hit the jackpot where grandchildren are concerned. The expected reproductive success of a son, averaged over his slim chance of the jackpot plus the much greater chance of bachelor misery, equals the expected average reproductive success of a daughter. Equal sex ratio genes prevail, even though the society they create is so horribly uneconomical. Sensible as it sounds, the ‘planned economy’ cannot be favoured by natural selection. In this respect at least, natural selection is not a ‘sensible’ economist.

    I said that selection would stabilise the sex ratio at 50/50 but I added a cautionary reservation. There are various reasons for that caution, and they are important. Here’s one of them. Suppose it costs twice as much to rear a son as to rear a daughter. To equip a son to fight off rivals and win a harem, he must be big. Being big doesn’t come free. It costs food. If a mother seal must suckle a son for longer than a daughter, if a son costs twice as much as a daughter to rear, the ‘choice’ facing the mother is not ‘Shall I have a son or a daughter’ but ‘Shall I have a son or two daughters?’ The general principle, first clearly understood by RA Fisher, is that the sex ratio stabilised by natural selection is 50/50 measured in economic expenditure on daughters versus economic expenditure on sons. That will amount to 50/50 in numbers of male and female bodies, only if the cost of making sons and daughters is the same. Fisher’s principle balances what he called parental expenditure on sons versus daughters. This may cash out in the form of equal numbers of males and females in the population, but only if sons and daughters are equally costly to rear. There are other complications, some pointed out by WD Hamilton, but I won’t stay to deal with them.

    Elephant seals are an extreme example of a principle that typifies many mammal species. Females tend to have nearly the same reproductive success as each other, close to the population average, while a minority of males enjoys a disproportionate monopoly of reproduction. In statistical language, mean reproductive success of males and females is equal, but males tend to have a higher variance in reproductive success. And, to return to the title of this chapter, the ancestral females that genes ‘look back on’ will be close to the average. But they’ll look back on an ancestral history dominated by a minority of males: that minority endowed with whatever it takes in the species concerned – large antlers, fearsome canine teeth, sheer bodily bulk, courage, or whatever it might be.

    ‘Courage’ can be given a more precise meaning. Any animal must balance the short-term value of reproducing now against its own long-term survival to reproduce in the future. A brutal fight against a rival male may end in victory and a harem. But it may end in death, or serious injury which presages death. Courage is at a premium. Risking death is worthwhile because the stakes for a male are so high: a huge number of pups to his name if he wins, zero and perhaps death if he loses. A female seal would give higher priority to surviving to reproduce next year. She only has one pup in a year, so she’ll maximise her reproductive success by surviving herself. Natural selection would favour females who are more risk-averse than males; would favour males who are more courageous or foolhardy. Males are biased towards a high-stakes high-risk strategy. This is probably why males tend to die younger. Even if they’re not killed in battle, their whole physiology is skewed towards living to the full while young, even at the expense of living on at all when old.

    A complication is that, in some species, including elephant seals, subordinate males sneak surreptitious matings at the risk of punishment from dominant males. They may adopt a particular strategy known as the ‘sneaky male’ strategy. This means that as a Y-chromosome looks back at its history, it will see mostly a river of dominant harem-holders but also a side rivulet, that of the sneaky males. And now, a change of topic.

    As will be apparent by now, my late colleague WD Hamilton had a restless and highly original curiosity, which led him to solve many outstanding riddles in evolutionary theory, problems that lesser intellects never even recognised as problems. A naturalist from boyhood, he noticed that many insect species come in two distinct types which could be named ‘dispersers’ and ‘stay-at-homes’. Dispersers typically have wings. ‘Stay-at-homes’ often don’t. It’s surprising how many species of insects have both winged and wingless members, seemingly in balanced proportion. If you like human parallels, think of human families in which one brother comfortably inherits the farm while the other brother emigrates to the far side of the world in search of an improbable fortune. In the case of plants, dandelion seeds with their fluffy parachutes are ‘winged’ dispersers, while other members of the daisy family have, to quote Hamilton, ‘a mixture of winged and wingless within a single flower head’.

    To stolid common sense, it seems intuitively obvious that if parents live in a good place (and they probably do live in a good place, or they wouldn’t have succeeded in becoming parents), the best strategy for an offspring must be to stay in the same good place. ‘Stay at home and mind the family farm’ would seem to be the watchword, and that was the conventional wisdom among most evolutionary theorists before Bill Hamilton. Bill suspected, by contrast, that selection would favour a balance between stay-at-homes and dispersers, the point of balance varying from species to species. He enlisted the help of his mathematical colleague Robert May, and together they developed mathematical models that supported his intuition.

    My own, less mathematical way to express Bill’s intuition is in terms of the gene’s-eye view of the past. No matter how favourable the ‘family farm’ – the environment in which parents have flourished – it is sooner or later going to be subject to a catastrophe: a forest fire perhaps, or a disastrous flood or drought. So, as a gene looks back at the history of ‘the family farm’, the parental, grandparental, and great grandparental generations may indeed have flourished there. The success story might go back an unbroken ten or even twenty generations. But eventually, if it looks far enough back into the past, the stay-at-home gene will eventually hit one of those catastrophes.

    The disperser gene may look back on the recent past as one of comparative failure: life on the family farm was milk and honey. But if we look back sufficiently far, we come to a generation where only the disperser gene, the gene for wild wanderlust, made it through. There’s also the anthropomorphic point that wanderlust occasionally strikes gold.

    Naked mole rat

    I perhaps went too far when in 1989 I published a speculation about naked mole rats, but it serves to dramatise the point. Naked mole rats are small, spectacularly ugly (by human aesthetics) African mammals, who live underground. They are famous among biologists as the nearest mammalian approach to social insects: ants and termites. They live in large colonies of as many as 100 individuals in which only one female, the ‘queen’, normally reproduces, and she is fecund enough to compensate for the near sterility of all the other females, who function as ‘workers’. A colony can extend through a huge network of 2 or 3 miles of burrows, gathering underground tubers as food.

    This much has become lore among biologists intrigued by the obvious similarity to social insects. However, one discrepancy always worried me. Although the ants and termites that we ordinarily see are wingless, sterile workers, their underground nests periodically erupt in a boiling mass of winged reproductive individuals of both sexes. These fly up to mate, after which the newly fertilised young queens settle down, lose their wings (in many cases even biting them off), dig a hole, and attempt to found a new underground nest with the aid of sterile, wingless worker daughters (and sons in the case of termites). The winged castes are Hamilton’s dispersers, and they are an essential part – indeed, the essential part – of the biology of social insects. You could say they are what the whole social insect enterprise is all about. Why don’t naked mole rats have an equivalent? Their lack of a dispersal phase is something approaching a scandal!

    Not literally winged dispersers! Even I am not foolhardy enough to predict rodents with wings. But I did wonder, and still do, whether there might be a dispersal phase that nobody has spotted yet. In 1989 I wrote: ‘Is it conceivable that some already known hairy rodent, running energetically above ground and hitherto classified as a different species, might turn out to be the lost caste of the naked mole rat?’ My idea for a hitherto unrecognised dispersal caste may not have much going for it, but it is at least testable, a virtue that scientists value highly. The genome of the naked mole rat has been sequenced. If my hypothetical dispersal phase were ever discovered, some hairy mole rats should turn out to have the same genes.

    I admitted the implausibility of my suggestion. How could such a hypothetical creature have been overlooked by biologists? However, I went on to make a comparison with locusts. Locusts are the terrifying ‘wanderlust’ phase of harmless ‘stay-at-home’ grasshoppers. They look different from grasshoppers and behave very differently. They are the very same grasshoppers but (oh, in a moment) they change. The genes of a harmless grasshopper have the capacity, when the conditions are right, to change (change utterly, and a terrible beauty is born). The devastating effects are all too well known. My point is that locust plagues only occasionally happen. It just takes the right conditions. Perhaps the dispersal phase of the naked mole rat has yet to erupt during the decades since biologists have been around to study the species? No wonder it has never yet been seen. Perhaps it would take only a crafty hormone injection … and a naked mole rat could become its own hairy, scurrying (though not, I suppose, winged) dispersal phase.

    Another change of topic before we leave the backwards gene’s-eye view. There are two ways in which we can look back at a family tree. Conventional pedigrees trace ancestry via individuals. Who begat whom? Which individual was born of which mother? The most recent individual ancestor shared by the late Queen Elizabeth II and her husband Prince Philip was Queen Victoria. But you can also trace the ancestry of a particular gene, and you will have guessed that this is the alternative manner of tale I want to tell here. Genes, like individuals, have parent genes and offspring genes. Genes, as well as individuals, have pedigrees, family trees. But there is a significant difference between a ‘people tree’ and a ‘gene tree’. An individual person has two parents, four grandparents, eight great grandparents, etc. So a people tree is a vast ramification as you look backwards in time. Any attempt to draw it out completely will soon get out of hand. The best way to visualise it is not on paper but zooming around a computer screen. Not so the gene tree. A gene has only one parent, one grandparent, one great grandparent, etc. A gene tree is therefore a simple linear array streaking back in time, whereas a people tree bifurcates its way unmanageably into the past. This is not so when you look forwards in time, by the way. A gene can have many offspring but only ever one parent. Looking forwards, gene trees branch and branch. But this chapter is all about looking backwards.

    A particular sub-lethal gene, haemophilia, has plagued the royal families of Europe ever since the early nineteenth century. The gene tree of royal haemophilia is simple and fits the page comfortably. The equivalent people tree would want several square metres of paper to be legible. The royal haemophilia gene can be traced back to a particular individual ancestor, Queen Victoria, one of whose two X-chromosomes bore the gene. The mutation occurred, to quote Steve Jones’s mordant phrase, ‘in the august testicles’ of her father, Edward, Duke of Kent. One of Victoria’s four sons, Prince Leopold, suffered from haemophilia. The other sons, including Edward VII and his descendants such as our present monarch, King Charles III, beat the odds and were lucky to escape. Leopold survived to the age of thirty, long enough to have a daughter, Princess Alice of Albany, who inevitably carried the gene on one of her X-chromosomes. Her son Prince Rupert of Teck realised his 50 per cent probability of being afflicted and died young.

    Royal haemophilia

    Of Victoria’s five daughters, three (at least) inherited the gene. Princess Alice of Hesse passed it on to her son, Prince Friedrich, who died in infancy, and to two daughters, Irene and Alexandra, who passed it on to three haemophiliac grandsons of Alice, including the Tsarevich Alexey of Russia. Irene married her first cousin Henry, a common practice among royals and generally not a good idea because of inbreeding depression. But inbreeding depression was not responsible for the fact that two of their sons, Waldemar and Heinrich, suffered from haemophilia: they got it on their X-chromosome from their mother, and she’d have been equally likely to pass it on, whomever she married, cousin or not (unless the cousin was himself haemophiliac, in which case 50 per cent of her daughters would actually suffer from the disease itself). Another of Victoria’s daughters, Princess Beatrice bequeathed the gene to her daughter the Queen of Spain, and on into the Spanish Royal Family, to the resentment, I gather, of the Spanish.

    Tracing back the gene tree of the royal haemophilia gene, all lines coalesce in Victoria. And indeed, there is a flourishing branch of mathematical genetic theory called Coalescent Theory in which you look back at the history of a genetic variant in a population and trace the most recent common ancestor of that gene – the coalescent gene upon which all lines converge as you look back. Forget about individuals, look through the skin to the genes within, and you can trace two copies of a particular gene back in time until you hit the ancestor in whom they coalesce. That coalescence point is the ancestral individual in which the gene itself divided into two copies, which then went their separate ways in two siblings and eventually two lines of descendants. If you make purifying assumptions like random mating, no natural selection, and everybody has two children, the coalescent tree has an expected form that mathematicians can calculate in theory. In reality, of course, those assumptions are violated, and that’s when it becomes interesting. Royal families, for example, typically violate the assumption of random mating. Protocol and political expediency constrain them to marry each other.

    Coalescent theory is an important part of modern population genetics, and very relevant to this chapter on the backwards gene’s-eye view, but the mathematics is outside my scope here. I will discuss one intriguing example: a particular study of one man’s genome – as it happens, my genome, although that isn’t why I find it intriguing. It is a remarkable fact that you can make powerful inferences about the demographic history of an entire population using the genome of just a single individual. For a rather odd reason, I was one of the earliest people in Britain to have their entire genome (as opposed to the relatively small sample done by the likes of ‘23-and-Me’) sequenced. I handed the data disc over to my colleague Dr Yan Wong, and he included a clever analysis of it in the book that we co-authored, The Ancestor’s Tale (2016). It’s rather tricky to explain, but I’ll do my best.

    In every cell of my body swim twenty-three chromosomes inherited intact from my father and twenty-three from my mother. Every (autosomal) paternal gene has an exact opposite number (allele) on the corresponding maternal chromosome, but my father John’s chromosomes and my mother Jean’s chromosomes float intact and aloof from each other in all my cells. Now, here’s where it gets tricky. Take a particular gene on a John chromosome and allow it to look back at its ancestral history. Now take its opposite number (‘allele’) on the equivalent Jean chromosome, and allow it to look back in the same way. It’s the same principle as tracing the royal haemophilia gene back to Victoria. But, in this case, it is not haemophilia that is being traced, we’re looking a lot further back, and we have no hope of identifying a named individual like Victoria. We could do it with any pair of alleles, one on a John chromosome and the other on a Jean chromosome. And not just one such pair but (a sample of the) many.

    Sooner or later, each gene pair, as they look back, is bound to converge on a particular individual in whom a gene once split to form the ancestor of the John gene and the ancestor of the Jean gene. I really do mean a particular individual ancestor who lived at a particular time and in a particular place. This individual had two children, one of whom was John’s ancestor and the other Jean’s ancestor. But we’re talking about a different ancestral individual – different time and place – for each Jean/John gene pair. For each gene pair, there must have been two siblings, one carrying the ancestral Jean gene and the other the ancestral John gene.

    There are many overlapping people-tree routes that trace my father and my mother back to different shared ancestors. But for each of my John genes there is only one path linking it to the shared ancestor of my corresponding Jean gene. Gene trees are not the same as people trees. Each gene pair coalesces in a particular ancestor, at a particular moment in the past. You can let each pair of my genes look back, and you can find a different coalescence point in each case. You can’t literally identify the exact coalescence point for any given gene pair. But what you can do, using the mathematics of coalescent theory, is estimate when it occurred. When Dr Wong did this with my genome, he found that a large majority coalesced somewhere around 60,000 years ago, say 50,000 to 70,000.

    And how should this concordance be interpreted? It means that my ancestors suffered a population bottleneck around that time. Very likely, yours did too. As my John genes and my Jean genes look back at their history, during most of those millennia they see a picture of outbreeding. But somewhere around 60,000 years into the past, the effective population size narrowed to a bottleneck. When the population is smaller, the Jean and John lineages are more likely to find themselves in a shared ancestor, simply by chance. That is why my gene pairs tend to coalesce around that time. Indeed, the coalescence data from my genome, on its own, making use of no other data, can be translated into the above graph of effective population size plotted against time. It is presumably typical for Europeans. The faint grey line shows the equivalent for an individual Nigerian, whose ancestors, it would seem, were not subject to the same bottleneck. I confess to an obscure satisfaction that, of the two co-authors of a book, one was able to use the genome of the other to make a quantitative estimate of prehistoric demography affecting not just one individual but millions.

    What else can genes tell us as they look back at their history? Zoologists are accustomed to drawing family trees of animals, and calculating which species are close cousins of other species, and which distant. Among ape species, for example, chimpanzees and bonobos are our closest living relatives, and those two species are exactly equally close to us. They are equally close because they share an ancestor with each other some 3 million years ago, and that ancestor shares an ancestor with us about 6 million years ago (see below). Gorillas are the outgroup, a more distant relative of the rest of us African apes. The ancestor we share with gorillas lived longer ago, perhaps 8 or 9 million years.

    GORILLACHIMPBONBOHUMAN

    On the previous page is the conventional way to draw a family tree, an organism-based family tree. But we can also draw a family tree from the point of view of a gene, looking back at its own history. The organism tree is unequivocal. Chimps and bonobos are close cousins of each other, and we are their closest relatives apart from each other. But while that is indeed a fact from the point of view of the whole organism, it is not necessarily the case when it is genes that look in the rear-view mirror. True, a majority of genes would ‘agree’ with each other and with the ‘people tree’ of the traditional zoologist. Nevertheless, it is perfectly possible that, from the point of view of some particular genes, the family tree could look very different. As on the opposite page, perhaps. The majority of our genes agree with the ‘people tree’. But when the gorilla genome was published in 2012, it turned out that ‘Humans and chimpanzees are genetically closest to each other over most of the genome, but the team found many places where this is not the case. Fifteen per cent of the human genome is closer to the gorilla genome than it is to chimpanzee, and 15 per cent of the chimpanzee genome is closer to the gorilla than human.’ I hope you agree that his kind of conclusion is an interesting product of the ‘backward gene’s-eye view’.

    Such an anomaly could occur even within one small family. Two brothers, John and Bill, share the same parents, Enid and Tony, and the same four grandparents: Arthur and Gertrude, the parents of Enid, and Francis and Alice, the parents of Tony. (Sex chromosomes apart) each of the brothers received exactly half his genes from each of their shared parents. That’s because each is the product of exactly one egg from Enid and one sperm from Tony. And each brother received a quarter of his genes from each of the four shared grandparents, but in this case the figure is only approximate. It’s not exactly a quarter. Through the vagaries of chromosomal crossing-over, the sperm from Tony that conceived John could, by chance, have contained mostly Alice’s genes rather than Francis’s. The sperm from Tony that conceived Bill could have contained a preponderance of Francis’s genes rather than Alice’s. The egg from Enid that gave rise to John could have contained mostly Arthur’s genes, while the egg from Enid that gave rise to Bill contained a preponderance of Gertrude’s genes. It’s even theoretically possible (though vanishingly improbable) that John received all his genes from two of his grandparents, and none from the other two. Thus, the gene’s-eye view of closeness of relatedness can differ from the individual’s-eye view. The individual’s-eye view sees all four grandparents as equal contributors.

    BONOBOCHIMPGORILAHUMAN

    And the same is true of all generations prior to the immediate parental generation. Although you are quite probably descended from William the Conqueror, it is also quite likely that you have inherited not a single gene from him. Biologists tend to follow the historic precedent of tracing ancestry at the level of the whole individual organism: every individual has one father and one mother, and so on back. But the John/Bill, gorilla/chimpanzee comparison of the previous paragraphs will prove, I believe, to be the tip of an iceberg. More and more, we shall see pedigrees being drawn up from the genes’ point of view as opposed to the individual organism’s. An example is the discussion of the prestin gene in Chapter 5. Such a trend is obviously highly congenial to this book, stressing, as it does, the gene’s-eye view.

    The last topic I want to deal with in this chapter on the backwards gene’s-eye view is Selective Sweeps. Among the messages from the past that the genes of a living animal whisper to us, if only we could hear them, many tell of ancient natural selection pressures. That, indeed, is what I mean by the genetic book of the dead, but here I am talking about a particular kind of signal from the past, one that geneticists have learned how to read. Present-day genes send statistical ‘signals’ of natural selection pressures. A gene pool that has recently undergone strong selection shows a certain characteristic signature. Natural selection leaves its mark. A Darwinian signature. Here’s how.

    Two genes that sit close to one another on a chromosome tend to travel together through the generations. This is because chromosomal crossing over is relatively unlikely to split them: a simple consequence of their proximity to each other. If one gene is strongly favoured by natural selection it will increase in frequency. Of course, but mark the sequel. Genes whose chromosomal position lies close to a positively selected gene will also increase in frequency: they ‘hitch-hike’. This is especially noticeable when the linked genes are neutral – neither good nor bad for survival. When a particular region of a chromosome contains a gene that is under strong selection in its favour, the geneticist notices a diminution in the amount of variation in the population, specifically in the hitch-hiking zone of the affected chromosome. Because of the hitch-hiking, natural selection of one favoured gene ‘sweeps’ away the variation among nearby neutral genes. This ‘selective sweep’ then shows up as a ‘signature’ of selection.

    I find the ‘backwards’ way of looking at ancestral history illuminating. But the most important ‘experience’ that a gene can ‘look back on’ is easily overlooked because it hides in plain view. It is the companionship of other genes of the species: other genes with which it has had to share a succession of bodies. I am not talking here about genes being linked close to each other on the same chromosome. I am now talking about shared membership of the same gene pool, and hence of many individual bodies. This companionship is the topic of the next chapter.

    12 Good Companions, Bad Companions

    The previous chapter could be expanded with an indefinite number of examples of the backward gene’s-eye view. Genes look back on a series of environments variously characterised by trees, soil, predators, prey, parasites, food plants, water holes, etc. But the external environment is only part of the story. It leaves out the most important kind of ‘experience’ of a gene. Far more important is the experience of rubbing shoulders with all the other genes in a long succession of bodies: partners through dynasties of mutual collaboration in the subtle arts of building bodies. That is the central point of this chapter.

    The genes within any one gene pool are travelling bands of good companions, journeying together, and cooperating with each other down the generations. Genes in other gene pools, gene pools belonging to other species, constitute parallel bands of travelling companions. These bands do not include the genes of other species. That is precisely how biologists like to define a species (although the definition sometimes blurs in practice, especially when new species are being born).

    Sexual reproduction validates the very notion of a species, more precisely the notion of a gene pool: a pool of genes like a stirred pool of water. The gene pool is thoroughly stirred in every generation by sexual reproduction, but it doesn’t mix with any other such pool – pools belonging to other species. Children resemble their parents but, because the gene pool is stirred, they resemble them only slightly more than they resemble any random member of the species – and much more than they resemble a random member of another species. The gene pool of each species sloshes about in a watertight compartment of its own, isolated from all others.

    As I said, that is part of the very definition of a ‘species’, at least the most widely adopted definition, the one codified by that lofty patriarch among evolutionists, Ernst Mayr (1904–2005):

    Species are groups of actually or potentially interbreeding natural populations, which are reproductively isolated from other such groups.

    Fossils, being dead to the possibility of actually interbreeding – beyond breeding at all – force a retreat to Mayr’s ‘potentially’. When we say that Homo erectus was a separate species, distinct from modern Homo sapiens, the Mayr definition would be interpreted as meaning, ‘If a time machine enabled us to meet Homo erectus, we would be incapable of interbreeding with them.’ A niggling difficulty arises over ‘incapable’. There are species that can be persuaded to interbreed in captivity but would not choose to do so in the wild. Chapter 9’s example of the two crickets Teleogryllus oceanicus and commodus is only one of several. Even if we were capable of interbreeding with Homo erectus, say by artificial insemination, would we – or they – choose to do so by the normal, natural means? Never mind, that is a detail that might concern a pernickety taxonomist or philosopher, but we can pass it by.

    If, as most anthropologists believe, we descend from Homo erectus, there must have been intermediates during the transitional phase: intermediates that would defy classification. Nobody who has thought it through would suggest that suddenly a sapiens baby was born to proud erectus parents. Every animal ever born throughout evolutionary history would have been classified in the same species as its parents, not only by the interbreeding criterion but by all sensible criteria. That fact – though it troubles some minds – is totally compatible with the fact that Homo sapiens is descended from Homo erectus, those two species being distinct species incapable – let us presume – of breeding with each other. It’s also compatible with the fact that you are descended from a lobe-finned fish, with every intermediate along the way being a member of the same species as its parents and its children.

    Moreover, when a species splits into two daughter species in the process known as speciation, there is bound to be an interregnum when the two are still capable of interbreeding. The split originates accidentally, imposed perhaps by a geographic barrier such as a mountain range or a river or stretch of sea. It is probable that chimpanzees and bonobos started to go their separate evolutionary ways when two sub-populations found themselves on opposite sides of the Congo river. The two populations were physically prevented from interbreeding – the flow of genes was halted by the flow of water between them. For a while, they could potentially interbreed, and maybe occasionally did so when an individual inadvertently crossed the river on a floating log. But the geographically imposed lack of gene flow freed them to evolve in separate directions. Those different directions could have been guided by natural selection, or unguided in a process of random drift. It doesn’t matter, the point is that the compatibility between their genes gradually declined until a stage was reached when, even if they should chance to meet, they could no longer interbreed in actuality. The initial geographic barrier doesn’t necessarily come about through an environmental change like an earthquake diverting a river. Geography can stay the same while a pregnant female, for instance, gets accidentally washed ashore on a deserted island. Or the other side of a river.

    But why, in any case, do the genes of two separated populations tend to become incompatible as companions, thereby preventing interbreeding? One reason is that the two sets of chromosomes need to pair off in the process of meiosis, when gametes are made. If they become sufficiently different, say on opposite sides of a barrier, hybrids, if any, would be unable to make gametes. They might live, but could not reproduce. Another reason – back to the central point of this chapter – is that genes, on either side of the barrier, are naturally selected to cooperate with other genes on the same side, but not the other. After enough time has elapsed in physically enforced separation, two gene pools become so incompatible that interbreeding becomes impossible even if the physical barrier is removed. Chimpanzees and bonobos haven’t quite reached that stage. Hybrids can be born in captivity.

    There doesn’t have to be a distinct barrier, like a river, for geographically based speciation to occur. A mouse in Madrid never meets a mouse in Vladivostok but there could well be continuous local gene flow across the 12,000-kilometre gap between them. Given enough time, their descendants could diverge genetically until they could no longer interbreed even if they should somehow contrive to meet. Speciation would have occurred, the barrier being nothing more than sheer distance rather than an unswimmable river or sea, or an impassable desert or mountain range, and despite continuous gene flow locally across the entire range. We have here the spatial equivalent of the temporal continuum between Homo erectus and Homo sapiens. In both cases the extremes never meet. Yet in both cases there can be an unbroken chain of intermediates happily breeding all the way across the range: range in space for the example of the mice; range in time for the example of erectus and sapiens.

    Occasionally, the chain of intermediates wraps around in a circle, bites itself in the tail, and we have a so-called ‘ring species’. Salamanders of the genus Ensatina live all around the four edges of California’s Central Valley but don’t cross the valley. If you start sampling at the southern end of the valley and work your way up the west side to the north, go eastwards across the north end of the valley, then down the eastern side and back around to your starting point, you notice a fascinating thing. The salamanders all along your route around the edge of the valley can interbreed with their neighbours. Yet they gradually change as you go around, and when you arrive back at your starting point, the ‘last’ species of the ring cannot interbreed with the ‘first’. A ring species is a rare case where you can see laid out in the spatial dimension the kind of evolutionary change that you could see along the time dimension if only you lived long enough.

    Such considerations render pointless all heated arguments about whether or not closely related animals, living or fossil, belong to the same species. It is a necessary consequence of evolution that there must be, or must have been, intermediates that you cannot forcibly assign to either species. It would be worrying if it were otherwise. But of course most species in existence are clearly distinct from most other species by any criterion, because of the long time that has elapsed since their ancestors diverged. As for the grey areas where potential interbreeding is even an issue, and where species definition is problematical, this chapter will not treat them further.

    Where external environments are concerned, the genes of a mole speak to us of damp, dark, moist tunnels, of earthy smells, of earthworms and beetle larvae crawling between tangled rootlets and filaments of fungal mycelium and mycorrhizae. The genes of a squirrel have a very different ancestral autobiography, a tale of airy greenery, waving boughs, acorns, nuts, and sunlit glades to be crossed between trees. We could weave a similar list for any species. The point of this chapter, on the other hand, is that the genes’ external ‘experience’ of damp, dark soil, or forest canopy, grassy plains, coral reefs, the deep sea, or whatever it might be, is swamped by the more immediate and salient internal experiencing of other genes in the stirred gene pool. This chapter is about the ‘good companions’ with which the genes have travelled and collaborated, in body after body since earlier times: parting from and re-joining, ever encountering and re-encountering familiar sets of companion genes, collaborating in the difficult arts of building livers and hearts, bones and skin, blood corpuscles and brain cells. The details will be tweaked by ‘external’ pressures: the best heart, kidney, or intestine for a burrowing vermivore is doubtless not the same as the best heart, kidney, or intestine for a tree-climbing nut-lover. But a centrally important quality of a successful gene will be the ability to collaborate with the other genes of the shared gene pool, be it mole, squirrel, hedgehog, whale, or human gene pool.

    Every biochemistry lab has on its wall a huge chart of metabolic pathways, a bewildering spaghetti of chemical formulae joined by arrows. Below is a simplified version in which chemicals are represented by blobs rather than having their formulae spelled out. The lines represent chemical pathways between the blobs. This particular diagram refers to the gut bacterium Escherichia coli, but something similar, and just as bewildering, is going on in your cells.

    Every one of those hundreds of lines is a chemical reaction performed inside a living cell, and each one is catalysed by an enzyme.

    Every enzyme is assembled under the influence of a specific gene (or often two or three genes, because the enzyme molecule may have several ‘domains’ wrapped around each other, each domain being a protein chain). The genes that make these enzymes must cooperate, must be good companion genes in the sense of this chapter.

    All mammals have almost exactly the same set of over 200 named bones, connected in the same order, but differing in size and shape. We saw the principle in the crustaceans of Chapter 6. And the same is true of the metabolic pathways diagrammed above. They are almost the same in all animals but different in detail. And, although they may be engaged in joint enterprises that are similar, the cartels of mutually compatible genes will not be compatible with parallel cartels evolving in other lineages: antelope cartels versus lion cartels, say. Antelopes and lions both need metabolic pathways in all their cells, and both need hearts, kidneys, and lungs, but they’ll differ in details appropriate to herbivores versus carnivores. And more obviously so in teeth, intestines, and feet, for reasons we’ve covered already. If they were somehow to mix in the same body, they wouldn’t work well together.

    I shall say that two separate gene pools, for instance an impala gene pool and a leopard gene pool, represent two separate ‘syndicates’ of ‘cooperating’ genes. Building a body is an embryological enterprise of immense complexity, involving feats of cooperation between all the genes in the active genome. Different kinds of body require different embryological ‘skills’, perfected over evolutionary time by different suites of mutually compatible genes: compatible with members of their own syndicate but incompatible with other syndicates simultaneously being built in other gene pools. These cooperating cartels are assembled over generations of natural selection. The way it works is that each gene is selected for its compatibility with other genes in the gene pool, and vice versa. So cartels of mutually compatible, cooperating genes build up. It is tempting but misleading to speak of alternative cartels being selected as whole units versus other cartels as whole units. Rather, cartels assemble themselves because each member gene is separately selected for its compatibility with other genes within the cartel, which are themselves being selected at the same time.

    Within any one species, genes work together in embryological harmony to produce bodies of the species’ own type. Other cartels in other species’ gene pools self-assemble, and work together to produce different bodies. There will be carnivore cartels, herbivore cartels, burrowing insectivore cartels, river-fishing cartels, tree-climbing, nut-loving cartels, and so on. My main point in this chapter on ‘Good Companions’ is that by far the most important environment that a gene has to master is the collection of other genes in its own gene pool, the collection of other genes that it is likely to meet in successive bodies as the generations go by. Yes, the external ecosystem furnished by predators and prey, parasites and hosts, soil and weather, matters to the survival of a gene in its gene pool. But of more pressing moment is the ecosystem provided by the other genes in the gene pool, the other genes with which each gene is called upon to cooperate in the construction and maintenance of a continuing sequence of bodies. It is an easily dispelled paradox that my first book, The Selfish Gene, could equally well have been called The Cooperative Gene. Indeed, my friend and former student Mark Ridley wrote a fine book with that very title. In his words, which I’d have been pleased to have written myself,

    The cooperation between the genes of a body did not just happen. It required special mechanisms for it to evolve, mechanisms that arrange affairs such that each gene is maximally selfish by being maximally cooperative with the other genes in its body.

    As inhabitants of today’s technologically advanced world, we are aware of the power of cooperation between huge numbers of specialist experts. SpaceX employs some 10,000 people, cooperating in the joint enterprise of launching massive rockets into space and – even more difficult – bringing them back and gently landing them in a fit state to be re-used. Many different specialists are united in intimate cooperation: engineers, mathematicians, designers, welders, riveters, fitters, turners, computer programmers, crane operators, quality control checkers, 3-D printer operators, software coders, inventory control officers, accountants, lawyers, office workers, personal assistants, middle managers, and many others. Most of the experts in one field have little understanding of what experts in other parts of the enterprise do, or how to do it. Yet the feats that we humans can achieve when thousands of us deploy our complementary skills, in well-oiled collaboration but in ignorance of each other’s role, are staggering.

    The human genome project, the James Webb Telescope, the building of a skyscraper or a preposterously oversized cruise ship, these are stunning achievements of cooperation. The Large Hadron Collider at CERN brings together some 10,000 physicists and engineers from more than 100 countries, speaking dozens of languages, working smoothly together to pool their diverse expertise. Yet these huge accomplishments of mass cooperation are more than matched by the nine-month collaborative enterprise of building each one of us in our mother’s womb: a feat of cooperation among billions of cells, belonging to hundreds of cell types (different ‘professions’), orchestrated by about 30,000 intimately cooperating genes, exceeding the personnel count we find in a large human enterprise such as SpaceX. Cooperation is key, in both building a body and building a rocket.

    The genes that build a body must cooperate with all the other companions that the sexual lottery throws at them as the generations go by. They must cooperate not only with the present set of companions, those in today’s body. In the next generation, they’ll have to cooperate with a different sample of companions drawn from the shared gene pool. They must be ready to cooperate with all the alternative genes that march with them down the generations within this gene pool – but no other gene pool. This is because Darwinian success, for a gene, means long-term success, travelling through time over many generations, in many successive bodies. They must be good travelling companions of all the genes in the stirred gene pool of the species.

    The 1957 film of JB Priestley’s novel The Good Companions had an accompanying song with a not uncatchy tune, of which the refrain was,

    Be a good companion,
    Really good companion,
    And you’ll have good companions too.

    It is a song whose evoked mutualism suits the travelling troupe of genes, which constitutes the active gene pool of a species such as ours. Sexual recombination of genes gives meaning to the very existence of the ‘species’ as an entity worth distinguishing with a name at all. Without it, as is the case with bacteria, there is no distinct ‘species’, no clear way to divide the population with confidence into discrete nameable groups. It is sexual reproduction that confers identity on the species. Some bacterial types are not far from being a big smear, grading into each other as they promiscuously share genes. The attempt to assign discrete species names to such bacteria is a losing battle in a way that doesn’t apply to animals like us, where sexual exchange is limited to sexual encounters between a male and a female of the same species – and no other species by definition. As already stated, where fossils are concerned we have to guess, based on their anatomical similarity, whether they would have been able to interbreed when they were alive. This involves subjective judgement, which is why naming fossils such as Homo rhodesiensis and Homo heidelbergensis is a matter of aggravated controversy between ‘lumpers’ and ‘splitters’. But notwithstanding naming disagreements, which can even become acrimonious, we remain confident that the gene pool surrounding every one of those fossils was a troupe of travelling companions isolated from other gene pools – even though imperfectly isolated during episodes of speciation. Bacteria largely deny us that confidence. So-called ‘species’ of bacteria are not clearly delimited.

    Every working gene, ‘expert’ in rendering up its own contribution to the collaborative building of an embryo, is confined to its own gene pool. Repeated cooperation among successive samples drawn from the same troupe of travelling companions has selected genes largely incapable of working beneficially with members of other troupes. Not entirely, as we see from headlined examples like jellyfish genes transplanted into cats and making them glow in the dark. Genes are normally not put to that kind of test. Mules and hinnies, ligers and tigons, are almost always sterile. Their sets of travelling companions are still compatible enough to collaborate in building strong bodies. But their compatibility breaks down when it comes to chromosomal pairing-off in meiosis, the process of cell division that makes gametes. Mules can pull a cart, but they can’t make fertile sperms or eggs.

    Nature doesn’t transplant antelope genes into leopards. If it did, a few might work normally. There are broad similarities between the embryologies of all mammals, and all mammals doubtless share genes for making most layers of the mammalian palimpsest. But that doesn’t undermine this chapter. Those genes concerned with what makes a leopard a predator, and an antelope its herbivorous prey, would not work harmoniously together. In childishly crude terms, leopard teeth wouldn’t sit well with antelope guts and antelope feeding habits. Or vice versa. In the language of this chapter, companions that travel well together in one gene pool would not be good companions in the other. The collaboration would fail.

    The principle is illustrated by an old experiment of EB Ford, the eccentrically fastidious aesthete from whom I learned my undergraduate genetics. Most practical geneticists work on lab animals or plants, breeding fruit flies or mice in the laboratory. But Ford walked a minority path among geneticists. He and his collaborators monitored evolutionary change in gene pools, in the wild. A lifelong authority on butterflies and moths, he went out into the woods and fields, heaths and marshes of Britain, waving his butterfly net and sampling wild populations. He inspired others to do the same kind of thing with wild fruit flies, wild snails and flowers, as well as other species of butterflies and moths. He founded a whole discipline called Ecological Genetics and wrote the book of that title. The piece of work that I want to talk about here was a field study of wild populations of lesser yellow underwing moths, in Scotland and some of the Scottish islands. Ford knew it as Triphaena comes, but it is now called Noctua comes, following the strict precedence rules of zoological nomenclature.

    The species is polymorphic, meaning there are at least two genetically distinct types coexisting in significant proportions in the wild. Not in England, however, nor in much of mainland Scotland, where all the lesser yellow underwings look like the pale upper one in the picture. But in some of the Scottish islands there exists, in significant numbers, a second morph, of darker colour, called curtisii, evidently named after the entomologist and artist John Curtis (1791–1862). I thought it fitting to use Curtis’s own painting of the curtisii morph and the cowslip, and I asked Jana Lenzová to paint in the light morph to complete the picture.

    Dark and light morphs of lesser yellow underwing

    The difference between the two morphs is controlled by a single gene, which we can call the curtisii gene. Curtisii is nearly dominant. This means that if an individual has either one curtisii gene (‘heterozygous’) or two curtisii genes (‘homozygous for curtisii’), it will be dark. If dominance were complete, heterozygous individuals with one curtisii gene would look exactly the same as homozygotes with two. Curtisii being only nearly dominant, the heterozygotes are almost the same as the curtisii homozygotes but slightly lighter. Heterozygotes are always darker than individuals homozygous for the standard comes gene, which is therefore called recessive.

    Like his mentor Ronald Fisher, whom we’ve already met, Ford liked to speak of ‘modifiers’, genes whose effect is to modify the effects of other genes. According to Fisher’s theory of dominance, to which Ford subscribed, when a gene first springs into existence by mutation, it is typically neither dominant nor recessive. Natural selection subsequently drives it towards dominance or recessiveness via the gradual accumulation, through the generations, of modifiers. Dominance is not a property of a gene itself, but a property of its interactions with its companion modifiers.

    Modifiers don’t change the major gene itself. What they change is how it expresses itself, in this case its degree of dominance. The language of this chapter would say that a major gene such as curtisii has modifiers among its ‘good companions’, which affect its dominance, meaning its tendency to express itself when heterozygous. For reasons we needn’t go into, natural selection favoured a significant proportion of dark curtisii morphs on certain Scottish islands. And one way this favour showed itself, according to the theory of Fisher and Ford, was by selection in favour of modifiers that increased its dominance.

    Barra is an island in the Outer Hebrides, west of Scotland. Orkney, north of Scotland, is an archipelago 340 kilometres from Barra as the crow flies, and too far for the moth to fly. Ford collected and studied moths from both these locations. Both have mixed populations of Lesser Yellow Underwings, the normal pale form living alongside significant numbers of dark curtisii morphs. Breeding experiments, with both Barra and Orkney moths, separately confirmed the dominance of curtisii within both islands. However, when Ford took moths from Barra and crossed them with moths from Orkney, he got a remarkable result. The dominance broke down. It disappeared. No longer did Ford see tidy Mendelian segregation of dark versus light forms. Instead there was a messy spectrum of intermediates. Dominance had disappeared.

    What had evidently happened was this. Dominance on Barra had evolved by an accumulation of mutually compatible modifiers, good Barra companions. Dominance on Orkney had independently and convergently evolved by a different consortium of modifier genes, good Orkney companions. When Ford bred across islands, the two sets of modifiers couldn’t work together. It was as though they spoke different languages. To work properly, each modifier needed its normal set of good companions, the set that had been built up over generations of selection on the different islands. That’s what being good companions is all about, and Ford’s experiment dramatically demonstrates a principle that I believe to be general. The ‘major’ gene, curtisii, is the same on both Barra and Orkney. However, for all that a gene itself is the same, its dominance can be built up in more than one way by different consortia of modifiers. This seems to have been the case with curtisii on different islands.

    There’s a potential fallacy lurking here. It’s easy to presume that the Barra good companions lie close to each other on a chromosome and therefore segregate as a unit. And likewise, the Orkney consortium of good companions. That kind of thing can happen, and Ford and his colleagues discovered it in other species. Natural selection can favour inversions and translocations of bits of chromosome that bring good companions closer to each other. Sometimes they end up so close that they are called a ‘supergene’, so close that they are rarely separated by crossing over. This is an advantage, and the translocations and inversions that contribute to the building of a supergene are favoured by natural selection. But if Ford’s modifiers had been clustered together as a supergene in the case of his yellow underwings, he wouldn’t have got the results that he did.

    Supergenes can be demonstrated in the lab by breeding large numbers of individuals for many generations until suddenly, by a freak of chromosomal crossing-over, the supergene is split. But the supergene phenomenon is not necessary for good companionship, and there’s no reason to suppose it applies in this case of the lesser yellow underwing. The suites of cooperating modifiers could lie on different chromosomes all over the genome. Separately, in their respective island gene pools, they were assembled by natural selection as good team workers in each other’s presence. In this case, they work well together to increase the dominance of the curtisii gene. But the principle is more general than that. We don’t have to subscribe to the Fisher/Ford theory of dominance in particular.

    Natural selection favours genes that work together in their own gene pool, the gene pool of their species. Genes that go with being a carnivore (say, genes for carnivorous teeth) are naturally selected in the presence in the same gene pool of other ‘carnivorous genes’ (say genes for short carnivorous intestines whose cells secrete meatdigesting enzymes). At the same time, on the herbivore side, genes for flat, plant-milling teeth flourish in the presence of genes for long, complicated guts that provide havens for plant-digesting micro-organisms. Once again, the alternative suites of genes may be distributed all over the genome. There’s no need to assume that they cluster together on any particular chromosome.

    Unfortunately, good companionship sometimes breaks down. It is even subject to sabotage. We’ve already met ways in which the genes within a body can be in conflict with one another. The uneasy pandemonium of genes within the genome, sometimes cooperating, sometimes disputing, is captured in Egbert Leigh’s ‘Parliament of Genes’. Each acts ‘in its own self-interest, but if its acts hurt the others, they will combine together to suppress it.’

    Cell division within the body is vulnerable to occasional ‘somatic’ mutation. Of course it is. How could it not be? We are familiar with the idea that random copying errors, mutations, produce the raw material for natural selection between individuals. Those ‘germline’ mutations occur in the formation of sperms and eggs, and they are then inherited by an individual’s children. These are the mutations that play an important role in evolution. But most acts of cell division occur within the body – somatic as opposed to germline mutation – and they too are subject to mutation. Indeed, the mutation rate per mitotic division is higher than for meiotic division. We should be thankful our immune system is so good at spotting the danger early. Most somatic mutations, like most germline mutations, are not beneficial to the organism. Sometimes they are beneficial to themselves but bad for the organism, in which case they may engender malignant tumours – cancers. Subsequent natural selection within the tumour can generate a progression through increasingly ominous ‘stages’ of cancer. I shall return to this.

    We can think of the (somatic) cells in a developing embryo as having a family history within the body, springing from their grand ancestor, the single fertilised egg cell of a few months or weeks previous. At any stage in this history of descent, starting with the embryo and on throughout the rest of life, somatic mutation can occur. Vertebrate development is the product of countless cell divisions, so embryologists have found it convenient to trace cell lineages in a simpler organism. The tiny roundworm Caenorhabditis elegans has only 959 cells. It was the genius of the great molecular biologist Sydney Brenner to pick this animal out as the ideal subject for a genre of research that has since spread to dozens of labs throughout the world. Its embryo at one of its developmental stages has precisely 558 cells. Every one of those 558 cells has its own ‘ancestral’ sequence within the developing embryo. The pedigree of each of those 558 cells within the embryo has been painstakingly worked out (illustration below). Necessarily, it’s impossible to print the details legibly on one page of a book, but you can expand it here (https://www.wormatlas.org/celllineages.html) and get an idea of the diverging pedigree of cells in the embryo, consisting of ‘families’ and ‘sub-families’. If you could read the labels by the side of families of cells, you’d see things like ‘intestine’, ‘body muscle’, ‘ring ganglion’. We shall have need to return to that idea of families of cells procreating in the embryo.

    Now, if that’s what the cellular pedigree looks like for a mere 558 roundworm cells, just think what it must look like for our 30 to 40 trillion cells. Similar labels – muscle, intestine, nervous system, etc. – could be affixed to cells in a human embryo (opposite). This is true even though the pedigrees are not determined so rigidly in a vertebrate embryo, and we can’t enumerate a finite tally of named cells. It’s important to stress that these different families of cells within the developing embryo are, until something goes wrong, genetically identical. If they weren’t, they might not cooperate. When something goes wrong and they’re no longer genetically identical, well that’s when there’s a risk of their becoming bad companions. And then there’s a risk of their evolving, by natural selection within the body, to become very bad companions indeed: cancers.

    As you can see on the diagram on the facing page, after some early cell generations within the embryo, the pedigree of our cells splits into three major families: the ectoderm, the mesoderm, and the endoderm. The ectoderm family of cells is destined to give rise, further down the line, to skin, hair, nails, and those hugely magnified nails that we know as hooves. Ectodermal derivatives also contribute the various parts of the nervous system. The endoderm family of cells branches to give rise to sub-families that eventually make the stomach and intestines; and other sub-families that make the liver, lungs, and glands such as the pancreas. The mesoderm dynasty of cells spawns numerous sub-families, which branch again and again to produce muscle, kidney, bone, heart, fat, and the reproductive organs, although not the germline, which is early hived off and sequestered for its privileged destiny, on down the generations.

    Somatic mutants apart, every one of the cells in the expanding pedigree has the same genome, but different genes are switched on in different tissues. That is to say they are epigenetically different while being genetically the same (see the relevant endnote if popular hype has confused you as to the true meaning of ‘epigenetics’). Liver cells have the same genes as muscle cells, but once they pass beyond a certain stage in embryonic development, only liver-specific genes are active there. And the liver ‘family’ of cells in the pedigree goes on dividing until the liver is complete. They then stop dividing. The same applies to all the ‘families’, which each have their own stopping time. Cells must ‘know’ when to stop dividing. And that is where trouble can step in.

    With an important reservation, the number of cell generations before the arresting of cell division varies from tissue to tissue and is typically between forty and sixty. That may seem surprisingly few. But remember the power of exponential growth. Fifty liver cell generations, if each one was a division into two (fortunately it isn’t) would yield a liver the size of a large elephant. Different cell lines stop dividing after different limits, producing end organs of different sizes. You can see how important it is for each cell line to know when to stop dividing.

    Cactus with somatic mutation

    Every one of the 30 trillion cells in a body was made by a cell division. And every one of those cell divisions is vulnerable to somatic mutation. Now we come to that ‘important reservation’, the one relevant to the topic of bad companions. The cells in a lineage are genetically identical only if no somatic mutation intervenes during the lineage’s successive generations. Most somatic mutations are harmless. But what if a somatic mutation arises in a cell such that it changes its behaviour and refuses to stop dividing? Its lineage in the ‘family tree’ doesn’t come to a disciplined halt, but goes on reproducing out of control. The daughter cells of the mutant cell inherit the same rogue mutation, so they too divide. And their daughter cells inherit the rogue gene, so … This is the kind of thing that produces weird growths such as adorns the cactus opposite.

    Let’s follow the subsequent history of a rogue cell’s descendants, for example in a human. Reproducing for an indefinite number of generations without discipline, these cells will now be subject to a form of natural selection. Why say ‘a form of’? It is natural selection, plain and simple. The rogue cells will be subject to natural selection, every bit as Darwinian as the natural selection that chooses the fastest pumas or pronghorns, the prettiest peacocks or petunias, the most fecund codfish or dandelions. Rogue somatic mutant cells can evolve, by natural selection within the body, into cancers that spread menacingly (‘metastasis’) to other parts of the body. Now natural selection of cells within the tumour will favour those that become better cancers. What does ‘better’ mean, for a cancer? They become expert, for example, at usurping a large blood supply to nurture themselves. The whole subject, fascinating, disturbing, and not at all surprising to a Darwinist, is expounded in books such as Athena Aktipis’s The Cheating Cell, and The Society of Genes by Itai Yanai and Martin Lercher.

    Since cancers evolve by natural selection (within the body), we should treat their evolutionary adaptations in just the same way we might treat the adaptations of pronghorn or codfish, except that the ecological environment is the interior of a (say) human body instead of the sea or an open prairie. This chapter’s discussion of Good Companions has prepared us for the idea of an ecology of genes within the body, to parallel the more conventional idea of an external ecology. And that internal ecology is also the setting where bad companions can thrive. An important difference is that natural evolution in the open sea or prairie goes on into the indefinite future. The evolution of a cancer tumour ends abruptly with the death of the patient, whether that death is caused by the cancer or something else. The cancer evolves to become better and better at (as an inadvertent by-product) killing itself. This, too, should not surprise. Natural selection, as I’ve said over and over, has no foresight. A tumour cannot foresee that increased malignancy will eventually kill the tumour itself. Natural selection is the blind watchmaker. Despite ending with the death of the organism, the number of generations of cell division in a tumour is large enough to accommodate constructive evolutionary change. Constructive from the point of view of the cancer. Destructive for the patient. Athena Aktipis’s book artfully treats the evolution of cancer cells in the body in just the kind of way we might treat the evolution of buffalos or scorpions in the Serengeti.

    Cancer cells, then, or rather the mutant genes that turn cells cancerous, are one kind of ‘bad companion’. Another type is the so-called segregation distorter. Sperms and eggs – gametes – are ‘haploid’ cells you’ll remember, having only one copy of each gene, instead of two like normal body cells. The special kind of cell division called meiosis makes haploid gametes (having only one set of chromosomes) out of diploid cells, which have two sets of chromosomes, one set from the individual’s mother and another set from the father. It is only when gametes are made by meiosis that the two sets meet each other in the same chromosome. Meiosis performs an elaborate shuffle, cutting and pasting exchanged portions of paternal and maternal chromosomes into a new set of mixed-up chromosomes. Every gamete is unique, having different assortments of paternal and maternal genes in each of its (twenty-three in humans) chromosomes. The result of the shuffle is that each gene from the diploid set of (forty-six in humans) chromosomes has a 50 per cent chance on average of getting into each gamete.

    The ‘phenotypic effect’ of a gene commonly shows itself somewhere in the body – it might affect tail length or brain size or antler sharpness. But what if a gene were to arise that exerted its phenotypic effect on the process of gamete production itself? And what if that effect was a bias in gamete production such that the gene itself had a greater than 50 per cent chance of ending up in each gamete? Such cheating genes exist – ‘segregation distorters’. Instead of the meiotic shuffle resulting in a fair deal to each gamete as it normally does, the deal is biased in favour of the segregation distorter. The distorter gene has a greater than even chance of ending up in a gamete.

    You can see that if a rogue segregation distorter were to arise it would tend, other things being equal, to spread rapidly through the population. The process is called meiotic drive. The rogue gene would spread, not because of any advantage to the individual’s survival or reproductive success, not because of benefit of any kind in the conventional sense, but simply because of its ‘unfair’ propensity to get itself into gametes. We could see meiotic drive as a kind of population-level cancer. A special case of a segregation distorter is the ‘driving Y-chromosome’, that is, a gene on a Y-chromosome whose effect on males is to bias them towards producing Y sperms and therefore male offspring. If a driving Y arises in a population, it tends towards driving it extinct for lack of females: population-level cancer indeed. Bill Hamilton even suggested that we could control the yellow fever mosquito by deliberately introducing a driving male into the population. Theoretically, the population should drastically shrink through lack of females.

    Other ways have been suggested to control pests by ‘driving genes’. I’ve already mentioned in Chapter 8 the crass irresponsibility of the 11th Duke of Bedford in introducing grey squirrels, native to America, into Britain. He not only released them in his own estate, Woburn Park, but made presents of grey squirrels to other landowners up and down the country. I suppose it seemed like a fun idea at the time, but the consequence is the wiping-out of our native red squirrel population. Researchers are now examining the feasibility of releasing a driving gene into the grey squirrel gene pool. This would not be carried on the Y-chromosome but would produce a dearth of females in a slightly different way. The authors of the idea are mindful of the need to be careful. We want to drive the grey squirrel extinct in Britain but not in America where it belongs and where it would have stayed but for the Duke of Bedford.

    Bad companions, at least in the form of cancers, force themselves upon our forebodings. But for our purposes in this book, it is the gene’s role as good companion that we must thrust to prominence. It remains for the last chapter to pin down exactly what makes them cooperate. Fundamentally, it is, I maintain, the fact that they share an exit route from each body into the next generation.

    Good companions dressed for field work: RA Fisher and EB Ford. See endnote for my suspicion that this is a historic photogaph.

    13 Shared Exit to the Future

    Purveyors of scientific wonder like to surprise us with the prodigious – disturbing to some – numbers of bacteria inside our bodies. We’re accustomed to fearing them but most of them are, in the words of Jake Robinson’s title, Invisible Friends. Mostly in the gut, estimates vary from 39 trillion to 100 trillion, the same order of magnitude as the number of our ‘own’ cells, where 40 trillion is a round-number estimate. Between a half and three-quarters of the cells in your body are not your ‘own’. But that doesn’t take account of the mitochondria. These miniature metabolic engine-rooms swarm inside our cells and the cells of all eucaryotes (that is, all living creatures except bacteria and archaea). It is now established beyond doubt that mitochondria originated from free-living bacteria. They reproduce by cell division like bacteria, and each has its own genes in a ring-shaped chromosome, again like bacteria. In fact, let us not mince words, they are bacteria: symbiotic bacteria that have taken up residence in the hospitable interior of animal and plant cells. We even know, from DNA-sequence evidence, which of today’s bacteria are their closest cousins. The number of mitochondria in your body is many trillions.

    The bacteria that became mitochondria brought with them much essential biochemical expertise, the research and development of which was presumably accomplished long before they became incorporated as proto mitochondria. Their main role in our cells is the combustion of carbon-based fuel to release needed energy. Not the violent high-speed combustion of fire, of course, but a slow, orderly, trickle-down oxidation. Not only are you a swarm of bacteria, you couldn’t move a muscle, see a sunset, fall in love, whistle a tune, despise a demagogue, score a goal, or invent a clever idea without the unceasing activation of their chemical knowhow, expert tricks cobbled together by natural selection choosing between rival bacteria in a lost pre-Precambrian sea.

    The interiors of plant cells swarm with green chloroplasts, which also are descended from bacteria (a different group, the so-called cyanobacteria). Like mitochondria, chloroplasts are bacteria in every sensible meaning of the word. Again like mitochondria, they brought with them a formidable dowry of biochemical wizardry, in this case photosynthesis. Virtually all life on Earth is ultimately powered by energy radiated from the gigantic nuclear fusion reactor that is the sun. It is captured by photosynthesis in chloroplast-equipped solar panels such as leaves, and is subsequently released in the chemical factories that are mitochondria, in all of us. Solar photons that fall on the sea are captured not by leaves but by single-celled green organisms. Whether on land or at sea, solar energy is the base of all food chains. I think the only exceptions are those strange communities whose ultimate source of energy is hot springs, undersea ‘smokers’ and such conduits of heat from the Earth’s interior.

    Our mitochondria couldn’t do without us, just as we wouldn’t survive two instants without them. We are joined deep in mutual amity. Our genes and their genes are good companions that have travelled in lockstep over 2 billion years, each naturally selected to survive in an environment furnished by the other. Most of the genes that originated in their bacterial forebears have long since either migrated into our own chromosomes or been laid off as redundant. But why are mitochondria, and some other bacteria, so benign towards us, while other bacteria give us cholera, tetanus, tuberculosis, and the Black Death? My Darwinian answer is as follows. It is an example of the take-home message of the whole chapter. Mitochondrial genes and ‘own’ genes share the same exit route to the future. That is literally true if we are female, or if we for the moment overlook the fact that mitochondria in males have no future. The key to companionable benevolence, I shall show, or its reverse, is the route by which a gene travels from a present body into a body of the next generation.

    Mitochondria and chloroplasts may be the earliest examples of bacteria being coopted into animals, but they are not the only ones. Here’s a much more recent re-enactment of those ancient incorporations, and it is highly congenial to the thesis of the gene’s-eye view. The embryonic development of vertebrate eyes requires a protein called IRBP, which facilitates the separation of retinal cells from one another and helps them to see better. In a large survey of more than 900 species, IRBPs were found in every vertebrate examined, plus Amphioxus, a small, primitive creature related to vertebrates, although it lacks a backbone. But of the 685 invertebrate species, the only one with a molecule resembling IRBP was an amphipod crustacean, Hyalella. Among plants, a single species, Ricinus communis, the castor oil plant, has something like an IRBP. And there’s a little cluster of fungi too. Molecules resembling IRBPs are ubiquitous among bacteria.

    A family tree of IRBP-like molecules shows a richly branched pedigree among bacteria, paralleling that of the vertebrates in which they live, both pedigrees springing from a single point. The isolated pop-ups (crustacean, fungi, and plant) also spring from within the bacterial tree, but widely separated parts of it. This is good evidence of horizontal gene transfer from various bacteria into the eucaryote genome. The evidence strongly suggests that vertebrate IRBPs are ‘monophyletic’, all descended from a single ancestor, which means a single jump from a bacterium right at the base of vertebrate evolution. Ever since that event, the genes concerned have been passed vertically down the generations. This is like the bacteria that became mitochondria, although mitochondrial ancestors were whole bacteria, not single genes.

    I want to give a general name to bacteria that are transmitted from host to host in host gametes: verticobacter, because they pass vertically down the generations. The ancestors of mitochondria and of chloroplasts are prime examples of verticobacters. Verticobacters can infect another organism only by riding inside its gametes into its children. By contrast, a typical ‘horizontobacter’ might pass by any route from host to host. If it lives in the lungs, for instance, we may suppose its method of infection is via droplets coughed or sneezed into the air and breathed in by its next victim. A horizontobacter doesn’t ‘care’ whether its victim reproduces. It only ‘wants’ its victim to cough (or sneeze, or make bodily contact by hands, lips, or genitals), and it works to that end – ‘works’ in the sense that its genes have extended phenotypic effects on the host’s body and behaviour, driving the host to infect another host. A verticobacter, by contrast, ‘cares’ very much that its ‘victim’ shall successfully reproduce, and ‘wants’ it to survive to reproduce. Indeed, ‘victim’ is scarcely the appropriate word, which is why I protected it behind quotation marks. This is, of course, because a verticobacter’s ‘hope’ of future transmission lies in the offspring of the host, exactly coinciding with the ‘hopes’ of the host itself. Therefore, if a verticobacter’s genes have extended phenotypic effects on the host, they will tend to agree with the phenotypic effects of the host’s own genes. In theory a verticobacter’s genes should ‘want’ exactly the same thing as the host’s genes in every detail.

    The pertussis (whooping cough) bacterium is a good example of a horizontobacter. It makes its victims cough, and it passes through the air to its next victim, in droplets emitted by the cough. Cholera is another horizontobacter. It exits the body via diarrhoea into the water supply, whence it ‘hopes’ to be imbibed by somebody else, drinking contaminated water. It doesn’t ‘care’ if its victims die, and it has no ‘interest’ in their reproductive success.

    The notion of a parasite’s ‘wanting’ its victim to do something needs explaining, and this again is where the extended phenotype comes in, as promised at the end of Chapter 8. The parasitology literature is filled with macabre stories of parasites manipulating host behaviour, usually changing the behaviour of an intermediate host to enable transmission to the next stage in the parasite’s complicated life cycle. Many of these stories concern worms rather than bacteria, but they convey the principle I am seeking to get across. ‘Horsehair worms’ or ‘gordian worms’, belonging to the phylum Nematomorpha, live in water when adult, but the larvae are parasitic, usually on insects. The insect hosts being terrestrial, the gordian larva needs somehow to get into water so it can complete its life cycle as an adult worm. Infected crickets are induced to jump, suicidally, into water. An infected bee will dive into a pond. Immediately the gordian worm bursts out and swims away, the crippled bee being left to die. This is presumably a real Darwinian adaptation on the part of the worm, which means that there has been natural selection of worm genes whose (‘extended’) phenotypic effect is a change in insect behaviour.

    Here’s another example, this time involving a protozoan parasite, Toxoplasma gondii. The definitive host is a cat, and the intermediate host is a rodent such as a rat. The rat is infected via cat faeces. Toxoplasma then needs the infected rat to be eaten by a cat, to complete its life cycle. It insinuates itself into the rat’s brain and manipulates the rat’s behaviour in various ways to that end. Infected rats lose their fear of cats, specifically their aversion to the smell of cat urine. Indeed, they become positively attracted to cats, though apparently not to non-predatory animals, or predators that don’t attack rats. There is some evidence that they lose fear in general, owing to increased production of the hormone testosterone. Whatever the details, it’s reasonable to guess that the change in rat behaviour is a Darwinian adaptation on the part of the parasite. And therefore an extended phenotype of Toxoplasma genes. Natural selection favoured Toxoplasma genes whose extended phenotypic effect was a change in rat behaviour.

    The infected snail’s bulging eyes are a tempting target for birds

    Leucochloridium is a fluke (flatworm), parasitic on birds. Its intermediate host is a snail, and it needs to transfer itself from snail to bird. The snails that it infects are largely nocturnal, while the birds who are the next host feed by day. The worm manipulates the behaviour of the snail to make it go out by day. But that is only the beginning of the snail’s troubles. One of the life-history stages of the worm invades the eye stalk of the snail, which swells grotesquely, and seems to pulsate vividly along its length.

    This is said to make the eye stalk look like a little crawling caterpillar. Be that as it may, it certainly renders the eye stalks conspicuous, and birds readily peck them off. Infected snails also move around more actively than unparasitised ones. The snail is not killed but only blinded. It is able to regenerate its eye stalks to pulsate another day and perhaps be again plucked off. The fluke, for good measure, castrates its snail victim. And that’s an interesting story in its own right. ‘Parasitic castration’ is common enough to be a named thing. It is practised by a wide variety of parasites from around the animal kingdom, including protozoa, flatworms, insects, and various other crustaceans. Including Sacculina, the parasitic barnacle that I introduced in Chapter 6 and promised to return to.

    Sacculina is perhaps the most extreme example of the ‘degenerative’ evolution typical of parasites. Darwin, in his monographs on barnacles, which distracted him for eight of the twenty years when he might have published on evolution, misdiagnosed the affinities of Sacculina. And who can blame him? Just take a look at it. The externally visible part of Sacculina is a soft bag clinging to the underside of a crab. Most of the ‘barnacle’ consists of a branching root system permeating the inside of the unfortunate crab’s body. Eventually, it fills the body so completely that if you could sweep away the crab and leave only the Sacculina, this is what you might see.

    This is not a crab

    How do we know that this system of branching rootlets, this sprawling entity that looks like a plant or fungus, is really a barnacle? How do we even know it’s a crustacean? The various larval stages of the life cycle give it away. The nauplius larva is followed by the cyprid larva, and both are unmistakeably crustacean. As if final clinching were needed, Sacculina’s genome has now been sequenced. ‘It is written’, as the Muslims say: ‘Crustacean’.

    Sacculina larvae

    The first organs that Sacculina attacks are the crab’s reproductive organs. This is the ‘parasitic castration’ that I mentioned above. Barnacles themselves are sometimes castrated by parasitic crustaceans; marine isopods related to woodlice. So, what is the point of parasitic castration? Why would a parasite head straight for the gonads of its host, before eating other organs?

    As with all animals, the host’s ancestors have been naturally selected to fine-tune a delicate balance between the need to reproduce (now) and the need to survive (to reproduce later). A parasite such as Sacculina, however, has no interest in assisting its host to reproduce. This is because its genes don’t share the host genes’ exit route to the future. Sacculina genes ‘want’ to shift the host’s ‘balance’ towards surviving, to carry on feeding the parasite. Like a docile, castrated ox being fattened up, the crab is forced by the parasite to renounce reproduction and become a maintained source of food.

    The situation reverses in those cases where parasites – ‘verticoparasites’ – pass to the next host generation in the gametes of the host. Verticoparasites infect only the offspring of their individual hosts rather than potential hosts at large. The genes of a verticoparasite share the ‘exit route’ of the host genes, so their extended phenotypic effects will agree with the host genes’ phenotypic effects. Exercise our usual cautious licence to personify, and consider the ‘preferred options’ of a verticoparasite such as a verticobacter. It travels inside the eggs of a host directly into the host’s child. Here, the interests of parasite and host coincide, and their genes ‘agree’ about the optimal host anatomy and behaviour. Both ‘want’ the host to reproduce, and survive to reproduce. Once again, if the genes of vertically transmitted parasites have extended phenotypic effects on their hosts, those effects should coincide, in perfect agreement and in every detail, with the phenotypic effects of the host animal’s ‘own’ genes.

    Mitochondria are an extreme example of a verticoparasite. Long transmitted vertically down the generations inside host eggs, they became so amicably cooperative that their parasitic origins are hard to spot, and were long overlooked. A horizontoparasite such as Sacculina has opposite ‘preferences’. It has no ‘interest’ in its host’s successful reproduction. Whether or not a horizontoparasite ‘cares’ about its host’s survival depends on whether it can benefit from it, presumably, as in the case of Sacculina, by feeding on the living host. If, by castration, it can shift the balance of the host’s internal economy away from reproduction and towards survival, so much the better.

    The tapeworm Spirometra mansanoides doesn’t castrate its mouse victims but it achieves a similar result. It secretes a growth hormone, which makes them grow fatter than normal mice. And fatter than the optimum achieved by natural selection of mouse genes seeking a balance between growth and reproduction. Tribolium beetles normally develop through a succession of six larval moults, increasing in size, before they eventually change into an adult. A protozoan parasite, Nosema whitei, when it infects Tribolium larvae, suppresses the change to adult. Instead, the larva continues to grow through as many as six extra larval moults, ending up as a giant grub, weighing more than twice as much as the maximum weight of an uninfected larva. Natural selection has favoured Nosema genes whose extended phenotypic effect was a dramatic doubling in Tribolium fatstock weight, achieved at the expense of beetle reproduction.

    A small tapeworm, Anomotaenia brevis, needs to get into its definitive host, a woodpecker. It does so via an intermediate host, an ant of the species Temnothorax nylanderi, which has the habit of collecting woodpecker droppings to feed to its larvae. Tapeworm eggs are often present in the droppings, and can therefore find themselves being eaten by ant larvae. The parasite then has an interesting effect on the ant’s behaviour when it becomes adult. It refrains from work and is fed by unparasitised workers. Parasitised ants also live longer, up to three times longer, than normal ants. This increases their chance of being eaten by a woodpecker – which benefits the tapeworm.

    There are parasitic flukes who persuade their snail victim to develop a thicker shell than normal. Shells are presumably an adaptation to protect the snail and prolong its life. But a shell, like any other part of the body, is costly to make. In the personal economics of snail development, the price of thickening the shell is presumably paid out of non-shell pockets, such as those committed to reproduction. Natural selection of snails has built up a delicate balance between survival and reproduction. Too thin a shell jeopardises survival. Too thick a shell, although good for survival, takes economic resources away from reproduction. The fluke, not being a vertically transmitted parasite, ‘cares nothing’ for snail reproduction. It ‘wants’ the snail to shift its priorities towards individual survival. Hence, I suggest, the thickened shell. In extended phenotype language, natural selection favours genes in the fluke that exert a phenotypic effect on the snail, upsetting its carefully poised balance. The thickening of the shell is an extended phenotype of fluke genes, benefiting them but not the snail’s own genes. This case is interesting as an example of a parasite apparently – but only apparently – doing its host a good turn. It strengthens the snail’s armour and perhaps prolongs its life. But if that were really good for the snail, the snail would do it anyway, without the ‘help’ of a parasite. The snail balances a finely judged internal economy. Too lavish spending on survival impoverishes reproduction. The parasite unbalances the snail’s economy, pushing it too far in the direction of survival at the expense of reproduction.

    According to the gene’s-eye view of life that I advocate, genes take whatever steps are necessary to propagate themselves into the distant future. In the case of ‘own’ vertically transmitted genes, the steps taken are phenotypic effects on the form, workings, and behaviour of ‘own’ bodies. Genes take those steps because they inherit the qualities of an unbroken, vertically travelling line of successful genes that took the same steps through the ancestral past – that is precisely why they still exist in the present. All of our ‘own’ genes are good companions that agree with each other about what the best steps are. Everything that helps one member of the genetic cartel into the next generation automatically helps all the others. All ‘agree’ about the goal of whatever it is they variously do to affect the phenotype. And why do they agree? Precisely because, in every generation, they share with each other the same exit route into the next generation. That exit route is the gametes – the sperms and eggs – of the present generation. And now we return to verticobacters and other verticoparasites. They have exactly the same exit route as the host’s own genes, and therefore exactly the same interests at heart.

    The genes of a verticobacter look back at the same history of ancestral bodies as its host’s own genes. Verticobacter genes have the same reason to behave as good companions towards our own genes as our own genes have towards each other. If an animal benefits from fast-running legs and efficient lungs for running, then its internal verticobacters will also benefit from the same things. If a verticobacter has an extended phenotypic effect on running speed, that effect will be favoured only if it is positive from the organism’s point of view too. The interests of host and bacterium coincide in every particular. A horizontobacter, on the other hand, might be more likely to ‘want’ its victim, when pursued, to cough with exhaustion – coughing being exactly what the horizontobacter needs in order to get itself passed on to another victim. Or another horizontobacter might want its victim to mate more promiscuously than the optimum ‘desired’ by the host’s own genes, thereby maximising contact with another host, and hence opportunities for infection. An extreme horizontobacter might devour the host’s tissues completely, reducing it to a bag of spores which eventually bursts, scattering them to the winds, where they may find fresh hosts to conquer.

    A verticobacter ‘wants’ its victims to reproduce successfully (which means, as we saw earlier, that ‘victims’ is not really an appropriate word). Its ‘hopes’ for the future precisely coincide with those of its host. Its genes cooperate with those of the host to build a strong body surviving to reproductive age. Its genes help to endow the host with whatever it takes to survive and reproduce; with skill in building a nest, diligence in gathering food for the infants, success in fledging them at the right time to prepare to reproduce the next generation, and so on. If a verticobacter happens to have an extended phenotypic effect on a host bird’s plumage, natural selection could favour verticobacter genes that brighten the feathers to make the host more attractive to the opposite sex. Verticobacter genes and host genes will ‘agree’ in every respect.

    Exactly the same argument applies to viruses, of course. And now we approach the twist in the tail of this chapter and this book. Any virus that travels from human (for example) generation to generation via our sperms or eggs will have the same ‘interests’ as our ‘own’ genes. Whatever colour, shape, behaviour, biochemistry is best for our ‘own’ genes will also be best for (let’s call them) verticoviruses. Verticovirus genes will become good companions of our own genes, accounting for the familiar fact that viruses can help us as well as harm us. Horizontovirus genes, by contrast, don’t care if they kill their victims, so long as they get passed on to new victims by their route of choice – coughing, sneezing, handshaking, kissing, sexual intercourse, whatever it is.

    A good example of a horizontovirus is the rabies virus. It is transmitted via the foaming saliva of its victims, whom it induces to bite other animals thereby infecting their blood. It also leads its victims, for example ‘mad’ dogs, to roam far and wide (and out in the midday sun), rather than stay, perhaps sleeping, within their normal home range. This helps the virus by spreading it over a larger geographical area.

    What would be a good real example of a verticovirus? It has been estimated that about 8 per cent of the human genome actually consists of viral genes that have, over the millions of years, become incorporated. Among these ‘retroviruses’, some are inert but others have effects that are beneficial. For example, it has been suggested that the evolutionary origin of the mammalian placenta was the result of a beneficial cooperation with an ‘endogenous’ retrovirus that succeeded in writing itself into the nuclear DNA. LP Villarreal, a leading virologist, has gone so far as to suggest that ‘viruses were involved in most all major transitions of host biology in evolution’, and ‘From the origin of life to the evolution of humans, viruses seem to have been involved … So powerful and ancient are viruses, that I would summarize their role in life as “Ex virus omnia” (from virus everything).’

    And now, can you see where I am finally going in this chapter? In what sense are our ‘own’ genes different from benign, good companion viruses? Why not push to the ultimate reductio? Why not see the entire genome as a huge colony of symbiotic verticoviruses? This is not a factual contribution to the science of virology. Nothing so ambitious. It’s more like an expansion of what we might mean by ‘virus’ – rather as ‘extended phenotype’ was an expansion of what we might mean by ‘phenotype’. Our ‘own’ genes are verticoviruses, good companions held together and cooperating because they share the same exit route to the next generation. They cooperate in the shared enterprise of building a body whose purpose is to pass them on. Viruses as we normally understand the word, and computer viruses, are algorithms that say ‘Duplicate me’. An elephant’s ‘own’ genes are algorithms that say, in the words of an earlier book of mine, ‘Duplicate me by the roundabout route of building an elephant first’. They are algorithms that work only in the presence of the other genes in the gene pool. They are equivalent to an immense society of cooperating viruses.

    I’m not just saying that our genome consists of ‘endogenous retroviruses’ (ERVs) that were once free, infected us, and then became incorporated into the chromosomes. That is true in some cases and it is important, but it’s not what this final chapter is suggesting. Lewis Thomas also didn’t mean what I now mean, although I would love to borrow his poetic vision in pushing the climax of my book.

    We live in a dancing matrix of viruses; they dart, rather like bees, from organism to organism, from plant to insect to mammal to me and back again, and into the sea, tugging along pieces of this genome, strings of genes from that, transplanting grafts of DNA, passing around heredity as though at a great party.

    The phenomenon of ‘jumping genes’, too, is congenial to my vision of a genome as a cooperative of verticoviruses. Barbara McClintock won a Nobel Prize for her discovery of these ‘mobile genetic elements’. Genes don’t always hold their place on a particular chromosome. They can detach themselves, then splice themselves in at a distant place in the genome. Some 44 per cent of the human genome consists of such jumping genes or ‘transposons’. McClintock’s discovery of jumping genes conjures a vision of the genome as a society, like an ants’ nest: a society of viruses held together only by their shared exit route, and hence shared future and shared actions calculated to secure it.

    My suggestion is that the important distinction we need to make is not ‘own’ versus ‘alien’ but vertico versus horizonto. What we normally call viruses – HIV, coronaviruses, influenza, measles, smallpox, chickenpox, Rubella, rabies – are all horizonto viruses. That, precisely, is why many of them have evolved in a direction that damages us. They pass from body to body, via routes that are all their own, by touch, in the breath, by genital contact, in saliva, or whatever it is, and not via the gametic routes with which our own genes traverse the generations. Viruses that share the same genetic destiny as our own genes have no reason to dissent from good companionship. On the contrary. They stand to gain from the survival and successful reproduction of every shared body they inhabit, in exactly the same way as our own genes do. They deserve to be considered ‘our own’ in an even more intimate sense than mitochondria, for mitochondria pass down the female line only. And, from this point of view, our ‘own’ genes are no more ‘own’ than a retrovirus that has become incorporated into one of our chromosomes and stands to be passed on to the next generation by exactly the same sperm or egg route as any other genes in the chromosome.

    I cannot emphasise strongly enough that I am not suggesting that all our genes were once independent viruses that later ‘came in from the cold’ and, as retroviruses, ‘joined the club’ of our own nuclear genome. That is known of some 8 percent of our genes, it may be true of many more, it is interesting and important, but it is not what I am talking about here. My point is rather to downplay the distinction between ‘own’ and ‘other’, and to emphasise instead the distinction between vertico and horizonto.

    Our entire genome – more, the entire gene pool of any species of animal – is a swarming colony of symbiotic verticoviruses. Once again, I’m not talking only about the 8 percent of our genome that consists of actual retroviruses, but the other 92 percent as well. They are good companions precisely because they are vertically transmitted, and have been for countless generations. This is the radical conclusion towards which this chapter has been directed. The gene pool of a species, including our own, is a gigantic colony of viruses, each hell-bent on travelling to the future. They cooperate with one another in the enterprise of building bodies because successive, temporary, reproduce-and-then-die bodies have proved to be the best vehicles in which to undertake their vertical Great Trek through time. You are the incarnation of a great, seething, scrambling, time-travelling cooperative of viruses.

  • 张英洪:北京周边村庄调研的情况

    顺义区赵全营镇东绛洲营村调研报告

    一、村庄基本情况

    顺义区赵全营镇东绛洲营村是北京郊区一个比较普通的北方村庄,全村总面积约1600亩(其中被征地约300余亩)。2018年底,该村常住人口370人、110户,其中外来人口近100人,这些外来人口主要是在附近空港企业上班租住在村内的人口。全村耕地面积680.3亩(其中基本农田508亩),林地186亩(含平原造林80亩),园地15亩,水面40.47亩。2000年该村以1999年12月31日为时间节点完成了承包地确权,当时参加土地确权的户籍人口289人,人均确权地3.03亩。

    2018年该村集体总收入279.89万元(比2017年的230.9万元增加48.99万元),其中财政补贴奖励138.37万元(比基2017年的155.6万元减少了17.23万元);村集体全年总支出240.65万元(比2017年的218.8万元增加了21.85万元)。2018年,该村农民人均纯收入3.16万元,在全区处于中上水平。

    近十年来,该村有过三次小规模的征地。第一次征地发生在2010年,因空港C区建设征收土地153亩,每亩征地补偿费9万元;第二次征地发生在2013年,也是因为空港C区建设征收土150余亩,每亩征地补偿费11万元;第三次征地发生在2017年,因修建京沈客运高铁专线征收土地近5亩,每亩征地补偿费20万元。在空港C区建设二次征地中,根据北京市政府2004年148号令,相应确定该村农转非人员共37人(其中第一次16人,第二次21人)。京沈客运高铁专线征收土地将给该村一个劳动力转非指标。该村有土地征收补偿费1498万多元,专账管理,村里可以使用征收补偿费的利息用于发放村民福利。2018年利息约21万元,其中70%分配给村民福利,30%留作村集体使用。

    该村产业主要是籽种、花卉、苗圃,其中花卉以种植蝴蝶兰为主,面积150多亩,具备一定的规模。该村确权地的流转分两种情况:一种是村民自主流转,约200多亩;另一种是村民将确权地统一流转给村集体,由村集体再流转出去。2014年该村确定的流转给村集体的土地流转费为每亩1200元,至今没有调整土地流转费标准。2018年村里发放给村民的土地流转费76万元。全村有劳动力160多人,基本上都外出打工。村里只有2户村民自家种植苗圃,面积不到10亩,其他村民都将土地流转出去了。

    该村曾有三家从事冲压件加工生产的工业企业,解决本村二三十村民就业,加上附近村民,共约六七十村民就业。村里每年除了收取上述三家企业约27亩的土地租金外,还可以从三家企业获得20多少万元的税收返还收入。2017年因环保督查,这三家企业被关闭,现该村已没有工业企业。

    该村共有中共党员26名,其中4名离退休党员。仅有的三户低收入户已于2018年脱低。该村2名低保户董克立、王长青,均存在智障,每月领取家庭保障资金1485元。

    2018年该村完成了违章建筑拆除后,相应加强了环境整治和绿化工作。从直观上看,该村绿化总体较好,村庄规划建设有序,环境卫生优良。村里还建立了一套村民福利制度,2018年全村发放村民福利费48.83万元。

    该村有房姓、董姓、张姓、丁姓等姓氏。我随意走到村民房晓兴的家里与之聊天,生于1965年的房晓兴只有两口子在家,他们唯一的闺女已经嫁到通州区,10多亩土已经流转给村集体。房晓兴是该村2名保洁员之一,村里另设有6名专职巡防员,加强村内治安和环境等方面工作。村书记张亚军已任村书记25年,带领该村获得的荣誉不少,其中有首都绿色村庄、首都文明村、北京市民主法治示范村等荣誉称号。

    二、存在的主要问题

    经过初步的调研,我发现该村存在的问题可以分为具体问题、发展问题和深层问题三个方面。

    (一)具体问题

    一是停车位问题。该村村民自购小车较多,目前没有划出正式的停车位,存在一些随意停车和其他不规范的现象,影响村容,也产生一些不方便之处。

    二是建筑垃圾处理问题。村里主要有生活垃圾和建筑垃圾两大类,对于生活垃圾,已经实行户整理、村收集、镇运输,镇村每天收集运输生活垃圾二次,可以说生活垃圾的处理已不成问题。现在关键是建筑产生的渣土垃圾的处理比较困难,一些建筑垃圾处理点对于土多一点的建筑垃圾拒绝回收,一般垃圾运输车也不准上公路,需专用建筑垃圾车才能上路运输,这些问题有一定的普遍性。

    三是煤改电设备补偿问题。2015年该村列入煤改电试点村,每户村民花费7000元用于购买煤改电设备。而2016年、2017年在全镇推广煤改电项目时,煤改电设备全部免费配送给村民。这使该村村民感到明显的不公平。为平息民怨,村里从村集体资金里对每户村民进行了补偿,但上级至今未对该村进行相应补偿。

    (二)发展问题

    一是设施农业发展问题。2018年以来的“一刀切”式的大棚房清理,导致该村设施农业受到毁灭性打击。该村反映,作为假借设施农业之名行建房之实的“大棚户”,的确应该严格清理,但真正从事蔬菜种植的大棚,则需要建设一定比例的配套操作房间,才能正常开展农业生产。2018年8月底,原驻在该村的顺义区三农研究会建设的有关大棚和房屋被全部拆除。有的规定蔬菜大棚内的作业小道不超过60公分宽,但相应的农用小推车往往超过60公分。这些政策明显脱离实际。

    二是生猪饲养问题。2018年以来,随着非洲猪瘟的爆发,该村对2处养猪场所进行了清退,对202头生猪进行了无害化处理。现在该村已无一家养猪。村民养猪受到了严格限制。

    三是闲置厂房土地利用问题。该村因环保问题而关闭的三家工业企业,占地近30亩,现完全闲置。如何利用好这些村内的集体建设用地,发展壮大集体经济,是一个大课题。

    四是农民合作社发展问题。目前该村尚未建立农民专业合作社,这在花卉等乡村产业中,不能很好地组织农民参与和发展。

    (三)深层问题

    一是人口老龄化问题。2018年该村有60岁以上的老人65人,到2019年增加到71人,老龄化率为19.18%,村庄人口老龄化问题相当突出。这个问题具有相当的普遍性。如何使老年人老有所养,是一个重大的民生问题。

    二是村庄空心化问题。该村中青年人基本上都外出打工谋生,留在村内的多是一些老人。我们在村内溜达时,发现村庄虽然很整洁宁静,绿化也很好,但就是没见到年轻人,我只见到一些老人在晒太阳或聊天。村庄空心化同样具有普遍性。没有年轻人的村庄,就难以有生机活力和持续发展。

    三是治理现代化问题。村集体经济组织在乡村治理中的功能和作用发挥的不够明显,村民参与治理的积极性和创造性比较缺乏。村庄治理的制度化、规范化、程序化有待于进一步健全完善。

    三、几点建议

    该村存在的一些问题,有的是村庄本身可以解决的,有的则是村庄自身无法解决的,需要从国家、政府以及社会等层面加以合力解决。

    (一)针对具体问题的建议:一是与有关交通部门联系,做好村内停车位的规范化划分和有序化管理工作。二是与上级党委政府和有关部门联系反映,统筹解决建筑垃圾的回收处理工作。三是继续向上级党委政府争取解决煤改电相关设备费用补贴问题。

    (二)针对发展问题的建议:一是改变“一刀切”式的大棚房清理方式,根据实事求是的原则,既做到坚决制止利用发展设施农业违规建设大棚房现象,又做到立足设施农业发展实际,制定有利于真正发展设施农业的相关政策。二是应当允许村民自愿饲养生猪,减少过多的行政干预,尊重农民的生产生活习性,克服农村工作的官僚主义、形式主义。三是新修订的《土地管理法》规定,允许集体经营性建设用地在符合规划、依法登记并经本集体经济组织三分之二以上成员或村民体表同意的条件下,通过出让、出租等方式交由集体经济组织以外的单位或个人直接使用。该村可以依此新规定,为产业发展利用好闲置厂房土地。四是根据该村籽种、花卉等产业发展实际,相应建立农民专业合作社,提高农民的组织化程度,扩大农民就业,增加农民收入。

    (三)针对深层问题的建议:一是全面废止长期控制人口的计划生育政策,真正将自主生育权还给村民家庭,加快建立鼓励生育的政策体系,切实降低生育成本和教育成本;加强老有所养政策制度体系建设,在村里尽快建立老年餐厅,解决老年人就餐问题,同时建立健全老人照料服务体系和老人社会福利制度,保障老有所养。二是加快破除城乡二元体制,推动乡村振兴,实现城乡融合发展,实现人口和其他要素在城乡之间的双向自由流动,构建返乡人员自由选择的政策制度环境。三是创新集体经济组织建设,发挥集体经济组织在乡村治理中的应有作用;健全党组织领导的自治、法治、德治相结合的乡村治理体系,把权力关进制度的笼子里,确保高度集中起来的村庄公共权力置于法律和村民的监督制约之下,防止和惩治村庄腐败。特别是要防止任性而不负责的公共权力摧毁农业、折腾村庄、压制村民,要敬畏乡村发展的文化基因和内在规律,尊重农民的生产生活自主权,维护社会公平正义,着力实现乡村善治。

    2019年9月13日

    从“蚁族”聚居村到现代都市区——北京市海淀区唐家岭村城市化转型的调查与思考

    唐家岭村隶属于北京市海淀区西北旺镇,20世纪90年代以来北京快速的城市化,推动了唐家岭村从传统乡村到城乡结合部,再到现代大都市社区的历史性飞跃。

    一、基本情况:曾经著名的“蚁族”聚居村

    2009年底,唐家岭村户籍人口3364人,其中非农业户籍人口2039人、农业户籍人口1325人,外来人口5万多人。外来人口相当一部分是在唐家岭村附近中关村企业上班的大学毕业生,他们被称为“蚁族”。

    2010年5月,作为全市城乡结合部50个重点改造村之一的唐家岭村,以村民代表大会方式通过自主制定的全村腾退改造方案。2018年10月,唐家岭村委会建制被撤销,结束了村居并存的历史。截至2020年底,唐家岭社区常住户籍人口1335户3550人,辖区内居住总人口12939人;村域总面积483.06公顷,其中基本农田19.26公顷、园地141.41公顷、林地19.26公顷、规划用地231.58公顷、交通运输用地52.42公顷、水域及水利设施用地16.49公顷、其他用地2.64公顷。

    二、唐家岭村城市化转型的主要做法

    (一)实行旧村腾退搬迁上楼,集中建设唐家岭新城

    2010年唐家岭地区正式启动整体改造工程,2012年7月开始回迁上楼。根据腾退安置政策,唐家岭村安置房面积按村民原有宅基地面积1:1置换。被腾退搬迁户家庭人均面积不足50平方米的,可按人均50平方米补足。唐家岭村腾退搬迁方案还规定了相关奖励政策。村民腾退旧村建成的唐家岭新城,占地面积11.7公顷,总建筑面积约为34.74万平方米,共18栋住宅3159套,居住户籍人口1335户。

    (二)推进农村集体产权制度改革,成立股份经济合作社

    唐家岭村以2010年12月31日为时点进行了清产核资,确认唐家岭村集体资产总额455412161.49元,净资产45514861.17元。唐家岭村股权设置包括集体股与个人股,集体股占10%、个人股占90%,全村共有1796人享有基本份额,股东去世与继承人合并入股,最终入股股东1791人。

    2016年,唐家岭村经济合作社转制成立唐家岭村股份经济合作社。2019年12月,唐家岭村股份经济合作社完成农村集体经济组织登记赋码换证工作。2020年,唐家岭村股份社股东每年每股分红高达4万元。

    (三)实行整建制农转非,实现农民身份市民化

    进入21世纪以来,唐家岭村集体土地先后被征收1710亩,现在尚有集体土地4170亩。自2004年7月1日施行《北京市建设征地补偿办法》后,唐家岭村征地转非和整建制农转非均依此实施“逢征必转”“逢征必保”政策。在2006年前,唐家岭村征地转非306人;2006年,唐家岭村两次征地分别完成劳动力转非473人和200人,劳动力转非费用为3376.8万元;2011年,唐家岭村完成921人征地转非,劳动力转非费用为6431.6万元;2015年12月,唐家岭村进行最后一次280人的整建制转非,劳动力转非费用为709万元。2006年以后唐家岭村取得征地批复的土地1703.662亩,征地补偿金额为128334.805万元。

    唐家岭村征地转非和整建制农转非一共涉及2180人,农转非费用共计29945万元,人均农转非费用13.7万元。其中:劳动力转非涉及1871人,劳动力转非费用共计13475万元,人均转非费用7.2万元;超转人员309人,缴纳超转费用16470万元,人均53.3万元。由于唐家岭地区整体转非时间比较早,且为了节约转非成本,唐家岭村前期优先安排了超转人员转非工作,所以人均53.3万元看起来相对不高。但是根据海淀区西北旺镇2020年整建制转非的6个村来看,一名超转人员最高转非费用高达766万元。

    (四)创新集体土地入市方式,率先建设集体公共租赁住房

    2012年,唐家岭村经批准,在全国率先开展利用集体产业用地建设公租房试点。唐家岭村公租房建筑面积73749.92平方米,共建成1498套公租房。按照有关要求,唐家岭公租房项目纳入政府保障性住房规划和年度计划,按照每平方米每月55元的价格整体租赁给海淀区住房保障办公室。2017年,唐家岭公租房项目正式移交海淀区住保办统一管理和配租。截至2021年底,唐家岭公租房居住率达到90%,居住在公租房里的人员基本上都是附近企事业单位的工作人员。2020年,唐家岭村股份经济合作社从公租房项目中收取租金4933万元。

    (五)发挥集体经济组织主体作用,发展壮大集体经济

    唐家岭村在城市化转型进程中,充分发挥集体经济组织即村经济合作社、村股份经济合作社在集体经济发展中的主体作用。2012年,经北京市政府和海淀区政府批准的唐家岭产业园项目,就是利用集体土地建设的产业园,总用地面积103680.97平方米。唐家岭产业园项目由唐家岭村经济合作社开发建设,建设总投资11亿元。2011年4月,唐家岭村与西北旺镇下属企业北京百旺种植园签订为期20年的土地租赁合同,租赁面积为448亩,年租金为179.2万元。截至2020年底,唐家岭村集体经济总收入1亿多元。

    (六)撤销村委会,实现村庄治理社区化

    2002年,唐家岭地区就设立了唐家岭社区居委会。2019年2月,海淀区人民政府正式批复撤销唐家岭村民委员会建制。唐家岭撤村后,唐家岭村股份经济合作社与社区居委会联合办公,各司其职,共同推进工作。股份社的主要职能是发展壮大集体经济,促进集体资产保值增值,切实维护股东合法权益;居委会的职能是办理社区居民的公共事务和公益事业,组织开展社区便民利民服务、公益服务和志愿互助服务等。当社区在服务居民的过程中,出现经费缺口,股份社通过股东代表大会决议,可以向社区提供活动经费。

    三、思考与启示

    唐家岭村城市化转型提供的最大启示,就是要实现从城乡二元体制中的传统城市化转向城乡一体的新型城市化。

    (一)农村集体产权制度改革是维护和发展农村集体和农民财产权利的有效方式

    北京市按照“撤村不撤社、资产变股权、农民当股东”的思路和原则推进农村集体产权制度改革,比较公平合理地维护了农村集体和农民群众的财产权利,坚持和发展了新型集体经济,这是城市化进程中城中村和城郊村实现城市化转型发展最为重要的基本经验。唐家岭村的城市化转型就是坚持和受益于这条基本经验。

    但国家层面支持农村集体产权制度改革的税收政策法律建设滞后和缺位比较突出。农村集体产权制度改革过程中可能涉及的增值税、企业所得税、土地增值税、资产转移所涉税收、回迁房和农民安居工程所涉税收、集体收益分配税收(红利税)等,都缺乏相应的税收政策法律支持。为深化农村集体产权制度改革,国家层面应当尽快研究出台支持集体产权制度改革和农村集体经济发展的税收制度、财政制度、金融制度,应当减免农村集体产权制度改革中相关税收,加大财政金融支持。

    (二)农村集体经济组织是社区投资建设、经济发展和治理的重要主体

    唐家岭村集体经济组织在城市化转型发展中发挥了不可替代的作用,主要体现在三个方面:一是发挥了村庄投资开发建设主体作用。唐家岭村经济合作社(股份经济合作社)及其所属公司承担了唐家岭村腾退改造和投资开发建设的重要任务,这就保障了村集体和村民成为村庄城市化建设的主体。二是承担了集体经济发展壮大的主体责任。唐家岭村经济合作社(股份经济合作社)及其所属公司负责集体产业园区建设和其他集体经济发展责任,这与那些将集体经济组织排除在外的村庄经济建设模式形成鲜明对比。三是发挥了社区治理的重要作用。无论是撤村前的村庄社区还是撤村后的城市社区,集体经济组织都是社区治理的重要主体之一,特别是在村庄城市化转型中,集体经济组织具有其他组织都难以具备的文化纽带、情感维系、经济依赖、服务保障等生活共同体功能。

    但集体经济组织的发展仍然面临不少问题,需要与时俱进地改革完善。一方面,从外部环境上说,亟须加快构建集体经济组织公平发展的制度环境。另一方面,从内部治理来说,应当高度重视集体经济组织内部治理体系和治理能力现代化建设,维护和发展集体经济组织成员的民主权利和财产权利。

    (三)集体建设用地入市是增强村庄自主发展的重大制度创新

    农村集体建设用地入市是一项让多方受益的重大制度创新成果。一是实现了城乡结合部地区村庄从低端的“瓦片经济”向中高端的“租赁经济”的成功转型;二是为城乡结合部地区大量外来就业人口提供了相对体面的居住需要;三是为发展壮大集体经济提供了有保障、低风险、可持续的收入来源。

    随着新修订的《土地管理法》及《土地管理法实施条例》施行,已于2004年7月1日施行的《北京市建设征地补偿安置办法》与上位法及实际情况极不相符,亟须全面系统地加以修改。一是建议由市人大常委会组织开展《北京市建设征地补偿安置办法》的修改工作,统筹兼顾,超越部门利益的羁绊,保障地方立法的公正性和权威性。二是适应乡村振兴和新型城市化发展的现实需要,调整和改变长期以来土地增减挂钩的政策做法,保障和规范城乡结合部地区村庄以及传统乡村地区产业用地的需求。三是保障农村集体经济组织利用集体经营性建设用地入市的自主权,规范集体经营性建设用地入市相关程序,制定公平合理的集体经营性建设用地入市税费政策,保障集体经济组织及其成员依法合理享有集体经营性建设用地入市的收益。

    (四)城乡一体化的制度供给是新型农村城市化的迫切需要

    在城乡二元体制尚未破除的情况下,农村城市化模式的基本内容:一是通过政府强制征地,将农村集体土地变性为国有土地,然后在国有土地上进行开发建设;二是通过征地农转非或整建制农转非,将农业户籍身份转变为非农业户籍身份;三是农村集体和农民缴纳巨额费用,将转非农民纳入城镇社会保障体系。唐家岭村的城市化转型,既体现了新型城市化的创新探索,又带有深刻的传统城市化模式的烙印。

    新时期推进农村新型城市化,必须坚持和体现城乡一体化发展的根本要求。

    一是贯彻落实城乡统一的户籍制度改革政策,停止实行征地农转非和整建制农转非政策。2014年7月国务院《关于进一步推进户籍制度改革的意见》以及2016年9月北京市政府印发的《关于进一步推进户籍制度改革的实施意见》,都明确规定建立城乡统一的户口登记制度,取消农业户口和非农业户口的划分,统一登记为居民户口。因此,征地农转非和整建制农转非已经失去了基本的政策前提,建议尽快修改《北京市建设征地补偿安置办法》中有关“逢征必转”的规定,不再实行征地农转非和整建制农转非。公安部门应当依据城乡统一的户口政策,免费将全市户籍居民户口统一更改登记为居民户口。全市城乡居民只有居住地和职业之分,不再有农业户口和非农业户口之别。

    二是贯彻落实《土地管理法》和《土地管理法实施条例》,缩小征地范围,保障和规范集体建设用地入市。建议尽快修改《北京市建设征地补偿安置办法》有关建设征地的规定,严格遵守因公共利益需要征收农民集体土地的规定;明确和规范农村集体经济组织使用集体建设用地兴办企业或者与其他单位、个人以土地使用权入股、联营等形式共同兴办企业的相关规定,保障和赋予农村集体经济组织更多的土地发展权,发展壮大集体经济,促进共同富裕。随着城市化和城乡一体化的发展,一个重要现象是,城市也有农村集体土地,也有农业产业;农村也有国有土地,也有非农产业。因此有关“城市土地属于国有、城市郊区和农村土地属于集体所有”的静止性法律规定应当重新认识和调整。

    三是加快推进和实现城乡基本公共服务均等化,改变“逢征必保”政策体系。在城乡统一的社会保障制度建立之前确立的“逢征必保”政策已经不合时宜,建议尽快废止《北京市建设征地补偿安置办法》有关“逢征必保”的规定及其延伸的超转人员生活和医疗保障规定,统一走城乡基本公共服务均等化之路。应当明确的是,不管是否被征地,农民都应有平等享有社会保障的权利。应当按照城乡基本公共服务均等化的政策路径加快提高农民社会保障水平。建议将城镇职工和城乡居民两套基本医疗保险、基本养老保险政策,统一整合为不分城乡、身份和职业的基本医疗保险和基本养老保险。为加快补齐农民社会保障短板,建议从土地出让收入中设立专项资金用于提高农民社会保障水平,可以优先补齐撤村建居地区农民社会保障与市民社会保障的差距。

    四是统筹推进城市化中的撤村与建居工作,将社区公共服务供给纳入公共财政保障体系。撤村与建居是城市化中的重大问题,涉及多个职能部门方方面面的工作,需要统筹兼顾,相互衔接。城市化进程中撤销村委会后,原村委会负责的社区公共管理和公共服务事务应当有序移交给社区居委会负责,相关公共产品供给费用应当纳入公共财政保障范围。撤村后保留和发展起来的集体经济组织在社区公共治理中承担重要职责,政府应当对集体经济组织所承担的社区公共服务给予相应的财政补贴,或减免相关税费,合理减轻集体经济组织的社会性负担。

    百年辛庄变新庄——北京市昌平区兴寿镇辛庄村的调查思考与建议(节)

    作为北京市昌平区兴寿镇所辖21个行政村之一的辛庄村,有着数百年的建村历史,曾是一个十分普通平凡的北方村庄,但在2023年10月召开的北京市“百村示范、千村振兴”工程动员部署会上,辛庄村入选全市首批19个、昌平区唯一一个乡村振兴示范创建村行列。为探究辛庄村近十多年来的发展密码,助推乡村振兴示范村创建工作,展望首都乡村未来前景,2023年10月—12月,笔者先后7次到该村调研,发现辛庄村发展的一条重要路径是“环境好、人才聚、村庄兴”,展现出的一条重要特征是“一村涵容一学校,一校激活一村庄”,深藏其中的一条活乡兴村密码是“开放、包容、融合”。辛庄村在发展特色草莓产业的基础上,积极营造优良环境吸引向上学校等城市要素进村发展,向上学校则以丰富的人才资源助力辛庄村发展,实现了城乡要素优势互补、有机结合,推动了城乡融合发展的村庄实践。入选全市首批乡村振兴示范村创建行列后,辛庄村应当立足北京城市战略定位,坚持首善标准,着眼于建设中华民族现代文明,高起点高标准高品位推进乡村振兴示范村创建工作,努力建设成为一个拥有莓好产业、美丽乡村、美好生活、美学品格、美满幸福,具有高国民素质、高文明程度、高生活品质的首都发达村庄。

    一、基本情况

    辛庄村位于北京市昌平区兴寿镇东部,村域面积3407亩,其中农用地1671亩,集体建设用地985.4亩。在农用地中,耕地1075亩、园地546亩、林地46亩、其他农用地4亩。在集体建设用地中,农村宅基地600.8亩,共有宅基地360宗;现有集体经营性建设用地11.5亩。2011年6月8日,辛庄村完成农村集体产权制度改革,成立村股份经济合作社,共有股东1259人,股东实行静态管理。产改时点量化全村集体资产总额4268.8万元(含资源性资产)。2021年全村股金分红104.6万元,2022年股金分红85.96万元。截至2022年12月底,全村常住人口1670人,其中辛庄村户籍户数543户,户籍人口1013人,其中农业户319户626人,60岁以上人口340人。村“两委”干部9人,党员102人,村民代表47人。2022年村集体经营性收入227.2万元,农民人均所得19662元;2023年上半年村集体经营性收入191.3万元,农民人均所得10157元。

    20世纪90年代以来,在快速城市化进程中,辛庄村年轻人纷纷离开村庄进城谋生求发展,村庄成为老人的留守之地。与许多村庄一样,辛庄村属于典型的空巢老人村庄。但这个传统的普通村庄,最近十多年来发生了巨大的变化,从一个老人留守的空心村发展成为网红打卡村,这主要缘起于辛庄村顺应城市化和逆城市化发展的需要,积极营造优良的环境,吸引一批批市民下乡进村,使城市要素与乡村资源、现代文明与农耕文明有机结合与融合发展,从而催生了该村从一个十分普通的村庄跻身到全市乡村振兴示范创建村的历史性飞跃。新时代的辛庄村是辛勤的新老村民在城市化与逆城市化并存的城乡融合发展大潮流中共同创造出来的新村庄。

    二、主要做法

    辛庄村所在的昌平区是首都西北部生态屏障,确立了建设科教引领、文旅融合、宜居宜业生态城市的发展目标;所在的兴寿镇有“北京草莓第一镇”之称。在昌平区委、区政府统筹推动和兴寿镇党委、政府的直接领导下,辛庄村结合自身实际,主动适应城乡融合发展大势,积极营造优良的宜居宜业环境,团结和带领新老村民群众走上了一条“环境好、人才聚、村庄兴”的发展之路。该村的主要做法有以下几方面。

    (一)引进民办学校扎根,开启自然教育兴村新起点

    十多年前,辛庄村积极引进以自然教育为理念的民办教育机构向上学校进村扎根发展,从此开启了该村教育兴村的新起点。向上学校(原名南山艺术学园)创办于2009年,最初由20多位创办者选择昌平区小汤山镇讲礼村办学,当时只有3个班58名学生。2012年7月,向上学校搬至办学环境更好的昌平区兴寿镇辛庄村的果满地扎根发展。在当年一些地方对市民进村创业并不欢迎甚至歧视排挤的情况下,辛庄村李志水书记却以开放包容的胸襟引进向上学校(2022年南山艺术学园与昌平向上学校合并,统称为向上学校,另保留南山艺术幼儿园),并为向上学校(南山学园)的生存和发展提供了许多便利条件,创造了适宜的创业生活环境。向上学校(南山学园)是由一批心怀自然教育理想、向往乡村田园生活的市民,到乡村寻找宜学宜居环境而创办的新式民办教育机构。他们推崇和践行自然教育,秉持以人为本、注重身体和心灵整体健康和谐发展的全人教育理念,注重传承和弘扬我国道法自然、天人合一的自然观以及源远流长的农耕文化传统,深得不少对城市生活感到焦虑和厌倦的市民们的认同。当年辛庄村“两委”干部在一家民企老板拟高价租地建私人庄园与几个市民只能低价租地办学之间,最终决定将村里一块30亩地以年租金45万元租给了相对更少租金的向上学校(南山学园)。当时村干部认为在村里办文化教育要比建私人庄园更好。正是村干部这个非常正确的选择,在成就了向上学校(南山学园)的同时,也成就了辛庄村。俗话说“栽下梧桐树,引得凤凰来。”辛庄村“两委”栽的“梧桐树”就是营造了吸引城市要素进村的良好环境,而向上学校(南山学园)就是辛庄村引来的“金凤凰”。向上学校(南山学园)最初在辛庄村办学时只有6名学前教育的学生,2023年已发展到330多名学生、80多名全职教师。该校授课老师均为大专以上学历,其中本科学历占46%,研究生以上学历占22%。向上学校(南山学园)是辛庄村最近十多年取得突破性发展极为重要的发动机和动力源。拥有高学历、高收入的向上学校(南山学园)学生家长们常年租住在该村生活和创业,日积月累汇聚成了该村文化教育兴村的强大能量。

    (二)开展人居环境整治,树起生态健康立村新标杆

    为改变当年村庄人居环境比较恶劣的状况,为向上学校(南山学园)师生、新老村民营造干净卫生舒适的人居环境,辛庄村“两委”干部与向上学校(南山学园)学生家长们共同开展了村庄人居环境整治行动。2016年3月,向上学校(南山学园)学生家长杨婧、唐莹莹等7位妈妈率先在村里组成“净公益”环保小组,开展“减塑环保”行动,坚持不用、少用塑料袋、纸杯等一次性物品。2016年6月9日,辛庄村全面启动垃圾分类工作,全村取消垃圾堆放点和垃圾桶,实行“两桶两箱分类法”,走在了全市乃至全国农村生活垃圾分类的前列。所谓“两桶两箱垃圾分类法”,就是全村各户在家中将厨余垃圾放一桶、其他生活垃圾放一桶,将有毒有害垃圾放一箱、可回收物品放一箱。村委会分别对应“两桶两箱”进行收集,实现垃圾不落地。经过两年努力,辛庄村人居环境显著改善,成功创建了农村生活垃圾分类的“辛庄模式”。2021年4月辛庄村被评为北京市生活垃圾分类示范村。2018年兴寿镇以辛庄村为样板,在全镇其他20个村推广生活垃圾分类工作,形成了农村生活垃圾分类的“兴寿模式”。2019年,辛庄村“两委”根据兴寿镇党委、政府统一工作部署,集中开展了村庄环境治理,拆除了私搭乱建,进一步改善了村容村貌。2020年1月4日,向上学校(南山学园)学生家长们联络中国生物多样性保护与绿色发展基金会良食基金在村里举办“新年食尚发布会暨辛庄良食节”活动,传递健康饮食和环保文化,提倡绿色有机食品,倡导安全健康生活。2021年1月,辛庄村被评为“首都文明村镇”,村党支部书记李志水被授予“首都环保达人”称号。2021年1月8日,在《新京报》第14届“感动社区人物评选颁奖典礼”上,杨婧获得感动社区人物金奖。

    (三)营造乡村创业环境,形成人才产业兴村新气象

    辛庄村“两委”为向上学校(南山学园)的师生及学生家长们不断营造良好的就学就业创业创新环境,实现了新老村民的和谐共生与生产生活的良性循环。2020年至2022年,在新冠疫情的影响下,越来越多来自北京中心城区乃至全国各地的高知人群为躲避疫情、远离都市,纷纷将孩子送到辛庄村里的向上学校(南山学园)学习,自己则租住村民闲置房子生活和创业。据初步统计,到2023年12月,辛庄村向上学校(南山学园)吸引了来自全国各地近400名学生、200多户新村民,在新村民中有7名博士、72名硕士、125名本科、59名党员齐聚辛庄村生活创业。传统村庄自身不可能培养产生并留住如此多数量、高素质的人才群,这为人才兴村提供了最为宝贵的人才资源。正因为辛庄村为各种高素质人才提供了良好政治生态和人文环境,从而将一个曾经寂静的空巢老人村激活成了创客云集、业态繁多的产业兴旺村。截至2023年12月底,该村共有外来创客70余家,其中教育培训11家、餐饮14家、民宿12家、医疗健康7家、非遗手工7家、超市6家、咖啡馆4家、糕点茶艺4家、露营营地1家、农业企业8家,新村民带来社会资本投资累计达1.2亿元。新村民的创业与生活,每年为村庄创造租金收入1053万元,明显带动了本村原住村民就业增收、拉动了农特产品的生产销售、提升了村庄教育文化品位。辛庄村创客创业的影响力也辐射到周边的东新城村、西新城村、上苑村、下苑村等9个村。辛庄村每两周举办一次环保市集,形成了京郊网红一条街,每次环保市集吸引1000人左右的体验消费者。草莓是该村主要种植作物和特色支柱产业,辛庄村依托2013年3月就开始举办的北京农业嘉年华,推动了全村草莓的种植、销售和农旅体验等活动。“昌平草莓”是国家地理标志产品,兴寿镇被称为“北京草莓第一镇”。昌平草莓看兴寿,兴寿草莓看辛庄。辛庄村在2003年就开始种植近300亩的红颜草莓。2023年底,全村现有温室草莓大棚518栋,种植面积310.8亩,草莓总产量486吨,总产值1742.86万元。此外,该村还有蔬菜大棚28栋,种植面积42亩;苹果种植面积146亩。经过多年的发展,辛庄村已初步形成了以绿色有机草莓为主导的乡村特色种植业与以民办教育为带动的乡村都市型服务业这两大产业集群相互促进、相得益彰、共同发展的特色产业兴村新格局。

    (四)推行共建共生共享,绘就和美乡村治理新画卷

    目前,新村民与辛庄村原住民大约各占村庄常住人口的一半,新老村民共同构成了新时期辛庄村的生活共同体。辛庄村“两委”秉持共建共生共享理念,积极搭建有助于村“两委”干部与新老村民、新村民与老村民、村庄内部与外部世界、能人创业与共同富裕、农耕文化与现代文明共创共生、相得益彰的“五色金桥”,营造了良好的村内政治生态和村庄人文环境,丰富了村民的七彩生活,展现了具有自身特色的共建共生共享的生动实践,为村庄的持久发展奠定了基础。一是坚持党建引领,搭建红色服务桥。村“两委”为新村民创业与生活提供租房、租地、用水、修路、停车等各方面服务,为老村民提供出租房屋、销售农产品、就业、养老等方面服务。积极组织新老村民参与村庄人居环境整治等各项公共事务和公益事业。二是立足自然环保,搭建绿色生态桥。村“两委”紧紧依靠新老村民,村立崇尚自然、敬畏生命的自然教育观、生态产业观,共同开展“净塑环保——垃圾不落地”活动,发展绿色有机草莓产业,推行绿色低碳生活。三是着眼人才兴村,搭建青色人才桥。一方面,吸引优秀人才来村里投资兴业,千方百计为新村民营造更加优良的创业生活环境,充分发挥新村民普遍具有高学历、高收入、高品位的优势,弥补村里人才严重不足的短板,特别聘请向上学校(南山学园)副校长为村长助理,发挥了十分重要的人才智力支撑作用。另一方面,积极培育原住民中的致富带头人,选派年轻人参加抖音乡村致富带头人培训,鼓励和欢迎新乡贤回村参加“我的家乡我建设”活动。四是凝聚社会力量,搭建橙色公益桥。充分发挥荣誉村民、友好商户、向上青年等社会力量,支持和引导志愿者发起和参与环保、良食、孝老、助残、文化、教育、阅读等公益活动。2023年2月,在第十二届书香中国·北京阅读季书香京城系列评选中,辛庄村荣获“书香社区”奖。五是实现融合发展,搭建蓝色和谐桥。辛庄村将党组织领导下的自治、法治、德治相结合的治理理念和方法融入到村庄日常生产生活之中,助推乡风文明建设,传承纯朴民风,建设平安村庄,促进新老村民和谐共生、融合发展。2022年12月,辛庄村被评为北京市民主法治示范村。

    三、思考和建议

    最近十多年来,辛庄村实现了从京郊一个普通村庄到脱颖而出跻身全市首批乡村振兴示范村创建行列的第一次历史性飞跃,开放、包容、融合是其发展的活村密码。未来几年,辛庄村需要实现从全市乡村振兴示范创建村到建成产业强、乡村美、农民富的全市乡村振兴示范村以及村强民富、生态宜居、数字乡村、文化繁盛、文明善治的全市乡村振兴样板村的新飞跃,同样离不开开放、包容、融合的兴村要诀。开放容融活乡兴村。为使辛庄村在全市乡村振兴示范村创建中实现高质量的全面振兴,努力建成高水平的首都发达村庄,形成“中国辛庄”的乡村品牌,我们重点提出如下几方面的思考和建议。

    (一)紧扣北京城市战略定位,着力将辛庄村规划建设成为体现“四个中心”功能建设、提高“四个服务”水平的首都特色村

    首都乡村既是展现北京“四个中心”战略定位、履行“四个服务”的广阔空间,又是展示中国文明形象及北京首善标准的重要窗口。首都乡村,是伟大社会主义祖国的首都乡村、迈向中华民族伟大复兴的大国首都乡村、国际一流的和谐宜居之都乡村。建设首都乡村,就是要充分体现北京“四个中心”功能建设、“四个服务”的基本职责。

    在制定辛庄村示范村创建规划时,要提高站位,拓宽视野,将北京“四个中心”的战略定位和“四个服务”的基本职责融入到示范村创建规划之中,着力建设首都特色村。

    一是在政治中心功能规划建设上,要高度重视、因地制宜将京郊乡村作为承担国家政务活动的重要场所进行高品位的规划建设。可以考虑将辛庄村作为具有中国农味、北京韵味、乡村品味的一个重要乡村场景,规划建设体现中国特色、展现首都特点、呈现草莓特征的现代生态农场,突出规划建设北京草莓研学第一村、城乡融合发展示范村、生态文明建设样板村,为承接有关国家政务活动营造重要的乡村平台。

    二是在文化中心功能规划建设上,要弘扬和建设辛庄村世代相传的中华传统农耕文化,依托有机草莓和向上学校(南山学园),开设辛庄文化大讲堂,建立乡村振兴专家团,建设草莓文化馆、草莓文创研学园,推动草莓文化、自然教育文化、都市农业文化、城乡融合文化、乡村艺术美学等规划建设。重点要围绕提高国民素质和社会文明程度,推动形成文明乡风、良好家风、淳朴民风,创新新时代文明实践站建设方式,利用重要传统民俗节日,持续举办为村里老人贴春联、送月饼、百家宴、村晚等创意文旅活动,助推学习型村庄、书香村庄、和谐村庄、草莓艺术村庄、美学村庄建设,形成体现社会全面进步、人的全面发展的现代城乡融合新文明。

    三是在国际交往中心功能规划建设上,充分发挥辛庄村自然田园风光、悠久农耕文化、城乡融合发展、多元文化共生的独特魅力,围绕“自然学堂、莓好辛庄,在辛庄看见未来村庄”定位,突出有机草莓、自然教育、乡村文化的主题,以开放、包容、融合的心态和视野将辛庄村规划建设成为具有国际交往活动重要功能的乡村大舞台之一,为官方与民间丰富多彩的国际交往活动提供京郊田园式的国际知名乡村品牌“中国辛庄”。

    四是在国际科技创新中心功能规划建设上,对接昌平未来科学城、农业中关村,围绕有机草莓、自然教育、农文旅研等特色优势,将辛庄村纳入乡村科技研发基地和科技应用示范区,突出数字乡村的建设、应用与示范;依托有机草莓、向上学校(南山学园),拓展农业科学、自然科学教育,强化科学普及,培育科学精神,弘扬科学文化。实施科技+农业、科技+乡村等“科技+”系列工程,加强乡村数字新基建,提升村庄产业发展和村庄治理的数字化水平。

    五是在提高“四个服务”水平规划建设上,关键是要结合乡村特有功能、立足辛庄村实际,发展高质量的生态农业和乡村服务业,重点是要提供有机草莓等优质安全的农副产品、崇尚自然的现代全人教育、观光休闲的田园美景、旅游体验的乡村生活、宜居宜业宜游的乡村软硬环境,努力将辛庄村打造成为北京有机草莓第一村、食品安全第一村、自然教育第一村、营商环境第一村、北京服务第一村。

    (二)把握大都市郊区化发展趋势,切实将辛庄村规划建设成为率先实现城乡融合发展的典型示范村

    城市化和逆城市化并存是当前我国经济社会发展呈现的共同特征。简单地说,城市化就是农民进城,逆城市化就是市民下乡。作为超大城市,北京的逆城市化现象早在21世纪初就已显现,具体表现为郊区化,郊区化是特大城市中心城区人口向郊区扩散的现象,是逆城市化在大城市郊区的呈现方式。北京的逆城市化现象既有政府主导的以疏解北京非首都核心功能为重点的京津冀协同发展战略,也有市民自发选择离开中心城区到郊区乡村居住生活与创业就业的自觉行动。辛庄村就是在北京逆城市化即郊区化发展大势中因市民下乡进村而发展起来的新村庄。逆城市化为促进城乡融合发展提供了强大动力和宝贵机遇。推动城市化和逆城市化,以作为全市首批乡村振兴乡村创建村,辛庄村要在率先实现城乡融合发展上走在前列,做出示范。

    一是着力落实和创新户口登记制度,实现城乡居民户口身份上的平等和自由迁徙。实现城乡融合发展,既要打开城门,让农民进城成为新市民;也要打开村门,让市民下乡成为新村民。作为一个统一的现代国家,我们要建立健全全国城乡统一、开放、平等、公正的制度体系和制度框架,其中包括实现城乡居民户口身份上的平等和自由迁徙。应当将国务院和北京市有关户籍制度改革的最新政策意见真正落到实处,取消农业户籍与非农业户籍、本地户籍与外地户籍的划分,按常住人口居住地统一登记居民户口。在城市化和逆城市化进程中,农民选择进城就业居住生活就将其登记为城镇居民户口,市民选择下乡创业居住生活就将其登记为乡村居民户口。坚持户口随人走,社保随人转,从根本上解决人户分离问题。人始终是一个地区经济社会发展最重要最宝贵的第一资源,随着人口老龄化和少子化的加剧,人口资源的极端重要性将更加突显出来。建议取消“外来人口”“流动人口”的称谓,统一将进城的农民称之为新市民、进村的市民称之为新村民。辛庄村原住民中的年轻人大量进城就业居住生活,而留守在村里的老年人很难支撑村庄的可持续发展,新村民已经成为该村发展最为重要的生力军。为此,要将辛庄村常住人口中的新村民户口统一登记为辛庄村居民。切实保障城乡人口自由流动和迁徙,是从根本上破解乡村衰败、实现乡村振兴的战略举措。

    二是加大公共产品和公共服务供给,实现城乡基本公共服务均等化和便利化。目前辛庄村常住人口中新老村民大致各占一半,属于大城市郊区率先呈现城乡融合发展自然形态的村庄,与传统村庄以及传统城区的人口结构形态完全不同,这对于城乡融合型村庄的公共产品供给和基本公共服务均等化、便利性提出了新的现实要求。在示范村创建中,既要加强乡村产业项目、村庄风貌提升项目、公共服务设施项目等硬件规划建设供给,更要突出加强乡村基本公共服务项目、乡村文化建设项目、乡村公共治理项目等政策法律法规制度软件的规划建设供给。第一,在村庄风貌提升和公共服务设施规划建设方面,要尊重自然,守护传统,敬畏文化,保护村庄特有的物质文化和非物质文化遗产,让村民望得见山、看得见水、记得住乡愁。因地制宜进行村庄微改造、精提升,加强“无废村庄”建设,重点加强村庄污水有效处理和达标排放,提升生活垃圾以及生产垃圾有效处理水平,强化美化、亮化,建设美丽庭院,实现村庄森林化、花园化、田园化、艺术化,进一步提升生态宜居水平,展现“诗意栖居”的新境界。第二,在乡村教育文化方面,要把优先发展农村教育文化事业落到实处,坚持公办教育和民办教育并重,强化教育兴村理念。在公办教育上,要加大教育投入,在实行免费义务教育的基础上,对学前教育、高中教育也要尽快实行免收学费和杂费,建立学生免费午餐制度,保障学生吃得安全放心。建立普惠性的学生福利和家庭教育福利制度。大力创新教育方式,加强自然教育、通识教育、乡村艺术美学等教育,着力解决教育严重内卷化问题,大幅度减轻学生及其家长作业负担。在民办教育上,首先要着力解决向上学校(南山学园)继续发展所面临的一些现实问题,创造更加优良的办学政策制度环境。第三,在村庄公共文化建设上,加强公共文化设施建设,加大村庄公共文化产品和服务供给,传承弘扬乡村文化,加强乡村文化遗产保护,推动艺术乡村建设,规划建设村民俗博物馆、村文化馆、村图书馆、村史馆,组织编纂村史。结合有机草莓、自然教育、农文旅研、城乡融合等特点,举办百家宴、村晚、草莓品鉴会等乡村文化艺术活动,结合草莓和自然教育元素丰富农民丰收节活动内容,以“文”的艺术、“美”的力量推动文化兴村。第四,在医疗养老等社会保障方面,着眼村庄常住人口需求,加强村社区卫生服务站投入建设,方便新老村民就近方便就医,并朝着免费医疗的目标不断提高村民就医报销比例。2023年北京市城乡居民基础养老金标准为每人每月924元,福利养老金标准为每人每月839元,合计为每人每月1863元,与城镇职工养老金的差距较大。针对农村人口老龄化的实际,参照城镇职工养老标准以及台湾农民养老标准,加大健康养老服务投入建设,不断提高农村基础养老金和福利养老金标准,缩小城乡养老待遇差距,提高村民老有所养水平。

    三是积极适应城乡融合发展的趋势和需要,改革和创新有利于城乡要素自由流动的体制机制。2019年4月,《中共中央 国务院关于建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系的意见》,明确提出要坚决破除妨碍城乡要素自由流动和平等交换的体制机制壁垒,促进各类要素更多向乡村流动,在乡村形成人才、土地、资金、产业、信息汇聚的良性循环,为乡村振兴注入新动能。全面推进乡村振兴面临的突出问题是,城市要素在向乡村流动时,作为城乡二元体制重要一元的传统农村封闭性体制机制没有相应地得到系统性改革和创新,造成了比较突出的制度改革严重滞后于实践发展的畸形社会现象,亟须解放思想,将改革开放进行到底。第一,健全农民市民化、市民村民化的机制。顺应城市化、逆城市化和城乡融合发展的大趋势,全面改革城乡二元体制,加快建立健全城乡统一、平等、开放、公平的制度体系,同步提升城市包容性和乡村包容性,确保农民进城变市民、市民下乡当村民。在实施乡村振兴战略中,要系统性地将下乡进村居住生活和创业就业的市民作为当地新村民来改革完善相关政策制度。第二,按照“三权分置”要求创新土地制度。放活和保障农村承包土地经营权,让更多新村民通过土地流转获得土地经营权而成为新农人。在解决新村民住宅问题上,按照宅基地所有权、资格权、使用权“三权分置”要求,近期要放活农村宅基地和农民房屋的使用权,赋予新村民租住原居民闲置宅基地和房屋的使用权,并予以颁证保护。依法保障原住民的土地承包经营权、宅基地使用权、集体收益分配权不受侵害。第三,深化农村集体产权制度改革,创新集体经济组织经营管理方式。随着人口自然老化与流动,已完成农村集体产权改革所确定和固化的原初集体经济组织成员(股东)将日趋减少甚至最后消失。必须与时俱进增补新村民作为集体经济组织成员,才能有效延续和维护集体经济组织的可持续发展。可以创设集体经济组织新成员(新股东)身份,明确相应的权利义务,做到既不侵害原集体经济组织成员(股东)的正当权益,又有利于集体经济组织吸收新成员(股东)后的可持续发展。对标集体经济组织特别法人定位和新村民的优势资源,加大村党支部办好村集体经济组织力度,在村集体经济组织下设立公司和专业合作社,建立平台公司,推进乡村经营,从新村民中优先选拔任用乡村经营优秀人才。可借鉴浙江经验设立强村富民公司,负责村庄产业发展和农产品品牌打造、乡村休闲观光体验旅游、承接村庄工程建设和管护、物业服务等事项;结合本村实际设立和发展草莓合作社、自然教育合作社、旅游合作社、住房合作社等。通过基层组织创新和制度创新,发展壮大新型集体经济,造福村民群众,促进共同富裕。

    (三)深入贯彻绿色发展理念,明确将辛庄村规划建设成为生态涵养区乡村绿色产业发展的健康典范村

    绿色发展理念是尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念,是建设健康环境、守护健康生活、保障健康身心的理念。辛庄村要立足生态涵养区功能定位实现绿色发展,重点是要突出以有机草莓为主导的乡村特色型种植业、以民办教育为带动的乡村都市型服务业这两大特色支柱产业,明确“莓好产业、自然教育、农文旅研”等乡村产业发展定位,推动和实现生态产业化、产业生态化、乡村艺术化、艺术乡村化,打造食品安全、生态文明、城乡融合、村民共富的核心竞争力,建设绿色发展的健康村庄。

    一是紧密结合全市“五子”联动要求实践绿色发展。辛庄村要主动参照或参与全市“五子”联动,以绿色发展为主线,以有机草莓、自然教育、农文旅研、乡村治理等为重点,推动乡村产业和乡村生活的生态化、绿色化、艺术化、健康化。第一,在参照国际科技创新中心建设中,强化科技赋能,积极对接“三城一区”(中关村科学城、怀柔科学城、未来科学城和北京经济技术开发区)主平台,引进科技要素入村,提升科技素养,为乡村振兴示范村创建插上科技的翅膀,重点引进和发展有利于有机草莓、自然教育、农文旅研、乡村治理等生态产业高质量发展和民生改善的科学技术,主动与国家和市属科研院所、国有企业合作,多方面开展科技示范项目,建设以有机草莓、自然教育等为主题的现代设施农业园区、自然教育园区、草莓研学园区,提升草莓、教育、文旅等乡村产业发展的科技含量和健康保障水平。第二,在参照“两区”即国家服务业扩大开放综合示范区、中国(北京)自由贸易试验区建设上,强化改革赋能,重在深化乡村绿色产业领域改革开放,发展有机草莓等高质量的乡村绿色产业以及自然教育等新型乡村服务业,建设市场化、法治化、国际化的乡村营商环境和开放型的乡村绿色发展体制机制。第三,在参照全球数字经济标杆城市建设上,强化数字赋能,推动现代信息技术在有机草莓、自然教育、农文旅研、乡村治理等生态农业和乡村生产生活领域的应用,着力促进数字技术与有机草莓、自然教育、农文旅研等乡村绿色产业深度融合。推动数字化赋能生态农业、数字化赋能乡村振兴、数字化赋能乡村健康服务、数字化赋能乡村治理。发展乡村数字普惠金融,更好满足创客等乡村经营主体的金融服务需求。第四,在参与以供给侧结构性改革创造新需求上,强化质量赋能,重点是大力发展以绿色有机草莓为代表的生态农业、以自然教育为引领的乡村新型服务业,打造绿色有机草莓生产加工品牌,为村庄生活人群和其他消费者提供绿色有机的农副产品,大力推行草莓、蔬菜、玉米等农作物的绿色有机种植和加工,推广自然教育、有机面包店、有机咖啡店、有机茶馆、有机餐厅和有机民宿等发展,率先建设首都健康有机乡村。第五,在参与以疏解北京非首都功能为“牛鼻子”推动京津冀协同发展中,迫切需要将京郊乡村与北京城市副中心、河北雄安新区一道作为疏解非首都功能的“鼎立三足”之一进行统筹规划建设。从全市层面看,一方面要加强顶层设计,将京津冀协同发展战略与首都乡村振兴战略有机结合起来推动乡村绿色发展,通过承接疏解的非首都功能促进京郊乡村振兴,以京郊乡村振兴助推京津冀协同发展。另一方面在制定政府主导非首都功能疏解到京郊乡村政策制度的同时,高度重视制定市场自主的非首都功能疏解到京郊乡村的政策制度。从辛庄村层面看,一方面要更加积极主动承接从市中心城区自主疏解到村里有利于绿色发展的城市要素,为向上学校(南山学园)等众多来自都市的乡村创客排忧解难,进一步营造可以预期、长期稳定的制度环境;另一方面要主动参与京津冀协同发展,在京津冀大范围内加强生态农业合作发展、农文旅研合作共享,扩大和形成辐射京津冀的村庄生产生活圈。

    二是充分利用村庄周边特有的外部优势资源推动绿色发展。跳出村庄看村庄,以更宽广的视野将辛庄村周边特有的外部优势资源纳入规划建设之中。辛庄村距北京大杨山国家森林公园10.3公里,可以将辛庄村作为北京大杨山国家森林公园周边的休闲旅游体验度假村进行规划建设。辛庄村北靠燕山山脉,京密引水渠穿村而过,可借此做好绿色发展的山水大文章,开辟登山健身步道,发展乡村体育;规划建设燕山文化艺术馆、京密引水渠博物馆、艺术馆。主动对接昌平未来科学城,为在辛庄看见未来村庄注入科学元素与活力因子。通过引进科技元素发展科技农业、开设科技小院、建设科技之村。依托距北京农业嘉年华3.6公里的区位优势,大力发展有机草莓品牌和其他有机农业品牌,建设草莓研学园、有机农业园。辛庄村距离中国国家版本馆3.5公里,可借助中国国家版本馆优势,强化文化赋能,实现联动发展,传承弘扬中华优秀传统文化,发展乡村绿色农耕文化,建设辛庄村史馆、乡村博物馆、乡村文化馆、民俗艺术馆,组织编修村史村志,推动绿色文化兴村。

    三是切实立足本村农味乡情优势和现有基础提升绿色发展。进一步提升人居环境整治水平,实施农村生活垃圾分类“辛庄模式”提升工程,规划建设环保主题公园,在新的起点上发挥全市农村生活垃圾分类示范村带动效应,大力开展村庄绿化、美化行动,推动乡村美学发展,大幅度提高村庄林木花草覆盖率,建设首都森林村庄、花园村庄、艺术村庄,营造乡村“诗意的栖居”。调整优化生态涵养区产业禁限目录,发展与生态涵养功能相适应的绿色产业,拓展绿色产业发展空间,落实有机草莓等绿色产业用地保障,推行村庄全域绿色有机农产品生产和精加工,积极创建农产品质量安全村、食品安全村、饮食安全村,保障新老村民和游客“舌尖上的安全”。促进有机草莓和自然教育的深度融合,进一步提升有机草莓品牌建设,打造北京草莓研学第一村,形成有机草莓+自然教育+城乡文化融合发展的新模式。持续推进京郊网红一条街建设,提升吸引广大市民参与体验的乡村网红市集的内涵和品质。加强与周边从事有机农产品生产加工的村庄、合作社、农场、企业等建立有机农产品生产销售联盟。充分发挥向上学校(南山学园)的资源优势,持续推动自然教育等乡村新型服务业的发展,规划建设产学研一体的自然教育园区,设立创客中心,切实为乡村创客提供更优良的法治化营商环境,展现“北京服务”的乡村样板。在加大财政资金支持示范村创建的同时,通过优化村庄营商环境,吸引金融资金、社会资本参与乡村振兴。积极对接各类金融机构,引导金融机构进村入户,紧密结合绿色有机草莓等生态农业发展、乡村创客等新型服务业需求,在乡村大地上做好科技金融、绿色金融、普惠金融、养老金融、数字金融支持示范村创建五篇大文章。推动金融机构为辛庄村有机农业发展、美丽乡村建设、人居环境改善、乡村创客创业、村民共同富裕等提供金融服务支持,着力建设金融惠农示范村、金融兴村示范村。加大政策性农业保险扩面、增品、提标工作力度,将草莓等有机农产品种植纳入农业保险,发挥农业保险在稳定新老农人从事农业生产的经营收入预期,建设农业保险示范村。

    (四)着眼于建设中华民族现代文明,全力将辛庄村规划建设成为现代价值观引领乡村文明新风尚的善治样板村
    一是要彰显和推行开放包容融合的善治之要。
    二是要坚持和践行自治法治德治的善治之道。
    三是要保障和发展人权产权治权的善治之本。

    本文转自《北京农村经济》2024年第1期、第2期

  • 让-巴普蒂斯特·德·帕纳菲厄《沙滩上的智人:带着人类演化史去度假》

    目录
    序言
    第一章 起源
    起立,猴子! “大有可为”的基因突变 开始双足行走 双足行走有何好处?
    第二章 南方古猿
    汤恩幼儿 露西 “开枝散叶”的南方古猿 傍人
    第三章 原始人类
    在人属诞生之前 怎样才算人类? 最初的人属 最初的工具 容量与日俱增的大脑 直立人是个大个子 多种用途的两面器 新面貌 “开枝散叶”的原始人
    第四章 去往世界尽头
    走出非洲 改变 最初的欧洲人 狩猎与传统 火的掌控
    第五章 其他人属物种
    欧洲的尼安德特人 尼安德特文化 尼安德特艺术家 冰期的幸存者 丹尼索瓦人 弗洛里斯的“霍比特人” 其他人属物种的结局
    第六章 最初的智人
    智人的出现 既是智人又是现代人! 伊甸园 起源问题
    第七章 征服地球
    从非洲到美洲 迁徙造就智人 旧石器时代晚期的文化 新人类?
    第八章 史前时代的结束
    中石器时代 大型动物的灭绝 新石器时代革命 基因变化 迁移
    结语 今天的智人
    过去的痕迹 基因的多样性 人类种族存在吗? 未来的人类 控制演化的痴心妄想

    序言

    智人(Homo sapiens)是现今人类的祖先,大约在30万年前出现在非洲。在智人诞生前的数百万年里,非洲大陆上生活着一些双足行走的人科动物,它们的后代就是我们所说的智人了。在不断演化的过程中,一些人科动物彼此隔离,隔离的时间足够久之后,演化出了不同的物种。在历史上的许多时候,地球上同时生活着不止一种人类。

    在过去的几十年里,由于古人类学家的辛勤努力,我们得以重建这一段人类历史,并绘制了人类的遗传树(古人类学家称之为系统发生树),其繁茂程度是前人所无法想象的。我们人类是如何从“人丁兴旺”的大家族中脱颖而出的?我们人类的演化是渐进式的还是跃迁式的?在演化过程中,我们是在什么时候,又是怎么成为今天意义上的人类的?这些问题里的一部分已经找到了答案,或至少找到了部分答案,但是这些答案又引发了新的问题。

    从西班牙的“骨坑”到南非的斯泰克方丹洞穴,从格鲁吉亚的德玛尼西遗址到印度尼西亚的弗洛里斯岛,考古新发现层出不穷。得益于越发精细的考古挖掘技术,我们得以想象祖先生存的环境是什么模样。如今,我们也能够对岩石内部进行探测,进而揭示颅骨化石最微小的细节。而通过对化石进行化学分析,我们可以了解远古生物的饮食习惯。不过,真正意义上的革新,是对史前人类进行DNA(脱氧核糖核酸)分析。即便这种方法问世尚不足十年,古生物遗传学也已经取得了惊人的研究成果,比如确认了一个无人设想过的物种的存在,抑或是提供了不同种的人类曾经相互杂交的证据。时至今日,我们身上仍留有这段历史的痕迹。

    无论是在社会层面还是政治层面,人类起源都是个敏感话题。如今,许多人仍然坚信宗教神话,不愿意面对冷冰冰的化石骨骸证据,不愿意相信人类源自动物的事实,不愿意承认人性是缓慢习得的。古人类学的历史,也是我们人类社会的历史。某些国家的研究人员在培养民族自豪感的目标驱动下,试图寻找某种比其他人更古老或更灵巧的古人类,以回溯本民族起源而非人类起源。

    诚然,我们今天讲述的故事,未来可能会发生改变。未来的新发现,或将充实这套叙事,或将把某些篇章整个推倒重写。古人类学有助于我们理解我们是谁,并把人类作为一个具有多样性的整体来思考。我们之所以痴迷于研究自身的演化史,是因为它不但揭示了我们的起源,还揭示了我们的本性。

    地质时期和文化年表
    根据骨骼化石确定的不同人亚族的分布时期图

    第一章 起源

    黑猩猩和人类有许多相似之处,比如二者拥有一个最近共同祖先,由这个共同祖先分化而来。直至21世纪,我们才对自己的远祖——第一批原始人类——有了更加清晰的认识。

    起立,猴子!

    人类的祖先是一种哺乳动物,浑身毛发,长着尾巴和尖尖的耳朵,生活在旧世界,很可能过着树栖生活。 ——达尔文,1871

    原始人类中可是有不少名人的,比如露西(Lucy,距今320万年),但我们的历史未必就要从露西开始写起。我们也可以把厚厚的家谱翻到30万年前,最早的智人降生的时刻;或者再往前翻到距今700万到1 000万年,最早的人亚族诞生时。我们还可以继续向前追溯:距今5 500万年,最早的灵长目动物登场;距今2.2亿年,最早的哺乳动物出现;大约5.5亿年前,最早的脊椎动物产生。

    从动物学角度说,我们属于人亚族(Hominina)。人亚族包括了与黑猩猩亲缘关系更远、与现代人类亲缘关系更近的所有灵长目动物,比如南方古猿。自最早的人亚族诞生之时起,我们的历史便与现今依然存活于世的其他动物分道扬镳,因此,将关注点聚焦于最早的人亚族是个不错的选择。

    根据古生物学和分子生物学数据,人类和黑猩猩的最近共同祖先生活在距今500万至1 000万年的非洲。之所以年代估算出现这么大的差值,是因为两门学科的研究成果无法就此达成一致:化石遗存显示最近共同祖先生活在700万到800万年前(甚至可能更早),但分子生物学的研究结果表明其生活在距今500万年到700万年之间。或许,以下事实能够解释出现这种现象的原因:在与祖先物种分化后,两个支系有过杂交,由此导致两个支系的分化期变长。

    关于这个最近共同祖先,除了它可能群居且茹素外,我们所知甚少。我们不知道它究竟是四足行进还是双足行走。如果它四足行进,那么人亚族就是自行发展出了双足行走的典型特征;如果它双足行走,那就意味着更古老的灵长目动物早就开始依赖双腿行动了,而后来的黑猩猩则退回了一种特殊的四足行进方式——移动时以双手第二指骨的背部作为支撑[即“指背行走”(knuckle-walking)]。

    虽然我们依然不甚了解这个最近共同祖先,但化石的存在使我们得以管窥它的面貌。2000年,古人类学家马丁·皮克福德(Martin Pickford)和布里吉特·森努特(Brigitte Senut)共同描述了属于一个新物种的骨化石,这个新物种名叫图根原人(Orrorin tugenensis),生活在600万年前的肯尼亚。根据股骨颈的内部结构,皮克福德和森努特猜测,图根原人经常双足行走。图根原人生活在森林里,擅长攀缘树枝。

    一年后,研究员米歇尔·布鲁内特(Michel Brunet)宣布,在乍得发现了生活在700万年前的乍得沙赫人(Sahelanthropus tchadensis)的一块头盖骨,并将其命名为“图迈”。根据枕骨大孔(指颅骨底部的孔,大脑通过此孔与脊髓相连)的位置,“图迈”似乎也靠双足行走。人类的枕骨大孔位于颅骨下方、脊柱正上方。黑猩猩的枕骨大孔则位于颅骨靠后的位置,与四足动物一样。

    黑猩猩与人类的枕骨大孔对比图

    然而,由于化石非常不完整,很难确定“图迈”在人亚族演化史中的位置。因此,部分古人类学家更倾向于将“图迈”归入日后演化为黑猩猩甚至大猩猩的谱系。我们之所以无法给“图迈”的演化位置下定论,是因为处于猿类和人类分化期前后的人科物种都具有很大的相似性。如果对“图迈”颅骨发现地找到的股骨加以分析,或许能够更加精确地确定它在灵长目演化树上的位置。

    另一个有趣的化石来自地猿(Ardipithecus),其年代更近,保存也更完整。美国古人类学家蒂姆·D. 怀特(Tim D. White)对埃塞俄比亚多个发掘点出土的数以千计的整骨和碎骨进行了长达15年的精心研究,随后于2009年对这些可追溯到440万年前的地猿化石进行了解读。根据地猿化石周围的动物化石推断,地猿生活在森林里,身高约1.2米,既能行走又能攀缘。地猿长有对生的大脚趾,但不如黑猩猩的灵活。虽然双腿移动起来比大猩猩还要容易一些,但是地猿的双臂和指骨长而弯曲的手指非常适于树栖生活。地猿的犬齿强健有力,具有明显的祖先特征(直接遗传自祖先),脑容量接近黑猩猩。一些人认为地猿是南方古猿(和人类)的直系先祖,另一些人则将地猿视为远房表亲,与黑猩猩的亲缘关系更近。

    最初的人亚族分布图

    人猿总科、人科、人亚族

    在灵长目动物中,失去了祖先的长尾而拥有了尾椎的猴子都被归入人猿总科(Hominoidea)。该科包括了原康修尔猿(Proconsul,2 300万年前生活在非洲)的全部后代和十来个现存物种:长臂猿、猩猩、大猩猩、黑猩猩、倭黑猩猩和人类。

    原康修尔猿是第一批失去尾巴的猴子之一,也是人猿总科的祖先

    除了尾椎之外,人猿总科的独特之处还在于手骨及肩胛骨的结构。人猿总科对应的是猴总科,即“旧世界猴”,后者依然长有长尾(尾巴并没有在进化过程中丧失)。至于美洲的“新世界猴”则属于阔鼻小目(Platyrrhini),是与前述两者亲缘关系更远的灵长目类群。

    最近几十年,根据在亲缘关系、灭绝物种化石和DNA方面层见叠出的研究成果,人猿总科内部的分类经常出现变动。如今,人科(Hominidae)包括了猩猩、大猩猩、黑猩猩、倭黑猩猩、人类和许多化石物种。

    至于人亚族,指的是人科内部与人类亲缘关系较近、与黑猩猩亲缘关系较远的全部物种。古人类学家一共描述过二十来种,包括乍得沙赫人、南方古猿、傍人,以及人属(Homo)的多个物种,比如能人(Homo habilis)、直立人(Homo erectus)、尼安德特人(Homo neanderthalensis)或智人。人们认为,这些物种都是双足行走的。

    “大有可为”的基因突变

    借助化石,我们能够了解最早的人亚族的大致面貌。现如今,我们拥有了一个与此迥异的补充性信息来源,那就是DNA。近些年来,基因测序已经成了生物学和古生物学的惯用研究手段(参见第10页《DNA、基因、突变》)。

    人类和黑猩猩分化后,基因突变导致二者的DNA有所不同。已经发现的突变现象有:点突变(比如碱基A替换为碱基C),DNA片段缺失和重复,以及内部重组(人类和黑猩猩的染色体数量不同)。

    一些基因突变并没有产生明显的后果,另一些可就是导致人类区别于黑猩猩的“元凶”了。通过对比人类和黑猩猩的基因组,人们希望能够确定导致二者演化分离的遗传事件。

    在人类和黑猩猩的分化过程中,共同祖先某些DNA片段的遗失或失活似乎发挥了重要作用。人们发现,在一种参与合成肌球蛋白(肌肉收缩所必需的一种蛋白质)的基因上,人类和黑猩猩有所不同。基因MYH16负责合成一种咀嚼肌特有的肌球蛋白。然而,人类体内的MYH16基因却失活了。或许,正是这个突变导致了人类支系的下颌变小。

    一些突变可能导致行为上的变化。比如,人类失去了形成触须(粗壮的感觉毛,包括黑猩猩在内的许多哺乳动物都有)和阴茎刺(覆盖在黑猩猩阴茎表面的小型角蛋白突起)的基因。失去阴茎刺会使阴茎敏感度降低,交配时间延长(黑猩猩可是出了名的快枪手)。另外,我们还知道,失去阴茎刺的灵长目往往都是单配偶型物种。

    这一变化也关系到人类和猿类的其他区别,比如:人类在排卵期开始前不再有身体上的变化,以及出现乳房和光滑脸庞等第二性征。使得交配时间延长的基因突变或许改变了人亚族的生活方式,强化了雄性与雌性之间的纽带,而这一纽带正是实现社会凝聚、更好地保护后代的关键因素。

    DNA、基因、突变

    我们体内的每个细胞都含有46条染色体。所谓的染色体,就是扭曲折叠的DNA细丝。人类的基因组(也就是全部的DNA)由32亿个排成链状的核苷酸组成,核苷酸分为A、T、C、G四种。所谓的DNA测序,就是确定一个个核苷酸的排列顺序(比如AGATCC)。在不同物种之间或同一物种的不同个体之间,都可以进行核苷酸序列对比。

    基因是细胞为了生产自身活动所需分子而转录的DNA片段。人类拥有2万个基因,其中包含了人体发育和细胞正常工作所需的全部信息。DNA的其他部分在调节这套转录系统时起着至关重要的作用,可以控制基因的“表达”(也就是基因的活动)。实际上,在不同的发育阶段或不同类型的细胞里,基因活性也有高有低。

    突变指偶然发生的DNA序列改变。基因发生突变时,其活性往往也会改变。每个基因都可能因为先前发生的突变而存在多种变体,即所谓的等位基因。

    如果某个基因突变导致生殖细胞(卵子或精子)发生变化,而该生殖细胞又成功受胎,那这个突变将出现在由此细胞孕育而成的新个体的所有体细胞里(不过仅存在于新个体自身一半的生殖细胞内)。这样一来,突变就能一代代传递下去。每个生物个体都带有从亲代遗传而来的100到200个新的突变,不过大部分突变都没有产生什么显性影响。

    开始双足行走

    从四足行进过渡到双足行走是人亚族历史上的重大事件,因为两足的移动方式使其有别于绝大部分近亲[不过还有一些与人亚族无关联的灵长目动物也发展出了两足行走的能力,比如生存于800万年前的山猿(Oreopithecus)]。人类家族中出现的这一现象该怎么解释呢?

    首先,这一移动方式的改变意味着身体骨架的全面重组,并且影响到了胚胎的发育。足部形成足弓,以支撑身体的全部重量。大脚趾与其他脚趾并列,再也不能与其他脚趾构成钳形。脚踝关节和膝盖关节得以强化,同时髋关节位置发生变化,使得双腿更加靠近身体重心线。为了使上半身保持竖直状态,需要强壮的肌肉;强壮的肌肉又塑造了我们的臀部,而臀部可说是典型的人类演化创新。骨盆呈盆状展开,上托腹腔脏器,下承大腿肌肉。除此以外,骨盆还须满足分娩的需要。双重限制之下,人类的妊娠期变短,使胎儿出生时颅骨发育不全,以便顺利通过骨盆入口。腰椎位于脊柱的底端,在强度提升的同时也变得更宽更短。枕骨大孔移动至颅骨正下方,大大减轻了支撑头部的颈部肌肉的负荷(参见第4页插图)。

    在布里吉特·森努特和苏珊娜·K. S. 索普(SusannahK. S. Thorpe)等众多古人类学家看来,树栖(指一生中的大部分时间都栖息在树上)的人科动物或许最先发展出了双足行走的特征。我们的直系祖先恰恰生活在森林里,它们应该不是四足行进的,且极有可能习惯于攀缘!我们已经发现,作为现存树栖特征最为明显的猿类,猩猩在踏上柔软树枝时会尽量增加腿部的伸展幅度,与人类在有弹性的地面上奔跑时的肢体反应别无二致,而其他猴子的做法却恰恰相反。由此推断,地面上的双足行走应该是由树上的双足行走发展出来的。古生物学家称此现象为在树上进行的“直立姿势预适应”。

    另有一些研究人员认为,是四足攀爬的猴类最先发展出了双足行走能力。远古人亚族[比如拉密达地猿(Ardipithecus ramidus)]的骨骼研究结果似乎证明了这一论断,因为远古人亚族的腕骨与现存四足灵长目动物的腕骨相似。还有一些研究人员则认为,双足行走最先出现在半水栖人科动物身上,然而迄今为止,尚未发现任何支持这种假说的化石!

    但是,不管怎么样,我们都不应这样设想:人类从四足姿势“站起来”,历经数百万年,本着主观意愿,终于获得了我们今日了不起的直立行走姿势。首先,我们探讨的是解剖学意义上的进化,自从生命起源以来,在所有动物物种身上已经产生了不胜枚举的类似例证。达成某种目标(无论结果多么有益)并不需要诉诸意愿,哪怕只是无意识的。解剖学层面的演化创新或许在日后具有很大的益处,然而,以此益处为基础建立起来的解释体系却是不可接受的,因为进化只是进化,并不能预见物种将来需要什么!如果一定要给出一个达尔文式的解释,那就需要探究向着双足行走演进过程中的每个阶段分别带来了什么好处。有朝一日能够跑马拉松这样的好处可就不要提了,以双足姿势行走能比祖先移动时间更长这种朴实的小优势可能更合理。

    人科动物演进图

    似是而非的图画

    这幅著名的图画诞生于1965年。画面上,四足行进的猴子在前进过程中渐渐站立起来,并朝着越来越像人类的方向演化:先是原始猴子,然后是南方古猿,接着是原始人类,再往后是尼安德特人,接下来是克罗马农人(Cro-Magnons),最后是大步迈向未来的现代人。

    这幅从猴到人的行进图来自时代生活图书公司(Time-Life Books)出版的图书《早期人类》(The Early Man)。毋庸置疑,这幅插图在普及演化思想方面确实发挥了作用。可不幸的是,它在多个层面上都传达了错误的信息。首先,这幅插图给人的感觉是,这些灵长动物无一例外地朝着智人的方向前进,仿佛成为人类是它们不可避免的终极演化结果。其次,插图里的几个物种,并非一个就是另一个的后代:人类的演化不是直进式的,而是分支式的,在演化的过程中,许多物种都消失在了历史长河里,并没有留下任何后代。

    双足行走有何好处?

    成为人类,是从脚开始的。 ——安德烈·勒鲁瓦-古朗(André Leroi-Gourhan),1982

    双足行走大有好处。首先,在探索周围环境时,双足行走成本更小。实际上,从能量消耗的角度上看,双足行走比四足行进更加经济。在速度相同的条件下,人消耗的能量仅为黑猩猩的四分之一。其实,黑猩猩也能双足行走;不过由于关节构造更适于四足行进,黑猩猩在两种移动方式下的能量消耗是相等的。

    在1000万年前,全球气温略有下降,尤为重要的是,天气变得更加干燥。气候变化导致非洲广大的茂密森林消失不见,取而代之的是稀树草原和稀疏森林。一些人科动物选择继续在森林里度日,另一些则着手开发新的资源。在不同以往的环境条件下,后者充分利用了自身双足行走的能力,并在自然演化的作用下强化和巩固了这种移动方式。

    在比森林更加开阔的环境里,站起来的好处或许就是看得远。然而,虽然是四足行进,狒狒却在稀树草原生活得如鱼得水。所以,站起来看得远并不是个非常充分的解释。另有一些假说将关注的焦点集中在大范围分散的食物来源上。事实上,在这种情况下,能够自由移动并将采集到的食物带给族群中的其他成员,着实是很有好处的。我们发现,与双足行走相伴而来的,是食谱的变化——块根和块茎在食物中占的比例更大了——这一显著变化导致了牙釉质加厚。与此相反,喜食水果或嫩叶的动物,比如大猩猩,牙釉质就偏薄。

    另一个问题则涉及双足行走与制造工具之间的关系。双足行走是否通过解放双手促进了第一批石质工具的诞生呢?这个问题也可以反过来问:制造工具的需求是否促进了向双足行走的过渡呢?一些日本古人类学家倾向于后一种假说。他们认为,首先是双手变得灵巧,而且这一过程与双足行走是没有关联的。

    另外,还有一种可能性。人类手指和脚趾中最为粗壮的当属大拇指和大脚趾,而它们的“发展壮大”可能是同一个演化机制作用的结果。采用双足行走姿态后,自然选择强烈作用于脚趾之上,这种强化转而又作用于拇指,进而使得双手更加灵巧。

    一些古人类学家,如美国的欧文·拉夫乔伊(OwenLovejoy),将双足行走的出现与向单配偶制的转变关联起来。最初的人亚族开始双足行走后,脑容量增大导致营养需求增加,雌性可能不得不分散到广阔的地域里寻找高能量的食物。雌性的分散可就苦了雄性,“妻妾成群”的雄性绞尽脑汁,只为了避免自己的配偶靠近其他雄性……单配偶制在我们的演化谱系中早早出现的假说,满足了保守的美国卫道士(如果他们凑巧还是演化论的支持者)的期望,但与实际情况却是背道而驰的。首先,脑容量增大是在几百万年后才发生的。其次,还需要考虑生物的性别二态性(sexual dimorphism)。所谓的性别二态性,指的是同一物种的雌性和雄性在身材和外形上的差异。在这一方面,我们对人亚族始祖一无所知。不过,继之而来的南方古猿具有非常明显的性别二态性,这与实行单配偶制的社会形式似乎并不匹配。

    事实上,在灵长目动物中,两性之间体形差异过大的会形成“后宫型”社会组织形式,在这种社会里,一个雄性严格掌控一群雌性。正因如此,雄性大猩猩比雌性大猩猩要大得多,也重得多,这是激烈的性竞争导致的结果。雄性因为身体强壮、犬齿硕大而占据统治地位。于是,自然选择的天平向最为健壮的雄性倾斜,它们也得以将自身特征传给下一代。在大猩猩和狒狒中,雄性通过炫耀犬齿的方式来吓唬或制服竞争对手。相比之下,雌性的犬齿就非常小。而在黑猩猩族群中,社会结构更加灵活,虽然雄性也居于主导地位,但并不像大猩猩那么专横霸道,性别二态性也不如大猩猩那么明显。至于奉行单配偶制的长臂猿,它们的雌性和雄性具有相同的大小,犬齿也都很小。

    在人亚族中,双足行走的发展与犬齿的减小是分不开的。南方古猿依然表现出比较明显的性别二态性,而在最初的人属物种中性别二态性已经有所降低,这就说明,在最初的人属物种中,雄性之间的争斗相对没有那么激烈,而单配偶制或许也更为普遍。

    另一种假说则着眼于性选择。这里的性选择,不以雄性的好勇斗狠为基础,而以雌性做出的选择为基础——这在动物界可谓是屡见不鲜。雌性或许对自然而然保持直立姿势的雄性青眼有加,进而使得整个族群越来越趋于双足行走(因为这些雄性更多地将基因传了下去),随后,双足行走又因为在寻找食物上具有无可比拟的优势而得到进一步巩固与强化。

    在人亚族向着双足行走演化的过程中,多种相得益彰的因素很有可能共同发挥了作用,比如:生活环境的改变,解放双手的优势,社会纽带的巩固,以及妙不可言的性!

    人类演化:达尔文vs拉马克

    在最近出版的一部著作里,我们还能读到这样的说法:尼安德特人的颌骨强健有力且向前凸出,是因为它们“重度使用”牙齿。现在,没有任何已知机制能够解释,为什么器官会因为被使用或不被使用而演化。某个个体的器官可以发生改变,但是这种改变并不能传给后代,这与19世纪初期拉马克所持的观点(如“用进废退”)恰恰相反。同样,外部环境的约束并不会直接塑造器官。

    然而,想通这一点却实属不易。人们更乐于相信:之所以发展出双足行走的能力,是为了解放双手,并让祖先能够运用同期出现的大容量的大脑制造工具;或者反过来,大脑的演化注定是为了让我们能够制造工具,更何况我们的双手已经因双足行走得到了解放,而后者只是一种从属的演化适应而已。

    在很长的时间里,拉马克的观点一直是法国动物学界和史前研究中的主流:我们祖先的演化,是朝着明确的方向进行的,也是有着明确的目标的,这个目标便是“人化”。后来,虽然这种定向演化(大概是在神的意志下发生的)的观点并未完全消弭于无形,但是进化理论和达尔文思想已经渐渐传播开来。如今,绝大多数古人类学家会通过自然选择或性选择理论来理解人亚族在数百万年里所经历的种种变化。

    根据进化理论,生物的DNA偶然发生突变,而突变可在生物的种群中引发解剖学上的、生理上的或行为上的改变。当改变对生物个体有利时,生物个体便有更多生存和繁殖的机会,这种改变也就更有可能传给后代,并随着一代一代的繁殖而传遍整个种群。这个机制被称为自然选择;自然选择在整个生物界里屡见不鲜,而且形式多种多样。那种认为我们的祖先摆脱了演化规律约束的想法,是完全站不住脚的。

    第二章 南方古猿

    在500万年前至100万年前,南方古猿和它们的亲戚傍人在非洲稀树草原上繁衍生息。在很长一段时间里,对于这些双足行走的猿人,人们的了解只限于著名的露西女士。不过,自21世纪初期开始,骨骸化石的发现激增,让我们对这些人亚族物种有了更好的了解。

    汤恩幼儿

    第一个登上人类系统发生树的南方古猿,是绰号“汤恩幼儿”(Taung Child)的幼猿。“汤恩幼儿”的化石发现于南非汤恩的采石场,澳大利亚人类学家雷蒙德·达特(Raymond Dart)于1925年对其进行了描述。雷蒙德·达特确认“汤恩幼儿”是具有惊人特征的幼猿,认为它是猿和人之间的过渡物种,并将其命名为南方古猿非洲种(Australo-pithecus africanus)。

    雷蒙德·达特展示“汤恩幼儿”的颅骨

    “汤恩幼儿”的颅骨化石带有天然形成的脑模。雷蒙德·达特还指出,“汤恩幼儿”是双足行走的。现在,人们认为,“汤恩幼儿”是在230万年前被一只猛禽杀死的,殁年仅4岁。在当时的学界,雷蒙德·达特受到了激烈的抨击,人们期待中的“缺失环节”应该是一种有着猿的身体和类似人的大脑的生物,可大脑似猿而牙齿似人的“汤恩幼儿”与人们的预期相去甚远。而且,人们一直在亚洲而不是非洲寻找这个所谓的“缺失环节”。

    随着新的化石接连出土,比如1947年在南非斯泰克方丹出土的普莱斯夫人(Mrs. Ples)颅骨化石,达特的观点逐渐被研究人员所接受。刚出土的时候,普莱斯夫人被命名为德兰士瓦迩人,后来才被确认与“汤恩幼儿”属于同一物种。普莱斯夫人为双足行走的猿人,身高约1.1米,臂长腿短,脑容量约为450毫升至500毫升,略大于黑猩猩脑。

    普莱斯夫人,为南方古猿非洲种,出土于南非斯泰克方丹

    1997年,古人类学家罗纳德·J. 克拉克(Ronald J. Clark)在斯泰克方丹发现了一具近乎完整的南方古猿非洲种(或邻近物种)的骨架,并将其命名为“小脚”,其生活年代距今370万年。罗纳德·J. 克拉克认为,“小脚”是雌性古猿,身高约1.3米,去世时约30岁。由于骨骸被封存在极其坚硬的矸石之中,人们在20年之后才将它取出,直至2017年才对它进行了描述。

    寻找缺失环节

    “缺失环节”的概念诞生于19世纪,指的是能够解释从一种形态向另一种形态(比如从“猿”到人)过渡的缺失物种化石。正如其名称(猿人)所示,欧仁·杜布瓦(EugèneDubois)发现的直立猿人(Pithecanthropus erectus,后来归入直立人;参见第77页第四章)本来有望成为“缺失环节”,但它与史前史学家彼时的想象实在是天差地别。

    时至今日,“缺失环节”的概念已遭彻底弃用。一方面,演化不再被视为由一个一个的物种组成的演化链条,而是被视为枝杈繁多的演化树。另一方面,如果仅仅考察一个世系(即演化树的一个分支),那么它必然总有一些缺失环节,也就是说,总是会缺少某些从一个物种到另一个物种的转变阶段。实际上,由于化石化是极为罕见的现象,肯定不会所有的演化中间形态都能保留下来,特别是当演化速度非常快的时候(在地质年代的尺度上)。

    自达尔文提出演化论以来,反对者便试图利用“过渡物种”的明显缺失来反对达尔文的观点。然而,古生物学家已经发现了为数众多的“过渡物种”,比如始祖鸟,这种具有爬行动物特征的鸟类说明了小型恐龙是怎样演化为鸟类的。达尔文尚在人世时,人们便已经对始祖鸟进行了描述,随后也发现了大量的中间物种。但是,在反对达尔文的人眼中,过渡物种总是欠缺的。对缺失环节的找寻,也只能以失败告终。

    欧仁·杜布瓦于1891年发现的直立猿人(或爪哇人)遗骨

    现在,人们在欧仁·杜布瓦发现的直立猿人附近又发现了大量化石。在这些化石上,原始特征和衍生特征、祖先特征和演化创新相互镶嵌,导致其演化位置很难被确认,加之化石数量众多,形成了不止一条演化链,所以现在的问题已经不是有环节缺失,反而是环节太多了!

    露西

    同一时期,另一副骨骸化石的发现使南方古猿的存在成为全世界普遍接受的观点。这副骨骸于1974年11月24日在莫里斯·塔伊布(Maurice Taieb)、伊夫·柯本斯(Yves Coppens)、唐纳德·约翰松(DonaldJohanson)组织的埃塞俄比亚科考活动中被发现,并被编号为AL 288,后来根据披头士乐队的歌曲《缀满钻石天空下的露西》得名露西。

    这件南方古猿化石标本包含大约40%的骨架,是当时发现的最为完整的远古人科生物化石。露西属于南方古猿阿法种(Australopithecus afarensis),现在已经发现了属于这个物种的300余件化石(几乎都是碎片)。

    在410万年至290万年前,这些南方古猿生活在东非的稀树草原上。相应地,与人类相比,露西的双臂较长、双腿较短。露西既能双足行走又过着树栖生活,肩膀和手臂的构造非常适于攀缘;骨盆较大、股骨向内,使得行走时更加稳定。大脚趾偏离其他脚趾,靠脚掌外侧支撑全部体重;脚跟高高隆起,像黑猩猩一样。膝盖不能完全展开,导致它行走时比人类消耗更多的能量。

    露西的骨骸,已有330万年的历史

    露西主要食用水果和树叶,或许也吃小型动物,尤其是白蚁和容易捕捉的昆虫,它们富含营养物质,往往也数量众多。此外,在2010年,人们发现了一些食草动物骨骼,同时出土的还有南方古猿化石,在这些食草动物的骨骼上发现的切割痕迹,令人不禁猜想露西所属的南方古猿可能也有食腐行为,也就是说吃死亡动物尸体上的肉。这也意味着,露西曾经使用石质工具切割肌腱(参见《最初的工具》)。

    露西通常被视为年轻的雌性古猿,身高约1.05米。这一物种的雄性平均身高为1.35米、雌性为1.1米,体重为25千克至45千克。它们颅骨较小(脑容量约400毫升),额头后缩,面部前凸。犬齿很小,具有现代特征;臼齿较大,更具原始特点。牙上覆着厚厚的牙釉质,以免牙齿快速磨损。牙齿在颌骨上呈圆弧状排列,曲度介于猿类的平行牙弓和人类的抛物线牙弓之间。

    南方古猿阿法种的性别二态性相当明显。因此可以猜想,雄性之间的竞争极为激烈。幼崽的发育很可能比较缓慢,就像现存的猿类一样,而且亲代(雌性古猿?)照顾子代的时间很长。牙齿的化验结果表明,雌性在发育期后会改变食谱,而雄性却不会。为了解释这个现象,人们提出了如下的假说:雌性在成年后会离开原生族群并加入另一个族群,和现存的黑猩猩一样。

    南方古猿阿法种和智人的颅骨对比

    关于南方古猿阿法种的演化位置,人们曾展开激烈争论。虽然知名度高,但露西未必就是我们的祖先!30年前,众多美国研究人员将露西定为我们的先祖,可伊夫·柯本斯认为它只是我们的“姑婆”,代表一个已经灭绝的旁系。另一些研究人员则认为露西与傍人有亲缘关系(参见第43页)。如今,随着已被描述的南方古猿物种的增多,露西的演化位置很难有定论,更何况研究人员尚未就某些化石是否属于该物种达成共识。

    年代测定

    化石的年代与化石物种间是否存在亲缘关系无关:年代更古老的人亚族未必就是年代更近者的祖先!但精确测定化石年代对更好地理解物种演化至关重要。早先的年代测定只能给出相对年代:由于沉积物一层层沉积,从理论上说,在沉积物上层发现的化石比在其下层发现的化石年代更近。

    今天,借助多种技术,我们已经可以确定化石的“绝对”年代,在时间的长河里将其精确定位。不少技术以石头或物质的天然辐射性为基础,碳—14年代测定法就是其中的典型代表。

    碳元素以多种同位素的形式存在,其中包括普通的碳—12和稀有的放射性碳—14。植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用时,会同时将这两种不同形式的碳元素吸收进体内。当植物被食草动物吃掉或食草动物被食肉动物吃掉的时候,食草动物或食肉动物也会将这些碳元素吸收进自己体内。在它们死亡以后,碳—14会慢慢衰变成为氮—14。碳—14的半衰期为5 734年,换句话说,碳—14需要花上5 734年才能失去一半的放射性。这么一来,通过测定骨头或木炭中两种碳同位素的比例,我们就能确定骨头或木炭的年代。不过,如果测定对象的年代在4万年以上,这个方法的测定结果就会非常不精确,因为碳—14的残余量还不到初始量的1%。

    为了测定更加古老的骨头或岩石的年代,我们可以使用其他同类型的“原子钟”。比如:铀—钍定年法适用于测定50万年前的骨骸或石笋的年代,钾—氩定年法可用于确定几百万年前的火山岩的年代。

    除此以外,还有基于其他物理原理的测定方法,比如:基于熔岩固结时磁性矿物记录的地磁场变化的古地磁法(paleo-magnetism);通过测量曾经经受高温的矿物在再次受热时发出的光以确定矿物年代的热释光法(thermoluminescence),这种方法适用于燧石和陶器;还有与热释光法原理相似但用于测定牙釉质、富碳化石(石笋、珊瑚等)或沉积石英颗粒年代的电子自旋共振法(Electron Spin Resonance,ESR)。

    “开枝散叶”的南方古猿

    如果一小部分弱小的原始人种群没有在非洲稀树草原残酷命运(或物种灭绝)的屡次打击中幸存下来,那智人就不会出现并迁徙到世界的各个角落。 ——斯蒂芬·J. 古尔德(Stephen J. Gould),1996

    自“汤恩幼儿”出土以来,研究人员已经描述了为数众多的物种(参见第v页图),其中绝大多数发现于非洲大陆的南部和东部,年代在450万年前至200万年前。在这段漫长的历史时期里,有些物种不断演化并获得了全新的特征(即“直进演化”),或分成两个种群并逐渐分化直至形成两个新的物种(即“分支演化”),南方古猿家族的兴盛部分来源于此。

    其间,这些物种中的某几种在同一时期生活在同一地区。它们之间可能并不会为了食物或其他有用资源展开直接竞争。否则,竞争通常会导致两个物种中的一个消亡或转化。有些人已经描述了居于不同生态位的物种在齿系上的细微差别,这些细微差别正是这个物种假说的有力支撑。

    直进演化和分支演化——互补的两种演化方式

    人们认为,最古老的人亚族物种主要吃素,与现存主食水果和嫩叶的猿类似。但是,这并不妨碍黑猩猩吃白蚁并主动猎杀小型猿猴。南方古猿是否在树林中捕猎,现在已经不得而知,但是它们大概还是会吃昆虫和容易捕捉的小动物。

    属与种

    博物学家为每个现存物种或化石物种都取了由两部分组成的学名。这么一来,所有的南方古猿都拥有了相同的属名Australopithecus(即南方古猿属),这个属名说明了它们之间的相似性和亲缘关系。在南方古猿属下,存在多个“种”,比如南方古猿阿法种和南方古猿非洲种。

    对于现存动物,“种”是互为亲代子代的或能够彼此交配繁衍后代的生物个体的集合。对于化石物种或古生物种,这些标准就不适用了:首先,我们无法考察它们的繁衍能力;其次,即便它们之间曾存在亲缘关系,在漫长的时间里它们也能变得足够不同,使人们将它们视为不同的物种。

    通常情况下,如果新发现的骨骸与已知骨骸不同,便可确定为新物种(但也有例外,比如丹尼索瓦人就是通过DNA检测确定的,参见第106页《丹尼索瓦人》)。但是,仅仅凭借几块残骨便给某个人亚族生物取个种名往往很难做到,因为原始人种非常相似,往往只有几处骨头是某个物种特有的。在确定物种时,还需要考虑性别差异和发育过程中的变异。因此,原本分别定名为腊玛古猿(Ramapithecus)和西瓦古猿(Sivapithecus)的两个生物,后来被确定为同一物种的雄性个体和雌性个体。

    另外,我们对物种的实际变异性所知甚少。如果拥有大量化石,还可以通过统计对比将某个化石归入某个类群。可是,当化石数量稀少且多为碎片的时候,判断的武断性就不可避免地增加了。

    最后,还有一个不在科学范畴之内的现象:发现人亚族遗骨需要耗费大量心血和精力,这就导致研究人员往往会夸大新化石的特征并给化石取个新名字。这种操作有助于研究人员获得资金支持,尤其是当研究人员声称发现的是人类祖先的化石的时候,不过,这也导致本已相当复杂的系统发生树更加“枝繁叶茂”。所以,在科学出版物里,常常会有物种随着研究人员的偏好和科学知识的进步出现而后又消失的现象。实际上,学界历来将研究人员分为“分裂派”和“归并派”,前者倾向于利用似乎与其他物种有所区别的细枝末节创造新物种,后者倾向于考虑物种的自然变异性,将不同物种归并汇总,但是归并范围往往极为宽泛(参见第72页《“开枝散叶”的原始人》)。

    除上文所述的南方古猿阿法种和南方古猿非洲种外,再略举几例南方古猿属的其他有趣物种。

    南方古猿湖畔种(Australopithecus anamensis

    南方古猿湖畔种是根据在东非发现的化石描述的,经测定,其化石年代为420万年前至380万年前。南方古猿湖畔种身高约1.4米,生活在相当湿润的林地里,在双足行走方面比露西更强。下颌又长又窄,颇具原始特点;牙齿细小,更有现代特征。一些古人类学家认为,南方古猿湖畔种可能是人属的祖先。正因如此,有人提议将其改名为非洲前人(Praeanthropus africanus)。

    黑猩猩、南方古猿湖畔种和现代人的下颌对比
    南方古猿加扎勒河种(Australopithecus bahrelghazali

    1995年,米歇尔·布鲁内特率队在乍得发现了一块下颌骨化石,后将其命名为南方古猿加扎勒河种,昵称为“阿贝尔”(Abel)。这是唯一一种在非洲东部和南部以外地区发现的南方古猿,生活在360万年前。在这一时期,撒哈拉还是广袤的森林和稀树草原。南方古猿加扎勒河种可能并不是一个不同以往的物种,不过,这块下颌骨化石证明,南方古猿的领地范围比已知化石的分布区域更广。

    南方古猿惊奇种(Australopithecus garhi

    生活在距今250万年的埃塞俄比亚的南方古猿惊奇种,于1997年由埃塞俄比亚古人类学家伯海恩·阿斯法(Berhane Asfaw)率领的研究团队发现,它们拥有较小的脑容量和巨大的牙齿。化石的共同发现者蒂姆·怀特猜想,南方古猿惊奇种有可能是我们的祖先。但是,它们与最初的人类生活在同一时期的事实,并不足以提高这种假设的说服力。

    南方古猿近亲种(Australopithecus deyiremeda

    南方古猿近亲种于2011年发现于埃塞俄比亚,生活年代为340万年前,无论在地理区域上还是生活年代上,都可以视为露西的邻居。南方古猿近亲种的颌骨粗壮,牙齿形状也和露西不同,这说明其食谱略有不同。

    南方古猿源泉种(Australopithecus sediba

    在南非马拉帕(Malapa)发现了两个保存状况相当完好的骨骼化石之后,李·伯杰(Lee Berger)于2010年描述了这个年代很晚近的物种(生活于200万年前至180万年前)。源泉种的大脑较小,但与其他南方古猿相比更加不对称,因此与人属更加接近。其骨盆比较宽,通常认为这与颅骨变大有关。胸腔呈锥形,上窄下宽,手臂可以做大幅度的动作,非常适于攀缘。脚跟具有原始特征,与猿人的脚跟相似,但脚踝比其他南方古猿更具现代特征。同样,源泉种的双手拇指较长、指节末端增宽;通常认为这是源泉种手巧的一个证明,也是它与人类更接近的一个特征。最后,源泉种的牙齿比阿法种小。

    这种原始特征和全新特征(所谓的“衍生特征”)叠加的现象被称为“镶嵌演化”。演化并不会同步地触及所有器官,这就导致很难确定物种在人亚族系谱图上的精确位置。除此之外,还有一个难题:发现的两副骸骨中,一副属于年幼的雄性,其解剖学特征尚未最终定型,因为在个体的发育过程中许多骨头会发生变形。骸骨的发育模拟结果显示,其成年后的体形与南方古猿非洲种接近。正因如此,有一些人将源泉种视为非洲种的“接班人”,而非洲种在之后就灭种了,并没有留下直系后代。另一些人则与化石发现者一样将源泉种视为直立人可能的祖先,所以将它的种加词定为“sediba”,这在当地语言里正是“源泉”的意思。

    南方古猿和傍人分布图

    然而,源泉种本身也是年代相当近的物种了。在源泉种尚存活于世的时候,人属已经在非洲大地上生活几十万年了。只是,迄今发现的最为古老的化石也只是些碎片,化石的身份也非常有争议(参见第51页《最初的人属》)。此外,源泉种可能诞生得更早,但是至今尚未发现相关遗迹。

    平脸肯尼亚人(Kenyanthropus platyops

    1999年,古人类学家米芙·利基(Meave Leakey)在肯尼亚的洛迈奎(Lomekwi)发掘点发现了一个颅骨,经测定其年代为340万年前。这个颅骨的面部扁平,与下颌前凸的南方古猿反差非常明显,特征上更接近古老的人属成员鲁道夫人。米芙·利基对其进行了描述,并因为它与其他物种差异甚大而为其取了新的属名“平脸肯尼亚人”。但是,由于在沉积压力作用过程中发生了形变,围绕这一颅骨化石的争议很大。

    1976年,另一类型化石的发现点燃了研究人员的热情。在这一年,玛丽·利基(Mary Leakey)在坦桑尼亚莱托里(Laetoli)地区发现了南方古猿的脚印。370万年前,三只南方古猿列队前进,在火山灰中留下了脚印,火山灰硬化后便将脚印保存了下来。这些脚印为南方古猿双足行走提供了补充证据。

    南方古猿的脚印,莱托里(坦桑尼亚),距今370万年

    上述这些南方古猿物种中,一种将不断演化,最终产生最初的人类,另一种——也有可能是同一种——则演化成了傍人。还有一些继续维持原先的生活,直至彻底消亡在历史的长河里,没有留下任何子孙后代。

    傍人

    20世纪下半叶发现的部分南方古猿因颅骨硕大而被描述为“粗壮”型,其他的则相应地被描述为“纤细”型。随后,这些“粗壮”型南方古猿被归入广为接受的傍人属(Paranthropus)。

    头大、颌沉是傍人的典型特征。傍人臼齿巨大,适于咀嚼质地坚硬且纤维丰富的食物。牙齿化验结果显示,一种傍人特别爱吃比嫩叶或水果坚硬得多的草本植物。草中往往富含二氧化硅,这也在傍人的牙齿上留下了非常典型的磨损痕迹。在傍人种群里,雄性比雌性大很多,而且与雄性大猩猩一样,颅骨上存在骨嵴,而骨嵴正是强壮的咀嚼肌的固着点。可是,虽然发现了为数众多的傍人颅骨化石,傍人的其他骨骼是什么情况,我们依然知之甚少。

    在埃塞俄比亚发现的埃塞俄比亚傍人(Paranthro-pus aethiopicus)是最古老的傍人物种,生活在270万年前至230万年前。随后,鲍氏傍人(Paranthropus boi-sei)在东非出现,并一直生存至120万年前。第三种傍人名叫粗壮傍人(Paranthropus robustus),220万年前至100万年前生活于南非,有人认为它们应是南方古猿非洲种的后代。这三种傍人的确拥有一些共同特征,但它们的亲缘关系并没有那么明显。生活在相似环境中的物种能够演化出相似的特征,这种趋同现象在动物演化史上屡见不鲜,有时候确实容易与遗传得来的物种相似性混淆。

    无论如何,到了距今约100万年时,所有的傍人都消失得一干二净,没有留下任何子孙后代。或许,与众不同的饮食习惯使傍人难以适应气候变化和环境改变?或许,人类在傍人的灭绝过程中发挥了某种作用?事实上,傍人的确曾与其他人亚族物种,即人属的成员在这个星球上共同生活过。

    第三章 原始人类

    在很长的一段时间里,人们一直认为,人类演化史是简单的线性历史:南方古猿演化为一种原始人,也就是能人;能人接着演化为具有现代身体的直立人,而直立人正是智人的直系祖先。然而,近些年来的考古发现对上述每个阶段都提出了质疑,同时勾勒了一幅更加复杂的演化图景。

    在人属诞生之前

    按照现代演化论的原则,人类起源的研究不能简单归纳为寻找假定存在的人类祖先。怎么就能够确信某个化石代表了某个物种的祖先呢?对于动物物种,古生物学家倾向于探寻它们之间的亲缘关系,而不考虑物种在时间上的先后顺序。如果化石显示两个物种具有相同的衍生特征(即解剖结构上的创新性状),我们就认为这两个物种有亲缘关系。这两个物种也就拥有共同祖先,不过,在大多数情况下,共同祖先都不是明确的,尽管某些化石可能与其相近。这种研究方法就是所谓的“支序分类”法,由此可以得到更加严谨、更便于客观探讨的系统发生树(展现物种之间的亲缘关系)。

    涉及我们的物种时,人们往往会将科学理论的严谨性搁置一旁,因为将某个化石定位到人类的演化世系中具有极大的象征意义。无论是对还是错,直系祖先总比绝后表亲更引人关注。在众多的南方古猿和邻近物种(肯尼亚人、傍人等)中找出谁是现代人类谱系的真正起源、谁是最初的人属物种的祖先,确实很有诱惑力。

    于是,古人类学家对化石进行探测,以图确定最为“类人”的特征。他们随即遇到了几个难题。一方面,由于遗骨不完整,往往缺少能够确定物种演化位置的有用要素。另一方面,如果采取这种人类中心视角的话,那每个物种都同时呈现出原始特征和“现代”特征,即更加类人的特征(参见《既是智人又是现代人!》)。

    最后,正如我们前面提到的,在相似的环境压力作用下,演化可使得多个物种发生相似的改变。换言之,某个物种身上出现现代特征,并不能证明这个物种就是我们的先祖。因此,尽管都曾制造石质工具,但多个人亚族物种并没有因此被列入我们祖先的行列。

    怎样才算人类?

    即便能够确定某种南方古猿最有可能是人类支系的起源,也无助于找到下面这个重要问题的答案:在演化过程中,这个物种是什么时候变成人的?是不是存在某些明确无误的特征,能够将其鉴别为人类而不是南方古猿?

    对古生物学家而言,这个问题马虎不得,因为他们要给发现的化石取名。物种的名称不是没有利害关系的。属名取为“南方古猿”还是“人”,这里面的差别很大,关系到能不能引起公众、记者和能为后续挖掘工作提供资金支持的机构的注意!当然了,按说不应该有这些顾虑的,但实际上这些顾虑的影响不容忽视。

    这个问题不但是哲学问题(是否存在“人类特性”?),也是生物学问题(鉴于黑猩猩与人类的基因相近度,是否应将黑猩猩归入人属?),还是古人类学问题:从什么时候起,或变化积累到什么程度,某个人科物种就可以被算作人属了?这个问题也可以反过来问:从现代人开始回溯历史,最早在过去的哪个时刻我们的祖先就能被视为人类了?

    自史前研究开始以来,许多人回答了这些问题。他们给出的答案里,往往借用了略显老套的“人类特性”。随着动物行为学、古人类学、神经学和分子生物学等多个学科不断取得新的进步,这些答案也很快地落伍了。

    我们举两个例子。使用工具长期被视为典型的人类特征,但有些动物也会使用工具,比如黑猩猩(用木棍捕捉白蚁、用石头砸开坚果)、海豚(用海绵保护自己的吻突),甚至某些鸟类(用刺捕捉树皮下的蛴螬)。早在南方古猿独自在稀树草原上纵横的时候,就已经出现了最为古老的石质工具(参见第55页《最初的工具》)。另一个例子是大脑的增大。无论是在我们的历史中,还是对我们现今在动物界的地位而言,这个现象都非常重要,在某个时期甚至曾经合理化了“脑容量界值”(cerebral rubicon)的概念:脑容量低于某个值的,就是猿;脑容量高于某个值的,就是人。可是,无论是工具还是脑容量,类似的标准都必须摒弃,因为它们过于简化,没有真正的用处。

    无论是基因还是解剖学特征,由于各器官以不同的速度演化,很难制定显而易见的临界标准——只要达到了这个标准,猿就应被称为人。在实际操作中,古人类学家根据的是一整套特征,其中包括了在化石上经常能够观察到的特征,比如脑容量或牙齿的大小和形态。但是,学界始终无法取得普遍共识;关于多个原始人种的分类,就一直未曾达成一致。

    最初的人属

    1961年,玛丽·利基和路易·利基(Louis Leakey)在坦桑尼亚的奥杜韦发现了一个人亚族生物的颅骨和手骨的化石碎片,这个生物生活在大约180万年前,与当时已知的南方古猿和傍人都不同。此前不久,他们在同一个挖掘点发现了一些石质工具和一个傍人的骨骼化石,并认为是这个傍人制造了这些工具。但是,新化石的发现改变了整个局面。这个新发现的人亚族生物,手掌更加类人,臼齿也比较小;初步估计脑容量约为600毫升,比南方古猿的脑容量大;指骨像黑猩猩一样呈弯曲状,但末端指节变宽,应该便于抓握物体。与此前发现的傍人相比,这个人亚族生物似乎更像是石质工具的打造者。它被命名为能人。

    在接下来的几年里,古人类学家发现了许多新的原始人遗骨,不过这些遗骨具有不同的特征,似乎有必要将它们定义为新的物种,也就是后来的鲁道夫人(Homo rudolfensis,意为来自鲁道夫湖的人。鲁道夫湖即现在的图尔卡纳湖)。鲁道夫人体形更高大、面部更扁平。经测定,全部遗骨的年代都在大约230万年前至180万年前。到了2015年,在埃塞俄比亚的勒迪—戈拉鲁(Ledi-Geraru)发现的半个下颌骨化石,似乎将人属的诞生时间向前推了50万年,即距今280万年。

    能人和智人的颅骨对比

    同南方古猿的化石一样,能人的化石也不完整,往往呈碎片化,这导致复原工作很有争议。这些化石是属于两个不同的物种呢,还是属于一个具有很大形态多样性的种群呢?此外,这些人属生物表现出的明显性别二态性,使问题变得更加复杂。不过,这样一来,在化石上观察到的差异就可以部分地归为雌雄两性的差异。最近,人们甚至开始质疑它们是否应该被归入人属了。有些古人类学家认为,许多化石其实属于南方古猿,而真正的人属稍晚才会出现。

    另一个难题是,我们对这些人属生物的颅后骨骼(即除了颅骨和颌骨外的全部骨骼)所知甚少。目前,尚未发现与露西同样完整的骨骸。根据已经出土的骨骼化石碎片,我们发现的是比南方古猿稍大也更善于双足行走的人亚族生物,尽管它们依然保留了部分树栖生活习性。它们拥有更短的大脚趾,行走起来更有效率,也具有了能够缓冲震荡的足弓。

    地域偏见

    年代在200万年以上的人亚族化石全都发现于非洲,这为人属的非洲起源假说奠定了基础。实际上,这些人亚族化石几乎全部出土于东非(从埃塞俄比亚到坦桑尼亚,特别是肯尼亚)。在南非,化石往往发现于洞穴中,那时候的人亚族生物不过是大型猫科动物的口中餐。由于滑坡和流水造成地层扰动,很难确定南非发现的化石的年代。

    与此相反,在东非,连续不断的火山喷发让年代测定变得较为简单。半沙漠的自然环境为确定化石位置提供了极大的便利。更何况,东非的地质条件也非常有利。地壳板块运动导致地壳岩层断裂、分离,进而造就了漫长的东非大裂谷,大部分考古研究工作都是在东非大裂谷的两侧展开的。在大裂谷的形成过程中,沉积层发生倾斜,原先无法企及的地层现在触手可及。呈现在古人类学家面前的,是几十万年间形成的连续沉积层,而且还是在很小的面积内。

    而在占非洲大陆面积95%以上的撒哈拉以南非洲,考古研究完全不能开展或很难开展。在又湿又热的森林地区,不但底层土壤难以企及,化石也往往因为环境不利于保存而消失不见。再往北,在撒哈拉沙漠里,考古工作非常辛苦,但也会结出累累硕果;乍得沙赫人“图迈”和南方古猿加扎勒河种的发现就是最好的证明。至于北非,对最初的人类化石来说,那片土地还是太年轻了。

    其实,在具有相应年头且可能含有丰富化石的地方,只要努力寻找就能挖到人亚族化石。从目前人亚族化石的发现地来看,东非还不足以被视为不容置疑的人属“摇篮”。

    最初的工具

    2015年,在肯尼亚图尔卡纳湖畔的洛迈奎挖掘点,出土了最为古老的石质工具,都是粗糙凿成的,其中有石锤和用作石砧的巨大石块,年代为大约330万年前。

    洛迈奎的原始工匠使用的制造技术相当简单:直接用要加工的石块(即所谓的“石核”)撞击石砧。这个技术被称为“撞击法”,可以加工锋利的石片,尽管很难对加工成果进行精细的控制。其实,石匠的目的可能只是获得石片,石核不过是锤击产生的残留物。但无论如何,这种加工行为意味着它们对所需物品产生了心理表征。

    由于这个时候人属尚未登上人亚族演化的舞台,所以这些工具不可能是人属物种制造的。那时候,在非洲大陆上活跃的人亚族物种只有南方古猿,尤其是南方古猿阿法种(即露西所属的物种)和平脸肯尼亚人。不但没有任何证据能够将这些工具与某个特定的人亚族物种联系起来,而且制造石器的生产工艺也曾被不同物种(包括人类演化谱系以外的物种)屡次加以改进和完善。

    能人的工具制造精度更高。这些被称为“砾石砍砸器”的石质工具,至少一侧具有锋利的刃口。能人制造工具时,通常是一手握着加工对象,一手握着石锤。加工产生的碎片也能为之所用。这些砍砸器定义了人类有史以来的第一个石器文化——奥杜韦文化(Oldowan,以其发现地奥杜韦命名)。

    锋利石片的生产,可能为能人日后的成功提供了助力,使它们在获取更加多样化的食物方面拥有了巨大的优势。实际上,这些石质工具表明,它们越来越适应食肉的饮食习性。

    属于奥杜韦文化的石质工具

    容量与日俱增的大脑

    同南方古猿的情况一样,人属的诞生似乎也与气候变化有关。在大约290万年前至240万年前,气候变得更加凉爽也更加干燥,由此导致森林的面积进一步缩小,并分割成更加开阔、更加多样的栖息地。

    与南方古猿相比,人属物种的食物种类更杂,肉类和脂肪所占的比例也更高。人属物种确曾取食尸体上的肉,但并不能因此认为它们拥有猎杀水牛和其他大型动物的能力,这更多的是食腐行为(指食用意外死亡的动物或大型食肉动物杀死的猎物的尸体),而且还要与鬣狗和秃鹫争抢才行。借助手中锋利的石质工具,它们能够切断肌腱获取兽肉,并砸开骨头食用骨髓。

    富含蛋白质和脂类的动物性食物的增加,或许与人亚族大脑的增大有所关联。实际上,大脑重量虽然仅占人类体重的2%,能量消耗却占人体能量消耗总量的20%左右(当然是在不做体力劳动的情况下)。大脑大,就需要进食营养格外丰富的食物。

    拥有大容量的大脑有什么好处呢?同双足行走一样,我们不能用大脑在几百万年后才显现的优点对此加以解释。一般而言,灵长目动物的大脑比羚羊和猫科动物的大脑更发达。这个特点与寻找食物没有关系,与危机四伏的野外生活也没有关系,而是与灵长目的社会组织形式有关。分辨敌我、日常协作、构建长期联盟关系等等,构成了个体间纷繁复杂的关系,而这又要求对族群内部关系有深入的了解和理解。对南方古猿来说,在面对比森林更加凶险的开阔环境时,抱团生活会安全很多。这样一来,由于能够促使族群成员之间建立深入合作关系,较大的大脑就具有了演化优势。

    但是,安全也是要付出代价的!发达的大脑需要营养更加丰富的动物性食物。动物性食物更容易消化,其吸收过程对肠道造成的负担小,肠道消耗的能量相应地更少,由此节省下来的能量正好可为大脑所用。如果大脑能够更加高效地运转,就能够找到更多的食物来源或者制造有助于获取食物的工具。这是发达的大脑带来的第一个良性循环!其产生的第二个良性循环如下:较大的大脑有助于族群成员搭建良好的社会关系,反过来,良好的社会关系确保了它们更好地开发利用环境,比如,通过共享新资源等方式。在今天看来,这些相互作用至少部分解释了人属为什么会出现。

    脑容量

    通过某个人亚族生物的颅骨化石,可以大致估算其脑容量大小。在同一个物种内部,脑容量的差异非常大(人类的脑容量为1000毫升至2000毫升,最大值几乎是最小值的两倍),也根本不可能知道每个个体的实际脑容量。

    在物种之间,平均脑容量的差异比较大:黑猩猩的平均脑容量为400毫升,明显与我们人类(平均脑容量为1350毫升)不同。不过,在对比时还应考虑两个物种的身材差异,因为黑猩猩比人类小很多。理论上说,脑容量随着身材的增加而增加,但二者并非成正比例关系。人类的大脑只占体重的2%,鼩鼱的大脑却能占到体重的10%!

    因此,在比较两个物种时,更多的是对比它们的脑化指数。所谓的脑化指数,指的是动物的实际脑大小与根据体重得出的预期脑大小之间的比值。人类的脑化指数比其他物种高,约为7.5,这说明人类的大脑比同等体形的哺乳动物的预期脑要大七八倍。黑猩猩的脑化指数为2.5,海豚的脑化指数为5.3。

    与南方古猿相比,最初的人属生物不但拥有更大的大脑,还拥有更大的身体。其实,直至大约50万年前,人亚族的大脑主要都是随着身材的增大而增大的。在那之后的脑容量才是真正地增加了。

    无论是脑容量还是脑化指数,都不足以描述人属身上实际发生的变化。其他因素与智力(这里简单理解为解决新问题的能力)的关联更紧密,比如大脑皮层(即大脑表层灰质)神经元的数量及功能(即神经元与其他神经元连接的能力或神经冲动的传导速度)。

    脑同样在颅骨上留下了自己的印记,这就为我们提供了一些与脑的构造有关的信息,比如大脑各个脑叶的相对大小或左脑与右脑的差异。人类的演化同样伴随着脑部结构的改变,这些改变可能与脑容量的增加具有同样重要的意义,但是化石并没有给出大脑构造的相关细节(除非化石中保留了DNA,参见《既是智人又是现代人!》)。

    直立人是个大个子

    1984年,纳利奥科托美(Nariokotome)男孩(又称“图尔卡纳男孩”)的发现,使我们对最早人类的了解向前迈出了一大步。这是一副近乎完整的骨架(只缺了手和脚),其生理特征与我们更加接近。

    这个骸骨化石可以追溯至大约150万年前,由理查德·利基(Richard Leakey)考古队的卡莫亚·基穆(Kamoya Kimeu)在图尔卡纳湖畔发现。图尔卡纳男孩死亡时仅有8岁,身高刚过1.5米。成年后,身高或许将达到1.7米,甚至更高。一开始,人们认为它已经11岁了,而且身材更加高大,但牙齿化验结果显示,它的发育速度比人类快了不止一星半点——才到8岁,它就几乎完成了身体发育!与南方古猿相比,它的骨骼与人类更加相似,四肢比例非常接近人类。骨盆和股骨的结构说明它善于行走甚至能够奔跑,但论起攀缘树木或许就不是祖先的对手了。2009年,人们在肯尼亚发现了这一物种的脚印,其中不少与智人的脚印难以区分。

    图尔卡纳男孩的颅骨相对较小,面部向前凸出。牙齿比人类粗大,但与能人相比还是有所减小。眼眶上方有粗壮的眉骨,额头后倾,几乎没有下巴。

    凭着800毫升左右的脑容量,直立人的演化程度比能人略高,但直立人的身材可比能人高大得多。不过,与能人相比,直立人的大脑更加不对称,布罗卡区和韦尼克区(对人类语言能力至关重要的两个脑部区域)比较发达,但这并不意味着直立人具有语言能力,因为那还需要咽喉的结构满足条件才行。然而,化石并未给出与咽喉结构有关的任何信息。

    直立人和智人的颅骨对比

    最开始,人们将图尔卡纳男孩确定为直立人(迄今为止还没有发现如此完整的直立人骸骨)。随后,一些古人类学家认为,同亚洲发现的直立人相比,图尔卡纳男孩足够不同,完全可以视之为另一个物种。最终,图尔卡纳男孩被定名为匠人(Homo ergaster),并被视为亚洲直立人的非洲先辈。

    无论被称为匠人还是直立人,该人属物种自190万年前起便生活在非洲大地上。人们曾经认为它们是能人的后代,不过人们已经发现了二者的同时代化石(距今约150万年),这说明它们曾经在这个星球上共存了至少50万年。或许,生活方式的不同削弱了相互之间的竞争。与直立人相比,能人的食性更加偏向素食。

    同步加速器带来的发现

    X射线微断层扫描(X-ray microtomography)可以非常精确地探测骨化石内部且不会损坏化石。在牙齿上取得的研究结果格外引人注意。随着生物个体不断发育,坚硬无比的牙釉质在牙齿表面逐渐沉积。借助同步加速器,可以发现以细纹形式存在的牙釉质沉积。这么一来,就能确定生物个体生命中重大事件的发生日期,比如出生或断奶,因为这些事件都会在牙釉质中留下痕迹。

    通过对牙齿微观结构的观察,我们发现南方古猿的发育速度很快,与黑猩猩的发育速度很接近。图尔卡纳男孩的发育速度相对缓慢,但与我们人类还是大有不同。

    多种用途的两面器

    如果我们在定义自己的物种时坚信历史和史前史所示的人类和智慧长久以来的特征,那我们或许不会自称智人,而会自称工匠人(Homo faber)。

    ——亨利·伯格森(Henri Bergson),1920

    与图尔卡纳男孩同时出土的还有一些砍砸器,和能人制造的砾石砍砸器类似。不过,在这个时期,非洲大陆上已经出现了新的工具——两面器。所谓的两面器,是指加工成杏仁状的石头,多多少少呈椭圆形或三角形,两个侧面做了对称加工,两面之间是锋利的刃口。

    迄今为止发现的两面器最早可追溯至大约170万年前,都是直立人制造的。直立人还制造了与两面器类似的手斧,二者的区别在于,手斧的一个面未经加工,且刃口几乎与其自身中轴垂直。制造过程中产生的碎片,直立人也不会丢弃,而是通过打磨将其改造成较小的工具。

    属于阿舍利文化的石质工具

    根据1872年在圣阿舍利(法国亚眠下辖地区)发现的两面器,人们将这个文化命名为“阿舍利文化”(Acheulian)。阿舍利文化紧接奥杜韦文化而来,但二者的石器制造技术在时间和空间上都有所重叠。奥杜韦文化和阿舍利文化共同定义了旧石器时代早期。

    人们先后在近东和印度发现了两面器,其历史可追溯至大约150万年前。欧洲最早的两面器诞生于距今65万年前后。阿舍利文化在大概30万年前逐渐被最初的智人和尼安德特人特有的莫斯特文化(Mousterian)所取代。

    两面器的产生是重大技术变革的结果。这是因为两面器的制造有两个前提:首先,要事先对所需工具有精确的初步设想;其次,要拥有比制造砾石砍砸器更高超的手艺。在两面器中,史前史学家还看到了有美感的外观,以及创造对称形工具的主观意愿,而这可比制造单纯满足具体用途的工具要复杂很多。

    另外,对于直立人怎么使用两面器,我们依然没有头绪。当然了,两面器能用来切割肌腱、剥离关节或砸开骨头以获取骨髓,为直立人食用尸体提供了极大的便利;在牛尸上进行的试验也为此提供了佐证。但是,两面器的造型多种多样,想必还有其他用途,比如挖掘土地、砍斫树干、刺穿皮肤甚或击打对手(参见《狩猎与传统》)……此外,还可以通过不断的打磨对工具进行改造并改变其用途。

    随后,在距今50万年前后,出现了以骨头或鹿角制成的“柔软”手锤,这使得打磨的精度更高。借助这种手锤,直立人使用在远方发现的奇石精心制造了用于祭祀或象征威望的两面器。

    新面貌

    猴子共有193种,其中192种身披毛发,唯一一种全身光滑无毛的猴子自称为智人。 ——德斯蒙德·莫里斯(Desmond Morris),1960

    有些古人类学家,比如丹尼尔·E. 利伯曼(DanielE. Lieberman),将直立人的奔跑能力视作人类世系演化的关键因素。出色的体能加上可用作武器的先进工具,使直立人成了人类历史上第一个真正的猎手。

    在稀树草原上,许多动物跑得比人快,但能与人类一样长时间奔跑的却少之又少。人类的真正特长其实是耐力!我们可以非常容易地想象直立人通过追逐而累垮猎物的画面。当然,这里说的猎物可不是那些体形庞大的野兽,而是羚羊或野兔这样的小动物。

    直立人之所以善于奔跑,是因为获得了修长双腿之外的新特征。直立人身材更加苗条,胸腔更加呈圆锥状。由于摄取的植物性食物减少,它们的肠道变得更短,腹部也变小了。由于身处热带,它们应当出汗很多。汗液的蒸发快速消散了肌肉运动产生的热量,这是调节体温的有效方式,而动物往往因为不能这样调节体温而耐力受限。

    直立人大量出汗,是因为皮肤上有数以百万计的汗腺,这意味着直立人已经失去了祖先曾长有的绝大部分毛发。至于人类是什么时候失去毛发的,化石没有给出任何信息,但失去毛发与善于奔跑有所关联并非毫无根据的假设。

    为了了解得更多一些,我们可以问问……虱子!所有灵长目动物的身上都有寄生虫。在今天的人类身上,甚至生活着好几种不同类型的虱子:头虱、体虱、阴虱。这几种虱子之间互有亲缘关系,与黑猩猩或大猩猩身上的虱子也有相似之处。通过分析它们的DNA,我们得到了与人类演化有关的非常有趣的信息。事实上,头虱和体虱是近亲,十来万年前才开始分化,而它们的分化可能与衣物的诞生有关。另外,它们与生活在黑猩猩身上的虱子还有共同祖先,这个共同祖先生活在大约560万年前,而人类和黑猩猩两个支系差不多就是在这个时候分道扬镳的。

    人科物种身上虱子的系统发生树

    至于阴虱,则与生活在大猩猩身上的虱子亲缘关系较近,二者在约330万年前发生分化。在此之前,虱子应当可以轻而易举地在人亚族和大猩猩族之间传播,至于传播途径,或许是人亚族和大猩猩族重复使用每日在树下形成的枯枝落叶层。不过,两种虱子的分化表明其生存环境变得有所不同,这或许与第一批人属失去毛发脱不了干系。于是,原本生活在大猩猩身上的虱子继续在大猩猩的每一寸毛发中繁衍生息,而生活在人属身上的虱子最终选择蜗居在阴部。这么说来,失去毛发应当比人类诞生还要稍早一些!

    毛发的减少还产生了另一个结果。赤道地区光照强烈,这就要求对皮肤提供强有力的保护,以使其免受危险的紫外线的伤害。在毛发的保护下,南方古猿的皮肤可能呈浅色,就像经常在现存猿猴身上观察到的一样。而原始人裸露在外的皮肤中快速积累了大量黑色素,在保护皮肤的同时,这种物质还或多或少给现代人类皮肤着色。

    “开枝散叶”的原始人

    迄今发现的原始人属物种遗骸,构成了一幅马赛克镶嵌画,各个物种随着最新的解读、重建和发现改变着自己的位置。如上所述,人们已经描述了能人、鲁道夫人和直立人,这三个物种似乎曾经共存,或者至少在某些时期共存。

    有些研究人员质疑是否应当将人属分成几个物种。他们的主要依据是1991年至2005年在格鲁吉亚德玛尼西发现的工具和骸骨,其中有五个保存相当完好的颅骨,均可以上溯至大约180万年前。第五个颅骨,代号为D4500,与五年前出土的一个下颌骨极为相配,其脑容量约为550毫升,接近能人的最小脑容量,面部与直立人类似,牙齿则与鲁道夫人相仿。另外四个颅骨的脑容量稍大,为630毫升至700毫升。这些颅骨和颌骨均具有镶嵌演化特点;兼而有之的原始特征和衍生特征,将它们与同一时代的全部人属物种(能人、鲁道夫人、匠人)关联起来。

    然而,这些在同一个地方发现的属于同一个时代的颅骨大有可能属于同一个种群。最初对它们进行描述的研究人员认为,这些颅骨在不同的地点出土,彼此之间差异很大,应被视为五个不同的物种。实际上,它们的差异之处应归因于年龄的不同:牙齿分析结果表明,一个颅骨的主人当属“英年早逝”,而另一个牙齿掉光的颅骨,显然来自一个垂暮老者。此外,还应当考虑它们的性别和种群内部的个体变异性。

    2013年,颅骨的发现者——大卫·罗德基帕尼泽(David Lordkipanize)及其同事——发布了关于这个种群的分析报告。在他们看来,在个体变异性方面,这个种群足以与人类或黑猩猩等量齐观。正因如此,他们提议将这一时期的人属生物全部划入同一个物种——直立人。不过,由于忽略了与其他地区出土的化石的实际差异,这种“一刀切”的归并方式没有得到全体古人类学家的赞同。

    德玛尼西出土的五个颅骨的3D复原图

    2013年,美国古人类学家李·R. 伯格(Lee R. Berger)带领考古队在南非的新星(Rising Star)洞穴——距离他发现南方古猿源泉种的地方仅有1 000米远——发现了大量的骨骼化石。总数超过1 500件,来自至少15个年龄各异的个体,通过拼凑可以得到几乎完整的骷髅。这一发现——至少在数量上——堪称古人类学史上最为重大的发现,也为“枝繁叶茂”的人类演化树增添了新的枝叶。

    与南方古猿类似,这些骸骨兼具原始特征和现代特征,身材短小,脑容量也小(约为500毫升),乃至于李·R. 伯格将其视为新物种,命名为纳莱迪人(Homo naledi),并将其视为人类的潜在祖先。纳莱迪人的手臂适于攀缘,但双手似乎能够进行精细操作,髋关节与露西类似,双足则极具现代特征。同南方古猿源泉种一样,纳莱迪人也表现出兼具原始特征和衍生特征的镶嵌演化现象。而某些骨头,比如股骨,则带有在南方古猿和现代人身上都前所未见的独特细节特征。

    一般而言,骸骨大量累积是掠食者进食或地下河冲刷造成的。由于遗址里没有发现羚羊或其他动物的骸骨,李·R. 伯格断定这个遗址应当是纳莱迪人丧葬行为的结果。不过,绝大多数专家都不认同这个假说,因为如果这个假说成立,那就意味着纳莱迪人已经学会了使用火,否则它们是无法抵达洞穴底部的,然而,迄今为止尚未发现脑容量那么小的人亚族成员会使用火。

    起初,经过测定,骸骨的年代为大约200万年至100万年前,这就很难确定其在人属中的演化位置了。2017年人们进行了第二次测定,确定其年代仅为大约30万年前,这样一来,解释它们在人类系谱图中的位置变得更加复杂。尽管骸骨数量众多,但这些年代上的问题使众多研究人员不得不就纳莱迪人的演化位置乃至其是否仍可被归为人属进行激烈的辩论。此外,在尚未于科学期刊中详细描述考古发现前,李·R. 伯格就将其大肆展示并发表在大众杂志上,学界对此也是持保留态度的。

    第四章 去往世界尽头

    如今,智人已经遍布全球。所有的发现和证据都令人猜想人类起源于非洲。如果果真如此,那我们还需要弄明白下面这两个问题:我们的祖先是怎么迁移并占领其他大陆的?这些迁移的原始人在现代人的诞生过程中发挥了什么样的作用?

    走出非洲

    解决方法路上找。 ——古代谚语,传为第欧根尼所言

    许许多多的考古发现将人类祖先走出非洲并逐渐占领欧亚大陆新地盘的日期向前推,而且越推越远。

    虽然已经成了约定俗成的用语,但是“走出非洲”这个说法并非没有缺陷。“走出非洲”,给人的感觉像是一蹴而就,而事实上,我们的祖先是追随着角马或斑马迁徙的脚步逐渐扩大自己的分布区域的。角马或斑马的迁徙受制于气候变化,追随着它们的步伐,以打猎和采集为生的原始人便得以探索新的地域。或许,这些原始人也曾短暂地面临人口增加的压力。其探索行为并非出于自愿或事先规划,而是时快时慢的整体移动,在几千年间不断持续进行,且在个体层面几乎难以察觉。即便每一代人的移动距离可能都不到10千米,在几万年的持续迁移中,还是有些原始人能够到达远东的,而大部分年代测定技术的精度甚至还达不到几万年。

    在红海和里海之间的德玛尼西(位于格鲁吉亚)发现的人属物种化石证明,远在大约180万年前,原始人的足迹便已踏上欧亚大陆。它们使用的工具不过是造型简单的砾石砍砸器,与能人制造的工具类似。还有人提出,人类走出非洲大陆的日期其实更早。2016年,在印度北部的马索尔(Masol)挖掘点出土的牛科动物骸骨上发现了食腐的痕迹。随着这些骸骨出土的也有砾石砍砸器,其年代甚至可以追溯至距今260万年。

    改变

    在迁移过程中,原始人面临着与非洲大陆截然不同的生活环境。生活环境、生活方式及周围物种的不同,导致它们沿着不同的演化路径分化,尤其是在出现了长期的地理隔离后。领地的不断扩大,伴随着纷繁丛杂的演化,最终导致多个人属物种的诞生。

    1891年,欧仁·杜布瓦在印度尼西亚的特立尼尔(Trinil)挖掘点发现了历史上第一个直立人化石,并将其命名为直立猿人。随后,在爪哇岛发现了这个物种的其他骸骨,比如可以追溯至大约80万年前的桑吉兰(Sangiran)颅骨。从1921年到1937年,在北京附近的周口店出土了属于同一物种的大量骸骨,起初人们将其命名为中国猿人(昵称“北京人”)。可惜,二战期间,这些化石在运往美国的途中全都消失在了茫茫大海上。

    到了20世纪50年代,古人类学家达成了共识,将在亚洲发现的这些化石全部归为“直立人”。直立人五官粗犷:眉骨粗壮,眼眶后侧颅骨缩小,额头后倾,臼齿较大,几无下巴(参见第62页插图)。颅骨向后伸长,像是在枕骨上盘起的发髻。颅骨骨壁极为厚实。脑容量通常在800毫升至1 100毫升之间(如果将德玛尼西发现的化石也考虑进来,那这个数值还要减小)。颅盖的形状很有特点。直立人的颅骨骨壁向着头顶的方向收缩,而智人颅骨的最宽处位于头颅中部。

    然而,亚洲的直立人与非洲的直立人并无根本性的差异。1978年在中国云南大理发现的距今26万年的颅骨与在赞比亚发现的年代稍古老些的卡布韦(Kabwe)颅骨及在希腊发现的佩特拉罗纳(Petralona)颅骨非常相似。这些相似之处令人猜想,直立人在旧世界广泛分布,且没有出现大的分化。尽管四散在世界各地,直立人各个群落之间的基因交流或许仍在进行,并没有发生具有决定性意义的中断。

    最初的欧洲人

    欧洲最为古老的人亚族化石是2018年在西班牙奥尔塞(Orce)发现的一颗人亚族生物牙齿,其年代约为距今140万年。除此化石孤本以外,已经证实的最为古老的欧洲人亚族骸骨发现于西班牙阿塔普埃尔卡(Ata-puerca)的几个矿层里。

    在“象坑”(Sima del Elefante)里,出土了几个人亚族骸骨化石和一些人亚族活动的痕迹,还有几件奥杜韦风格的工具。经测定,这些骸骨化石的年代为距今120万年,被认为是直立人。与此相比,邻近的格兰多利纳(Gran Dolina)洞穴的骸骨更加丰富,共出土了距今78万年的约80件骨骼碎片。由于与直立人的骨骼稍有不同,这些骨骼碎片被命名为前人(Homo ante-cessor,又称先驱人)。前人使用的工具也是砾石砍砸器,没有一丁点儿两面器的特点。2013年,在英国黑斯堡(Happisburgh)的海滩上发现了同一年代的脚印,研究认为是两个成年原始人和几个儿童留下的。

    凭着另一个年代更近的矿层,阿塔普埃尔卡挖掘点享誉世界,这便是被称为Sima de los Huesos的“骨坑”。自1984年开始挖掘以来,坑中已经出土了几个完整颅骨和6800余件其他骨骼,它们属于距今大约43万年的至少28个个体。今天,这些古人类被命名为海德堡人(Homo heidelbergensis),其身材高大强壮,男性平均身高为1.7米,女性平均身高为1.57米,男女之间的身高差与我们差不多。海德堡人能够制造阿舍利风格的两面器。

    海德堡人的骸骨兼具原始特征和衍生特征:它们拥有与直立人相似的粗犷面部;两个眼眶上方均有眉骨,但直立人的两个眉骨是连在一起的;脑容量为1 230毫升,比亚洲直立人的脑容量平均值高出很多。一些解剖学特征,比如不明显的颧骨,令人将它们与稍晚时候生活于同一地区的尼安德特人关联起来(参见第94页《欧洲的尼安德特人》)。此外,DNA分析结果也显示海德堡人可能是尼安德特人的直接祖先。

    另一些在欧洲发现的年代更近的化石也表现出类似的特征,比如亨利·德·拉姆利(Henry de Lumley)团队于1969年在法国东比利牛斯省阿拉戈(Arago)洞穴发现的距今45万年至30万年的陶塔维尔人(TautavelMan),或在德国发现的施泰因海姆(Steinheim)颅骨和在希腊发现的佩特拉罗纳颅骨。许多专家都将它们视为海德堡人。在一些研究人员看来,海德堡人是严格意义上的欧洲人种,是从至少100万年前来到欧洲的直立人发展而来的“前尼安德特人”。在演化过程中,这些直立人想必经过了前人阶段。

    假说一 人属多个物种的两种系统演化关系假说
    假说二 人属多个物种的两种系统演化关系假说

    然而,即便直立人、前人、海德堡人这几个不同的类群相继出现并生活在同一地区,却没有任何证据表明它们互为亲代子代。理论上讲,一些类群非常可能灭绝且没留下任何后代,并被来自其他地方的新种群所取代。

    于是,另一些研究人员就认为,直立人至少曾经两次向欧洲移民。第一拨移民在120万年前抵达欧洲,它们是前人的祖先,但在60万年前的大冰期期间全部消失了。或许,来自非洲的原始人取代了它们;这些原始人是尼安德特人的祖先,拥有更大的大脑并带来了阿舍利文化。

    在这种情况下,海德堡人就是一个欧非物种。在大约30万年前,海德堡人在欧洲诞下了尼安德特人(以及丹尼索瓦人),并在非洲诞下了智人。在此需要明确说明一下,某些被视为海德堡人的化石,特别是卡布韦颅骨,最初被命名为罗德西亚人(Homo rhodesiensis)。许多专家提议将二者统一归入海德堡人名下,但另一些人仍坚持将二者区分开来的做法。

    狩猎与传统

    无论是晚期直立人还是海德堡人,它们都是优秀的猎手,能够猎杀大型动物,比如马甚或犀牛。也是它们最先在长矛上安装尖利的石头以增强杀伤力。在英国博克斯格罗夫(Boxgrove)曾经发现了一块似乎曾被燧石刺穿的马肩胛骨,其年代为距今50万年。

    同样,在德国的舍宁根(Schöningen)发现了三件40万年前制作的标枪。标枪为木质,长达两米,保存状况极佳。标枪被精心切削成流线型,重心位于距前端三分之一处,以便投掷。

    猎杀大型猎物是一项非常复杂的活动,需要参与者之间的高度配合。某些研究人员认为,这项活动证明了参与者之间还存在精心设计的沟通语言。在“骨坑”中曾经出土了两块舌骨。舌骨位于咽部上方,是舌头肌肉和咽喉肌肉的附着点,在产生语言的过程中发挥着重要作用。阿塔普埃尔卡发现的舌骨与尼安德特人和智人的舌骨相仿,但这并不足以证明海德堡人拥有语言。

    另一个问题涉及埋葬行为。同样是在“骨坑”,所有的骸骨都集中在同一个地点。一些研究人员猜想,它们是在死后被有意丢进坑里的,而且一同丢进坑里的还有漂亮的红黄色两面器。不过,有确切证据的安葬行为是在更近的年代(大约距今10万年)才发生的。

    在出土的骸骨中,有个颅骨的额骨上有两处骨折。根据对骨折情况的详细研究,这个人应当是在致命的搏斗中被敌人用同一件武器两次猛击头部而死的。这么一来,这个颅骨可以算是一桩最古老悬案的证据了。

    许多挖掘点都发现了食人的痕迹。在格兰多利纳洞穴发现的骸骨中,不少被斩首,骨头上布满被砍的痕迹,还被砸开以吸食骨髓,处理方式和动物(野牛或鹿)骨头别无二致。究竟是为了生存而不得不食人还是祭祀性的食人,现在已经不得而知。由于许多受害者都是儿童,人们猜想当时的原始人视邻近部落的年轻人为捕猎对象。这种行为在陶塔维尔也有发现,在当时似乎相当普遍且并未随着时间的推移而消失。

    火的掌控

    乌拉穆尔人(Oulhamr)逃进了可怕的黑夜里。他们痛苦不堪、筋疲力尽,在圣火已灭的终极灾难面前,一切似乎都失去了意义。 ——J.H. 罗斯尼·埃内,1911

    火,是人类驾驭自然的最古老象征之一。在能够自行生火前,我们的祖先或许先是学会了如何掌控并利用雷电或火山喷发引发的火。

    迄今为止,考古学家已经发现了许许多多与火有关的遗迹,有木炭,也有因受热而崩裂的石头。不过,区分自然火灾的痕迹和人工生火的遗迹已非易事,证明某个火堆的确是某个原始人类点燃的更是难上加难。

    在南非奇迹洞(Wonderwerk Cave)发现的古老篝火遗迹(可追溯至距今100万年)似乎是烤炙骨头留下的。原始人应当是使用了取自大自然的火来烹饪肉食。如此一来,有些研究人员认为,人类开始烹饪食物的时间远远早于炉灶的出现。但是,依然无法确定这个时期的原始人是否确实学会了使用火。

    生火方法

    原始人主要使用两种方法生火。第一种方法利用两块木头相互剧烈摩擦产生的热量引燃干草,遗憾的是,用来取火的木制工具几乎没有留存下来。第二种方法利用的是燧石突然摩擦富含硫化铁的石头时产生的火花(两块燧石相互摩擦是没有用的),这种生火工具出现的年代较晚(距今不到3万年),留下的遗迹也极为罕见。

    已经确认的最古老的炉灶出现在距今约40万年,人们在法国布列塔尼的梅奈兹——德雷冈(Menez-Dregan)遗址和中国北京的周口店遗址都发现了原始人搭建的炉灶。这些炉灶呈圆形,以煅烧后的石头垒成,炉灶中有灰烬和木炭,还伴有其他原始人类活动的痕迹,比如动物骸骨或石质工具。

    当然,火有着多种用途。火可以驱散掠食动物,可以温暖并照亮营地或住所,可以加热矛尖使其变硬,可以为石头切削提供便利,还可以弄熟食物并有助于保存肉或鱼。对于来到了高纬度地区的原始人而言,燃起的篝火延长了它们在日落后或冬天里的交流时间,进而在它们的社会化过程中发挥了某种作用。

    烹饪食物时会散发出诱人的香味。不能生吃的食物在弄熟后也会变得美味可口。火还能降低因食物腐坏或感染致病微生物而导致中毒的风险。另外,弄熟之后,块根和块茎的咀嚼和消化消耗的体能更少,也更容易消化吸收,并为机体提供更多的能量。原始人就不必再花费大量时间寻找食物。这样看来,煮熟食物与人属大脑的增大和牙齿的减小或许有着一定的关系。

    第五章 其他人属物种

    我们智人的祖先曾与其他人属并肩同行。显而易见,这些人属与我们的祖先拥有相同的远祖,但在进化的道路上,它们与我们的祖先分道扬镳了。也许,我们的祖先和它们都视彼此为同类,并曾共同生儿育女,但由于差别实在太大,不能合而为一。这些“其他的人属”,在我们的历史上书写了迷人的篇章,使我们得以遐想自己可能会成为的模样。尼安德特人在大约4万年前灭绝了,而我们的祖先则生存了下来。比起它们的存在,尼安德特人的灭绝更令我们着迷。

    欧洲的尼安德特人

    在“其他人属”中,尼安德特人是当今最为知名的,或许也是与我们最接近的。一个半世纪以来,史前史学家就尼安德特人与我们的异同展开了旷日持久的探讨,与我们如此相似却又和我们如此陌生的尼安德特人,深深地吸引了公众的注意。

    在很长的一段时间内,尼安德特人被视为我们的祖先。后来,尼安德特人被降格为近亲,成为智人下面的一个亚种。再后来,尼安德特人被从智人中分离出去,成为与我们不同的新物种。1997年,通过分子生物学领域的研究,人们先是确认了尼安德特人与人类的分野,随后发现了两个物种之间的杂交特征。

    根据“骨坑”出土化石的DNA分析结果,在大约76.5万年前至55万年前,智人(现代人的直系祖先)

    根据西班牙“骨坑”出土化石的DNA分析确定的现代人类、尼安德特人和丹尼索瓦人的共同起源示意图

    和尼安德特人的共同祖先海德堡人生活在非洲的某个地方(参见第140页《史前DNA》)。海德堡人是直立人的后代,但与直立人并无太大不同,只是比直立人稍微高大一些,也稍微更像人类一些。海德堡人的一些后代后来到了欧洲,并在欧洲继续演化,最终形成了尼安德特人。

    尼安德特人在演化过程中也发生了变化:生活在10万年前的尼安德特人与生活在40万年前的前尼安德特人是有所区别的,尽管后者已经具有了某些标志性的特征。为了更好地与智人相区分,人们往往描述的都是后者,它们的化石是19世纪发现的史前原始人化石的组成部分。

    尼安德特人和智人的颅骨对比

    与同时代的智人相比,尼安德特人的个头较小(男性身高1.7米、女性身高1.6米)。尼安德特人面容粗犷,骨头厚实,肌肉强健。与我们相比,尼安德特人的颅骨较大但偏低,呈伸长状,平均脑容量比我们大,为1 500毫升。相应地,尼安德特人的面部较大,且向前凸出,鼻子大而长,颧骨不太明显,额头后倾,下巴也向后倾斜,与智人的外貌迥异。

    尼安德特文化

    最为古老的尼安德特人生活在阿舍利文化时期,能够制造两面器。到了大约30万年前,在继续制造两面器的同时,尼安德特人开发了新技术,即“勒瓦娄哇”(Levallois)切削技术(以在巴黎近郊勒瓦卢瓦采石场发现的石质工具命名)。原石(或石核)经过一系列击打除去碎屑后,再一击定型,得到设想的工具。

    使用这种切削方法时,不但要对所用材料有很好的了解,还要拥有相当的手艺。这种方法增加了用一个石核制造出的工具的数量。由勒瓦娄哇切削技术得到的石片和尖状器定义了一个全新的石器文化——莫斯特文化。从时间上看,莫斯特文化对应的是距今30万年至4万年的旧石器时代中期。

    勒瓦娄哇切削技术器
    属于莫斯特文化的石质工具

    莫斯特文化在欧洲与尼安德特人相关联,在非洲却与早期智人相对应。究竟是欧洲的尼安德特人还是非洲的早期智人发明了这项制造技术,我们无从知晓。是它们分别独立发明了这项技术吗?还是它们之间的接触实现了新技术的传播呢?而2018年在印度发现的距今38.5万年的勒瓦娄哇风格的工具,更是使得笼罩在这项技术上的迷雾变得越发浓重。

    尼安德特人非常关注所用燧石的属性。人们发现,尼安德特人通常只开采居住地附近的石头(5千米范围内),却将制造的工具携带到很远的地方(超过50千米)。它们占据了许多岩洞作为住所。或许,它们在露天自建的住所都是轻型建筑,所以没有留下任何痕迹。在它们的住所里,炉灶很常见,也使用了很长时间。

    为了将尖状器固定在长矛上,尼安德特人会使用桦树的树皮制作黏胶,为此,需要按照精确的程序将树皮缓慢加热至一个相当低的温度。尼安德特人猎杀驯鹿和野马,也不放过原牛(现存家牛的祖先)和犀牛这些凶猛的动物。骸骨化石显示,一些尼安德特人曾经骨折,其伤痕形状与今天的牛仔驯服野牛时骨折的伤痕相仿。领地偏北的尼安德特人占据了和狼类似的生态位,食物中有丰富的动物性食物。

    领地偏南的尼安德特人主要以植物、蘑菇和小动物(鸟、龟、鱼等)为食。由于冰期导致海平面变化,尼安德特人在海岸上的大部分居住点都消失了,但西班牙南部洞穴中发现的遗迹说明,这一食性在尼安德特人的演化历史上发挥了重要作用。尼安德特人能够用火烹饪食物,但并不是一直都这么做,也不是每个地方的尼安德特人都会这么做。一些古人类学家猜想,尼安德特人并不会生火,所以在某些居住点或在某些时期没有炉灶。不过,也有可能是因为在罕有木材的草原上很难维持火焰的持续燃烧吧。

    人们同样注意到,尼安德特人身上没有智人拥有的AHR基因变体。肉类在烧烤时会产生有害分子(致癌的多环芳烃类物质),而AHR基因的作用就是降低这些物质的有害影响。智人似乎经历了AHR基因的强烈选择,尼安德特人则没有。

    此外,与它们之前的(和之后的)人属生物一样,尼安德特人也经常有食人行为,正如法国阿尔代什省的穆拉——盖尔西(Moula-Guercy)遗址所示。

    牙垢的用处

    骨头部分由胶原蛋白构成。在胶原蛋白中,氮原子以不同形式(无放射性的同位素)存在,尤其是异常丰富的氮—14和非常稀少的氮—15。氮—14和氮—15这两种同位素所占的比例因个体死前十年间的饮食不同而异。实际上,植物中会富集少量的氮—15,食草动物中富集的氮—15比植物中稍微多一些,食肉动物中富集的氮—15又比食草动物中多一些。借助同位素化学的研究方法,能测定元素的比例。尽管年代久远,化石中依然含有少量的胶原蛋白,由此便可测定氮—14和氮—15的含量。氮—15含量高的,就说明食性偏肉食。

    此外,提取化石中的DNA并对其进行分析测序是另外一项应用日益广泛的化学技术。有待提取并测序的不是骨头中的DNA,而是牙垢中甚或洞穴土壤中含有的DNA。牙垢能够提供与食物相关的信息。即使在洞穴里没有发现任何骨骸,也可以弄清楚谁曾在洞穴里居住过或者什么东西曾经在洞穴里被吃掉。我们就是这样识别出了鬣狗和熊——后者常居住在洞穴里——以及猛犸象、犀牛、驯鹿和马,当然还有人类。虽然尼安德特人没有留下任何可见的遗迹,但我们依然发现它们曾经在洞穴里待过。

    同样,通过分析身份不明的残骨的蛋白质(其实是古蛋白质组),也能弄清楚残骨属于什么物种,如果是人亚族的残骨,还可以弄明白它与已知谱系的基因相近度。

    尼安德特艺术家

    在几十万年的历史期间,尼安德特人的切削技术几乎没有任何改变。不过,在大约4.5万年前,差不多在第一批智人抵达欧洲的时候,不少文化上的创新横空出世。这些创新是文化同化现象,还是尼安德特人对智人技术的模仿,抑或是演化将尼安德特人推向了新的方向,现在已经不得而知。至今,史前史学家仍在就此进行激烈的争论。

    其实,上述问题只是尼安德特人禀赋大辩论的冰山一角。在很长一段时间内,人们一直认为,迥异于智人的尼安德特人虽然拥有硕大的脑袋,但并不能进行创新,也没有任何艺术才能。然而,近期的发现对这种负面看法提出了质疑。

    在意大利的一处尼安德特人居住地,人们发现了被拔去了羽毛的鸟的骸骨。这些鸟不是普通的鸟,而是秃鹫和胡兀鹫,它们的肉又硬又难闻。即便不了解尼安德特人的口味偏好,也可以猜想它们不是为了食用鸟肉而是要用鸟羽做饰品。

    同样,尼安德特人也使用红赭石,有可能是为了装饰自己的身体或者在岩壁上作画。2018年,人们在西班牙发现了距今6.5万年(比智人抵达欧洲的时间早2万年)的岩画,这被认为是尼安德特人的作品,它们不但画了动物和几何符号,还留下了自己的手掌印。

    不过,这处遗址的年代测定仍有争议,但另一处遗址的年代测定却是确凿无疑的。2017年,在法国的布吕尼凯勒(Bruniquel)洞穴里,发现了用石笋建造的环形建筑。经测定,其年代为距今约17.5万年,彼时在欧洲大地上生活的人亚族物种只有尼安德特人。为了完成这些功能未知的环形建筑,它们还点燃了木头和骨头取火。

    最后,许多的墓葬证明,尼安德特人会保护亡者的尸体。由于它们不像后来的智人那样在掩埋亡者时埋入陪葬品,我们也不清楚它们是否会为亡者组织葬礼。

    冰期的幸存者

    由于某些历史原因——史前史研究始于西欧,大部分尼安德特人遗址都是在西欧发现的,但那里仅占尼安德特人疆域的五分之一,实际上,尼安德特人的活动范围直至西伯利亚边缘。它们曾在欧洲和中亚生活了几十万年,度过了好几次冰期和温暖的间冰期,曾在泰晤士河畔猎杀河马,也曾在西伯利亚追逐长毛犀牛。气候变化有时是非常迅速的剧变,持续不超过一代人的时间。

    尼安德特人的栖息地时常被严酷的气候弄得支离破碎,人口数量也经历了数次明显的衰减。据估计,整个欧洲范围内的尼安德特人总数不超过6 000,这减少了不同族群之间的交流,或许还限制了文化演化的可能性。DNA测序结果显示,在西伯利亚发现的一位女性尼安德特人是近亲交配的产物(父母是同父异母或同母异父的兄妹或姐弟,甚至是舅甥或叔侄),而且近亲结合在它的祖上非常频繁。气候条件和隔绝状态似乎塑造了它们的历史。

    尼安德特人的解剖特征或生理特征,究竟是隔离的体现还是适应生活环境的结果呢?人们猜想,粗壮的身材和短小的四肢是它们适应寒冷气候的结果,因为这种身形能够减少热量散失。在它们的DNA里,也找到了适应环境的体现(参见第140页《史前DNA》)。在尼安德特人体内,参与黑色素合成的MRC1基因拥有一个让其效率降低的突变。这意味着,尼安德特人皮肤和头发的颜色比非洲远祖的更浅。它们生活的地区光照较弱,患皮肤癌的风险较低,但缺乏维生素D的风险有所升高。而皮肤黑色素含量较低的话,有助于吸收维生素D合成所需的紫外线。

    丹尼索瓦人

    从今天起,我们可以大声宣布,人类类群比我们想象的更加多种多样、更加人丁兴旺,而且在演化过程中,同样也受到放之四海而皆准的生物规律的约束。 ——马塞兰·布勒(Marcellin Boule)

    如上所述,60万年前抵达欧洲的海德堡人似乎是尼安德特人的祖先。根据“骨坑”出土骸骨的DNA分析结果,海德堡人还有另一个后代——丹尼索瓦人!

    丹尼索瓦人的发现时间是2010年,发现方式非常独特,因为我们对它们的了解仅限于DNA。它们的名字取自西伯利亚的丹尼索瓦洞穴(Denisova Cave)。为了测定一个尼安德特人的基因组序列,研究人员在丹尼索瓦洞穴里提取了一些骨骼。但是,一块指骨中发现了意料之外的DNA,这个DNA既不属于智人又不属于尼安德特人,但是与尼安德特人的DNA比较接近。最终,研究人员得出结论,这个DNA属于一个新的物种,但是,除了这块指骨和一颗具有原始特征的牙齿以外,我们对这个物种的形态一无所知。人们将这一物种命名为丹尼索瓦人。在大约4万年前,这些丹尼索瓦人来过这个洞穴。

    丹尼索瓦人于大约43万年前与尼安德特人分化。DNA显示,丹尼索瓦人的种群数量较为庞大,或许占据了很大一片区域,说不定直至东南亚。此外,丹尼索瓦人的DNA里含有尼安德特人和智人的DNA里没有的未知基因。这些基因有可能是它们通过与直立人杂交而获得的;直立人在此之前很久就走出非洲,并在亚洲一直生活到比我们想象中更晚的时期。

    我们对丹尼索瓦人的外貌一无所知,因为迄今为止尚未发现任何丹尼索瓦人的骨骼化石;我们对丹尼索瓦人的文化也一无所知,因为尚未发现任何与它们有关联的原始工具。一些古人类学家提出,某些神秘的化石应该属于丹尼索瓦人,比如在中国辽宁金牛山发现的一具女性骨骼化石或1982年在印度发现的距今至少24万年的讷尔默达(Narmada)头盖骨化石(这个化石最初被认为属于晚期直立人或早期智人,随后被归为海德堡人)。不过,这些纯属假说,丹尼索瓦人身上依然迷雾重重。

    弗洛里斯的“霍比特人”

    2003年,由澳大利亚和印度尼西亚研究人员组成的联合考古队在印度尼西亚的弗洛里斯岛发现了人亚族生物的化石。它们的颅骨有些类似爪哇直立人,不过非常小,脑容量只有380毫升;个头只有1米高,脚却大得出奇。研究人员根据托尔金的小说《魔戒》将它们昵称为“霍比特人”。

    这些化石可追溯至距今5万年,后来被命名为弗洛里斯人(Homo floresiensis)。尽管身材矮小,但它们并不是南方古猿,况且它们还能制造石质工具。一些古人类学家认为它们是直立人的后代,这些直立人到达亚洲之后由于隔离而演化出了矮小的形态。另一些古人类学家则觉得它们更像智人,是在更早的年代迁移到岛上的。2016年,在弗洛里斯岛上又发现了一块更小的下颌骨,其年代为距今70万年,似乎与直立人有亲缘关系。

    生活在岛屿上的许多动物的身材都会缩小,生物学家将这一现象称为“岛屿侏儒症”。食草动物会向着矮小的方向演化,因为矮小的个头使它们能够轻而易举地在比大陆贫瘠的岛屿上发现食物。弗洛里斯岛上的古象(大象的亲戚)肩高只有1.8米,而附近大陆上的古象肩高甚至能达到4米。或许,正是这种现象导致了弗洛里斯人身材矮小。

    其他人属物种的结局

    在5万年前,地球上生活着数个人属物种:尼安德特人、丹尼索瓦人、弗洛里斯人及其他幸存的原始人类,当然还有智人。但如今,只剩下了我们智人,其他人属物种都消失不见了。是什么原因导致它们灭绝的?是气候变化,还是智人入侵?我们只能对尼安德特人的灭绝提出几种假说。至于其他几个物种,我们的了解太过零碎。根据我们的DNA里留存的痕迹,丹尼索瓦人在智人到达亚洲后就消失了,对于丹尼索瓦人的历史,我们所知仅限于此。

    尼安德特人在欧洲生活了几十万年,度过了4次冰期和4次间冰期,直至智人的到来。尽管偶尔因为严寒和干旱背井离乡,尼安德特人还是很好地适应了环境。然而,尼安德特人的数量太少,而且散布在广阔无垠的领地上,由此导致近亲结合极为常见,这不利于它们适应新的状况,比如其他人属物种的到来。

    在大约4万年前,或许还要晚一些,尼安德特人灭绝了。具体的灭绝日期尚不可考,因为人们依然无法确定某些遗址的归属。另外,尼安德特人不是同时灭绝的。在西班牙南部(尼安德特人占据的最后一片领地),尼安德特人或许继续存在了几千年,但这里发现的遗址的年代测定结果并未得到所有专家的认可。极有可能,尼安德特人和智人曾在欧洲共同生活了好几千年。

    为了解释尼安德特人的灭绝原因,人们提出了各种假说。比如,剧烈的火山喷发(3.9万年前发生于意大利的火山喷发,火山灰一直飘到了俄罗斯)引发了突如其来的气候变化,最终导致了尼安德特人的灭绝;但是智人早在这次喷发之前就到达了欧洲。或者,智人传播了传染病,而尼安德特人对此没有免疫力;但是,尼安德特人种群散居各地,人口密度非常低,传染病是怎么扩散起来的呢?再或者,尼安德特人是被智人直接屠杀至灭绝的;就我们对自己所属物种的了解,这个假说倒也站得住脚,不过,已经发现的尼安德特人骸骨上鲜有直接暴力留下的痕迹,而且,如果真是智人将尼安德特人赶尽杀绝,尼安德特人又怎么可能继续生存几千年之久呢?

    尼安德特人和智人处于竞争状态:它们猎杀同样的动物,栖身在同样的岩洞之下。即便二者没有直接冲突,这终归不是长久之计,其中之一必然要出局。不过,尼安德特人有个优势——它们生活在祖祖辈辈一直生活的环境中。当然了,这些也都是猜想。有人提出,智人比尼安德特人更能适应环境,在必要的时候,能够从猎杀大型猎物转为捕杀小动物或捕鱼。可是,人们在尼安德特人身上也发现了这样的饮食习惯。

    或许,尼安德特人比智人低的生育率导致了竞争的加剧。同样,死亡率的不同进一步扩大了二者之间的差距。人们由此猜想,由于成年尼安德特人的大量死亡,只有极少的幼儿得到了祖父母的照顾,由此导致幼儿的存活率低,年轻人能够学到的生存技能也很有限。这就是所谓的“祖母假说”,不过这一假说缺乏证据的支撑。

    上文所述的这些要素,每一个单独拿出来都不足以导致尼安德特人灭绝,但每一个都能够弱化本就非常稀少的尼安德特人种群。或许,应将上述各种要素综合起来考虑:严重的人口危机和偶发的种族冲突,增加了尼安德特人在与智人竞争时的劣势,最终导致了尼安德特人的灭绝?

    第六章 最初的智人

    在尼安德特人、丹尼索瓦人和直立人踏遍欧亚大陆的每个角落的时候,人类的演化在非洲仍在继续。根据各种可能性,最初的智人正是诞生于非洲。数不胜数的化石和基因证据,为智人的演化史提供了支撑。然而,在成功使别人信服之前,研究人员遭到了不少的反对,而且,这些反对意见往往并不是科学上的,而是哲学或政治层面上的。

    智人的出现

    至少30万年前,最初的智人似乎出现在了非洲大地上。让—雅克·于布兰(Jean-Jacques Hublin)和阿卜杜勒瓦希德·本—恩赛尔(Abdelouahed ben-Ncer)的考古队2017年在摩洛哥的杰贝尔依罗(Jebel Irhoud)挖掘点发现的两个颅骨就可以追溯至这个年代。与众多其他化石一样,这两个颅骨兼具祖先特征和衍生特征。颅骨的牙齿很小,还有下巴和颧骨,同较平的面部一样,都是很现代的特征。牙齿的发育细节也说明他们拥有与我们相近的发育时序。

    两个颅骨的脑容量分别是1 300毫升和1 400毫升(现代人的平均脑容量为1 350毫升),但颅骨呈伸长状,这是一个明显的祖先特征。这两个远古智人骨头粗大,眉骨相当粗壮,面部也如海德堡人一样很大。然而,形态学统计分析的结果将这些细节归为智人颅骨变异性的范畴,这让他们成了已知最古老的智人。

    3D复原

    借助X射线微断层扫描技术(参见第63页《同步加速器带来的发现》),可以获得物体表面或内部结构的3D图像。这样一来,就能以虚拟的方式摆弄碎片,而无须将其从脉岩中取出,以免毁坏。此外,我们还能看到隐藏在骨骼内部的结构,比如内耳小骨。沉积层在化石上施加的压力会导致化石产生形变;而通过计算,我们就能够对形变进行校正,继而可以采用3D打印技术复制扫描对象。

    颅骨的数字化还有另一个好处。它能使解剖测量工作变得更加容易,还能借助统计工具对颅骨进行对比从而得出较为客观的结果。我们甚至能够量化个体发育带来的形态变化,并通过儿童颅骨来推测创建成人颅骨的3D图像。就像DNA测序技术出现时一样,新技术工具势必会带来能够处理更多信息的数码工具。

    扫描杰贝尔依罗挖掘点发现的化石后完成的早期人类颅骨3D复原

    在这个发现之前,人们将智人的诞生追溯至更晚近的年代。在南非的弗洛里斯巴德(Florisbad)以及埃塞俄比亚的奥莫基比什(Omo Kibish)和赫托(Herto)也曾发现具有类似特征的化石,其年代分别为26万年前、19.5万年前和16万年前。这些化石将智人的诞生地定位在东非,而杰贝尔依罗发现的化石似乎否定了这一结论。无论如何,数量稀少的化石不足以在时间和空间上精确定位某个事件,比如新物种的诞生(参见第53页《地域偏见》)。

    我们可以平行对比尼安德特人和智人的历史。这两个物种都向着脑容量大的方向演化,都发展出了比祖先更加复杂的文化。但是,除去骨骼上的差异外,智人的演化史上究竟发生了什么与众不同的故事呢?

    考虑到人亚族演化过程中体重有所增加,人亚族大脑的增大实际开始于约50万年前,而且尼安德特人和智人都曾经历这一过程。然而,DNA的对比显示,尼安德特人和智人在一些重要方面发生了分化,特别是神经系统的发育和功能。这些基因突变中的一部分,至今仍存在于现在的大多数人身上,这表明,这些突变受到了强烈的正向选择。

    正是通过孩子,我们才真正成为人。 ——让-雅克·于布兰,2017

    人们已经发现的突变里,有一些关系到胎儿的大脑皮层发育,另一些则参与神经元连接形成或与神经冲动传导的基因有关。此外,还有在语言和说话能力的习得过程中非常活跃的FOXP2基因。尼安德特人和智人拥有的FOXP2基因为同一版本,且与祖先的不同。不过,智人身上出现了调节FOXP2基因表达的突变,在语言演化过程中,它或许发挥了某种作用。

    胎儿和儿童各个发育阶段延长,是智人演化史上的关键事件。在一些古人类学家看来,这一转变实际上是一种形式的“幼态持续”。所谓的“幼态持续”,指的是生物个体在性成熟后仍然保留幼年特征。这种现象,在许多物种的演化过程中屡见不鲜,但在智人中,实际上并没有真正意义上的“幼态持续”。不过,胎儿的早产和幼年的延长,极大地提高了我们的学习能力,这在我们的演化史上产生了重大的影响。鉴于我们一生都保留着幼年的行为,比如难以满足的好奇心和对游戏的喜爱,说我们是“幼态持续”倒也站得住脚。

    既是智人又是现代人!

    接下来,非洲的智人一点一点获得了与我们相近的特征:骨骼较轻,颅骨较圆且稍小,面部缩小且更扁,下巴因颌骨和面部变小而显得突出。这些变化不是同步出现的:在面部获得更为现代的形态之后很久,颅骨才具有了现在的样子。

    智人诞生的具体细节尚不可考,那能否至少明确智人哪里与祖先不同并确定使其成为新物种的特征呢?根据以往的经验,这并不复杂:只要注意到我们独有的特征在骨骼化石上的出现或消失即可。

    不过,事情可没有那么简单!首先,尽管我们是“现代人”,但我们依然保留了一些原始特征,比如凹陷的眼眶使颧骨突显,而这些特征早就出现在南方古猿身上了!与此相反,尼安德特人颧骨较平的脸孔倒是个新的特征(即“衍生特征”),也就是说更“现代”!此外,最初的智人留下来的化石不但少之又少,而且同其他人亚族物种的化石一样,往往兼具原始特征和衍生特征。

    这个问题或许看上去无关紧要,但其实牵连甚广。实际上,当人们试图制定原始智人颅骨与现代人颅骨的区别标准时,就有将某些现代人颅骨排除在现代人范畴之外的风险,最终导致人们毫无根据地判定不同种族的现代性。过去种种将人类分门别类的尝试导致了什么后果,我们都很清楚(参见第177页《人类种族存在吗?》)。

    其实,并不存在公认的能将智人与其他人属物种区分开来的智人定义。自从DNA分析揭示了智人曾与尼安德特人和丹尼索瓦人杂交以来,这个问题变得更加复杂。实际上,一些古人类学家认为,应当扩大对我们所属物种的定义范围,将曾与智人杂交的全部物种涵盖进来。这种做法回归了生物物种的严格定义(物种是“互为亲代子代的或能够彼此交配繁衍后代的生物个体的集合”)。这些古人类学家主张将智人、尼安德特人、丹尼索瓦人归为同一个物种,这个物种下还将包括智人、尼安德特人、丹尼索瓦人的共同祖先海德堡人,甚至直立人。

    在动物界,杂交是平常现象,比如,由共同祖先新近分化而来的两个姐妹物种之间往往存在杂交现象。在大多数情况下,杂交后代的生殖能力较低或根本不能生育,由此导致两个物种难以融合或不能融合。不过,杂交可能性的存在,并不妨碍动物学家将物种区分开来,尼安德特人和智人就属于这种情形。

    此外,如果真的将我们这一物种的定义扩展至涵盖全部人属生物,那这个壮大的物种将具有比目前的智人或任何其他灵长目物种高得多的变异性。为了区分不同形态的人类,就得创造同等数量的亚种,这可一点儿也没有简化人属的“术语库”!所以,大部分古人类学家都认为,应当将智人这个名称保留给解剖学意义上的现代人。

    伊甸园

    众多研究人员认为,原始智人和现代人之间存在不连续性。根据他们的观点,人类演化史上应当有过“瓶颈期”,也就是导致物种多样性显著降低并改变物种演化路径的人口数量锐减期。

    这些研究人员的主要依据是,最古老的智人骸骨彼此之间差异非常大,而且与现今的人类相比更加多样化。同样,人类历史悠久,但人类的基因多样性却没有预期的那么高,人口数量可能是造成这种情况的原因之一。在大约20万年前至15万年前,或许是巨型火山喷发而引发的极端天气,导致智人陷入了繁衍的瓶颈期。智人的数量或许从接近1万锐减至寥寥数百。有些人甚至精确提出,我们的祖先随后逃到了非洲的最南端,那里当时属于地中海气候,环境条件更加宜居。

    也正是在南非,我们发现了智人在大约7.5万年前生活的遗址,这些遗址颠覆了我们对智人行为和能力的看法。滨海的布隆波斯(Blombos)洞穴里出土了为数众多的物品,类似物品通常被视为年代更近的人属物种所特有。当时生活在这个地区的智人善于利用海洋资源。他们用骨头或石头制作的尖锥捕杀登上海岸的海狮;他们采集贝类并在贝壳上钻孔,很有可能是为了制作项链;他们还在石头上刻画几何符号,这些符号也是人类历史上最古老的象征或美学作品之一。

    另一个证据来自现代人的线粒体DNA(mtDNA)。在对比了全球各地采集的线粒体DNA后,人们发现,现代人的线粒体DNA来自生活在大约20万年前(后重新测定为距今17万年至10万年之间)的共同祖先。换句话说,我们或许能够追溯到全体人类的祖先了!至少,当上述研究结果在1987年公布于世时人们是这样宣称的。很快,这个共同祖先就被冠以“线粒体夏娃”的绰号。随后,对Y染色体DNA的分析研究让人们找到了生活于大约14万年前的“亚当”。

    实际上,即便线粒体夏娃将她的线粒体遗传给了全体现代人,她也并非所有人类的祖先,也不是第一个女性智人。与线粒体夏娃同时代的其他女性也属于我们的直系尊亲,只不过她们的线粒体在她们通过儿子而非女儿参与种族繁衍的过程中被清除了。线粒体夏娃的唯一特殊性,在于她是我们现在可以通过母系血统追溯到的唯一女性。尽管如此,线粒体夏娃还是证明了人类非洲起源的唯一性,在非洲也观察到了最为多样化的线粒体。Y染色体亚当也是一样,他确定了人类的父系血统,当然了,这一血统也来源于非洲。

    线粒体DNA

    线粒体DNA指线粒体内含有的DNA。线粒体存在于大部分细胞内,是细胞内部化学反应所需能量的制造过程所不可或缺的细胞器。线粒体DNA的特殊性在于,它只能通过女性一代一代传递下去。实际上,在受精时,精子的线粒体会消失,只有来自母亲的线粒体会遗传给后代。因此,通过分析线粒体DNA就能追溯物种的母系血统。

    对于人类,同样可以跟踪Y染色体携带的DNA,因为Y染色体仅能通过父系遗传。

    在实际研究中,分析的对象是男性单倍群(haplogroup)或女性单倍群,即Y染色体或线粒体含有的DNA的特定片段,人们会对现代人或化石的单倍群的DNA序列进行对比。

    这便是所谓的“走出非洲”模型或“伊甸园”模型,得出这些研究成果的研究人员和报道它们的记者显然受到了“伊甸园”这一《圣经》用词的启示。《新闻周刊》(Newsweek)杂志曾经以《追寻亚当和夏娃》为标题出刊,并配有一对非洲黑人夫妇的插图,这幅插图可把有些读者给惹恼了!

    不过,即便这种方式能够回溯人类的历史并确定人类的起源,也未必就能确定智人曾经有过人口危机。其实,所谓的瓶颈期可能是文化层面上的,比如说,某些智人是否比其他智人更倾向于过游民生活(并在接下来的人类历史中发挥极为重要的作用),或在种群繁衍上取得了更大的成功。

    起源问题

    现存人类种族之间在外表上的差异曾使史前史学家提出人类多重起源假说,即每个“人种”——黑种人、白种人、黄种人——分别是一种猿的后代(参见第177页《人类种族存在吗?》)。不过,这种观点与现代进化理论并不相符。其实,随着时间的推移,来自同一祖先物种的多个姐妹物种会变得越来越不一样,以至于最终不能彼此交配繁衍后代。尽管类似的生活方式偶尔会使不同物种产生类似的外表或行为,但这种趋同现象并不能让它们彼此融合或形成单一物种。如果存在多种猿类且每种猿类分别演化形成了一个拥有巨大脑袋的双足行走的亚种,那么这些亚种之间的差异会比父代物种之间的差异更大。这些亚种也不会彼此融合为新的单一物种,因为经过数百万年的分化后,这种杂交已经不具有基因上的可能性。所以,黑猩猩和猩猩不能互相杂交,它们的后代也不能。

    到了20世纪60年代,人类“多重起源”观点卷土重来,不过这次的形式不像之前那么极端了。有些人认为,原始人在一两百万年前出现在非洲,随后逐渐散布到整个欧亚大陆,并在各地形成了当今世上的“各大人种”。他们以“枝形烛台”模型来解释这种假说。源自非洲的现代人散布到世界各地以后,通过多次杂交一点一点地将当地的原始人变成了现代人。

    智人多地起源假说——“枝形烛台”模型

    有些中国古人类学家持这种观点,并得到了一些美国和法国古人类学家的支持。这些中国古人类学家一心想要证明,亚洲人自古以来便扎根于亚洲,并没有接受来自非洲的现代人基因或其他有限的外来基因。所以,1978年于中国陕西发现的距今26万年的大荔人头骨被他们描述为“沿着亚洲连续的演化世系”从原始亚洲直立人衍生而来的原始直立人。他们的依据是颅骨的一些解剖特征,但是这个假说里也含有其他考量。

    另一些古人类学家则支持与此相反的人类“单一起源”假说。他们认为,人类是在更晚近的时代(距今不到10万年)走出了非洲,而且仅仅经历了短期的“隔离”。这就是所谓的“走出非洲”模型,现代人和化石的DNA分析结果大都支持这个模型。由于欧亚大陆上的原始人类种群都被走出非洲的现代人所替代,所以这种模型也被称为“替代假说”。

    枝形烛台模型偶尔也会再次被推到台前。2006年发现的属于印度直立人的讷尔默达头盖骨化石,就曾被称为“印度现代人的可能祖先”。

    同样,研究者针对最近在印度马索尔出土的年代非常久远的工具提出假说,认为它们由某种亚洲猿类的后代制造。在生物学层面上,很难想象人属居然出现在数百万年来与人亚族生物分隔两地的另一科灵长动物中。

    智人单一起源假说——“走出非洲”模型

    在人们发现了晚期智人(现代智人)曾经与走出非洲的第一批原始人的后代杂交后,单一起源观点也稍稍恢复了一点生命力。但是,即便能够解释某些解剖学特征或遗传学特征,这些杂交史曾发挥的作用似乎非常有限。来自其他物种的大多数基因都经过了严苛的筛选。

    第七章 征服地球

    在大约10万年前,智人“在解剖学层面上已经具有现代特征”,也就是说,他们的骨骼在各个方面上都与现代人的骨骼相似。正是在这个时期,智人走出非洲。这一次,在征服全球之前,他们不会停下自己的脚步!在这一过程中,智人将遇到另外一些人属物种,它们在智人之前便生存在地球上,并曾按它们自己的方式演化。

    从非洲到美洲

    紧随着不计其数的其他人属物种的脚步,智人也扩大了自己的狩猎范围并走出了非洲。迄今发现的最古老的智人遗址中,有以色列的斯虎尔(Skhul)洞穴和卡夫泽(Qafzeh)洞穴,其年代为大约12万年前至8万年前。智人曾在这两个洞穴里居住并埋葬死去的同伴。洞穴里发现了成人和儿童的骸骨,还有鹿角。一些骸骨曾用赭石上色,说明下葬时举行了葬礼。洞穴里出土的钻孔贝壳则被视为最古老的装饰品之一。

    智人或许过去曾路过这里,或者来到这里的时间比我们想象的更早。2018年在以色列米斯利亚(Misliya)洞穴中发现的距今约18.5万年的半块颌骨似乎恰恰说明了这一点。另外,基因方面的数据也令人猜想,智人曾在距今20万年至10万年间数次离开非洲。然后,在大约7万年至6万年前,更庞大或者说更成功的一拨移民离开非洲并远渡重洋,在人类历史上首次抵达了澳大利亚和美洲的海岸。

    一旦到了中东,就没有什么能够阻挡智人继续向东迁移的脚步了(尽管他们只留下了寥寥无几的迁移痕迹)。在历史上,他们必然曾经多次走过这条路。除此以外,还存在其他可能的迁移路线,比如取道直布罗陀,不过这条路线似乎在较晚的时候才被启用。另一些智人走的是“南路”,经由红海最窄之处的曼德海峡前往阿拉伯半岛,接下来,在横渡波斯湾以后,就有可能沿着海岸抵达印度和东南亚。当时的海平面比现在低,印度尼西亚的大部分地区都可以经陆路到达。

    为什么人类再次踏上探索世界的征途呢?有些史前史学家提出假说,认为智人的这次迁移与印度尼西亚多巴火山的喷发有关。他们猜想,在大约7.5万年前,多巴火山的灾难性喷发导致了全球气温显著降低并且持续了很长时间。不过,无论是在火山喷发的年代上还是在火山喷发对环境和智人演化的实际影响上,这个假说的争议都非常大。

    每次迁移事件,既不是单个猎人的个人行为,也不是整个种族的全员外逃。踏上迁徙之路的是规模不大的群体,每次只有几十个人,通常认为只有25人,差不多是6户人家,这也是以狩猎和采集为生的族群的通常规模。大多数踏上迁徙之路并走出非洲的族群无疑已经灭绝了。在中国发现的一些遗址,是智人早就到来的见证,不过,这些智人随后就灭绝了,没有留下子孙后代。

    但是,另一些族群却繁衍壮大,成了今天人类的祖先,因为我们每个人或多或少都遗传了他们的某些基因。特别是,在我们的线粒体DNA内就能找到它们的踪迹(参见第123页《线粒体DNA》)。为此,人们定位了单倍群(即特定的DNA片段)上基因突变的准确位置。这些突变数量繁多,因区域而异。通过对比突变的序列,就能根据智人种群随着时间推移散居世界各地的情况来追溯突变的历史。研究发现,L3线粒体单倍群是由一个更加古老的单倍群发生突变后于8.4万年前出现在非洲的。人们在非洲发现了多种多样的单倍群,其中就有L3单倍群。世界其他地方的L3单倍群都是由非洲的L3单倍群衍生而来的,最初的变体出现在大约6.3万年前。换言之,现在非洲以外的所有人类都是一个携带L3单倍群的非洲智人种群的后代。

    2015年,在湖南道县遗址出土了智人的牙齿,人们由此猜想智人或在大约10万年前至8万年前就已经来到了中国,尽管这个时间仍有争议。不过,一些智人确于大约6.5万年前至5万年前抵达了澳大利亚,他们想必是划着用树干挖成的独木舟漂洋过海而来的。或许,是雷暴引燃灌木丛产生的烟雾吸引了智人远渡重洋来到这块新的土地上?

    再往北,来到了东北亚的智人也在大约1.5万年前趁着海平面降低徒步穿越了白令海峡。他们在抵达了彼时正处于冰川期的美洲后是怎么在恶劣的环境中继续探索之路的,我们不得而知。或许他们取道了两块大陆冰川之间的一条走廊?又或者,他们沿着海岸航行直到发现了较为温暖的海岸?无论如何,他们在南方发现了广阔无垠的处女地和数不胜数的猎物:有乳齿象(美洲的一种猛犸象),还有大群的野牛。这些智人就是后来的古印第安人,能制造燧石工具或精细切割黑曜石,他们的文化以美国新墨西哥州克洛维斯(Clovis)村的名字命名为克洛维斯文化。

    他们中的一些人继续探索,直到抵达巴塔哥尼亚(位于今天的阿根廷)和火地岛(现在的南美大陆最南端的群岛)。有些史前史学家提出,他们迁移并定居这里的年代更早,应在大约3万年前。另外一些人甚至认为人类抵达美洲的时间还要再早,依据是在大约13万年前被石块砸开的乳齿象骨骸。

    在东扩良久以后,智人于距今大约4.5万年的时候开始西征。彼时的欧洲正处于最后一个冰期,恶劣的气候或许减慢了智人的脚步,相比之下,亚洲南部的环境更加接近他们所熟悉的生活环境。一些研究人员认为,当时生活在欧洲的尼安德特人成了阻挠智人西征的另一个“障碍”,好在尼安德特人数量稀少,智人能够轻而易举地跨越这个“障碍”。

    迁徙造就智人

    如今,在我们身上的每个细胞和每个分子里,都能找到演化的痕迹。 ——弗朗索瓦·雅各布,1981

    自大约10万年前起,尼安德特人也曾在近东地区活动,有时候甚至与智人生活在相同的地点。尼安德特人和智人制造相差无几的工具,也都有埋葬逝者的习惯。很有可能,这两个物种的男男女女就是在这个地区邂逅彼此并生儿育女的。其实,尼安德特人和现代人的基因组对比显示,不同人属物种之间曾经杂交繁殖,而这导致了物种之间的基因交换(参见第140页《史前DNA》)。

    今天,非洲以外的智人携带着1%至4%的尼安德特基因。由于每个人携带的尼安德特基因不完全相同,遗传学家斯万特·帕博(Svante Pääbo)估计,尼安德特人基因组的20%至40%仍在我们体内延续。反过来,尼安德特人体内也有来自智人的基因。不过,尼安德特基因在智人基因组中比例很低的事实说明,尼安德特人和智人并未发生普遍的融合。或许,二者的杂交后代繁殖力低下,阻止了“外来”基因在物种中的扩散。

    现代非洲人的基因组里没有这些尼安德特DNA,这就说明两个物种的种间杂交发生在智人走出非洲、移居欧亚大陆和美洲之后。留在非洲的智人未曾遇到尼安德特人,即便后来有些尼安德特基因通过从欧洲向非洲回迁的智人传到了北非。

    进入智人体内的新基因随后发生了突变并改变了序列,进而变得与尼安德特人的初始基因有所不同。通过研究突变的数量,就能够确定杂交发生的年代。研究结果表明,杂交可能发生在大约10万年前,那时两者在近东地区比邻而居;抑或是在大约6万年前至5万年前,原先留在非洲的智人最终走出非洲之时。因此,根据4.5万年前生活于西伯利亚的一个智人的DNA研究结果,他的先祖曾在他出生前1.3万年至0.7万年就已经经历过杂交。罗马尼亚的欧亚瑟洞(Pestera cu Oase,意为“骨头洞”)里出土了生活于约4万年前的智人骸骨(这是欧洲已知最古老的智人),他体内的尼安德特DNA占比是现代人的3倍;从他往前追溯就能发现,他4至6代前的祖先还是尼安德特人!不过,这个智人似乎没有留下后代,因为现代人的基因组里已经没有了他的遗传特征。

    人属物种的种间杂交繁殖不止于此。丹尼索瓦人也曾将它们的一些基因传给了智人,这些智人的后代后来移居到了澳大利亚、巴布亚新几内亚和菲律宾。在亚洲大陆居民和美洲原住民的体内也发现了丹尼索瓦人的基因,不过数量很少。更加惊人的是,遗传学家在丹尼索瓦人的基因组里发现了未知DNA的遗存,据猜测,这些未知DNA来自更加古老的人属物种,可能是亚洲直立人。同样,一些非洲民族的DNA里携带着明显源于其他依然不为人知的人属物种的序列,这些人属物种应当是在距今70万年时与海德堡人的先祖分道扬镳,最终在距今3.5万年时灭绝。

    人属物种的杂交

    上述杂交对智人可能是有利的,比如杂交使智人能够更快地适应高纬度地区更寒冷的环境。智人没有等待自然选择去利用偶尔发生的有利突变,而是直接利用了其他物种中经过数十万年的演化逐渐获得了必要适应性特征的既有基因。这种有用基因(或其等位基因)在物种间转移的现象,被称为适应性基因渗入。如果突变产生的新等位基因在种群中频繁出现,我们就视之为正突变。

    我们的祖先利用了其他物种的这种“非自愿援助”,特别是作用于皮肤、免疫系统和消化系统等方面的基因。比如,在杀灭病毒过程中发挥作用的stat2基因就是尼安德特人送给我们祖先的。直至今日,在欧亚大陆,10%的人仍携带这个基因,而在美拉尼西亚这一比例还要更高。尼安德特基因的引入,使我们的祖先能更好地抵御他们在非洲没有遇到过的不同微生物引发的感染。Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)属于免疫系统蛋白质,至今仍奋战在抵抗细菌和寄生虫入侵的最前线;而在为Toll样受体编码的基因中,有两个源自尼安德特人,一个与丹尼索瓦人的基因类似。

    中国藏族人似乎从丹尼索瓦人那里获得了有助于适应高原生活的基因。在寒冷的环境中,棕色脂肪组织能够产生热量。居于中国南部的纳西族以及生活在西伯利亚东北部的雅库特人和鄂温人都拥有在棕色脂肪组织的发育中发挥作用的TBX15基因,而这个基因也来自或许非常适应冰川气候的丹尼索瓦人。

    我们每个人身上都带着尼安德特人的痕迹。 ——斯万特·帕博

    我们DNA的一些区域受到尼安德特基因渗入(即基因转移)的影响甚小,要么是因为尼安德特基因提高了不育的风险,要么是因为尼安德特基因的存在会由于形态上或社会上的原因导致负向选择。X染色体携带着与男性生育能力有关的重要基因,它含有的尼安德特DNA微乎其微,似乎种间杂交产生的变化都已被自然选择所抹去。基因的携带者生殖能力较低的话,就不能将自己的性状遗传下去——自然选择往往就是这么简单!同样的,对语言能力至关重要的FOXP2基因区域里也没有来自尼安德特人的基因。可以想见,携带这种尼安德特式突变的智人将失去舌灿莲花的能力,也就很难找到另一半了(不过我们没有任何证据)。

    另外,并非所有来自尼安德特人的基因都大有用处或不再有用。SLC16A11基因来自尼安德特人,它的等位基因与罹患糖尿病风险的升高有关,在美洲原住民身上非常常见,在亚洲人身上也有发现。不过,这个基因在尼安德特人身上具有什么功效,我们就不得而知了。

    史前DNA

    1997年,遗传学家斯万特·帕博与同事完成了人类历史上首次尼安德特人DNA片段测序(参见第10页《DNA、基因、突变》)。自此以后,对古代DNA的分离与提纯技术取得了长足的进步。2010年,斯万特·帕博与同事分析了3个生活于距今约4万年的尼安德特人的基因组,证明了现代人的细胞内存在尼安德特人的DNA。2016年,DNA分析确认了西马·德·洛斯·乌埃索斯骸骨坑内发现的可追溯至距今43万年的骸骨实为前尼安德特人,并确定了它们的起源。

    在人类中,据估算每个核苷酸每年的基因突变率约为0.5×10-9。根据两个基因组之间的差异,可以计算出二者开始分化的时间。显而易见,估算结果只是近似值,不过可以借助化石的年代加以校准。

    对古代DNA进行分析还能获得人口方面(通过每个基因的等位基因的多样性)和社会方面(比如给定社会里的近亲结合程度)的信息。

    旧石器时代晚期的文化

    在距今大约4.5万年,晚期智人来到了欧洲。在同一时期,工具的制造发生了重大变化,从尼安德特人(及较古老的智人)的莫斯特文化过渡到了奥瑞纳文化(Aurignacian)。对史前史学家而言,人类文明从旧石器时代中期过渡到了旧石器时代晚期。

    智人发明了新的切削技术,可以将石核加工成大量细长的船底形石叶或小石叶。他们制造了多种多样的工具,比如刮削器、端刮器、石锥、雕刻器等等。此外,智人还用硬质动物材料(如骨头或象牙)制作标枪枪尖用于狩猎,史前史学家由此观察到了人类与其他生物的决裂;这些学者认为,尼安德特人不使用硬质动物材料制造武器,因为它们不愿使用以动物身体材料制成的武器猎杀猎物。

    这些新欧洲人依然以狩猎采集为生。根据在目前仍以打猎和采集为生的极少数部落(如卡拉哈里沙漠的桑人或亚马孙流域的美洲原住民)中观察到的结果,可以猜想那时候只有男人猎杀大型动物。最为常见的猎物是驯鹿,不过人们也发现了大量其他动物,如马、原牛、盘羊、犀牛、猛犸象等,各遗址发现的动物都有所不同。女人则捕捉小动物(如蜗牛、蜥蜴、鸟等),采集鸟蛋,捡拾贝壳。此外,她们还会采集各种植物、块茎、可食用块根、野果、蘑菇等。尽管打猎提供了大量的肉类和脂肪,但女人的采集收获往往在智人的食物中占据较大的比例。

    各个地区和时期的工具、武器和日用品有所不同。根据史前史学家的划分,欧洲先后出现了以下文化。

    奥瑞纳文化(距今4.5万年至2.6万年):将燧石切割成狭长石叶的技术已经普及,用木头或鹿角制成的“柔软”手锤也被普遍使用。与石质手锤相比,木质手锤或鹿角手锤精度更高,智人可以用它们敲打燧石块制造石片。人们还发现了用牙齿或贝壳制成的首饰。人类历史上最古老的小雕像也诞生于这个时期,比如德国福格尔赫德出土的动物牙雕或者霍伦斯坦因——施塔德尔洞穴发现的狮子人牙雕。或许,狗的驯化也可以追溯到这个时期。

    属于奥瑞纳文化的工具
    牙雕小马(德国福格尔赫德)

    格拉维特文化(Gravettian,距今2.7万年至1.9万年):工具以带柄长直石叶为典型代表。在遗址里发现了被称为“维纳斯”的女性小雕像,雕像往往造型非常夸张,可能是生殖力的象征,比如在奥地利发现的维伦多夫的维纳斯和在法国朗德省发现的布拉桑普伊(Brassempouy)妇人小雕像。

    维伦多夫的维纳斯(奥地利,距今2.5万年)
    梭鲁特文化“月桂叶形”燧石叶

    梭鲁特文化(Solutrian,距今2万年至1.6万年):在这个时期,生活于法国和西班牙的智人制造细长的“月桂叶形”燧石叶,并采用压制法而非锤击法加以精修。最大的石叶可能用作装饰或象征威望。他们还发明了投掷器,能以较高的准头将标枪投射至很远的距离。在这个时期的遗址里,还发现了欧洲历史上最早的骨针。

    马格德林文化(Magdalenian,距今1.7万年至1万年):马格德林文化分布甚广,且有多个变体,从葡萄牙至波兰皆有发现。这个时期的工具愈加精巧且多样,出现了用作箭头的三角尖形器。当时的智人能用骨头或象牙制作鱼叉,还能制作鱼钩。他们还用驯鹿角制成“穿孔棍”,或许是用来将受热弯曲的木制标枪矫直,抑或是用来拉紧帐篷上的绳索。他们还制作了乐器,比如用鸟骨做的穿孔骨笛。

    某些属于这个时期的遗址反映了当时人类的生活面貌,不过我们却很难将这些人与史前时期挂钩。俄罗斯的松基尔(Sungir)遗址可追溯至距今3.2万年。在这个遗址里,埋葬着一个成年男人和两个青少年的骸骨。下葬的时候,他们身穿兽皮衣服,上缀数以千计由猛犸象牙雕成的珠子,每颗珠子的制作都得花上至少一个小时的工夫;腰缠饰以狐狸犬齿的腰带;还戴着象牙手镯、贝壳项链和垂饰。墓穴中还摆放了象牙标枪、武器和小雕像作为陪葬品。这些惊人的财富说明了墓穴中的三人生前拥有很高的社会地位,也说明了他们生活在一个组织严密、阶级分明的社会里。DNA分析结果显示,这三个人有亲缘关系,但并不是直系亲属。

    克罗马农

    在当代人的想象里,“克罗马农”几乎是“史前人类”的同义词。实际上,克罗马农是法国多尔多涅省韦泽尔山谷中的一个天然洞穴的名字。1868年修建公路时,人们在洞穴中进行挖掘,发现了5个人的骸骨、石质工具和动物骨骼,之后,史前史学家路易·拉尔泰(Louis Lartet)对其进行了描述。

    这处遗址是个墓葬,共埋了5个智人的骸骨,其中3个男人、1个女人、1个儿童,年代为大约2.8万年前。3个男人中,一个身高接近1.8米,肌肉极为发达。由于他的牙齿已经全部掉光,人们给他取了个绰号叫“老头”,不过他死亡的时候可能只有50来岁。一同出土的工具则属于奥瑞纳文化。

    由于这些化石名气甚高,“克罗马农”这个名字便在很长时间里被用来指称生活于距今4.5万年至1万年间的旧石器时代晚期的人类。如今,人们多使用“智人”或“解剖学意义上的现代人”这两个名称。

    与之前的时期不同,旧石器时代晚期出现了大量描绘动物的作品,或涂或刻,以各种材料为载体。男人(或女人)雕刻木头、骨头和象牙,并在岩壁上涂画壮观的壁画。尽管尼安德特人似乎也曾作画,但岩画创作在旧石器时代晚期变得更加频繁。

    然而,绘画风格并无显著发展。肖维(Chauvet)岩洞的壁画创作于大约3.5万年至3万年前,远早于创作于距今1.7万年的拉斯科(Lascaux)洞穴岩画,但前者所表现出来的智力水平和艺术才能与后者完全相同。尽管欧洲最先发现并研究了岩画,但岩画艺术并非欧洲独有。在印度尼西亚的苏拉威西岛多个洞穴的岩壁上,发现了距今4万年时画上去的手印和动物。有可能,生活于当时人类疆域两端附近(从西欧到澳大利亚)的智人独立完成了各自的第一批艺术作品。不过,也有可能,岩画创作只是随着智人移居世界各地时传播开来的一项古老传统。

    澳大利亚原住民素有在峭壁上和不深的洞穴里绘画的传统,而且将这个传统延续至今。他们会定期翻新古老的作品,所以无法准确确定作品的初创时期,不过,画上沉积的赭石和黑赤铁矿石可追溯至距今5万年至4万年。也许有一天,我们会发现澳大利亚第一批居民的画作呢。

    在他们的作品里,有些描绘的是关于人类起源的原住民神话,有些讲述的是他们群体生活的某些场景。各地的岩画或许具有不同的含义。欧洲的岩画以动物为主角,并配有各种几何符号、手印和女阴,人的形象少得可怜。某些岩画似乎与狩猎有关(比如拉斯科洞穴岩壁上受伤的野牛),但狩猎并不是非常重要的创作主题。岩画上的动物中有狮子和鬣狗,不过它们并非用来食用,而作为主要猎物的驯鹿,出现的数量却少得可怜。

    肖维岩洞石壁上的原牛、马和犀牛(法国,距今3.3万年)

    一些洞穴的污泥中留下了脚印,比如法国的佩什梅尔(Pech Merle)洞穴或蒂克·德·奥杜贝尔(Tucd’Audoubert)洞穴,脚印的大小说明曾有年轻人进来过,可能是为了进行启蒙教育。尽管我们提到的往往都是男性“艺术家”,但是,根据岩壁上的手印(以嘴吹赭石的方法绘制),女性似乎也参与了岩画的创作。

    新人类?

    旧石器时代晚期的艺术作品突出表现了智人生活的巨大变化:他们探索的疆域远超前辈曾经抵达的边界。与此同时,由于新技术或新文化习俗的出现,日常用品的制作也迅速发生了改变。而在过去的几十万年里,制作技术未曾有过大的变动。

    这些翻天覆地的变化是智人过往历史的简单延续吗?还是说,智人的演化经历了一次质的飞跃,否则该怎样解释这种突飞猛进呢?人们猜想,在大约5万年前至4万年前,智人的创造能力和语言能力由于脑组织结构的改变而提高,进而引发了一场迅速席卷全球的“人类革命”。

    然而,智人突然之间取代尼安德特人,成了在欧洲发生的主要变化。如果摒弃传统史前史学的欧洲中心论,同时以同样的重视程度审视世界的其他角落,就会发现亚洲和非洲所经历的是渐进式的过渡。在过去,一些信号被视为从尼安德特人的旧石器时代中期向智人的旧石器时代晚期过渡的标志;而近些年来,不计其数的考古发现否认了它们与此过渡进程的相关性。在奥瑞纳文化诞生前,生活在非洲的智人就已经在制造骨质尖状器了,还能用针缝制衣物,佩戴项链或其他饰品,以及在洞穴岩壁上作画(参见第122页提及布隆波斯洞穴的段落)。

    上述两种模型并非截然不同。智人的很多新行为,其实在过去就已出现,只是形式没有那么丰富罢了。显然,在深入地下洞穴绘制无与伦比的岩画前,肖维岩洞里的创作者曾花费数年光阴在洞外学习绘画技术、改进绘画姿势,但是他们的学习过程并没能保留下来。同样,虽然他们的前人也没有留下任何遗迹,但他们的行为或许只是在延续一项非常古老的传统。

    晚期智人

    我们偶尔会用Homo sapiens sapiens(即“晚期智人”)这个称呼,不过,重复两遍sapiens(本义为“聪明的”),不但累赘,更显自负,那为什么会起这么个名称呢?在原则上,拉丁文三名法用于物种的亚种;所谓的亚种,指与同一物种的其他种群存在地理隔离且表现出不同特征的种群。人们假定(或者已经证实),被称为亚种的种群可与同一物种的其他种群互相交配并繁殖可育后代。“亚种”的说法有时很实用,尽管“种”的概念本身已然很复杂且有争议。

    在古生物学上,往往很难赋予化石物种精确的种名,亚种的定义也就没有任何意义,因为无法证实已经灭绝的动物是否能够互相交配并繁殖可育后代。不过,在考察物种时,不但要从空间的维度考虑,还要从时间的维度考虑;亚种的概念,不但有助于凸显化石之间的相近性,还有助于设想它们之间存在直接亲代关系。不过,这么一来,就要考虑不断变化的物种定义的问题。而在此基础上,还要考虑亲代关系的问题;但是,由于通常情况下根本无法建立亲代关系,所以演化分类时不将其纳入考虑。

    史前史学家引入智人这个名称,是为了与尼安德特人做区分;那时的学界还将二者视为同一物种。当时,尼安德特人被称为尼安德特智人,而将尼安德特人变成智人的近亲,也算是为尼安德特人“正名”。今天看来,尼安德特人和智人之间互相交配并繁殖可育后代的能力似乎非常有限,仍将二者归为同一物种已成无稽之谈。所以,我们将二者加以区分。

    不过,一些古人类学家意欲将智人分为早期智人和晚期智人(现代智人)两个亚种。所以,埃塞俄比亚赫托发现的可追溯至距今16万年的颅骨被命名为长者智人(Homo sapiens idaltu),这个名称说明他与解剖学意义上的晚期智人相近但有所区别。长者智人被视为罗德西亚人和智人的过渡种。长者智人,尽管字面意思似乎已经非常明确,但其定义并不明确:长者智人在何时变成晚期智人?判断标准又是什么?

    如果长者智人向晚期智人的转变非常迅速,比如经历了生物学和文化两个方面的质的飞跃,那或许能够确定转变发生的年代和方式。

    第八章 史前时代的结束

    随着最近一次大冰期的结束,气候再次改变了人类的演化历程。新的文明,也就是我们现今的文明,取代了旧石器文明。正是在这一时期,人类开始改变环境:森林变成了农田,奶牛替代了原牛。在大约1万年前,当最初的牧民开始建造最初的村落时,我们生活的这个世界诞生了。

    中石器时代

    大约1.5万年前,全球气候开始变暖。尽管有过最近一次突然袭来的大冰期,全球变暖仍在1.2万年前变成常态(我们现在仍处于温暖的间冰期)。几百年间,地球平均气温升高了8摄氏度,大气也变得更加湿润。撒哈拉沙漠成了稀树草原,欧洲则森林遍布。巨大的冰盖融化产生的水涌入海洋,导致海平面上升了120米。

    在中石器时代,以打猎和采集为生的智人适应了与其生活在旧石器时代晚期的祖先大相迥异的生活条件。较为温暖的气候深刻地改变了地球的面貌。冻原和荒原消失不见,松树林和橡树林先后取而代之。一些动物,比如原牛和马,适应了新的生活环境;另一些动物则消失了。驯鹿迁往北边,猛犸象从此灭绝,取而代之的是鹿、野猪和野兔。比起之前的冰期,野生动物更加丰富多样,这使我们的祖先得以长时间定居在同一个地方。

    对于中石器时代猎人的生活方式,我们知之甚少,因为当时的环境条件不利于遗址的保存。不过,我们还是发现了重大的文化变迁。当时的智人能将石头加工成主要用作箭尖的“小石叶”。由于在森林里弓箭比投掷器更加实用,所以弓箭的使用相当普遍。在法国,岩画艺术似乎走向了倒退;在西班牙,却诞生了新的岩画风格,作者非常乐于在作品中表现人的形象。

    在海边,贝类采集几乎具备工业规模,堆积在海岸上的贝壳就像一座座沙丘。他们还用编织的渔网或捕鱼篓捕鱼,建造独木舟在江河湖海上航行。也是这个时期,人类首次定居在科西嘉和克里特等地中海岛屿。

    西班牙东部的岩画作品(中石器时代)

    大型动物的灭绝

    在冰期结束时,大量物种灭绝,尤其是那些被归为大型动物的物种,即体重超过45千克的动物。由于体形较大,它们在考古遗址中的消失是显而易见的。这次灭绝是全球现象,从欧亚大陆的猛犸象,到南美洲的大地懒,还有澳大利亚的袋狮,都未能幸免。

    几十年来,两个灭绝假说一直针锋相对,那就是气候变化假说和人类活动假说。前者认为,气候变暖改变了植被状况。然而,食草动物往往比较专一,吃草的猛犸象不能改为吃树叶。驯鹿等物种已经北迁,以寻找可以接受的生存环境,但对于猛犸象和长毛犀牛来说,这是不可能的,因为气候变暖已经导致适合它们生存的寒冷荒原消失殆尽。

    然而,上面这些并不足以解释全部的物种灭绝事件和灭绝速度。对于人类活动假说而言,单单看到人类到来和某个物种消失之间的模糊巧合是远远不够的,还要证明人类的的确确猎杀了这个物种。除此以外,还需要确定人类到来和物种消失的准确年代。如果物种灭绝在人类到来之前,那人类就与物种的灭绝没有任何干系。如果物种灭绝在人类到来之后,那人类在物种灭绝中负有责任的可能性就会增加,但这未必就是确凿无疑的事实。

    体形大的物种往往繁殖率较低,而对繁殖率较低的动物而言,哪怕很低的猎杀压力也足以导致它们灭绝,牛顿巨鸟就是个很好的例证。牛顿巨鸟是生活在澳大利亚的一种不会飞的鸟,体重超过200千克。2015年,在200多个距今5.4万年至4.3万年的遗址上,发现了具有炭化痕迹的牛顿巨鸟的蛋壳。然而,要在蛋壳上留下类似的炭化痕迹需要很高的温度。因此,有些人认为,这些痕迹排除了仅仅是灌木丛起火这一种可能性。人类收集鸟蛋(或许还猎杀成鸟),似乎成了导致牛顿巨鸟灭绝的原因。另外,澳大利亚还生活着另一种名叫鸸鹋的善于奔跑的走禽。虽然人类也食用鸸鹋的蛋,但这种体形比牛顿巨鸟小很多的鸟并未灭绝。

    在同一时期灭绝的物种还有重达半吨的巨袋鼠、重达2吨的巨袋熊和身长达7米的巨蜥(与科莫多巨蜥有亲缘关系,体形为科莫多巨蜥的3倍大)。它们或许不是被澳大利亚的第一批居民直接消灭的,但此间的巧合着实令人不安。

    史前巨袋熊复原像

    同样的故事也发生在许多岛屿物种身上,比如新西兰的恐鸟和马达加斯加的象鸟。同样未能逃过一劫的,还有北美洲的乳齿象及南美洲的雕齿象和大地懒。不过,雕齿象和大地懒的种群在人类到来之前就已经因为气候变化而变得脆弱不堪。

    在人类定居于新发现的岛屿和大陆前,生活在那里的动物与人类从未有过接触。即便不像南太平洋的物种那样一动不动地看着水手靠近并杀掉自己,它们也毫不适应人类这个新型掠食者的狩猎技术。非洲和欧亚大陆的情形则与此不同,在气候变化中躲过一劫的物种没有再遭遇其他不测,最终存活了下来(直至现代人对它们展开了血腥的大屠杀,从鲸到犀牛都是如此;这里仅举几例大型动物)。

    新石器时代革命

    在一些地区,比如近东,中石器时代更像是个过渡期。在大约1万年前,生活在这些地区的智人渐渐转为定居,并用原生黏土建造了人类最早的房屋。他们依然像从前一样栽种作物,有豌豆、扁豆、小麦、黑麦,不过采用了更加系统化的栽种方式。他们制造了必需的工具——带有燧石刀刃的木柄镰刀,并挑选了最适应他们的播种技术或收割技术的品种。在打猎的同时,他们还开始饲养动物,先是盘羊和野山羊,然后是原牛和野猪,后面两个最后被驯化为奶牛和家猪。

    在地中海东岸(包括以色列、黎巴嫩和现土耳其的一部分)及底格里斯河和幼发拉底河流域(叙利亚和伊拉克),考古学家发现了这些人类活动留下的无数遗迹。这个地区呈新月状,土地肥沃,物产丰富,因而得了“肥沃新月”的美称。稍晚以后,世界其他地方的智人经历了相同的过渡期,不过他们栽种的作物和饲养的动物都有所不同:作物有土豆、水稻或高粱,动物则有火鸡、羊驼或骆驼。

    这种全新的生活方式与过去的截然不同,以至于人们将两种文化间的过渡期称为“新石器时代革命”。以打猎和采集为生的迁徙部落向以耕作和养殖为业的定居农民的转变尽管花费了数千年才完成,但是对自然环境和人类自身都产生了极为重大的影响。

    在新石器时代,智人继续加工燧石制造“小石叶”,然后将小石叶挨个摆放整齐,用来制成镰刀和小刀的刀刃。此外,他们还制造石斧并对其进行打磨(新石器时代过去也被称为“磨制石器时代”)。再往后,他们用翡翠(一种在阿尔卑斯山脉发现的绿色石头)制作礼斧,而礼斧之后将在从西西里岛到爱尔兰的整个欧洲范围内流通。

    他们早就知道怎样把黏土塑造成型,还懂得通过加热使其硬化。定居之后,他们制造了陶器以储藏谷物,这就降低了单纯依赖野生作物作为谷物来源的供应风险。不过,食用谷物也造成了一些后果。为了获得面粉,就需要磨碎谷物颗粒。妇女承担了这项任务。她们跪在地上,用石杵将谷物颗粒在磨盘上碾碎,一碾就是几个小时。长时间的碾磨在她们的骨骼上留下了痕迹,引起了脊柱和大脚趾变形。另外,臂骨结构说明她们的手臂肌肉和当今的划船冠军一样强健有力,而她们的脊柱由于头部长时间承受很大的负荷而发生了形变。

    杰尔夫·阿合玛尔(Jerf el-Ahmar)遗址(叙利亚,距今9 000年)

    随着时间的推移,村落里的人口数量逐渐增加。由于人们不再频繁迁移,生活垃圾慢慢地污染了水源。霍乱和斑疹伤寒等疾病变得愈加严重。与动物杂居一处,也成了寄生虫和细菌传播的重要原因。苍蝇和家鼠渐渐适应了这种对它们生存非常有利的环境,寄居于人类粮仓的老鼠则成了寄生虫和多种疾病的传染源。

    在新石器时代,智人的牙齿饱受新食物之苦。由于唾液中含有淀粉酶,谷物中的淀粉自入口时便开始消化,消化产生的糖类导致龋齿。在这个时期的骸骨上,能观察到明显的龋齿数量的增加。

    基因变化

    我们或许会认为,比起数百万年的人亚族历史或数十万年的智人历史,仅数千年的新石器时代在人类演化过程中没有发挥任何作用。不过,在短暂的新石器时代里,人类经历的生活方式变化产生了强大的选择压力。

    从体格上看,与祖先相比,新石器时代的智人身材较小,不过这似乎并不是基因演化的结果。生活条件的变化,比如较大的劳动强度(对于孩童也是一样)或虽然丰富但与机体不相适应的饮食,足以对此加以解释。

    也正是在饮食方面我们观察到了显性基因变化。我们出生时能够制造乳糖酶,这种酶能分解母乳中含有的乳糖。在随后的发育中,我们将失去制造乳糖酶的能力。由于哺乳动物成年后原则上不再食用奶,肠道细胞便不再制造失去用处的乳糖酶。

    新石器时代,农民饲养牧羊、山羊和奶牛,它们提供的鲜奶是有益食品。不过由于缺乏乳糖酶,成年智人不能很好地消化吸收鲜奶。在人类细胞里,负责制造乳糖酶的是LCT基因。大约8 000年前,生活在高加索地区的一个智人的LCT基因发生了突变。这改变了LCT基因的活性,使它在成年智人体内仍能正常制造乳糖酶。这一突变在欧亚大陆的智人种群中迅速扩散。如今,75%的欧洲人体内都有这个突变。在至少四个非洲智人种群(比如马萨伊人)中,也独立发生了类似突变。

    这些突变的快速选择证明,通过遗传从父母处得到突变的人确实具有演化优势,存活率也大大提高。所以,可以这样猜想:在年成不好的时候,奶可以作为智人(包括成年智人)的重要食物。另一种假设是,奶可以提供维生素D。既然智人有可能因为继承了祖先的深色皮肤而无法制造足够的维生素D,那么他们就要依赖动物奶来满足自身需求。

    在谷物消化方面也发生了类似现象。谷物富含淀粉,在淀粉酶的作用下,淀粉可以转化为糖类。一些地区的农民适应了这种饮食,与狩猎采集者相比,谷物成了他们更加重要的食物来源。他们的后代比祖先更多地携带了AMY1基因,进而能够制造更多的淀粉酶并以更快的速度消化淀粉。

    迁移

    农民需要木头建造房舍、烹煮食物,不久以后,他们还要燃烧木材烧制陶器。为了获得木头,他们砍伐了村落周围的树林,又不留给树足够长的生长时间以恢复树林。我们已经发现,在某些遗址里,房梁的直径呈逐渐减小之势。山羊的数量越来越多,也对树木的再生造成了危害。在每年播种前,农民都会通过焚烧清除土地上的植被(即所谓的“刀耕火种”),最终导致村落周围地区的沙化。然后,农民就会遗弃旧的村落,另觅环境退化较不严重的地方建设新家园。

    此外,随着游民生活走向终结、食物供应日益稳定,农民的人口数量也与日俱增,这就需要更多的土地播种作物、饲养动物。于是,农民开始从近东地区向各个方向迁移,并将他们的技术传遍各地,尤其是位于西北方向的欧洲。

    根据考古学家的描述,农民的迁移主要有两条路线。一些人沿着地中海北岸迁移,最终抵达了西班牙。他们留下的遗址里有饰有几何图案的陶器,这些图案是他们用名为鸟蛤(Cardium)的软体动物的壳镶嵌制成的,正因如此,他们的文化得名为“鸟蛤陶文化”。凭借饲养的绵羊和山羊,他们将小麦、大麦和扁豆带到了欧洲。

    在北边,另一些人顺着中欧的多瑙河迁移,最终抵达了布列塔尼。他们制作的陶器上带有不同的花纹,后世称之为“线纹陶文化”。他们的迁移给欧洲带来了奶牛和家猪。他们建造的房屋呈长方形,墙壁使用木材和泥土,房顶覆以茅草。

    鸟蛤陶文化也好,线纹陶文化也好,它们其实代表了智人的移民潮。不过,这些移民活动极为缓慢,几乎察觉不到,用了4000年时间才抵达大西洋岸边。在迁移的道路上,代表了新石器文明的农民遇到了以打猎和采集为生的人群。但这一次不存在杂交的问题了,因为他们都是智人。不过,他们说的语言不同,生活方式也完全不同。他们在多大程度上相互融合或相互冲突,现在已经不得而知。这两种情形或许都曾经发生;不过,在文化层面上,新石器文化在世界各地都成了主流,中石器时代的生活方式渐渐地消失了。

    考古遗址见证了新石器文化在欧洲的推进过程。在法国阿韦龙省特雷耶(Treilles)发现的新石器时代墓地中,出土了24个埋葬于5 000年前的智人骸骨化石,他们的DNA就是印证。线粒体DNA和Y染色体给出了他们母系和父系血统的相关信息。根据研究结果,这24个人都是近亲,父系血统起源于地中海,可能来自土耳其的阿纳托利亚,母系血统则可以追溯至在旧石器时代生活于法国的人类种群。

    在两种文明的碰撞和冲突中,代表了新石器文明的农民似乎更加暴力。人们在德国的塔尔海姆(Talheim)发现了7 000年前发生的屠杀留下的遗迹,男人、女人、孩童共计34人惨死于弓箭或石斧之下,骸骨上的伤痕正是新石器文明制造的武器造成的。而在法国阿尔萨斯地区阿克奈姆(Achenheim)的一处遗址里,出土了6个人的化石遗骸,他们死于斧子击打造成的多处骨折。凶手把他们的左臂都砍了下来,要么是作为战利品,要么是为了证明自己高效的屠杀能力。但是遗址里没有发现女人的骸骨,这或许意味着凶手的突袭并未大获全胜。村落里发现了300座储存粮食的筒仓,或许这就是凶手发动袭击的原因吧。在旧石器时代的遗址里,带有箭伤的骸骨并不鲜见,但到了新石器时代,暴力留下的痕迹明显增加,这种情况或许与定居生活带来的财富积累有关。

    新石器文明,我们社会的基础,曾经是一个希望。然而,直至今日,我们的历史仍未达到预想的高度。 ——让·纪莱讷(Jean Guilaine)

    在德国黑克斯海姆(Herxheim)的线纹陶文化遗址里,考古学家发现了许多人类被烹煮和食用的遗迹。这种食人行为可能是仪式性的,用来纪念死亡的同伴,或是庆祝消灭敌人。

    与新石器时代的开端一样,新石器时代的结束也是个渐进的过程,其间发生了多个重要但不同步的事件。比如,大城市的出现——在距今5 500年时即出现了拥有近5万居民的美索不达米亚古城乌鲁克(Uruk)——就可以视为其标志性事件之一。最早的牛拉战车和最早的青铜器也在这一时期诞生。不过,史前时代结束和历史开始的真正标志是书写的登场:大约5400年前,人类历史上最早的书写系统出现在近东地区。然而,新石器时代虽然在近东地区宣告结束,却在西欧继续延续了几千年。直到距今4 000年,西欧才告别了新石器时代,正式迈入了青铜时代。

    结语 今天的智人

    如今生活在地球上的70亿现代人,都是10万年前居住在非洲的几千个智人的后代。我们现在具有的大部分特征都是从这些智人身上遗传而来的,不过,自从分散到世界各地之后,我们的祖先并没有停止演化。他们生活在多种多样的环境中,与其他人邂逅,改变了自己的生活方式后又被生活方式所改变。我们现在拥有的多样性,正是这段历史带来的遗产。

    过去的痕迹

    人类在扩张至所有大陆后的几千年里,继续积累基因突变,以适应生活环境和加强文化特色。基因交流从未中断,尤其是在地理上相邻的种群之间。此外,许多事件也促进了基因组的重组,比如征服战争、探险活动、奴隶贸易、经济移民、旅游观光等等。

    在近代历史(从地质学意义上说,为最近的5万年)上,人类产生了各种各样的差异:身高、肤色、体毛形态、糖尿病倾向等等。这些多样性里,一部分是人类适应环境而产生的,不过并非所有特征都是适应的结果。在与世隔绝的小种群里,比如在岛屿上,可能会发生遗传漂变现象(genetic drift),某些基因频率会在没有经历自然选择,也就是没有刻意适应环境的情况下发生变化。在所罗门群岛的美拉尼西亚人中就观察到了这种现象。那里的美拉尼西亚人都拥有深色皮肤和金色头发。这种所罗门群岛岛民独有的特征与TYRP1基因的突变有关,而在北欧居民身上发现的控制金发的基因则与此不同。

    某些身体特征并非仅由基因决定。人的身高不仅取决于基因,还取决于童年时期的生活方式。因此,身高并不是完全由遗传决定的。的确,在20世纪,欧洲男性和女性的身高有所增加,但这并非人类演化产生的变化,而是生活方式改变的结果——儿童不再下矿工作,与过去相比,他们吃得更好,睡得更多。不过,这种改变是可逆的。如果回归19世纪的生活方式,那人类的身高或许会平均减少10厘米至20厘米!然而,人群之间的身高差异与环境适应是有部分关系的。因纽特人的矮小身材就与极地的严寒气候不无关系,因为这种身材能减少热量损失。但是,其他因素也发挥了作用,比如对某些身体特征的文化偏好。

    肤色显然与环境有关。紫外线能引发皮肤癌变,皮肤里的黑色素能防御紫外线的伤害,而黑色素含量高的话,肤色就会较深。此外,黑色素还能避免叶酸的分解,无论是对孕妇体内胎儿的神经系统发育还是对男人精子的产生,叶酸都发挥着重要作用。与此相反,在光照强度较弱的地区,颜色较浅的皮肤有利于更好地合成维生素D,不过合成过程中还是需要一定量的紫外线的。

    纬度和黑色素含量之间存在很大的关联。在人体内,黑色素的合成大约受10个基因的控制,其中每个基因都存在几种变体,各个变体的活性有高有低。通常情况下,自然选择根据当地的光照情况影响这些基因的分布。可是,演化从未跟上智人迁移的速度。所以,尽管在欧洲生活了成千上万个年头,人类在很长时间内依然保留了继承自祖先的深色皮肤。

    这些情况,是切达人(Cheddar man)的基因告诉我们的。切达人生活于距今1万年的英格兰,彼时尚处于中石器时代。切达人有着深色的皮肤(因为黑色素含量很高)和蓝色的眼睛,与7 000年前生活在西班牙的另一批人毫无二致。(但两种人之间没有任何亲缘关系!)SLC24A5基因参与人体内黑色素的合成,在不久以后欧洲智人皮肤淡化的过程中,这个基因发挥了重要作用。其实,在大约6 000年前,随着第一批近东农民的到来,SLC24A5的等位基因Alal 11 Thr就在欧洲出现了。另一些研究表明,当时生活在斯堪的纳维亚的智人拥有较浅的肤色,这或许是来自中亚的外来基因造成的。在旧石器时代晚期,欧洲的智人尽管为数不多,但无疑表现出了很强的多样性。很有可能,克罗马农人的肤色远比我们通常想象的要黑得多。

    这么看来,相对较低的光照强度似乎并未造成太大的选择压力,或许是因为以打猎和采集为生的智人从食物中获得了足量的维生素D。

    相反,到了新石器时代,智人的食谱变得较为贫乏。当北方的智人转而从事农耕生活时,肤色变白就变得至关重要,这也是SLC24A5基因的变体在智人种群中迅速传播开来的原因。到了今天,95%的欧洲人体内都含有这个变体。

    至于蓝色眼睛,或许是性选择的功劳。从遗传学角度来看,存在好几种不同的蓝色眼睛;不过,在欧洲,蓝色眼睛这一特征与1万年前至6 000万年前出现的单一基因突变有关。但是,这个远不如肤色重要的特征为什么会被选择并遗传下来呢?这是因为,与蓝色眼睛相关的基因突变也在肤色变白过程中发挥了作用,尽管作用微乎其微。不过,这个理由似乎不足以确保这个突变的传播。会不会是这个突变位于某个重要基因附近,所以只是搭了后者的便车才得以遗传下来呢?虽然达尔文对这些基因一无所知,但他还是给我们提供了另一种解释。我们知道,稀有特征会带来非同寻常的吸引力。因此,拥有蓝色眼睛的人可能会留下更多的子孙后代,也就是更多蓝眼睛特征的携带者!

    当然了,文化偏好在其他方面发挥了作用,比如现代人的体毛差异。在体毛方面,人类表现出明显的性别二态性,这无疑与我们远祖的偏好有关。不过,男人有胡子而女人没胡子,是因为女人偏爱有胡子的男人还是因为男人喜欢没胡子的女人导致的呢?同样,现代人今天具有的多样性,也正是人们择偶品味不尽相同产生的结果。

    基因的多样性

    人类的DNA由32亿个核苷酸排列而成,这些核苷酸是分子的组成部分。在这其中,只有大约500万个核苷酸是因人而异的。换句话说,任意两个人在遗传物质上的相似程度达99.6%。从基因角度考虑的话,人与人之间的差异程度比黑猩猩之间的差异程度要小。

    不同种群在这些个体突变的频率上存在差异。个体突变的频率导致了种群之间的差异。没有任何基因突变只存在于一个种群中并且出现在这个种群的每个个体身上。换言之,任何个体变异都不是某个大陆或某个种群所独有的。

    另外,许多研究结果表明,同一种群的个体之间的基因多样性要大于两个不同大陆上的两个不同种群之间的平均基因变异性。任何特定的种群内部都包含人类整体基因多样性的80%。尽管从外表上看不出来,但来自卡拉哈里沙漠的两个布须曼人之间的基因差异可能比一个欧洲人和一个亚洲人之间的基因差异更大。

    个体之间的差异很小,但并非随机分布。尽管不存在某个种群独有的标记,但是,以个体变异的特定组合为基础,我们可以相当容易地将某个DNA归于某个大陆。与此相反,知道了某个个体的来源并不能让我们了解这个个体的基因情况。

    对数千人进行的基因研究表明,人类存在几个大的地理类群。其中一项研究将人类分为以下7个不同类群:撒哈拉以南非洲人、欧洲人、中东人、中亚和南亚人、东亚人、大洋洲人以及美洲原住民。另一项研究则将人类分为以下3个不同类群:撒哈拉以南非洲人,欧洲、北非和西南亚人,亚洲其他部分、大洋洲和美洲人。

    整体而言,基因相似性和地理邻近性之间存在很强的一致性。南北方向上观察到的基因变异性高于东西方向上观察到的基因变异性,这也与环境适应性随着纬度增加而更加明显的情况相符。

    人类种族存在吗?

    无论是在历史上还是在文化上,人类多样性的问题都关系到种族是否存在。显然,这是个非常敏感的问题,因为在人类的历史上,物种分类往往与划分种族等级甚至灭绝某些种族的企图有关联。政治利益或经济利益常常隐藏在伪科学的考量身后。

    在德国纳粹于20世纪推行种族灭绝政策之后,联合国大会于1965年通过了《消除一切形式种族歧视国际公约》。在法国,种族并非官方认可的类别,官方甚至禁止进行任何将人群以“种族”划分的调查。在其他许多国家却不是这种情况,那里的居民必须明确自己的种族归属。通常情况下,我们已经不再按传统方式将人们划分为白种人、黑种人、黄种人这三大种族,而是将人们划入根据肤色和地理来源等标准人为构建的类别[比如在美国就存在黑人(非裔)、白人、西班牙裔、美洲原住民等类别]。

    今天的生物学已经不再认可传统种族的存在,并将传统的种族划分视为毫无逻辑,不但无用还往往有害。然而不争的事实是,大多数人仍会提及种族。即便人类无法分类,但“人类种族不存在”的论断似乎也是在挑战基本常识。这么一来,科学可就站到我们对世界认知的对立面了(生物学并不是唯一出现这种情况的领域,地球和太阳的相对运动就是另一个例子)。

    该怎么理解科学知识和一般感知之间的矛盾呢?在面对极为多变的集合时,我们本能地倾向于找出有利于进行信息组织的极端情形,偶尔会将数量上更多的中间情形抛在脑后。挪威人显然与日本人不同,我们也能够准确无误地将来自这两个群体的任何一个个体归入其中一个群体。不过,此举并不意味着给“挪威人种”和“日本人种”甚或“白种人”和“黄种人”下了定义,因为如此一来,就等于将从西欧到远东的其他民族都置于一边了,而他们显然不能被列入“挪威人种”或“日本人种”中的任何一类。

    传统的“三大人种”划分依据的标准只有一个,那就是肤色,而肤色实际上是不同种群分别独立获得的。这意味着,非洲、印度和澳大利亚的黑肤色种群与各自比邻而居的浅肤色种群的亲缘关系比他们彼此之间的亲缘关系更近。

    显而易见,最先试图定义种族的人类学家不得不先建立子类,然后再把子类继续细分,以至于产生了几十个“种族”,而最终这些“种族”还是不免与族群、种群或民族混为一谈。这些“种族”便成了所谓的“原始意象”(archetype)——它们以形态、地缘、文化、宗教标准建立,不具备任何精确性,而且没有任何生物学层面的事实依据。

    生物学上的“种族”(race)概念

    在生物学家眼中,race指野生物种内部与其他种群相互隔离且在大小、外形或行为上有明显区别的群体。这个术语差不多是品种(更多地用于植物)或亚种的同义词。这也是与亲本物种分化的一个阶段,最终可能导致新物种的出现。

    race一词的另一个含义是指通过严格控制家养动物的繁殖,获得非常独特的动物,比如暹罗猫或奥布拉克奶牛。

    这两个定义中的任何一个都不适用于我们人类,因为人类的繁殖并不受控,而且人类个体并非相互隔离。

    不过,有些科学家和企业家提出,“种族”概念具有潜在的医疗利益。实际上,随着DNA测序新技术的诞生,人们可以考虑开发基于基因的个性化药物,这样既能虑及病人对不同病原体的易感性,又能虑及他们对治疗的不同反应。英国和中国正在实施的旨在建立巨型遗传信息库的“十万人基因组”计划正是希望实现这个目标。一些专门从事DNA测序的公司正在推动建立基因组图谱,以详细说明我们基因组中存在的所有潜在的有害突变。

    某些疾病在特定种群中更加常见。比如,在阿什肯纳兹犹太人中,BRCA—1基因和BRCA—2基因上发生的特殊突变增加了乳腺癌的风险;在撒哈拉以南的非洲人中,能够引发镰状细胞性贫血的基因突变则更加常见(因为这个突变能够保护携带者免遭疟疾的困扰)。有些实验室提供“人种”检测,据称能让受测对象知道祖先的地理起源。制药业开发了针对特定种族的专用药,比如因为开发过程缺乏科学严谨性、概念模糊带来重大风险而在2005年引起很大争议的拜迪尔(BiDil)。

    一棵交了好运的树上长出了一根出人意料的树枝,这根树枝上又发出了出人意料的枝杈,这个枝杈上又萌出了一个小小的细枝,这个细枝就是智人。 ——斯蒂芬·J. 古尔德,1989

    不过,即便某些疾病只在特定种群中高发,也不能证明这些疾病是由基因决定的。还存在着与病人的社会背景或文化背景有关的可预见因素。在医学上,病人的直系尊亲是远比病人所属“种族”更有用的信息,何况“种族”更多是个文化概念,而非生物学事实。按这种逻辑,在欧洲或在美国,双亲分别为欧洲裔和非洲裔的儿童在文化上会被视为“黑人”,但这种划分并未给出一丁点儿生物学层面上的依据。

    基因组学在医学上的另一个应用,是将人类的演化纳入疾病研究的考量范畴之中,这正是演化医学的基础。而演化医学的一个目标就是弄明白旧石器时代选择的基因可能对当今人类造成怎样的负面影响,毕竟我们的生活条件和饮食习惯都与祖先的截然不同。

    未来的人类

    由于人类的历史伴随着重大的解剖特征变化和心理变化,我们禁不住设想人类未来将如何演化。我们很自然地会循着两个看似符合逻辑的方向设想:首先是过去经历的转变在未来的延续,然后是对现代环境和新的生活条件的适应。按照这个思路,未来的人类将拥有硕大无比的头颅、虚弱不堪的身体、高度发达的手指(用于敲打微型键盘)和适于观看屏幕的双眼。

    这种观点建立在对演化机制缺乏了解的基础上(参见第19页《人类演化:达尔文vs拉马克》)。即便我们真的需要,我们也没有理由获得更加修长、更加强壮、更加灵活的手指,除非自然选择发挥作用并有利于偶尔获得这些特征的人生存和繁衍(而且这些特征还须是源于基因的特征)。而现在,似乎还未具备这些条件,在很长的时间里,我们的手指恐怕还要保留现在的外形和能力。

    至于头颅,须知演化是受限于解剖结构的。我们可以设想拥有硕大无比的头颅(和硕大无比且更加出色的大脑)的个体在日常生活中占据优势并且子孙满堂。但这样一来,分娩将会更加艰难,除非胎儿较早出生,可这样就增加了早产的风险,或者骨盆将发生改变,但那样又面临干扰双足行走的风险。

    另外有一种可能发生的演化,虽然比较不明显但时常被提及,那便是智齿的演化。智齿是我们的第三臼齿,在发育过程中萌出较晚,萌出时往往令人难受,须由牙医拔除。约有20%的人只长部分智齿或完全不长智齿。我们祖先颌骨的减小阻碍了第三臼齿的正常萌出,引发了龋齿、肿块,甚至导致邻近牙齿或颌骨的破坏。在旧石器时代,这些情况都是可能导致死亡的。因此,智齿被置于强烈的负向选择之下。但在今天,这个负向选择已经消失,至少在发达国家是如此。在没有负向选择的情况下,即便基因突变持续累积,演化也不会再朝着特定方向进行了。

    然而,没有任何理由认为,我们将会抵达演化终点并将不再继续发生转变。现如今全球人口已达70亿,自旧石器时代以来,人类的多样性显著增加,基因突变在基因组中持续累积,而自然选择也不再像过去那样严苛。我们的婴儿死亡率大大降低,我们生产药物对抗致命疾病,在现代医学的帮助下,本身不孕不育的夫妻也有了繁衍后代的可能。这么一来,人类究竟有哪些实际的演化可能性呢?

    有些方面依然在自然选择的作用之下。每当细菌或病毒引发流行病的时候,人们就会发现有些人具有天然的抵抗力;与此相反,如果是严重的流行病,另一些人就会因此而丧命。在这种情况下,自然选择以粗暴的方式发挥作用,一些人失去生命而另一些得以幸存。流行病结束后,由于死亡率不同,具有抵抗力的人群占比上升,种群整体对这种流行病的抵御能力便有所上升。

    由人类免疫缺陷病毒(HIV)引起的艾滋病(AIDS)就是如此。在人类免疫缺陷病毒攻击人体淋巴细胞时,CCR5基因会发挥作用,其变体CCR5—Δ32能够阻断病毒。在亚洲西部和欧洲,10%的人拥有CCR5—Δ32变体,人们猜想,这个变体是因为能够保护人体免受另一种恶性疾病(或许是天花)的侵害而在过去被选择的。在非洲,这个变体更加鲜见,但在得了艾滋病的人群中,它正因为艾滋病的较高致死率而经历着强烈选择。

    同样的,人群中可能存在一些对合成分子较不易感的个体。而某些合成分子(比如内分泌干扰物)似乎是造成发达国家不孕不育率上升的罪魁祸首。那么,对这些合成分子的抵抗性将自动成为正向选择的目标,因为具备抵抗性的人类个体拥有更高的生殖能力。不过,这需要人类长时间接触这些合成分子才行。我们还是祈祷这种情况不要发生,否则人类的演化可就要告终了!

    这类不太引人注意的生理演化可能伴有更为明显的诱发变异,但至少要在几个世纪后才能看见。至于更加显而易见的解剖特征变化,就需要等待更久,可能要等上几千年,而那时人类的生活环境如何,现在的我们是无法想象的。

    从长远来看,在以百万年为单位计量的物种演化进程中,只要充分考虑人类现在的身体结构和实际发挥作用的生物学原理,我们大致可以预见人类将会发生的任何改变。至于在科幻小说里,一切皆有可能!

    控制演化的痴心妄想

    自19世纪以来,优生学企图通过对生育的“科学”控制来达到改良人类的目的。优生学往往带有浓厚的种族主义色彩;德国纳粹在20世纪实施的种族灭绝政策,还有对数百万人实施的绝育政策(如20世纪70年代前的瑞典或美国),使得优生学成为一门臭名昭著的学科。

    随着医疗辅助生殖技术和DNA测序技术的进步,优生主义观点悄悄卷土重来了。当人们试图避免将携带严重遗传病的胚胎植入女性子宫的时候,没有人会表示不满;借助同样的技术,父母还能为未来的孩子选择理想的基因。人类基因组大规模测序项目还有另一个目的,那就是找出在其他方面发挥作用的基因,比如体型、肤色、智力甚或性格。

    这些项目既虚幻又危险。说它们虚幻是因为,第一,我们成为什么样的人并不完全由基因控制,社会环境和家庭环境的作用或许更大;第二,基因的“质量”往往取决于携带者的生活条件。说它们危险,则是因为基因选择能力很容易转变成社会控制。在胚胎或胎儿性别检测成为可能之后,有些国家的男婴出生量急剧增多。最后,在胚胎上实施的任何操作都会产生长期影响,因为会波及被“选择”或改造的个体的子孙后代。今天,大多数国家禁止改造人类胚胎,但是资金或政治上的压力或许会在某一天突破伦理上的障碍。

    另一种意识形态,超人类主义,旨在通过合成生物学、神经学、纳米技术或计算机科学等学科的结合,超越人类现有的生理极限。超人类主义不仅要修复人类机体,还要“提升”人类的体能和智力。与旨在改良人类本性的优生学相反,超人类主义考虑的首先是个体。不过,一些超人类主义者也提出了着眼整个人类物种未来的远期目标,比如无限延长我们的寿命。

    近代史上,引导人类演化、打造“新人类”的尝试往往涉及种族灭绝或屠杀不符合标准的群体。这些梦想(或梦魇)无助于解决人类面临的各种问题,如资源过度开采、人口过剩、疾病流行、贫困等等。如果真想改变人类,我们首先应该倾向于改变人与世界的关系,还要充分考虑到人类这一物种所具有的种种多样性。

    术语表

    (DNA)序列 组成DNA的腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)四种碱基的精确排列顺序。
    DNA 脱氧核糖核酸,为包含生物发育和功能所需信息的分子。人类DNA由32亿个核苷酸(分为A、T、C、G四种)构成。细胞内的DNA分布在多个称为染色体的细丝上。
    阿舍利文化 距今140万年至20万年的文化,以制造两面器为特征,往往与直立人和海德堡人有关联。
    奥杜韦文化 是人类创造的最古老文化(距今约330万年至130万年),以制造粗糙的砍砸器为特征。
    傍人 南方古猿的全部邻近物种,拥有粗壮的骨骼和硕大的臼齿,在约100万年前灭绝。
    测序 测定个体的一个DNA片段或全部DNA的序列。
    单倍群 多个基因组成的DNA片段,其序列视个体或种群不同而不同。由于单倍群为DNA片段通过累积突变而衍生得来,通过研究可以回溯单倍群之间的亲缘关系。
    等位基因 一个基因往往有多个序列相异的变体,这些变体被称为等位基因。变体的活性有高有低,甚至可能完全失活。
    分支演化 以物种共有的新特征(即“衍生特征”)为基础的系统发生树构建方法。
    古人类学 以人类起源和演化为研究对象的学科。
    古生物种 仅能通过化石了解的已经消失的动物或植物物种。
    基因 含有细胞所需物质(往往是蛋白质)的制造所需信息的DNA片段。
    基因组 物种的全部DNA。DNA分为细胞核DNA和线粒体DNA。个体的基因组即个体的基因型。
    旧石器时代 史前时代最古老的时期,开始于约300万年前人属和最初的石质工具的出现,结束于1.2万年前冰期末期。
    旧石器时代早期 与奥杜韦文化和阿舍利文化对应的时期。
    旧石器时代中期 始于大约30万年前。在欧洲,该时期与尼安德特人及莫斯特文化有关。
    旧石器时代晚期 在欧洲,与智人有关,开始于距今约4万年,结束于距今约1万年的冰期结束之时。
    旧世界 欧洲、非洲和亚洲,与曾被称为新世界的美洲相对应。这个名称诞生于欧洲人发现澳大利亚和南极洲之前。
    两面器 对称的切削石块,往往呈杏仁形,用作工具或武器。
    灵长目 全部的猿、狐猴及二者的共同祖先。
    莫斯特文化 尼安德特人和非洲早期智人创造的文化。
    染色体 携带个体遗传信息的DNA细丝。
    人科 包括所有猿类的灵长目动物科,包括猩猩、黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩、人类及其祖先。
    人亚族 包含与智人的亲缘关系比与黑猩猩的亲缘关系更近的灵长目动物亚族,包括乍得沙赫人、图根原人、南方古猿、傍人及人属的全部物种。
    山猿 在意大利和东非发现的可追溯至距今900万年至700万年的一种已经灭绝的灵长目动物。某些古生物学家认为它能双足行走,不过双足行走对它的重要性仍未有定论。
    适应 在演化过程中动物或植物随着环境变化而改变的现象。
    适应性基因渗入 基因渗入指基因从一个物种向另一个物种的转移,比如基因在尼安德特人和智人杂交时发生的转移。当发生转移的基因对个体有用且通过正向选择在其基因组里保留时,即为适应性基因渗入。
    手锤 以石头、骨头或鹿角制成的用于切削石头的工具,用其反复敲打石块可获得石片。
    突变 DNA序列的改变。突变是偶然发生的,是等位基因和单倍群存在的原因。基因发生突变时,往往其活性会改变。
    物种 在生物学上,指互为亲代子代的或能够彼此交配繁衍后代的生物个体的集合;前述标准在古生物学上不适用,在古生物学中,人们根据化石的解剖特征确定物种。
    系统发生树 一种呈现自祖先物种演化而来的多个物种之间的亲缘关系的树状图。可为某个生物类群(如脊椎动物、哺乳动物)或某些物种(如人亚族、人属)构建系统发生树。
    线粒体DNA 线粒体中含有的DNA。线粒体为负责制造能量的细胞器。只有女性能通过卵细胞将线粒体DNA遗传下去。
    镶嵌演化现象 化石物种通常表现出同时具有原始特征和衍生特征的现象。实际上,演化并非以同样的速度作用于所有器官上。所以,有些灭绝的人亚族物种虽然已能双足行走(演化创新),但大脑仍与其祖先相似。
    小石叶 以燧石或黑曜石制成的小型工具,往往安装在支撑物上(如鱼叉、鱼钩等)。
    新石器时代 在距今约1万年的近东地区紧接中石器时代而来的时期,在此期间,随着农业和畜牧业的发展,原先以狩猎和采集为主的经济被以农业生产为主的经济所取代。
    性别二态性 同一物种的雌性个体和雄性个体的解剖学差异(性器官除外)。
    衍生特征 表现形式与祖先不同且在演化过程中发生了改变的特征,又称“派生特征”。人类的非对生大脚趾为一种衍生特征,因为这个特征仅在人类世系中出现并使人类有别于其他灵长目动物。
    演化 自生命在地球上起源以来物种诞生和转变的历史。
    幼态持续 物种演化过程中发育时间顺序改变导致的成年期仍保留幼年特征的现象。
    原康修尔猿 一种已经灭绝的灵长动物,最古老的化石可追溯至大约2 300万年前的中新世。
    爪哇人 欧仁·杜布瓦于1891年在爪哇发现的化石,起初被命名为直立猿人,最终在1950年被归为直立人。
    正向选择 在物种演化过程中,基因组的改变(比如发生突变)有利于携带者生存或繁殖的,称为正向选择;突变缩短了携带者生命或降低了携带者生殖力的,称为负向选择。
    中石器时代 上承冰期结束时的旧石器时代、下启动植物被大量驯化的新石器时代的时期,以狩猎、捕鱼和采集以及小石叶的制造为特征。
    转录 细胞使用DNA携带的信息制造所需分子的机制。
    祖先特征 表现形式与祖先相同的特征,又称“原始特征”或“祖传特征”。人类的对生大拇指为一种祖先特征,因为从至少5 000万年前起所有灵长目动物都具有了这个特征。
    最近共同祖先 两个物种共有的最近的祖先物种,通常不得而知。

  • 吴良宝:战国文字地名考证及相关问题

    战国文字中的地名资料,主要集中在当时的简牍官文书、官印、兵器、封泥、铜器等载体中,从内容上可以分为人文地理、自然地理两大类,包括行政区划名、山川湖泽等。我们本次讲座所关注的战国文字地名资料,专指其中战国时期的地理资料,楚简等资料中的战国以前地名不在讨论之列。

    随着新资料的不断公布以及战国文字研究的发展,战国文字地名的整理与研究已经取得了丰硕成果。本次讲座将对这些内容加以介绍,同时也总结其中的成功经验与有待提高之处。

    研究概况

    所谓“行政区划”,是“为国家行政机关实行分级管理而进行的区域划分”,也就是指在国土上建立一个由若干等级、不同幅员的行政区域所组成的体系。我国历史上曾经出现的政区单位包括“郡、县、道、州、府、行省”等,而我们所关注的战国时期文字中常见的政区单位主要是“郡、县”二级,县级以下的则有“乡、州、里、遂”等,从时间上来说,各种政区单位资料的时代集中在战国中晚期。

    历史地理学家谭其骧《秦郡新考》(1947年)是秦郡研究的集大成之作,得出了秦郡46郡郡目,《中国历史地图集》(1985年)在此基础上又增加了“鄣郡、庐江郡”,这是历史地理学界长期流行的主流意见。关于战国时期各诸侯国设郡的情况,杨宽《战国史》(1955年第一版,后经两次增订)“战国郡表”曾有过统计,共计六国之郡24个、秦郡36个;后晓荣《战国政区地理》(2013年)认为六国置郡31个(含齐国5都)、秦国统一之前置郡7个;何慕《出土文献所见秦郡名考》(2019年)统计秦封泥、秦简等出土文献的秦郡共29个、待定3个。

    李学勤《战国题铭概述(上)》(1959年)、李家浩《先秦文字中的“县”》(1987年)先后释出齐文字以及三晋、燕国文字中的若干字,郝本性《新郑“郑韩故城”发现一批战国铜兵器》(1972年)公布了一百多件韩国有铭兵器、黄盛璋《试论三晋兵器的国别和年代及其相关问题》(1974年)系统整理了三晋各国都城与地方各县监造的兵器,以上工作都推动了对战国县制的深入研究。

    战国文字资料中“县”的判断标准问题,以往学界较少注意。陈伟《包山楚简初探》(1996年)对包山简中楚县的判定进行了讨论,提出“司法职权”“名籍管理”“职官设置”等三项标准;颜世铉《包山楚简地名研究》(1997年)在此基础上提出了八项标准。吴良宝《战国文字所见三晋置县辑考》(2002年)、《谈战国时期齐国的置县问题》(2017年)对三晋文字、齐文字中的县进行梳理,使用了多项判断标准。李晓杰《中国行政区划通史·先秦卷》(2009年)也对战国文字中“县”的判定作了阐述,表达了不同的意见。

    对于各国置县的情况,目前学界意见多有不同。后晓荣《战国政区地理》(2013年)曾统计传世文献与出土文献中秦、六国置县的数量,共计567个县、27个可能是县的地名;李晓杰《中国行政区划通史·先秦卷》(2017年)统计出六国设置了183个县名、196个疑似县名,以及秦国置县共365个。受限于各种条件与因素,战国时期秦郡名目、各国的置县数量,相当长时间内都无法给出一个明确的统计数字。

    历史自然地理特别是古代的水道径流、海岸线等的研究难度极大,目前基本上无法复原或准确画出,并导致学界相关的争论。比如,《山海经》《尚书·禹贡》等文献记载的黄河下游水道孰早孰晚,学界尚存在争议。从事战国文字地理研究的学者,多数侧重于地名的文字释读以及国别年代判断、地望考证、诸侯国的疆域变迁等内容,对于战国文字中的自然地理研究相对薄弱。目前对战国文字自然地理资料的讨论,主要是水道名(比如新蔡葛陵楚简的“沮漳”、上博简《容城氏》的“蒌水”等)、山名(郭店简的“鬲山”、清华简《楚居》的“畏山、穴穷、乔山”)的考释,上博简《容城氏》“竞州、莒州”等“九州”的讨论也可归入此类研究。

    学术价值

    战国文字地名研究的学术价值是多方面的,下面试作说明。

    首先是提供了不见于传世文献记载的政区地理资料。

    里耶秦简、岳麓秦简、秦封泥中出现的“苍梧、洞庭、江胡、巫黔中”等,都是不见于史籍记载的秦郡名;三晋文字中的“邯坵、龙阳、氶、辛市、狐泉、蔑”、齐文字中的“奠昜、清陵、慎鱼、武寻”、燕文字中的“东阳、中阳”、秦文字中的“义阳、门浅、定楬、蓬”等,属于县、道之名,这些都是可以用于补充传世文献记载的第一手材料。

    其次是提供了更明确的地理沿革信息。

    例如,某些秦郡的始置时间一直存在争议,而通过出土秦文字资料的考察,可以为这些讨论提供相对明确的年代下限。据《汉志》班固自注,泰山郡、武陵郡都是西汉“高帝置”,但是岳麓秦简、里耶秦简中已经出现了“泰山守”“武陵泰守”,说明至晚在秦代这两个郡就已经设置,早于文献中的班固注说;谭其骧认为衡山郡是秦统一之后方由九江郡析置,而岳麓秦简出现了秦王政二十五年(公元前222年)“行戍衡山郡”的记载,这证明了衡山郡的设置不得晚于秦王政二十五年,结合传世史书中的秦始皇二十八年(公元前219年)巡省、途径衡山郡相关记载,说明衡山郡是秦始皇三十六郡之一,并非秦统一之后才析置而来。里耶秦简的一份秦始皇三十四年(公元前213年)文书中出现了“苍梧为郡九岁”的内容,由此我们可以推算苍梧郡始设于秦王政二十五年,由此推断苍梧郡、洞庭郡均为秦王政二十五年王翦“定荆江南地”的结果。里耶秦简“琅邪尉徙治即默”的内容,证明了即墨郡是秦统一之后析自琅邪郡,由此纠正了以往即墨郡置于秦灭齐之时、名为“胶东郡”等误说。

    秦简对郡治研究亦有推进作用。里耶秦简所记秦洞庭郡“新武陵别四道,以次传”的文书传递路线,揭示出新武陵是洞庭郡治,而里耶木牍又可以为我们继续探讨新武陵、门浅、上衍等秦县的地望提供线索。上述这些问题,如果仅靠传世文献记载,是无法圆满解决的。

    另外,有些地名上可以溯源到春秋时期、下可以系联到西汉时期,帮助我们补足县级政区沿革的链条。比如,韩国铜壶上的“隋”、三晋官印“上阳守”的“上阳”等地名,即《左传·隐公五年》记载的晋地“随”(在今山西介休市东)、《左传·僖公五年》所记之“上阳”(在今河南三门峡市东),这些都不见于战国时期的文献记载;秦官印中的“束州”(今河北河间市东北),见于《汉志》勃海郡,正因为官印的文字记录,束州建置可据此提前到秦代。

    战国文字中的地名资料,也为我们研究战国与秦代的郡县制提供了丰富的资料。这些地名有相当一部分是当时的县名。黄盛璋共考证了兵器中出现的三晋县名47个(分别为韩12个、魏17个、赵9个,国别待定9个)。李学勤《东周与秦代文明》更进一步指出:“战国古玺不少是县一级官吏的玺印。在这时的兵器上,每每也刻有郡县官吏署名的铭文。同时,许多货币上的地名,也是县的地名。这些古文字文物,都是郡县制发展普及的实物证据。”

    这些资料还提供了研究战国时期诸侯国疆域及其变迁的史料。在这方面,带有纪年信息的兵器、铜器的价值尤为明显。铸造时间比较明确的尖足布币、三孔布币也是重要的资料。例如,通过结合三孔布币、官印等资料中的“且居、崞、当城、上艾、余吾、扶柳”等地名,我们可以勾勒出公元前249年之后在今山西省北部与河北省内的赵国疆域的轮廓;战国晚期韩国桓惠王、韩王安时的兵器出现地名有黄河以北的“野王、长子、彘、屯留、介”、黄河以南的“安成、襄城、新城、蔑、釐、阳翟、高都、梁”等,据此我们能够大致描绘出这一时期在今山西、河南省境内的韩国疆域轮廓。

    最后是能帮助进一步校订古代典籍文献中的地名讹误。例如,秦封泥中出现了“方渠除丞”,学者据此指出,《汉志》北地郡的“方渠”“除道”两个县、道其实是秦“方渠除”一个道名的误拆。秦兵器的置用地名“徒淫”,旧多误释为《汉志》西河郡属县“徒经”,而根据秦封泥、张家山汉简《秩律》等来分析,“徒经”乃“徒淫”之讹误。云梦睡虎地秦简《编年记》载,秦昭王三十三年(公元前274年)“攻祭、中阳”(三三壹简),简文的“祭”通假为“蔡”,整理小组据此指出“疑《秦本纪》‘蔡阳’系‘蔡、中阳’之误”。

    这里试举一例,学者通过清华简曾解决了一个学界长期聚讼的问题。《左传·隐公元年》记载的著名故事“郑伯克段于鄢”的“鄢”、宋庠本《国语·郑语》虢郐十邑的“鄢”,其实都是“邬”之误字。考虑到乌、焉两个字或偏旁在战国文字阶段字形区别明显,推测这个讹混应该发生于中古时期。既知“郑伯克段于鄢”的“鄢”实为“邬”,叔段一败于京、再败于邬,最后逃窜到黄河以北的共地,其败逃过程与路线由此就得以厘清,无需牵扯到今天的河南柘城、鄢陵等地。

    再试举一个后世对《战国策》原文误改的例子。《战国策·燕策一》“苏代谓燕昭王”章记载:“秦不出崤塞,齐不出营丘,楚不出疏章”,意在论证如果安于现状、不思进取,那么秦、齐、楚等国当年就不会离开他们的始居地,也就不会有今日之盛。而在马王堆帛书《战国纵横家书》“苏秦谓燕王”章出现了类似的内容:“自复而足,楚将不出雎章,秦将不出商阉,齐不出吕遂,燕将不出屋、注”,比较以上两则材料,记载的秦不出的“崤塞”和“商阉”明显是两个不同的地名。参考清华简《系年》第三章有“成王伐商盖,杀飞廉,西迁商盖之民于邾吾,以御奴卢之戎,是秦之先,世作周卫”的内容(第14—16号简),李学勤指出,秦人始居之地本是东方的商阉(今山东省曲阜市一带),后被谪迁到西垂的邾吾(今甘肃省甘谷县一带),后世不了解这一史实,遂将策文“商阉”误改为今传本的“崤塞”。

    不足之处

    战国文字中的地名,相当一部分见于《竹书纪年》《战国策》《史记》等传世文献记载之中,这方面的资料整理与研究已取得很可观的成绩,但也存在一些不足。主要表现为文字释读有误、通假破读不当、地望考订有误等。

    战国文字地名资料中的疑难字不在少数,燕国官印中的所谓“洀汕”(《古玺汇编》0363),至今已有“洀谷”“湶水”“潮汕”等多种释读意见,尚未达成一致。形近混同导致的误释,也会给地名研究制造困难,比如楚简地名“酂”长期被误认为“ ”字,实际上“赞、鬲”二者的上部笔画区别还是比较明显的。虽然楚国金币上的“”早在1980年就被正确地释出,但并未在区分“”“酂”时发挥应有的作用。

    地名文字释读有误,有的因图版不够清晰导致。深圳南山博物馆藏的韩国七年令雍氏戈,内部加刻的置用地名所谓“崤山”,实际应是“比阳”二字,这是后续依靠清晰照片得以纠正的。

    楚国鄂君启舟节中的“鄂”地长期被定在今湖北鄂州市,加之“由”“古”二字时有形近相混的情况,导致“油”字被误释为“沽(湖)”,由此误释进而提出了节铭有三条水运路线的观点,将“逾”理解为“更换水路”或采用“水陆联运”的方式。直到陈伟正确地释读为“油(淯)”,即今汉水的支流白河,舟节上半段的线路才基本得以理顺。20世纪70年代之前,学界未将节铭的鄂定为《汉志》南阳郡的西鄂,在当时释字水平情况下,误释“油”为“沽(湖)”是一个不可忽视的因素——南阳盆地没有大型的湖泊水面,定为西鄂就难以解释节铭的“逾湖”之说,即便想到可能是“油”字,非历史地理领域的学者也不一定会联想到此字可以破读为《山海经》(《文选》注引)、《水经注》里的淯水。

    黄盛璋在《试论三晋兵器的国别与年代及其相关问题》名作中说,新郑“郑韩故城”窖藏兵器的地名“平匋”就是赵国的“平匋(陶)”,在今山西文水县西南。黄文之所以会将韩国兵器上的地名“平匋”判断为赵国之“平陶”,除受限于当时材料之外,无疑是受到地名“少曲”的合文先被误释为“肖”字,进而被误解为“趙”(赵)国之“趙”的负面影响,且赵国恰好有“平匋”地名,使他产生了“郑韩故城”窖藏兵器里也有赵国兵器的错觉。1985年李家浩将“肖”改释为“少曲”之后,这个疏误就此得以纠正。河南荥阳市广武镇南城遗址发掘出土的“坪匋市、平匋仓”等陶文资料,田成方、高靖尧定为见于《水经·济水注》的“平桃城”,此说甚是,由此可见韩兵、陶文的“平匋”并非赵地之“平匋”,属于“同名异地”。

    通假手段使用得当,可以为解决地理疑难问题提供钥匙。古文字学家于省吾曾提出“律例兼备”的标准,“在利用古音知识去解决考释古文字中的具体问题时,单从理论上说明某两个字可以有双声叠韵关系是不够的,最好能举出实际的例证。”“于省吾先生借用古代司法术语,把前者称为‘律’,后者称为‘例’,认为只有律、例兼备,所下的判断才能令人信服。”(转引自林沄《古文字学简论》)陈伟、朱德熙、李家浩将上述所列鄂君启舟节的“油”读为“淯”、“芸昜”读为“旬阳”,使得节铭的汉水上中游经行线路豁然明朗,是地名研究中运用通假手段的典型例证。

    通假破读使用不当,也是地名考证中的常见问题。我们以《利簋》“柬”地而言,或读为“管”(在今河南郑州市),符合“律例兼备”的条件,长期被学界信从。但新邑鼎铭文说周王从今天洛阳市的“新邑”历时“二旬又四日”才抵达柬地,坂方鼎铭文记载商王到“殷”之地祭祀之后当天返回柬地,这两则路程信息都证明了“柬”地是不可能在郑州市一带的。可见,“律例兼备”之外还有一些其他制约需要我们重视,否则就容易导致似是而非的判断。再比如,《古玺汇编》0147“啺攻帀鉨”齐国官印的“啺”旧多读为今山东曹县的“唐”,从这枚官印与“不其市节”同钤于一件陶器来看,“不其”在今山东青岛市即墨区,相应的“啺”地似乎不应远在曹县一带(今鱼台或曹县一带战国早中期属于宋国的领土,齐国只在湣王灭宋之后短暂占据过这一带)。孙刚指出,齐地“啺”应读为《左传》襄公六年“王湫帅师及正舆子、棠人军齐师”的“棠”,在今青岛市即墨区南部,这符合其对应“不其”地点的逻辑,其说可信。

    地望考订有误,最主要的表现是把时代较晚的地望误当作早期地望。这里以见于秦兵器的“平周”、三晋文字的“平州(周)”为例:《汉志》西河郡有“平周”县,在黄河以东今山西省介休市西,学界据此认为战国时期的“平周”也应是此处。但是,根据陕西米脂县出土的汉代画像石题记所载:“永和四年九月十日癸酉,河内山阳尉西河平周寿贵里牛寄平造作千万岁室宅”,这里的“河内山阳尉”是墓主人生前任职的地点、所任的官职,“西河平周寿贵里”是他的籍贯,墓主人死后归葬故里,据此吴镇烽提出“平周”应在今天的米脂县境内。又根据张家山247号墓汉简《秩律》中的“平周、西都、中阳”排在《汉志》上郡之列,周振鹤据此指出,“平周、中阳”二县过去被定位于黄河以东可能是错误的。陕西神木市栏杆堡出土“中阳”秦陶文,陕西榆林市桥头峁城址出土“西都”秦陶文(《文博》2019.5),为地望考订提供了重要线索,同时也为东汉永和五年(公元140年)陕北地区被匈奴占据、部分县治从黄河以西迁至今山西省境内提供了有力的佐证。

    “同名异地”与“同地异名”的现象也需要我们格外留意。这一现象在传世文献、出土文献中不在少数,比如“安阳、平阳、武城、安平、平舒、新城”等,赵国境内有东、西两个安阳、武城,燕国境内的“当城”地名还加了“东、北”这样的方位词加以限定,之前讨论的韩国与赵国同名“平陶”之地也是一例。我们再以战国后期赵国流通货币“三孔布币”所载地名“武阳”为例,说明辨析同名异地的必要性。在传世文献中我们可以找到多个“武阳”之地,出土的燕、赵两国的兵器、货币、玺印也有这一地名。由于今河北易县燕下都在《水经注》中被称作“武阳”,因此学界一直相信三孔布币的“武阳”就是燕下都,这也与文献《史记·赵世家》记载的孝成王十九年(公元前247年)燕国把“葛、武阳、平舒”交换给赵国之事相符。但是,我们按照正常的军事地理逻辑来审视,燕、赵这次交换土地之后,两国沿着徐水、易水一线分界,燕国在北、赵国在南,形成相对更易维持的军事对峙。如果按照易县“燕下都”是武阳的推断,此次燕国把易水以北的“武阳”换给了赵国,相当于彻底打破了燕赵沿徐水、易水对峙的军事态势,赵国成功楔入了燕国防线。而且从《史记》中“葛、武阳、平舒”的叙述顺序看,燕国换给赵国的武阳不可能是“燕下都”,只能位于今河北任丘市一带。其实赵国另有“武阳”之邑,即《史记·赵世家》记载的孝成王十一年(公元前255年)武阳君郑安平死后被收回的封地,即《水经·浊漳水注》长芦水的武阳城,在今河北省衡水市冀州区小寨乡,这才是三孔布币与玺印中的“武阳”。

    本文转自《光明日报》( 2024年11月02日 10版)

  • 马特·里德利《基因组》(节选)

    目录
    第一号染色体 生命
    第二号染色体 物种
    第三号染色体 历史
    第四号染色体 命运
    第五号染色体 环境
    第六号染色体智慧
    第七号染色体本能
    X和Y染色体 冲突
    第八号染色体自身利益
    第九号染色体疾病
    第十号染色体压力
    第十一号染色体个性
    第十二号染色体自我组装
    第十三号染色体史前
    第十四号染色体永生
    第十五号染色体性别
    第十六号染色体记忆
    第十七号染色体死亡
    第十八号染色体疗法
    第十九号染色体预防
    第二十号染色体政治
    第二十一号染色体优化人种论
    第二十二号染色体自由意志

    第一号染色体 生命

    一切归于腐朽之物皆源于他方 一个接一个地,我们抓住生命的气息而后死亡 如同产生于物质之海的泡沫上升、破裂、重归海洋 ——亚历山大·波普:《论人类》

    太初有“词”。这个词以自己携带的信息充斥了整个海洋,永不停息地复制它自己。这个词发现了如何重组化学物质,以便抓住熵的潮流中微小的逆流并给它们以生命。这个词把我们这个星球上的陆地从布满灰尘的地狱变成了郁郁葱葱的天堂。最终,这个词到达了鼎盛期,巧夺天工地造出了一种粥样的、被称为人脑的机器。这个机器发现并意识到了这个词的存在。

    每次我这么想的时候,我的那个粥样的机器就翻腾个不停。地球有40亿年的历史,我却幸运地活在当今这个时代;地球上有500万个物种,我却幸运地生为一个有意识的人;地球上有60亿人,我却荣幸地生在发现了这个“词”的国家;在地球所有的历史、地理环境与生物环境中,偏偏就在我出生的5年前、距离我出生的地方只有200英里处,我这个物种的两个成员发现了DNA的结构,从而揭示了宇宙中最大、最简单而又最惊人的秘密。如果你愿意,你可以嘲笑我的激情,就当我是个可笑的物质至上者吧:居然对一个缩写词(指DNA)都肯倾注这么大的热情。不过,跟着我到生命的源头去看看吧,我希望我能够让你相信这个词是多么迷人。

    1794年,博学的诗人、医生伊拉斯谟·达尔文(Erasmus Darwin)这样问道:“远在动物存在之前,地球和海洋就充满了植物;远在某种动物存在之前,其他动物就已存在。在这种情况下,我们能否假设:所有的有机生命都源自于,且仍然产生于,同一种有活性的纤维?”这样一个猜想在那个时代被提出来,让人惊愕。不仅仅是因为“所有有机生命都有共同来源”。这一大胆假说比他的孙子查尔斯·达尔文有关这一题材的书还早了65年,也是因为“纤维”这一古怪的用词。确实,生命的秘密就是在一条纤维里。

    但是,一根纤维怎么就能创造出有生命的东西?生命是不大好定义的,但是所有生命都有两种能力:复制自己的能力和制造秩序的能力。有生命的东西都能够造出跟自己差不太多的拷贝:兔子生兔子,蒲公英生蒲公英。但是兔子还会干一些别的。它们吃的是草,却能将其转化成兔子的骨与肉,不知怎么一来,就在混沌随机的世界里造出了有秩序有复杂性的身体。它们并没有违反热力学第二定律——在一个封闭的系统里所有事物都倾向于从有序变成无序。这是因为兔子不是一个封闭系统。兔子是靠消耗大量能量才得以建立一个有序的、复杂的局部结构——它的身体的。用爱尔温·薛定谔(物理学家,《生命是什么》的作者)的话说:生命是从环境里“把秩序喝进来”的。

    生命的两种能力,关键都在于信息。复制的能力之所以有可能存在,是因为存在一种“配方”,里面有制造一个新的身体所需要的信息。兔子的卵就带有组装一只新兔子的指南。通过新陈代谢来创造秩序同样也靠的是信息——用来建造和维修制造秩序的机器的指南。一只有生殖能力和代谢能力的成年兔子,是由它的生命纤维预先规划设计好的,正如一个蛋糕是在烘蛋糕的配方里就规划设计好了。这个想法可以直接追溯回亚里士多德。他曾说过,鸡的“概念”是隐含在鸡蛋里的,而橡树把自己的计划直接传达给了橡实。亚里士多德的这种模糊的信息学观念,在被物理学与化学埋没了多年之后,又被现代遗传学重新发现。麦克斯·德尔布吕克(Max Delbruck)(遗传学家)曾开玩笑地说:这位古希腊哲人应该因为发现了DNA而被追授诺贝尔奖。

    DNA的纤维就是信息,是一种用化学物质的密码写成的信息,每一个字母都是一种化学物质。而且,DNA密码事实上是用一种我们能够理解的方式写的,这真有点令人大喜过望。就像书面英语一样,遗传密码是写在一条直线上的线性语言;就像书面英语一样,遗传密码是数码式的,意思是说每一个字母都同等重要。更有甚者,DNA的语言比英语简单多了,因为它的字母表里只有四个字母,按惯例被称为A、C、G和T。

    当我们现在知道了基因就是用密码写的“配方”之后,就很难想象在过去只有那么少的人曾经想到过这一可能性。20世纪的上半叶有一个没有被回答的问题在生物学里一再出现:什么是基因?当时,基因简直是神秘莫测。让我们回到——不是DNA对称结构被发现的1953年,而是此前10年——1943年。10年之后在破解DNA的秘密上做了最突出工作的人,那时候都在干别的。弗兰西斯·克里克(Francis Crick)当时在朴次茅斯(Portsmouth)那边设计水雷;只有15岁的“神童”詹姆斯·沃森(James Waston)刚刚在芝加哥大学注册读本科,而且已立志用自己的一生去研究鸟类学;莫里斯?威尔金斯(Maurice Wilkins)在美国协助研制原子弹,罗萨琳·富兰克林(Rosalind Franklin)则在替英国政府工作,研究煤的结构。(四人是在1953年发现DNA结构上贡献最大的科学家;罗萨琳因罹患癌症于1958年去世;另外三人于1962年获得诺贝尔生理学及医学奖)

    还是1943年,在奥斯维辛集中营,约瑟夫·门格尔(Josef Mengele,纳粹医生,在犯人身上进行人体实验,被称为“死亡天使”)正对孪生子们进行致命的折磨,他的“科学研究”其实是对科学研究的一种极其恶劣的嘲讽。门格尔是在试图理解遗传学,但他的优化人种论已经被证明不是正确的途径。门格尔的实验结果对他之后的科学家是没有用处的。

    1943年,在都柏林,一个从门格尔那种人手下逃出来的难民、物理学家爱尔温·薛定谔,正在圣三一学院讲授一个名为“什么是生命”的系列讲座。他是在试图定义一个问题。他知道染色体载有生命的秘密,但是他不知道染色体是怎样储存生命秘密的。“就是这些染色体……以某种密码写就的程序,储存了每一个体发育的整个模式,以及发育成熟之后每一个体应有的功能。”他说,基因那么小,小得不可能是任何其他东西,而只能是一个大分子。他的这一见解影响了一代科学家——包括克里克、沃森、威尔金斯和富兰克林——去攻克一个顿时不再是无从下手的难题。但是,已经如此接近答案的薛定谔却偏离了轨道。他认为这个大分子之所以能够成为遗传物质的载体,是由于他心爱的量子理论。而他对自己这个想法执迷的研究最后被证明是走进了一条死胡同。生命的秘密跟量子没有任何关系。关于生命的答案并不出自物理学。

    1943年,在纽约,一位66岁的加拿大科学家奥斯瓦尔德·埃弗里(Oswald Avery),正在对一个实验进行最后的调整。这个实验将决定性地证实DNA是遗传的化学表现。这之前他已经发现,仅靠吸收一种化学溶液,一种肺炎菌就能从无害转变为有害。到了1943年,埃弗里已经总结出:发生了转变的东西就是DNA。但是他在发表自己结果的时候,表达得过于谨慎,以至于一段时间之内都没几个人注意到他的成果。在1943年5月写给他兄弟罗伊的信里,埃弗里也只比以前稍稍大胆了一点:

    如果我们是正确的(当然,这一点还有待证明),那就意味着核酸(DNA)并不仅仅是结构上重要,而是功能上活跃的物质,能够决定细胞的生化活性与特性。那么,就有可能利用已知的化学物质去准确地改变细胞并使这种改变遗传下去。这是遗传学家长期的梦想。

    埃弗里几乎已经走到这一步了,不过他仍然只是从化学的角度在思考。简·巴普提斯塔·冯·赫尔蒙特(Jan Baptista van Helmont,化学家、生理学家、医生)在1648年说过:“一切生命都是化学。”但这只是一种猜想。1828年,弗雷德里克·维勒(Friedrich Wohler)说:至少有些生命是化学。那时他刚用氯化氨和银的氰化物合成了尿素,从而打破了一直以来化学的世界与生物的世界之间不可逾越的界限。在他之前,尿素是只有生物体才能制造出来的东西。“生命就是化学”这句话是对的,不过也很煞风景,就像谁说足球就是物理一样。大概计算一下,生命可以说是三种原子的化学。生物体中98%的原子都是氢、氧和碳。但是,生命整体的特性,比如说遗传性,才有意思,而不是组成生命体的每一个零件。埃弗里想象不出来,是DNA的什么化学性质使它能够载有遗传性的秘密。这个问题的答案也不是从化学来的。

    1943年,在英国布莱奇利(Bletchley),一位天才数学家艾伦·图灵(Alan Turing)正在眼看着他最有洞察力的一个想法在绝密环境下变成真实的机器。图灵论证过:数字能够自己进行运算。为了破解德国军队洛伦兹编码器的秘密,英国制造了一台建立在图灵理论上的计算机:克劳索斯。这是一台多功能机器,有可以修改的内存程序。当时没有人意识到图灵也许比任何人都更接近生命的秘密,图灵自己更是没想到。遗传,实际上就是一种可以修改的内存程序;新陈代谢就是多功能的机器。把两者连接起来的是一种密码,是以物理的、化学的,甚至是非物质的形式存在的一种抽象信息。它的秘密就在于它能够复制自己。任何能够利用这世界上的资源把这密码复制出来的事物,就是有生命的东西。这种密码最可能的存在方式是数码方式:一个数字,一个短程序,或是一个词。

    1943年在新泽西州,一个有点与世隔绝的沉静的学者,克劳德·香农(Claude Shannon),正在琢磨一个他几年前在普林斯顿大学的时候想到的想法。香农的这个想法是说,信息和熵是一个硬币的两面,两者又都与能量有紧密的联系。一个系统的熵越小,它所含的信息就越多。蒸汽机之所以能够收集煤燃烧发出的能量并把它转化为旋转运动,是因为蒸汽机本身有很高的信息含量。人体也是如此。亚里士多德的信息理论与牛顿的物理学在香农的大脑中相遇了。像图灵一样,香农也根本没有想到生物学。但是香农这一深刻的想法,却比堆积如山的物理学与化学理论更接近于“什么是生命”这一问题的答案。生命也是数码信息,是用DNA写成的。

    太初有“词”,这个词却不是DNA。DNA的出现,是在生命已经出现之后,在生物体已经把两种活动——化学反应与信息储存,新陈代谢与复制——分工进行之后。但是DNA一直存着这个“词”的一份纪录,在漫长的岁月里将其忠实地传递下来,直到今天。

    想象一下显微镜下一个人类卵子的细胞核。如果有可能的话,你可以把23对染色体按大小重新排列一下,大的在左边,小的在右边。现在在显微镜下放大一下最左边的一根——纯粹是随意地,这根染色体被称为一号染色体。每一根染色体都有一条长臂和一条短臂,由一个被称为中心体的窄节所连接。如果你仔细地读,你会发现,在一号染色体的长臂上接近中心体的地方,有一串长约120个字母(A、C、G和T四种字母)的序列,重复出现了很多次。在每两个这种序列之间,是一些没有什么规律的“文字”,但这120个字母组成的“段落”却像一段耳熟能详的乐曲一样重复出现,总共出现了100次以上。阅读这种“段落”也许就是我们与最初的“词”最接近的时候。

    这个短“段落”是一个小基因,它也许是人体内最活跃的一个基因。它的120个字母不断地被制成一小段RNA,称为5SRNA。它与其他一些RNA、一些蛋白质被仔细地缠在一起,住在一个名叫核糖体的结构里。核糖体是把DNA配方翻译成蛋白质的地方。而蛋白质又是使得DNA能够复制的东西。借用萨缪尔·巴特勒(Samuel Butler)(19世纪作家)的风格,我们可以说:蛋白质就是一个基因用来制造另一个基因的手段,基因就是蛋白质用来制造另一个蛋白质的手段。厨师需要做菜的菜谱,而菜谱也需要厨师。生命就是蛋白质和基因这两种化学物质的相互作用。

    蛋白质代表的是化学反应,是生命活动、是呼吸、是新陈代谢、是行为——生物学家们称为“表现型”的那些东西。DNA代表的是信息,是复制、是繁殖、是性活动——生物学家们称为“基因型”的那些东西。两者都不能单独存在。这是一个经典的“先有鸡还是先有蛋”的问题:是先有基因还是先有蛋白质?先有DNA是不可能的,因为DNA只是一件含有些数学信息的无生气的东西,不能催化任何化学反应,非得有其他东西帮忙不可。先有蛋白质也不可能,因为蛋白质虽然能进行化学反应,却不能精确地复制自己。这样看来,不可能是DNA创造了蛋白质,也不可能是蛋白质创造了DNA。如果不是最初的那个“词”在生命的纤维中留下了一点淡淡的痕迹,这个谜团也许会一直让人觉得奇怪和糊涂。正如我们现在已经知道的,蛋是在鸡出现之前很久就有了的(爬行类动物是所有鸟类的祖先,它们是下蛋的),现在也有越来越多的证据表明在蛋白质存在之前有RNA。

    在当代,RNA是把DNA和蛋白质这两个世界联系起来的一种化学物质。它的主要作用是把信息从DNA语言翻译成蛋白质语言。但是,从它的行事特点看来,它几乎毫无疑问地是二者的祖先。如果DNA是罗马城,RNA则是希腊;如果DNA是维吉尔(Vivgil),RNA就是荷马。

    RNA就是那个“词”。RNA留下了五条线索,使我们看到了它是先于DNA和蛋白质的。直到今天,要想改变DNA序列中的任何组成部分,都是通过改变RNA序列中相应的组成部分而完成的,没有更直接的办法。而且,DNA语言中的字母T是从RNA语言中的字母U造出来的。现代的很多酶,虽然是蛋白质,但它们要想正常发挥功能却离不开一些小的RNA分子。更有甚者,RNA与DNA和蛋白质还有不同的一点,就是RNA能够复制自己,不需要任何外界帮助:给它正确的原料,它就能将其织成一条信息链。不管你观察细胞的哪一部分,最古老最基本的功能都需要RNA的参与。基因中的信息是以RNA的形式被一种需要RNA才能正常工作的酶提取出来的。这个信息,是由一台含有RNA的机器——核糖体翻译出来的。而在翻译过程中需要的氨基酸,又是一种小小的RNA分子给搬运过来的。在所有这些之上,还要加上一条,与DNA不同的是,RNA可以做催化剂,可以把分子——包括RNA——打断或是连上。它可以把RNA分子切断、连上,造出RNA的组成成分,把一条RNA链加长。一个RNA分子甚至可以在自己身上做“手术”,把自己的某一段切除,再把两个自由端接在一起。

    20世纪80年代早期,托马斯·赛克(Thomas Cech)和西德尼·奥特曼(Sidney Altman)(他们因在RNA功能方面的工作于1989年共获诺贝尔化学奖)发现了RNA的这些惊人特性,从而彻底改变了我们对于生命起源的理解。现在看来,最早的基因,“原基因”,很有可能是复制与催化合为一体的,是一个消耗自己周围的化学物质以复制自己的“词”。它的结构很有可能就是RNA。把任意一些RNA分子放在试管里,然后一遍遍地选出它们中间催化作用最强的成员,就可以重现RNA从什么也不是到具有催化作用的“进化”过程——几乎可以说是又进行了一次生命起源。这种实验最惊人的结果之一,就是最后得到的RNA往往含有一段序列,读起来酷似核糖体RNA基因——比如说,一号染色体上的5S基因——的序列。

    在第一只恐龙出现之前,在第一条鱼出现之前,在第一条虫子、第一棵植物、第一种真菌、第一种细菌出现之前,世界是RNA的世界。这大概是40亿年前,地球刚刚形成不久,宇宙也仅仅有100亿年历史的时候。我们不知道这些“核糖生物体”是什么样子的。我们只能猜想它们是怎样“谋生”的——从化学意义上说。我们不知道在它们之前有什么,但从存留在今天的生物中的线索看来,我们可以比较肯定地说RNA世界确实存在过。

    这些“核糖生物体”面临着一个大问题。RNA是不太稳定的物质,几小时之内就可以解体。如果这些“核糖生物体”去了比较热的地方,或是试图长得比较大,它们自己的基因就会迅速坏死,遗传学家们称为“由错误而引起的灾难”。后来,它们中的一个从试验与错误中发明了一种新的、更“坚强”的RNA的变种:DNA。它还发明了一套从DNA复制RNA的系统,包括一种我们称为“原核糖体”的机器。这套系统既要快速又要准确,于是它把遗传信息连在一起的时候每次连三个字母。每个三字母的小组都带有一个标签,使得它能够更容易地被“原核糖体”找到。这个标签是氨基酸做的。很久以后,这些标签被连在一起,制成了蛋白质,而那些三个字母的“词”,则成了制造蛋白质的密码——遗传密码。(所以直到今天,遗传密码每个词都有三个字母,作为制造蛋白质的配方的一部分,每个词拼出20个氨基酸中的一个。)这样,一个更复杂的生物就诞生了。它的遗传配方储存在DNA里,它体内的各种“机器”是蛋白质做成的,而RNA则在两者之间架起一座桥梁。

    这个生物名叫露卡(Luca)——所有物种在分化之前最后的一个共同祖先。(原文是The Last Universal Common Ancestor,缩写为LUCA)它长得什么样子?住在什么地方?传统的回答是:它长得像个细菌,生活在一个离温泉比较近的温暖的水塘里,或生活在浅海湾里。不过,在过去的几年里比较时髦的做法是给露卡一个环境比较险恶的住处,因为变得越来越清楚的是,地下与海底的岩石上存在着亿万种以化学物质为养分的细菌。现在一般认为,露卡存在于地下极深的地方,存在于火成岩的裂缝里,“吃”硫、铁、氢和碳为生。直到今天,生活在地球表面的生物仍然只是地球所有生物中薄薄的一层。地下深层那些喜热细菌——也许就是造就天然气的那些物质——体内含有的碳的总量,也许是地球表面所有生物含碳量的十倍。

    不过,在试图确认最早的生命形式的时候,有一个概念上的困难。现在,绝大多数的生物都不可能从它们父母以外的任何地方得到基因了,但是过去却不一定如此。即便是今天,细菌也可以通过吞掉其他细菌来得到它们的基因。在过去某一阶段,也许有过很普遍的基因交换,甚至基因“盗窃”。很久以前,染色体可能是既多且短的,每条染色体可能只有一个基因,失也容易得也容易。如果真是如此,卡尔·沃斯(Carl Woese)(微生物学家)指出,那么这样的生物就还不是一个能够存活一阵的生物体,而只是暂时存在的一组基因。也因此,存在于我们所有人身体里的基因,也许来自很多不同的“物种”,要想把它们归类溯源是徒劳的。我们不是来自于某一个祖先,而是来自于由带有遗传物质的生物体组成的整个“社区”。正如沃斯所说,生命物质从何而来有史可循,生命却没有家族史。

    你可以把这种“我们不是来自于某个个体,而是来自于一个社区”的结论看成是一种推销集体主义精神和全局观念的、意在让人感觉良好的模糊哲学。你也可以把它看成是“自私的基因”这一理论的终极证明:在过去那些日子里,基因之间的战争比今天更甚,它们把生物体作为临时的战车,只跟生物体建立短暂的联盟,而现在的战争更像是基因与生物体组成的团队与其他团队之间的战争。这两种说法信哪一种,你自己选吧。

    就算以前有过很多露卡,我们仍然可以猜想它们以前生活在哪里,以什么为生。这里,“嗜热细菌是所有生命的祖先”这一说法出现了第二个问题。由于三位新西兰人(A.Poole、D.Jeffares和D.Penny)在1998年公布的精彩的探索工作,我们突然瞥见了一种可能性,那就是,在几乎每一本教科书上都可以看到的生物进化树,可能都是大头朝下了。那些书都肯定地说,最先出现的生物是类似于细菌的简单细胞,它们的染色体是环状的,而且每个染色体只有一份;所有其他生物的出现,都是因为多个细菌结成“团伙”,变成了复杂细胞。现在发现,也许倒过来是更有道理的。最初的现代生物一点也不像细菌,它们也不生活在温泉里或是海底深处火山通道口。它们与原生质(protozoa)很像:它们的基因组是分成片段的,有多条线性染色体而不是一条环状染色体,而且它们是“多倍体”——每一个基因都有几个备份,用来帮助改正复制中出现的拼写错误。还有,这些原生质应该是喜欢比较冷的气候。正如帕特里克·福泰尔(Patrick Forterre)(微生物学家)一直坚持的,现在看起来,细菌可能是后来才出现的,是高度简化与功能特化了的露卡的后代,是在DNA—蛋白质世界被发明之后很久才出现的。它们的把戏是把在RNA世界里形成的很多“设备”都扔掉,以便在很热的地方存活。在细胞里存留了露卡那些原始的分子特征的生物是我们;细菌比我们“进化得更高级”。

    一些“分子化石”的存在支持这个奇怪的说法,这些“分子化石”是一小点一小点的RNA:向导RNA,桥RNA,小细胞核RNA,小核小体RNA,自我剪接的内含子(这是一些不同功能的RNA)。它们在你的细胞核里转悠,干一些完全无用的事,比如说,把它们自己从基因里切出去。细菌就没有这些玩意。“细菌把这些东西给扔掉了”是比“我们发明了它们”更简约的解释。(可能让人有点吃惊的是,从原则上说,除非有其他理由,否则科学认为简单解释是比复杂解释更有可能的,这个原理在逻辑上被称为“奥卡姆剃刀”。)细菌在“侵入”很热的地方,比如说温泉或温度可达170摄氏度的地下岩层的时候,就把这些旧的RNA扔掉了。为了尽量减小由热而导致的错误,它付出的代价就是简化自身的设备。扔掉这些RNA之后,细菌发现它们的细胞中经过简化的新设备使得它们在一些繁殖速度越快越有优势的生存夹缝里——比如寄生的环境或以腐烂的动植物为生的环境——有了竞争实力。我们人类保留了那些旧的RNA,那些功能早已被其他“机器”代替了的旧“机器”的残余,一直没有把它们整个扔掉。与竞争极为激烈的细菌世界不同,我们——所有动物、植物和真菌——从来就没有遇到过如此激烈的、要简单快速才占优势的竞争。相反,我们看重的是复杂的结构、是有尽可能多的基因,而不是一台高效使用这些基因的机器。

    遗传密码中那些三个字母的词在所有生物中都是一样的。CGA的意思是精氨酸,GCG的意思是丙氨酸——在蝙蝠里、在甲虫里、在白桦树里、在细菌里,都是如此。即使是在那些古细菌(这些“古细菌”现在仍然存在)里以及那些名叫病毒的微小而又狡猾的囊状物里,它们的意思也是一样的。尽管这些古细菌有些生活在大西洋表面之下几千英尺处温度达到沸点的硫磺泉里。不管你去世界的什么地方,不管你看到的是什么动物、植物、昆虫或其他一团什么东西,只要它是有生命的,它就用的是同一个字典、理解的是同一套密码。所有的生命原是一体。除了在个别小范围内有些改动——主要是由于不明的原因而发生在有些纤毛原生动物里——之外,每一个生命体都用同样的遗传密码。我们都用的是同一种“语言”。

    这就意味着——信仰宗教的人士也许会发现这是一个有用的说法——只有一次创世纪,生命的诞生源自一个单独的事件。当然,最初的生命仍然有可能是发源于另一个星球并由太空船播撒在地球上的;也有可能最初有过千万种生命,但只有露卡在那一“锅”原始汤里那种无情的、“谁有本事谁拿”的竞争中幸存下来。但是,在60年代遗传密码被破解之前,我们不知道我们现在知道了的东西:所有生命都是一体;海带是你的远房表哥,炭疽菌是比你更发达的你的亲戚。生命的统一性是从经验中得到的事实。伊拉斯谟·达尔文当年不可思议地接近了这一事实:“所有的有机生命都源自于,且仍然产生于同一种有活性的纤维。”

    就这样,从基因组这部“书”里,我们可以读到一些简单的真理:生命的统一性,RNA的重要性,地球上最早的生命的化学特性,大的单细胞生物可能是细菌的祖先,细菌不是单细胞生物的祖先。40亿年前的生物是什么样的,我们没有化石可以研究。我们只有这部了不起的书:基因组。你的小指头上细胞里的基因,是第一个有复制功能的分子的嫡系传人。这些基因通过一条永不断裂的复制链,在复制了几十上百亿次之后到达我们这里,它们携带着的数码信息里仍然留有最早的生存竞争的痕迹。如果人类基因组可以告诉我们原始汤里发生的事情,它会告诉我们多少那之后的4000万个千年里发生的事!人类基因组是一部我们历史的纪录,它由密码写就,为运行的“机器”而写。

    第二号染色体 物种

    具有那么多高贵品质的人,肉体仍然带着他的卑微起源的抹不去的痕迹。 ——查尔斯•达尔文

    有些时候,你会对一些显而易见的东西熟视无睹。1955年以前,人们一致认为人有24对染色体。这是那种“人人都知道这是对的”的事。之所以人人都知道这是对的,是因为在1921年,有个名叫西奥菲勒斯•佩因特(Theophilus Painter)的得克萨斯人,把因为精神失常和自虐而被阉割了的两个黑人和一个白人的睾丸拿来,做成了极薄的切片,把这些切片用化学试剂固定之后,在显微镜下进行观察。佩因特试着数了这几个倒霉蛋的成精细胞里那些缠成一团的、不成对的染色体,最后得出了24这个数。“我自信这个数字是正确的”,他说。其他人之后又用其他方法重复了他的实验。所有的人都得到了24这个数。

    之后的30年,没人对这个“事实”表示过怀疑。有一组科学家还放弃了他们在人的肝脏细胞上进行的实验,因为他们在这些细胞里只找到23对染色体。另一个研究人员发明了一种把所有染色体都分离开的方法,但他仍然认为自己看到了24对染色体。直到1955年,一个印度尼西亚人庄有兴(Joe-Hin Tjio)从西班牙到瑞典去跟阿尔伯特•莱文(Albert Levan)工作,真相才被发现。

    庄和莱文使用了更好的技术,清清楚楚地看到了23对染色体。他们甚至还回过头去在一些书中的照片里数出了23对染色体,尽管照片下面的文字注明应该有24对。没有人会糊涂到不想看见事实真相的地步。(这句话在这里都含有讽刺的意味。)

    人类没有24对染色体,其实是一件叫人惊讶的事。大猩猩有24对染色体,黑猩猩也是。在猿类动物里我们是个例外。在显微镜下面,我们与其他猿类动物最大、最明显的区别,就是我们比它们少一对染色体。原因很快就弄清了,并不是猩猩的染色体到我们这儿丢了一对,而是在我们的身体里,两对猩猩的染色体融合在一起了。人类染色体中第二大的一条,二号染色体,是两条中等大小的猩猩染色体融合起来形成的。这一点,从人类染色体与相应的猩猩染色体上那些暗带的排列就可以看出来。

    教皇让•保罗二世(PopeJohn-PaulII)在1996年10月22日对天主教科学院所作的讲话中提出,古猿与现代人类之间存在一个“本体的断裂”——这个断裂点就是上帝向动物的一个分支注入了人的灵魂的时刻。这种说法可以使教廷与进化论达到和解。也许这个本体的飞跃是发生在两条猩猩染色体融合的时候吧,也许编码灵魂的基因就在人类二号染色体中间的地方?(这句话在这里都含有讽刺的意味。)

    先不提教皇了。人类这个物种怎么说也不是进化的巅峰。进化没有巅峰,进化也没有进步退步之分。自然选择不过是生命形式不断变化的过程,而变化是为了适应由物质环境和其他生命形式提供的多种机会。生活在大西洋底硫磺出口的黑烟菌,是在露卡时代之后不久就跟我们的祖先分开了的一族细菌的后裔。起码在基因水平上,这种细菌大概比一个银行职员还进化得更高级。因为这种细菌每一代都比人的一代更短,所以它有更多次机会去完善自己的基因。

    这本书只专注于一个物种——人类——的状况,但这并不说明这个物种的重要性。当然,人类是独特的。在他们的两只耳朵之间,拥有地球上最复杂的生物机器。但是复杂性并不是一切,复杂性也不是进化的目的。这个星球上的每一个物种都是独特的。独特性是一种过剩了的商品。尽管如此,我还是想在这一章里探讨一下人类的独特性,去发现我们这个物种特性的根源。原谅我的狭隘吧。起源于非洲的没毛灵长类,虽然有短暂的繁荣,但他们的故事只是生命的历史中的一个脚注。不过,在这些没毛的灵长类自己的历史里,他们的故事可是占据中心地位的。我们这个物种的独特“卖点”到底是什么呢?

    在对环境的适应上,人类是个成功者。他们也许是整个地球上数量最多的大型动物。他们有大约60亿个成员,加在一起有3亿吨生命物质。那些在数量上达到或超过人类水平的大型动物,要么是那些被我们驯化了的动物:牛、鸡、羊,要么是依赖于人类环境的动物:麻雀和老鼠。相比之下,全世界只有不到1000只山地大猩猩。即使是在我们开始屠杀它们、毁坏它们的生存环境之前,它们的数量也很可能超不过现有数量的十倍。还有,人类这个物种显示了征服多种生存环境——热的、冷的,干的、湿的,海拔高的、海拔低的,海洋、沙漠——的惊人能力。除了人之外,鹗、仓枭和燕鸥是仅有的在南极洲之外的各大洲都比较兴旺的大物种,而在各个大洲,它们的生存环境都很有限。人类在适应环境上的成功无疑是付出了高昂代价的,我们注定很快就要遇到大灾难(环境破坏):作为一个成功的物种,我们对未来真是出奇地悲观。不过到目前为止,我们还算成功。

    但是,一个惊人的事实是:我们来自于一长串失败。我们是猿,而1500万年前,面对那些“设计”得更好的猴子的竞争,猿差点儿灭绝了;我们是灵长类,而4500万年前,面对那些“设计”得更好的啮齿动物的竞争,灵长类哺乳动物差点儿灭绝了;我们是由爬行动物进化来的四足动物,但是2亿年前,面对那些“设计”得更好的恐龙的竞争,我们的爬行动物祖先差点儿灭绝了;我们是有叶状鰭的鱼的后代,但是3.6亿年前,面对那些“设计”得更好的伞状鰭鱼的竞争,有叶状鰭的鱼差点儿灭绝了;我们是脊索动物,但在5亿年前的寒武纪,面对那些非常成功的节肢动物的竞争,我们是侥幸生存下来了。我们在适应环境上的成功,是克服了那些让人胆战的困难才取得的。

    在露卡之后的这40亿年里,那个“词”在——用理查德•道金斯(Richard Dawkins,生物学家)的话说——制造“生存机器”方面变得越来越高明了。“生存机器”是那些大型的、用血肉构造成的生物体,它们善于把局部的熵减小以更好地复制自己体内的基因。它们能做到这一点,是因为它们经历了漫长的、大规模的尝试与失败:自然选择。上千亿的生物体被造出来并被试验过,只有那些达到了越来越苛刻的生存条件的生物体,才得以繁衍下去。一开始,这只是一个比较简单的、化学反应是否高效的问题:最好的生物体是那些发现了把其他化学物质转变成DNA和蛋白质的细胞。这个阶段持续了大约30亿年。其他星球上的生命在那个时候是什么样的我们不知道,但在地球上,生命好像就是不同种类的变形虫之间的竞争。在那30亿年间曾经生活过上千亿的单细胞生物,每一个生命在几天之内繁殖,然后死亡。那30亿年里发生了大量的尝试与失败。

    但是生命并没有到此为止。大约10亿年前,很突然地出现了一种新的世界秩序:更大的、多细胞的生物体被发明了,大型生27物爆炸性地大批出现。从地质学角度来看,只是一眨眼的工夫(俗称的寒武纪大爆发也许只持续了1000万到2000万年),就出现了大批结构无比复杂的生物:跑得飞快的、几乎有一英尺长的三叶虫,比这还长的拖着黏液的蠕虫,半码(1码约0.914米)长的舞动的藻类。单细胞生物仍然占据着统治地位,但是这些不认输的大型“生存机器”在给自己划出一块生存的地域。而且很奇怪,这些多细胞体获得了一些带有偶然性的成功。尽管从外太空来的陨石曾经砸到地球上,造成一些零星的倒退,而且很不幸的是,这种灾难总是倾向于灭绝更大、更复杂的生命形式,但是进化的趋势还是清晰可辨。动物存在的时间越长,它们中的一些就变得越复杂。具体地说,那些大脑最发达的动物的大脑,每一代都变得更大:古生代最大的大脑比中生代最大的要小,中生代最大的大脑比新生代最大的要小,新生代最大的大脑又比当代最大的要小。基因们发现了一种实现自己“野心”的方法:制造一种不仅仅能够生存,而且还具有智慧行为的机器。现在,如果一个基因发现自己是在一个受到了冬季暴风雪威胁的动物体内,它可以指望这个动物做些聪明的事,比如迁徙到南方,或是给自己搭个避风的住所。

    从40亿年前开始的这个让人喘不上气的“旅程”把我们带到了距现在1000万年前的时候,最初的昆虫、鱼、恐龙和鸟类都早已出现,那时地球上大脑最大(大脑与身体的比例最大)的生物可能就是类人猿一我们的祖先。距现在1000万年前的那个时候,在非洲可能有两种,甚至两种以上不同的猿。这两种猿,一种是大猩猩的祖先,另一种是黑猩猩和人类的共同祖先。大猩猩的祖先们有可能在中部非洲的一串火山区的森林里安顿了下来,从此在基因上与其他的猿隔断了。那之后的500万年间,另一种猿有了两种不同的后代,最终导致人类和黑猩猩的出现。

    我们之所以知道这段历史是因为它是写在基因里的。就在1950年,伟大的解剖学家J•Z•杨(Young)还写道:我们还不清楚人类到底是与猿来自于同一祖先,还是起源于与猿在6000万年前就分开了的另一灵长类的分支。那时还有人认为棕猩猩(orangutan)是人类最近的表亲。但是现在,我们不仅知道黑猩猩与人类分开是在大猩猩之后,还知道人类和猿的分开发生在不到1000万年前,甚至可能是不到500万年前。(现在一般认为,人的祖先与棕猩猩的祖先是在1000万〜1500万年前分开的,人的祖先与大猩猩的祖先是在600万〜800万年前分开的,而人的祖先与黑猩猩的祖先是在500万〜700万年前分开的。)物种之间的关系可以从基因中那些随机的“拼写”错误积累的速度中看出来。黑猩猩和大猩猩基因的区别比黑猩猩和人类基因的区别要大——每一个基因、每一个蛋白质序列、每一段你任意捡起来的DNA序列,都是如此。用最没有诗意的话说,一条人类DNA与一条黑猩猩的DNA组成的杂合体在比较高的温度下才能分解成两条,而大猩猩DNA与黑猩猩DNA的杂合体或人类DNA与大猩猩DNA的杂合体,在较低温度下就可分开。

    比确定谁是谁的祖先更难的,是校正分子钟以精确判断新物种出现的年代。因为猿的寿命很长,而且年龄比较大的时候才开始生育,所以分子钟走得比较慢(基因的拼写错误大多是在DNA复制的时候、在制造卵子和精子的时候产生的)。但是我们还不知道在校正分子钟的时候怎样把这个因素考虑进去,而且,基因和基因也不一样。有些DNA片段好像暗示着人类和黑猩猩分开是很久以前的事;其他的DNA,比如说线粒体DNA,又显示一个更近的日期。500万到1000万年是被普遍接受的一个范围。

    除了二号染色体是由两条猩猩的染色体融合而成之外,人类染色体和黑猩猩的染色体只有极少和极小的看得见的区别。有13条染色体是一点区别都看不出来的。如果你随机选取黑猩猩基因组里的一个“段落”,然后把它与人类基因组里相应的“段落”比较,你会发现只有个别几个“字母”是不一样的:平均每100个字母只有不到两个不同。我们就是黑猩猩,这句话有98%的准确度;

    黑猩猩就是人,这句话的可信度是98%。如果这还不能打击你的自信,那么想一想,黑猩猩97%是大猩猩,人类的97%也是大猩猩。换句话说,我们比大猩猩更像黑猩猩。

    这怎么可能呢?我跟黑猩猩之间的区别太大了。黑猩猩毛比我多,它的头的形状跟我的不同,它身体的形状跟我的不同,它的四肢跟我的不同,它发出来的声音也跟我不同。黑猩猩身上就没有一样东西是跟我有98%的相同的。可是,真是这样吗?黑猩猩和人的区别到底多大,得看跟谁比。如果你拿两个黏土做的老鼠模型,要把一个改成黑猩猩模型,另一个改成人的模型,大部分的改变会是一样的;如果你拿两个黏土做的变形虫模型,要把一个改成黑猩猩模型,另一个改成人的模型,大部分的改变会是一样的。两个模型都需要加上32个牙、四肢、每只手上五个指头、两只眼睛、肝脏;每个模型都需要毛发、干的皮肤、脊柱和中耳里的三块小骨头。从变形虫的角度说,或者从一个受精卵的角度说,人类和黑猩猩就是98%地相似。黑猩猩身体内的骨头没有一块是我们没有的;黑猩猩大脑里的化学物质没有一样是在人脑里找不到的;我们的免疫系统、消化系统、血液系统、淋巴系统、神经系统,没有哪一部分是黑猩猩没有的,反过来也是一样。

    黑猩猩大脑里的脑叶也没有哪个是我们没有的,我们的脑叶黑猩猩也都有。维多利亚时代的解剖学家理查德•欧文爵士(Sir Richard Owen),在为了抵抗自己这个物种是猿的后代这一理论所作的最后的、绝望的努力中,声称海马区小叶是人脑特有的结构,是灵魂的所在地,是神造人类的证据。这是因为从探险家保罗•杜查禄(Pauldu Chaillu)带回的来自刚果的大猩猩大脑标本里,欧文没能找到海马区小叶。托马斯•亨利•赫胥黎(Thomas Henry Huxley,19世纪生物学家,达尔文进化论的坚定捍卫者)愤怒地回应说:海马区小叶在类人猿的大脑里是存在的。“不,它是不存在的”,欧文说。“它就是存在的”,赫胥黎说。1861年间有一个短暂的时期,“海马区问题”是维多利亚治下的伦敦关注的焦点,在幽默杂志《木偶剧》和查尔斯•金斯利(Charles Kingsley)的小说《水婴》里都被讽刺过。赫胥黎的观点-今天也有很多人响应——并不仅限于解剖学:“我不是那种要把人的尊严建立在他那伟大的脚趾头上的人,也不想灌输如果类人猿有海马区小叶人类就没救了这种观念。相反,我已经尽我所能去扫掉这种‘虚荣心’。顺带说一句,在“海马区问题”上赫胥黎是对的。

    归根结底,从黑猩猩和人类的共同祖先住在非洲中部的日子到现在,人类只繁衍了不到30万代。如果你拉着你妈妈的手,她又拉着你外祖母的手,她又拉着你曾外祖母的手……这条线刚刚从纽约延伸到华盛顿,你们就已经要跟“丢失的一环”(这里指人和黑猩猩的共同祖先,目前还没有找到它的化石。)——人类与黑猩猩的共同祖先一拉手了。500万年是一段很长的时间,但是进化不是按年计算,而是按代计算。细菌要想经历这么多代只需要25年时间。

    那“丢失的一环”长得是什么样子呢?通过仔细研究人类祖先的化石,科学家们已经离答案非常近了。离“丢失的一环”最近的化石可能是一种小小的猿人的骨架,这种猿人被取名为阿底皮西卡斯(Ardipithecus),存在于距今大约400万年前。尽管有几个科学家认为阿底皮西卡斯存在于“丢失的一环”之前,这其实不太可能:阿底皮西卡斯的骨盆主要是为直立行走而“设计”的;从这种设计退化回与大猩猩和黑猩猩的骨盆相似,是极不可能的。当然,我们需要找到比阿底皮西卡斯还要早几百万年的化石,才能够准确无误地知道我们在观察阿底皮西卡斯的时候是否就是在观察人与黑猩猩的共同祖先。不过,我们通过阿底皮西卡斯可以大致猜想一下那“丢失的一环”长得什么样子:它的大脑可能比现代的黑猩猩的大脑要小;它的身体活动,在靠两条腿支撑的时候,可能与现代的黑猩猩一样灵活;它的饮食结构也许跟现代的黑猩猩差不多:以果类和其他植物为主;公的比母的个子大很多。从人类的角度来看,很难不想到这个“丢失的一环”跟黑猩猩比跟人相似。黑猩猩当然可能不同意,但是看上去,我们这一支无论如何是比黑猩猩的一支经历了更多的变化。

    与曾经生活过的每一种猿一样,这“丢失的一环”很可能是生活在森林里的:一种标准的、现代的、上新世的、以树为家的猿。在某一时刻,它们的群落分成了两支。我们知道这一点,是因为一个群落分成相互隔绝的两部分时常常引发特化(speciation,指在相对稳定的环境中充分进化以至于不再能适应其他环境):这两个部分在基因上逐渐有差别了。造成“丢失的一环”分成两支的,有可能是一座山脉,也有可能是一条河流[今天,刚果河分隔着黑猩猩和它的姐妹物种一小猩猩(bonobo),也有可能是大约500万年前形成的西部大裂谷把人类的祖先隔在了干旱的东侧。法国古生物学家伊夫•科庞(Yves Coppens)把这最后一种假设称做“东侧理论”。这方面的理论越来越不着边了。也许是当时刚形成不久的撒哈拉沙漠把我们的祖先隔在了北部非洲,而黑猩猩的祖先留在了南部。也许在500万年前,当时很干旱的地中海盆地被源自直布罗陀海峡的巨大洪水——比尼亚加拉河(美国与加拿大交界处的河流)的流量大1000倍——给淹了,这样,就突然把“丢失的一环”中的一部分给隔绝在了地中海里的一些大岛上,它们在那里以涉水捕捉鱼和有壳的海洋生物为生。这个“洪水假说”闹得沸沸扬扬,却没有任何确凿证据支持它。

    不管具体机制是什么,我们可以猜想到,我们的祖先是与其他猿隔绝的很小的一支,而黑猩猩的祖先当时则是主流的一族。这是因为从人类的基因里,我们发现人类在进化过程中经过了一个非常窄的“瓶颈”(也就是说,有一个人口数量极少的时期),比黑猩猩经过的“瓶颈”窄得多:在人类基因组里,随机的变异比黑猩猩基因组里的少得多。

    那么,让我们来勾画一下孤岛(不管是真的岛还是假的)上的这群被隔绝的动物吧。这一小群猿人开始近亲繁殖,面临着灭绝的危险,被遗传学上的“初始效应”(如果一个群体在开始的时候只有数目很少的个体,意即群体里的所有个体都是很少的几个祖先的后代,那么祖先身体里偶然产生的基因变异就会在这个群体里变得非常普遍,这就是初始效应。在一个祖先数目很多的群体里这种情形就不会发生。)所影响(这种效应使得一个很小的群落可以有很大的、完全是由偶然性造成的遗传变异)。在这一小群猿人中出现了一个很大的突变:它们的两条染色体融合起来了。从这以后,它们的繁殖就只能在自己这一群之内进行了,就算是这个“岛”跟大陆重新接合之后也是如此。它们与大陆上它们的“亲戚”杂交而生的后代是不育的。[我要瞎猜了,我们跟黑猩猩到底能不能生出有生育能力的后代?科学家们好像对我们这个物种在繁殖的孤立性方面(reproductive isolation)很缺乏好奇心嘛。]

    这个时候,其他惊人的变化开始出现了。骨架的形状开始变化,使得直立和用两条腿行走变得可能了,而这很适合于在平坦的地区长途跋涉;其他猿的行走方式更适合于在比较起伏的地区短途行走。皮肤的变化也出现了——毛越来越少,而且在热天大量出汗,这一点在猿类动物里是比较特殊的。这些特点,再加上给脑袋遮阴的一层头发,加上头皮上结构像散热器一般的血管,示意着我们的祖先已经不再生活在有树阴、多云的森林里了;它们行走在开阔的陆地上,行走在赤道上的烈日下。

    什么样的生存环境造成了我们的祖先骨架方面的巨大变化?你可以尽情地猜测。只有极少的几个说法被证明是有可能的,也只有极少的几个被证明没有可能。在那几个有可能的理论里,最可信的一个是说这些变化的发生是因为我们的祖先被隔绝在了一块比较干旱和开阔的草原。这个生存环境找上了我们,我们可没有去找它:在非洲很多地区,那个时代正是森林被热带草原取代的时候。一段时间之后,在大约离现在360万年前,从现在的坦桑尼亚的萨迪曼火山飘出来的火山灰刚开始湿润,在这些火山灰上,三个古人类有目的地从南走向北。走在最前面的是最大的那个;紧跟它的足迹的是中等大的那个;最小的那个走在它们左边一点,要甩开大步才能跟上。一段时间之后,它们短暂地停了一下,向西面偏了偏,然后又继续前行,就像你我一样直立地前行。在雷托利(位于坦桑尼亚北部。)发现的脚印化石,要多清楚就有多清楚地讲述了我们祖先直立行走的故事。

    即便如此,我们所知仍然很少。雷托利的那三个猿人是一男、一女和一个孩子,还是一个男的和两个女的?它们吃些什么?它们喜欢什么样的栖息地?由于东非大裂谷阻挡了从西面而来的潮湿的风,非洲东部在当时毫无疑问地越来越干了,但是这并不说明它们是在找干旱的地方。事实上,我们对于水的需要,我们的易出汗,我们的适应于含有大量油和脂肪的鱼类食物,还有其他一些因素(包括我们对海滨、对水上运动的喜爱),暗示着我们的祖先可能是喜欢水的。我们游泳游得相当不错。最初,我们的祖先是生活在水边的森林里或是湖边吗?

    当时间合适的时候,我们的祖先戏剧性地变成了食肉动物。但在那之前,一种崭新的类人猿——实际上是几种——出现了。它们是雷托利猿人那样的生物的后代,但不是现代人类的祖先,而且它们可能是只以植物为食的。它们被称为南方古猿(robust Australopithecus,robust一词是“结实、粗壮”的意思)。在研究这些猿人的时候,基因帮不上我们,因为这一支猿人已经灭绝,也没有进化成其他物种。正如如果我们不能“阅读”基因,我们就无从得知我们与猩猩的表亲关系一样,如果我们一这里我所说的“我们”,主要是指李基—家(Louis S.B. Leakey,他的太太Mary Leakey和儿子Richard Leakey;三人都是20世纪英国著名考古学家、古人类学家,雷托利的南方古猿的脚印就是由Mary带队的一组考古学家于1976年发现的)、唐纳德•约翰逊(Donald Johanson,考古学家,于1974年在埃塞俄比亚发现了一具相当完整的古人类的骨骼,是目前为止发现的年代最古远的古人类的骨骼,被起名为“露西”(Lucy))等人一没有发现那些化石,我们就不可能知道我们曾经有过很多南方古猿这样的更近的表亲。别看南方古猿名字挺“粗壮”,其实只是指它们的下颚很结实。它们是很小的动物,比黑猩猩小,也比黑猩猩笨,但是它们的身体已经直立了,脸部也很发达:有着由巨大的肌肉支撑着的庞大的下颚。它们咀嚼很多,可能咀嚼的是草和一些比较硬的植物。为了能够更好地把植物在嘴里翻来覆去地嚼,它们的犬齿也逐渐消失了。最后,大约100万年前吧,它们灭绝了。我们可能永远不会知道太多它们的事情了。也许是我们把它们吃了呢。

    言归正传吧,当时我们的祖先是比南方古猿更大的动物,跟现代人一样大或者更大一点:它们身高接近两米,很是魁梧,就像艾伦•沃克(AlanWalker)(艾伦•沃克:当代美国考古学家。)和理查德•李基(RichardLeakey)描述的、存在于160万年前的著名的纳瑞奥科托米(Nariokotome)男孩(Nariokotomeboy,指的是在肯尼亚纳瑞奥科托米沙流地带发现的一具古人类骨骼。)的骨骼。它们已经开始使用石器工具,代替它们的牙齿。这帮家伙有着厚厚的头骨,有石头做的武器(这两者可能缺一不可),已经完全能够杀死和吃掉毫无抵抗能力的南方古猿了。在动物世界里,表亲关系一点不可靠:狮子会杀死猎豹,狼会杀死草狼。没有导演,是一些有竞争优势的自然进程把这个物种带入了后来爆炸般的成功——它们的大脑越来越大了。有些特别喜欢拿数学折磨自己的人计算过,大约每过10万年,大脑就增加1.5亿个脑细胞,当然,这个数字就像是旅游手册上常见的那种一点用处都没有的统计资料。发达的大脑、食肉、缓慢的发育、在成年之后仍然保留孩童时期的特征(光滑皮肤、小下颚、拱形的头盖骨),这些都必须同时存在。如果不吃肉,需要大量蛋白质的大脑就成了昂贵的奢侈品。如果头骨过早定型,就不会有大脑所需的空间。如果不是发育缓慢,就不可能有时间去学习如何充分发挥一个发达大脑所具备的优势。

    这整个过程可能是由性选择来推动的。除了大脑的改变之外,另外一个很大的变化也在发生。与雄性相比,雌性身材的变化很大。在现代的黑猩猩里、南方古猿里和最早的猿人化石里,雄性是雌性的一倍半大,但在现代人里这个比例小得多。在化石纪录里这个比例稳步地在降低,这是史前纪录里最受忽视的事实之一。它意味着这个物种的交配方式发生了变化。黑猩猩那种多配偶的、短暂的性关系,大猩猩那种“妻妾”成群的多“妻”制,被一种类似于一夫一妻制的形式所代替,身体大小方面性别差异的减小就是一个清晰的证据。但是,在一个一夫一妻制的系统里,雄性和雌性都会感到认真选择配偶的压力。在多妻制下,只有雌性需要小心选择配偶。配偶之间长久的纽带把每一个猿人与它的配偶在它生育期的大部分时间内都拴在一起了:质量,而不是数量,突然重要起来了。对于雄性来说,选择一个年轻的配偶突然至关重要起来,因为年轻雌性的生育能力还能保持很多年。对于异性身体上象征年轻的、如孩童般的特征的青睐,意味着对于年轻人的拱形的大头盖骨的青睐,大脑增大的过程也就从此开始。

    把我们推向习惯性的一夫一妻制,或起码是把我们往这里拉得更深一些的,是在食物方面产生的性别分工。我们发明了一种跟地球上所有其他物种都不同的性别之间的合作关系。由于女性采到的植物类食物是两性分享的,男性就赢得了从事危险的打猎活动的自由;由于男性得到的肉类食物是两性分享的,女性就可以得到高蛋白的、易于消化的食物,而不必为了自己去寻找这种食物而放弃照顾幼小的孩子。这意味着我们这个物种在干旱的非洲平原上找到了减少饥馑的生存方法。当肉类比较少的时候,植物类食物补充了不足;当干果和水果少的时候,肉类可以填充不足。这样,我们得到了高蛋白的食物,却没有必要像猫科动物那样发展出高度专门化的捕猎方法。

    通过性别分工而培养出来的一些习惯也延伸到了生活的其他方面。我们擅长分享东西,就像是有人逼着我们这么做似的。这就带来了新的好处:每个个体可以发展专门的技能。我们这个物种特有的这种在“专家”之间的分工,是我们成功适应环境的关键,因为它使得技术的发展成为可能。今天我们生活的社会在分工方面更加有独创性,涉及范围更大。

    从那个时候开始,这些变化就有一种内在的连贯性。体积大的脑子需要肉类食物(今天的素食者是靠吃豆类食品而防止缺少蛋白质的)分享食物使得吃肉的习惯变得可能(因为男性的捕猎活动可以失败)分享食物要求有个比较大的脑(如果不能有意识地记住细节,你会很容易就被一个想占便宜的家伙骗了)按照性别分工推动了一夫一妻制(一对配偶现在成了一个经济实体)一夫一妻制导致性选择的时候对于代表青春的身体特征的重视(配偶年轻有更大优势)。理论就是如此这般一圈圈地转,我们用这些螺旋形的让人宽心的理由来证明我们是怎样成为今天这样的。我们用一些非常脆弱的证据,建造了一个一碰就倒的科学房子。但是我们相信这些理论有一天是可以验证的。化石纪录显示不出多少过去动物的行为;那些骨骼太干,哪块被发现也太随机。但是基因纪录会告诉我们更多。自然选择就是基因改变其序列的过程。在改变的过程之中,那些基因留下了一份我们这个星球上40亿年的生命的纪录。它们是比尊敬的毕德(Venerable Bede)(7世纪基督教教士,因撰写基督教早期历史而闻名,有“英国历史之父”的称号。)写的手稿更为珍贵的信息来源,只要我们会解读它们。换一种说法,关于我们的过去的纪录是刻在我们的基因里的。

    基因组中大约2%的成分讲述了我们在生存环境与社会环境方面的进化与黑猩猩的有什么不同。当一个有代表性的人和一个有代表性的黑猩猩的基因组被输入到电脑里,当活跃的基因从背景“噪音”里被分离出来,当人和黑猩猩基因的区别被列成一个表之后,我们就可以瞥见,更新世时期的生存压力是怎样作用在两个具有共同起源的物种上的。人和黑猩猩相同的那些基因的功能是一些基本的生物化学反应和身体的总体设计。也许惟一的区别是那些调节激素与发育的基因。不知怎么一来,那些基因用它们的数码语言告诉人胚胎上的脚长成一个平板的东西,有脚跟,有大脚趾;同样的这些基因却告诉黑猩猩胚胎上的脚去长成一个更加弯曲的东西,不太有脚跟,脚趾更长、更能抓东西。

    试着想象一下基因是怎么做到这些的,就让人思绪起伏。虽然基因控制生长和形态是毋庸置疑的,但是它们是怎样控制生长与形态的?科学才刚刚有了一些最最模糊的线索。人类和黑猩猩之间除了基因的区别以外,两者毫无二致。那些强调人类的文化环境、否认或怀疑人与人之间、人种与人种之间基因区别的重要性的人,也同意人类与其他物种之间的区别主要是基因的区别。假设我们把一个黑猩猩的细胞核注射到一个去掉了细胞核的人类卵细胞里去,并把这个卵细胞植入一个人的子宫,生下来的婴儿(如果它能存活)在一个人类家庭长大,它会长得什么样子呢?你都用不着去做这个极端不道德的实验就会知道:它会长得像个黑猩猩。尽管它一开始有人类的细胞质,用的是人类的胎盘,在人类中间长大,但它长得一点都不会像人。

    摄影提供给我们一个有用的比喻。想象你照了一张黑猩猩的照片。要冲洗它,你要按规定的时间把它放在显影液里,但是不管你怎么费劲,你都不可能通过改变显影液的配方而得到一张人的照片。正如一张底片要被浸在显影液里,影像才能出现,一张用卵细胞中基因的数码语言写就的黑猩猩的设计图,也要有适合的环境才能成为一个成年的黑猩猩——养分、液体、食物、照料——但是它已经有了怎样成为一个黑猩猩的信息。

    同样的道理,在动物行为上就不一定对了。典型的黑猩猩的“硬件”可以在另外一个物种的子宫里组装起来,但是“软件”却有点不那么对劲了。一个被人类养大的黑猩猩的婴儿,会与被黑猩猩养大的“泰山”(美国电影《人猿泰山》里的人物,是一个英国绅士遗留在非洲的孩子,被猩猩抚养长大。)一样,在与自己物种的其他成员相处上有些糊涂。比如说,泰山就不可能学会说话,被人类养大的黑猩猩也不会去学怎样讨好那些居支配地位的动物,怎样去威吓居从属地位的动物,怎样在树上做巢或怎样抓白蚁。在行为上,仅有基因是不够的,起码对黑猩猩是如此。

    但是基因是必需的。线性数码信息中一点小小的区别就能指挥人类和黑猩猩身体上那2%的区别,如果想到这里会让你思绪起伏,那你想象一下这些信息里小小的改变就能够精确地改变黑猩猩的行为,这可能更让你思绪起伏了。我刚才随便提到了不同种类猿的交配系统——常换配偶的黑猩猩,一夫多妻的大猩猩,一夫一妻的人类。我这样做的时候是随便地假设了每个物种都有一个比较典型的做法,而这个假设就要进一步假设这个做法至少是部分受基因的影响和控制的。一堆基因,每一个都是一串四个字母的密码,怎么就能够决定一个动物是有一个还是多个配偶?答案:我一点门儿都摸不着。不过,我不怀疑基因能够做到这一点。

    基因是动物结构的配方,也是动物行为的配方。

    第三号染色体 历史

    我们发现了生命的秘密。 ——弗兰西斯•克里克(1953年2月28日)

    在1902年,阿奇博尔德•加罗德(Archibald Garrod)虽然只有45岁,他已经是英国医学界的一根顶梁柱了。他是著名教授、有爵士头衔的艾尔弗雷德•巴林•加罗德(Alfred Baring Garrod)的儿子。这位教授在痛风病——上流社会最普遍的疾病——方面的理论被认为是医学研究的胜利。阿奇博尔德•加罗德自己的医学生涯也不费力地就得到了认可,后来他因为一战期间在马尔他所做的医疗工作也被封为爵士。之后,他又得到了一项最为荣耀的奖赏:继尊敬的威廉•奥斯勒爵士(Sir William Osle,19世纪末20世纪初医学家、医学教育家,1905年起在牛津大学任教)之后,任牛津大学瑞吉尤斯(Regius)医学教授之职。

    你能够勾勒出他的形象,是不是?他是那种死板的、墨守成规的爱德华时代的人物,硬硬的领子、硬硬的嘴唇、僵硬的思维,挡在科学进步的路上。那你就错了。就在1902年,阿奇博尔德•加罗德提出了一个有些风险的假说,从而证明了他是一个远远领先于他的时代的人,而且在不知不觉中,他的手指已经放在了从古至今生物学最大谜团的答案上了。这个谜团就是:什么是一个基因?事实上,他对基因的理解如此有天才性,在他去世之后很多年才有人开始理解他的想法:一个基因就是一种化学物质的配方。这还不算,他认为自己已经发现了一个基因。

    在伦敦大欧尔茫德街圣巴托洛密欧医院工作的时候,加罗德接触到了一系列患有一种少见但不太严重的疾病——尿黑酸尿症——的病人。这些病人除了有一些如风湿痛之类的不太舒服的症状之外,他们的尿和耳垢遇到空气就会变成红色或是墨黑色,视他们的饮食情况而定。1901年,一个患有这种病的男孩的父母生了他们的第五个孩子,这孩子也有这种病。这让加罗德开始想到,这种病是否是家族遗传的。他注意到这两个病儿的父母是第一代表兄妹。于是他回过头去检查其他的病例,4个家庭中有三个是第一代表亲结婚,那17个尿黑酸尿症病人,有8个互相是第二代表亲。但是这种疾病并不是简单地从父母传给孩子,大多数病人有正常的孩子,但是这种病又会在孩子的孩子身上出现。非常幸运的是,加罗德对于最先进的生物学观念很有了解。他的朋友威廉•贝特森(William Bateson,生物学家)对于格雷戈尔•孟德尔(Gregor Mendel)的研究成果在两年前被重新发现非常激动,正在写一本巨著向公众介绍并捍卫孟德尔“主义”。这样,加罗德知道他是在跟孟德尔所说的隐性性状打交道——一种特性可以被某一代人“携带”,孩子如果从父母双方都得到这种特性的遗传,才会表现出来。他甚至引用了孟德尔用在植物上的术语,称这种人是“化学突变种”。

    这就给了加罗德一个新的想法。他想到,也许这种病之所以只发生在得到父母双方遗传的人身上,是因为有什么东西丢失掉了。因为他对于生物学与化学都很精通,他知道黑色的尿和耳垢是由于一种叫做尿黑酸的物质大量积累而造成的。尿黑酸可能是人体化学反应的一个正常产物,但是在正常人里这种物质会被降解和排出体外。之所以会大量积累,加罗德想,也许是因为降解尿黑酸所需要的催化剂没有正常工作。这个催化剂,他想,一定是用蛋白质做成的一种酶,而且一定是一种遗传物质(现在我们就会说,一个基因)的产物。在那些病人体内,这个基因制造了一种有缺陷的酶;对于那些携带者,这个缺陷没有什么害处,因为他们从父母中健康的一方得到的基因是正常的。

    这样,加罗德的大胆假说“先天代谢错误”就诞生了,假说中包含了一个意义深远的假设:基因是制造化学反应催化剂的,一个基因制造一种功能非常专门的催化剂。也许基因就是制造催化剂的机器。“先天代谢错误,”加罗德写道,“产生于代谢过程中一个步骤的错误,而代谢过程中步骤的错误又产生于一种酶的缺失或不正常的功能。”因为酶是由蛋白质组成的,它们无疑是“个体化学差异的载体”。加罗德的书于1909年出版,受到广泛的好评,但是这本书的评论家们完全曲解了他的思想。他们以为加罗德只是在谈一种罕见的疾病,而没有意识到他谈的是对所有生命都适用的基本原理。加罗德的理论被忽略了35年之后才被重新发现。那时候,遗传学中新的观点爆炸般出现,加罗德已经去世10年了。

    我们现在知道,基因的主要功能是储存制造蛋白质所需的配方。蛋白质则是完成身体内所有化学、结构、调节功能的物质:它们产生能量,抵御感染,消化食物,形成毛发,运输氧气,诸如此类。

    每一个蛋白质都是通过把一个基因携带的遗传密码翻译出来而被制造成的。这句话反过来就不一定对了:有些基因永远也不会被翻译出来用来制造蛋白质,比如说一号染色体上的核糖体RNA。不过就算是这些基因,也是被间接用来制造蛋白质的。加罗德的假说大体上是正确的:我们从父母那里得到的不是别的,是一份规模巨大的配方,用来制造蛋白质和制造蛋白质所用的机器。

    加罗德的同代人也许没有理解他的思想,不过他们起码给了他应有的荣耀。但是对于加罗德站在其肩膀上的那位“巨人”,格雷戈尔•孟德尔,我们却不能说同样的话。很难想象有比加罗德和孟德尔的背景差别更大的两个人了。孟德尔的教名为约翰孟德尔,1822年出生在莫拉维亚(Moravia)(中欧的一个地区,现在归属捷克共和国。下文的奥尔姆茨即为莫拉维亚的一个城市。-译者注)北部一个名为海恩曾多尔夫(现在叫做海诺伊斯)的小村庄。他的父亲安东租了一小片农场,靠给地主干活来抵租。约翰16岁那年,在特洛堡的文法学校里正一帆风顺的时候,父亲被一棵倒下来的树砸到,健康与生计都毁了。安东把农场转手给了自己的女婿,换些钱来支付儿子上文法学校和后来在奥尔姆茨(OlmUtz)上大学的学费。但是这样的生活太艰难了,约翰需要更有钱的人资助。最后,他当了奥古斯丁教派的修道士,开始使用格雷戈尔兄弟这一名字。他在布鲁恩[BrUnn,现在的伯尔诺(Brno)(捷克东南部城市。)产的神学院里完成了学业,成了一名神父。他按照要求做了一段时间的教区神父,不太成功。他又进了维也纳大学学习,试图成为一个科学教师,但是却没有通过考试。

    他又回到了布鲁恩,31岁,一无所成,只能在修道院里生活。他很擅长数学和象棋,有个数学脑子,也很乐天。他还是一个热情很高的园丁,从父亲那里学到了嫁接果树和授粉的方法。就是在这里,在他没有通过正规学习而得到的农业知识里,埋藏着他的洞察力的根源。当时,养牛和养苹果树的人们对于颗粒遗传学的基础已经有了一些模模糊糊的认识,但是没有人系统地研究过它。“没有一个实验的设计与深度能够使得我们有可能确定每一代里不同性状的数量,或是确定它们之间的统计关系”,孟德尔写道。你可以听见,听众已经打起鼻鼾了。

    于是,34岁的孟德尔神父在修道院的花园里,利用豌豆开始了一系列实验,前后持续了8年。这些实验包括了种植3万多棵植物,仅1860年一年就种了6000棵。这些实验最终永远地改变了世界。实验结束之后,他对自己的成就很清楚,而且把它清楚地表达出来,发表在布鲁恩自然科学学会的进展报告上。所有好的图书馆都存有这份刊物,但对他的成就的认可却迟迟没有到来。被提升为布鲁恩修道院的院长之后,孟德尔渐渐对他的花园失去了兴趣,成了一个善良、忙碌却又好像不特别敬神的神父(他在文章里提到美味佳肴的次数比提到上帝的次数还多)。他生命的最后岁月耗在了一场越来越痛苦与孤独的反对政府对修道院增收一项新的税收的运动里。孟德尔是最后一个需要交这项税的院长。在他的黄昏岁月里,也许他曾经想到过,他这一生最大的成就,可能是让一个音乐学院里天才的19岁男孩里奥•亚那谢克(Leos Janacek)(19世纪末20世纪初作曲家)当了布鲁恩合唱团的指挥。

    在花园里,孟德尔做了一些杂交实验:把不同种的豌豆拿来杂交。但是这可不是一个业余科学家的游戏,这是一个大规模的、系统的、认真设计出来的实验。孟德尔选择了七对不同种类的豌豆来杂交,圆粒的与皱粒的杂交;黄子叶的与绿子叶的杂交;鼓豆荚的与瘪豆荚的杂交;灰色豆皮的与白色豆皮的杂交;未成熟时豆荚是青色的与未成熟时豆荚是黄色的杂交;在轴上开花的与在顶端开花的杂交;长秆的与矮秆的杂交。他还杂交了多少对其他种类的豌豆,我们不得而知。这七对性状都是代代相传的,也都是由一个单个基因决定的,所以,他肯定是已经从初步结果中知道了可能的结果是什么,才选择了这七对。每一对杂交出来的后代都跟双亲中的一个一模一样。双亲中的另一个的特征似乎消失了。其实没有:孟德尔让那些杂交后代自我繁殖之后,消失的特征又在大约四分之一的“孙子”辈里出现了。他数了又数,第二代的19959棵植物中,显性特征与隐性特征的比例是14949比5010,大约是2.98比1。如罗纳德•费希尔爵士(Sir Ronald Fisher)(罗纳德•费希尔:20世纪英国统计学家、遗传学家,对统计学在生物学里的应用做出了巨大贡献。)在下一个世纪里说的,这个比例跟3接近得令人起疑。别忘了,孟德尔数学很好,而且在做实验之前,他就知道他的豌豆们应该遵从什么样的数学公式。

    像一个中了邪的人一样,孟德尔从豌豆又转向倒挂金钟和玉米等其他植物,并得到了同样的结论。他知道他发现了遗传学方面非常重要的东西:遗传的特征不会混杂起来。在遗传里有一些结实的、不可分的、量子化的、颗粒化的东西。遗传物质没有像液体一样均匀融合起来,没有像血液一样融在一起,相反,遗传物质像很多很小的宝石颗粒,暂时地混杂在一起了。事后看起来,这个原理一直是很明显的。否则,怎么解释一个家庭里可以既有蓝眼睛的孩子又有棕眼睛的孩子?达尔文虽然把自己的理论建立在遗传特性的融合性上,但是他几次暗示过这个问题。“近期以来,我倾向于猜想,”他在1857年写信给赫胥黎道:“模模糊糊、粗略地猜想,将来我们会发现,通过受精卵而完成的繁殖,是两个独特的个体的一种混合,却不是一种真正的融合……。除此之外,我想不出其他原因去解释为什么两性繁殖的后代与它们的前辈如此之相像。”

    在这个问题上达尔文很是紧张。此前他刚刚被一个苏格兰的工程学教授猛烈地抨击过。这个教授有个奇怪的名字:弗里明•詹金(Fleeming Jenkin)。他指出了一个简单而又无懈可击的事实,那就是自然选择与遗传特性的融合性是互相矛盾的。如果遗传确是通过把遗传物质均匀融合起来而完成的,那么达尔文的学说就不太可能是正确的,因为每一个新的、有生存优势的变化都会被其他因素给稀释掉。詹金用了一个故事来阐明他的观点,一个白人想通过与一个岛上的黑人生孩子而把这个岛上的人群变白。他的白人的血很快就会被稀释到无足轻重的地步。从内心说,达尔文知道詹金是对的。连素来火暴的托马斯•亨利•赫胥黎面对詹金的观点也默不作声。但是达尔文也知道,他自己的理论也是正确的。他不知道应该怎样调和这个矛盾。如果他能读到孟德尔的学说就好了。

    事后再看,很多事情都非常明显,但是仍然需要一个天才来戳穿这层纸。孟德尔的成就在于他揭示了:大部分遗传特性看上去像是融合得很好的东西,惟一的原因,是这些遗传特性是由多种“颗粒”决定的。19世纪早期,约翰•道尔顿(John Dalton,物理学家、化学家)已经证明了水是由亿万个坚硬的、不可再分的小东西——原子——组成的,从而击败了他的对手——持有连续性理论的人们。现在,孟德尔证明了生物学里的“原子理论”。生物学里的原子在过去可能被起了很多五花八门的名字,在20世纪的第一年里用过的名字就有要素、原芽、质粒、全因子、生源体、依德、异丹。不过,流传下来的是“基因”这个名字。

    44从1866年起,在四年的时间里,孟德尔不断地把自己的论文和想法寄给慕尼黑的植物学教授卡尔一魏海姆•尼亚戈利(Karl-Wilhelm Nageli)。他越来越大胆地指出自己的发现的重要性。但是在四年的时间里尼亚戈利总是误解他的意思。他居高临下地给这位执著的修道士写去礼貌的回信,告诉他去研究山柳兰。就算一个人再努力也不可能给出比这个更捣乱的建议了。山柳兰是单性生殖的,也就是说,它虽然需要花粉才能生殖,却不接受传给它花粉的“同伴”的基因。这样,杂交实验就会得出奇怪的结果。与山柳兰斗争了一阵之后,孟德尔放弃了,转而研究蜜蜂。他在蜜蜂上做了大量实验,所要结果却从来没有被找到。他是否发现了蜜蜂特殊的单倍二倍体的遗传方式呢?(雄性蜜蜂每一条染色体只有一份,是单倍体;雌蜂则每条染色体有两份,是二倍体。)

    与此同时,尼亚戈利发表了他自己论遗传学的长篇巨著。在他的文章里,他提到的自己的一项工作是孟德尔理论的一个绝好例子,但是他仍然没有明白孟德尔的理论,也没有在文章中提到孟德尔的发现。尼亚戈利知道,如果你把安哥拉猫与另一种猫交配,安哥拉猫特有的皮毛就会在下一代里消失得干干净净,但是在再下一代里又会重新出现。很难找到比这更好的例子来说明孟德尔所说的隐性性状了。

    不过,在他的有生之年,孟德尔差点儿就得到了认可。查尔斯•达尔文通常是很惯于从别人的工作里得到灵感的。他甚至给自己的一个朋友推荐过一本福克(W.O.Focke)写的书,里面引用了14篇孟德尔的文章。可是达尔文自己却好像根本没有注意到这些。孟德尔的命运是在他与达尔文都去世多年之后,在1900年被重新发现的。这是在三个不同地点几乎同时发生的。重新发现他的人——雨果•德弗里斯(Hugo DeVries)、卡尔•克伦斯(Carl Correns)和埃里奇•冯•丘歇马克(Erichvon Tschermak),三个都是植物学家,每一个人都是辛辛苦苦地在不同物种上重复了孟德尔的工作之后,才发现了孟德尔的文章。

    对于生物学界,孟德尔理论来得太突然了。进化理论中没有任何东西要求遗传“一块一块”地发生。事实上,孟德尔的学说仿佛是在破坏达尔文费尽力气试图建立的所有理论。达尔文说过,进化就是自然选择之下微小的、随机的变化的累积。如果基因是45硬邦邦的小东西,如果遗传特性可以在隐藏了一代之后又完整地出现,那么它们如何能够逐渐地、微妙地变化呢?从很多角度来说,20世纪初人们看到的是孟德尔学说打败达尔文学说。当威廉•贝特森说,颗粒遗传学的作用起码是限制了自然选择的作用时,他说出了很多人的想法。贝特森是个脑筋糊涂文风枯燥的人。他相信进化是跳跃性的,从一种生命形式跳到另一种,没有中间的过渡。为了证明这个离奇的理论,他在1894年出版了一本书,

    阐述到遗传是颗粒性的。为此,他从那以后一直受到“真正”的达尔文主义者的强烈攻击。如此说来,他对孟德尔学说张开双臂欢迎并第一个把它译成英文,就毫不奇怪了。“在孟德尔的发现里,没有任何东西是与正统的理论——亦即物种产生于自然选择——相矛盾的”,贝特森就像一个自称是惟一能够诠释圣保罗的神学家那样写道:“无论如何,现代科学的探索毫无例外地是为了除掉我们总结出来的自然规律里那些‘超自然’的成分,虽然有些时候这些探索本身就带有‘超自然’的烙印。坦率地说,不能否认,达尔文著作中的某些章节在某种程度上鼓励了对于自然选择原理的曲解与滥用。但是我感到安慰的是,我相信,如果达尔文有幸读过孟德尔的大作,他一定会立刻修改这些章节。”

    但是,正是因为这个大家都不喜欢的贝特森如此推崇孟德尔,欧洲的进化论学者们才对孟德尔的学说很是怀疑。在英国,孟德尔学派与“生物统计”学派之间激烈的冲突持续了20年。这个冲突传到了美国,不过在美国,两派之间的争论不那么激烈。1903年,美国遗传学家沃特•萨顿(Walter Sutton)发现,染色体的行为就像是孟德尔式的遗传因子:它们是一对一对的,每一对里一条来自父方一条来自母方。托马斯•亨特•摩尔根(Thomas Hunt Morgan),美国遗传学之父,了解到这个发现之后,就及时地“皈依”了孟德尔“教派”。于是,讨厌摩尔根的贝特森就放弃了自己原本正确的立场,转而攻击这个有关染色体的理论。科学的历史就是常常被这种无聊的争吵决定的。贝特森最终变得默默无闻,而摩尔根却干成了一些大事:他创立了一个成果显赫的遗传学派,遗传学上的距离单位——厘摩尔根——也是借他的名字命名的。在英国,直到1918年,罗纳德•费希尔才用自己敏捷的数学头脑消除了孟德尔学说和达尔文学说之间的矛盾。孟德尔学说非常漂亮地证明了达尔文学说的正确性,根本没有与其抵触。“孟德尔学说,”费希尔说:“给达尔文建起来的那所建筑补上了缺失的部分。”

    但是,突变的问题还是没有解决。达尔文的学说要求遗传的多样性,孟德尔的学说却提供了稳定性。如果基因就是生物学里的“原子”,改变它们岂不是像炼金术那样成了异端邪说?在这方面的突破,来自于第一次人工诱发的突变,这是由一个跟加罗德和孟德尔非常不同的人完成的。在爱德华时代的医生与奥古斯丁教派的修道士旁边,我们还得再加上一个好斗的赫尔曼•乔•穆勒(Hermann Joe Muller)。20世纪30年代,有许多聪明的犹太科技人才跨过大西洋,到美国避难,穆勒与这些人几乎各个方面都一样,只除了一点:他是向东走的。他是土生土长的纽约人,一个小型金属铸造公司老板的儿子。在哥伦比亚大学他开始热爱遗传学,但因为跟导师摩尔根合不来,在1920年去了得克萨斯大学。在对待天才的穆勒的时候,摩尔根的态度也许是有一丝排犹主义的痕迹,但是穆勒跟人闹矛盾,却是再典型不过的事。他的一生都不断跟这个吵跟那个吵。1932年,他的婚姻触礁,他的同事窃取他的思想(他自己是这么说的),他自杀未遂之后,离开得克萨斯去了欧洲。

    使穆勒得到诺贝尔奖的重大发现是基因突变可以人工诱发。这就像是欧内斯特•卢瑟福(Ernest Rutherford)先他几年而发现的,原子是可以嬗变的。也就是说,在希腊文里意思为“不可分割”的“原子”这个词,是不合适的。1926年,穆勒问自己:“在所有生命过程中,突变是否真的有一个与其他过程都不一样的特点:它是否真的不可被人工改变和控制?它是否占有一个与物理学中最近才被发现的原子嬗变相当的位置呢?”

    第二年,他回答了这个问题。通过用大剂量的X射线去“轰炸”果蝇,穆勒使它们的基因产生了突变,它们的后代出现了新的畸形。他写道:突变,“并不是一个远不可及的上帝,站在细胞遗传物质里一座坚不可摧的堡垒里跟我们开开玩笑”。就像原子一样,孟德尔的遗传颗粒一定也有一些内在的结构。它们可以被X射线改变。突变之后它们仍然是基因,只是不再是以前的基因了。

    人工诱发突变是现代遗传学的开始。1940年,两个科学家,乔治•比德尔(George Beadle)和爱德华•塔特姆(Edward Tatum),用穆勒的X射线方法造出了红面包霉菌的突变种。然后,他们发现新的突变种无法制造一种化学物质,因为它们体内有一种酶没有正常功能。他们提出了一条生物学定律,后来被证明是基本正确的:一个基因确定一种酶。遗传学家们开始不出声地唱起来了:“一个基因,一种酶。”这其实是加罗德的旧的假说以现代的、生物化学的方式的具体表达。三年之后,莱纳斯•鲍林(Linus Pauling,化学家,因在化学键和复杂分子结构方面的工作获得1954年的诺贝尔化学奖,因在反对核武器试验、扩散方面的贡献获得1962年的诺贝尔和平奖)做出了惊人的推断:一种很严重的贫血症的病因,是制造血红蛋白的基因出了错误,这种病的病人主要是黑人,他们的红细胞变成了镰刀形。这个基因错误表现得像是一个真正的孟德尔式突变。事情慢慢地明显起来了:基因是蛋白质的配方;突变就是改变了的基因制造出来的改变了的蛋白质。

    这个时候,穆勒并不在人们的视野里。1932年,他对社会主义的狂热和同样的对于有选择地繁衍人类(即优化人种论)的狂热,使他渡过大西洋去了欧洲。他希望看到精心繁殖出来的、具有马克思或列宁的特征的儿童,不过在他的书的较晚版本里,他识时务地将这一点改成了林肯或笛卡儿。他在希特勒掌权之前的几个月到了柏林。在那里,他惊恐万状地看到了纳粹分子砸毁了他的老板奥斯卡•沃格特(Oscar Vogt)的实验室,因为沃格特没有赶走在自己手下工作的犹太人。

    穆勒又向东走了一步,到了列宁格勒尼柯莱•瓦维洛夫(Nikolay Vavilov)的实验室。刚到不久,反对孟德尔学说的特洛菲姆•李森科(Trofim Lysenko)就得到了斯大林的青睐,开始迫害相信孟德尔理论的遗传学家,以巩固他自己的疯狂理论。他的理论宣称,麦子就像俄罗斯人民的灵魂一样,不必通过繁殖,只要通过训练就可以让它们适应新的环境。对于不同意这种理论的人,不应该劝说,而应该将他们枪毙。瓦维洛夫死在监狱里了。还抱有幻想的穆勒把自己的有关优化人种论的新书送了一本给斯大林。但是,听说书并没有受斯大林赏识之后,他找了个借口及时离开了苏联。他参加了西班牙内战,在国际纵队的血库工作。后来他又去了爱丁堡,跟往常一样走霉运,刚到就赶上了第二次世界大战的爆发。他发现,在没有电力供给的苏格兰冬天,在实验室里戴着手套做科研很难。他绝望地想回到美国。但是谁也不想要一个好斗易怒的社会主义者,课讲得不好,还在苏联住过。

    最后印第安纳大学给了他一份工作。第二年,他因为发现人工诱发突变而获得了诺贝尔奖。但是,基因仍然是不可捉摸的神秘玩意。基因本身是由蛋白质制造的,这就使得它能够决定蛋白质的结构这一能力显得更让人摸不着头脑,细胞里好像没有其他东西比基因更复杂更神秘了。没错,染色体上倒是有些很神秘的玩意:那个乏味的被称为DNA的核酸。1869年在德国的图宾根(Tubingen),一个名字叫做弗雷德里克•米歇尔(Friedrick Miescher)的瑞士医生,从受伤的士兵那些充满脓血的绷带里第一次分离出了DNA。米歇尔本人猜到了DNA可能是遗传的关键。1892年他写信给他叔叔的时候表现出惊人的先见之明:DNA也许传递了遗传信息,“就像在很多语言中,24到30个字母就能组成词和概念”。但是,那时候没有人注意DNA;它被认为是一种比较单调的物质:只有四种不同的“字母”,它怎么可能带有遗传信息?

    因为穆勒的缘故,一个19岁就拿到了学士学位的早熟的年轻人去了印第安纳。他就是詹姆斯•沃森。看上去他一定不像是一个解决基因这个问题的人,但他就是解决了。在印第安纳大学,像我们可以预料的那样,他跟穆勒处不来,于是他师从了意大利移民萨尔瓦多•卢里亚(SalvadorLuria)。沃森建立了一种近乎偏执的信念:基因是由DNA而不是蛋白质组成的。为了寻找证据,他去了丹麦,之后又因为对他的那些丹麦同事不满意,在1951年10月去了剑桥。机遇把他扔到了卡文迪什(Cavendish)实验室,在那里他遇到了弗兰西斯•克里克,拥有同样天才的头脑,对于DNA的重要性也是同样坚信不疑。

    之后的事情已经载入史册。克里克是早熟的反面。当时他已经35岁,却还没有拿到他的博士学位。一颗德国的炸弹炸毁了他在伦敦大学学院的仪器,使得他无法测量热水在高压下的黏性。对他来说,这倒是一种解脱。他离开自己停滞不前的物理学生涯,往生物学方面挪了几步,但是也没有得到什么成功。开始,他被剑桥的一个实验室雇用,测量细胞在外力之下吞噬了一些颗粒之后的黏性。他从这份枯燥的工作逃了出来,在卡文迪什实验室忙着学习晶体学。但是他没有耐心整天只关注自己的研究,也没有耐心只研究小的问题。他的大笑、他的自信的智慧、他的喜欢告诉别人人家正在研究的问题的答案,使他在卡文迪什实验室开始讨人嫌了。克里克也对多数人对于蛋白质的着迷隐隐地有些不满。基因的结构是个大问题,他猜测到,DNA也许是答案的一部分。受沃森的“勾引”他放弃了自己的研究,开始沉迷于DNA这个“游戏”这样,科学史上一个伟大的合作诞生了:年轻、雄心勃勃、头脑敏捷的美国人懂一些生物学,一点不费劲就成了天才却无法专注的英国人懂一些物理学。他们的合作充满友好竞争,因此也十分高产。这简直是放热反应。

    短短几个月之内,利用别人辛苦收集来却没有分析透彻的数据,他们做出了也许是从古至今最伟大的科学发现之一:他们发现了DNA的结构。即使是阿基米德从浴缸里跳出来那次,都不如沃森和克里克更有资格炫耀。克里克是这么炫耀的——1953年2月他在“鹰”酒吧里说:“我们发现了生命的秘密。’沃森被这个说法吓坏了,他还是担心他们的研究是否有什么错误。

    但是,他们没有错。一切都突然间清楚了:DNA带有一种密码,写在一条精巧的、缠绕在一起的双螺旋阶梯上,还可以是无限长的。靠着它的字母之间的化学亲和力,这个密码能够复制自己,并且清晰地写明了制造蛋白质的配方,这是通过一本当时还没有被发现的“密码手册”在DNA与蛋白质之间建立起对应关系而完成的。DNA结构的惊人成功,在于它让一切都显得那么容易,却又非常具有美感。正如理查德•道金斯所说:“在沃森一克里克之后,分子生物学的真正革命在于它变成了数码式的,……基因的‘机器语言’不可思议地与计算机语言接近。

    沃森一克里克的DNA结构发表之后一个月,英国新女王加冕,在同一天,一个英国探险队征服了珠穆朗玛峰。除了《新闻纪事》上的一条小消息外,DNA双螺旋结构的发现都没能上报纸。而今天,大多数科学家都认为它是20世纪甚至是1000年来最重要的发现。

    DNA结构发现之后,接踵而来的是很多年的让人心烦的迷惑。那个密码本身,基因借助来表达自己的那个语言,固执地保守着它的神秘。对于沃森和克里克来说,找到密码几乎是太容易了,只需要把猜测、物理学知识和灵感结合起来。破译密码却需要真正的天才。很明显这个密码是由四个字母组成的:A、C、G和T。

    而且几乎可以肯定地说,就是这个密码被翻译成了有20个字母的氨基酸,氨基酸又组成了蛋白质。但是,这是怎样完成的?在哪里、以什么方式完成的?

    在领着我们到达了最终答案的那些思路里,大多数思路来自于克里克,包括被他称为接合分子的东西-我们今天称为转导RNA。在没有任何证据的时候,克里克就认定这样的分子肯定是存在的。最后,它老老实实地露面了。不过,克里克也有过一个如此之好的想法,被称为是历史上最伟大的错误理论。克里克的“没有逗号的密码”理论比自然母亲所用的方法要优美得多。它是这样的:假设这个密码的每一个词有三个字母(如果只有两个,那么总共只能有16个不同的词,不够用)。假设密码里没有逗号,词与词之间没有空隙。现在,假设这个密码不包括那些如果你从错误的地方51开始读就会读错的词。打个布赖恩•海斯(BrianHayes)(布赖恩•海斯:美国当代科普作家,精通计算机。一译者注)用过的比方吧,先想出所有用A、S、E和T这四个字母组成的英文词:ass、ate、eat、sat、sea、see、set、tat、tea、tee。现在,把那些从错误的起点开始读就会读错的词去掉。比如说,ateateat可以被读成ateateat,也可以被读成ateateat,还可以被读成ateateat。在密码里这三种读法只能有一种。

    CCC、GGG和TTT,然后,把剩下的60个词每三个并成一组。每一组里的三个词都含有同样的字母,字母的顺序是循环的。比如,ACT、CTA和TAC是一组,因为在每一个词里面,C都跟在A后面,T跟在C后面,A跟在T后面。ATC、TCA和CAT就是另外一组了。每一组里只有一个词是用在密码里的。这样,就整整有20个词。别忘了,蛋白质的字母表里恰好有20个由氨基酸组成的字母!一个四个字母的密码给出了一个20个字母的字母表。

    克里克想让人们不要对他的理论太过认真,但他是徒劳了。“在破译密码上,我们现在的假设和推断依据不足,从理论上说,我们不应对这些推断抱有太大的信心。我们做出这个推断,只是因为它能够从合理的物理学假设出发,以一种简洁的方式给出‘20’这个有魔力的数。”但是,DNA的双螺旋结构在一开始也没有什么证据啊。兴奋的情绪出现了。有5年的时间,人人都觉得克里克的理论是正确的。

    但是,专注于理论的日子过去了。1961年,其他人都还在琢磨理论的时候,马歇尔•尼伦伯格(Marshall Nirenberg)和约翰•马太(Johann Matthaei)(尼伦伯格是20世纪美国生物学家,因为在破译遗传密码以及对于遗传密码在蛋白质合成中的作用的研究获得1968年诺贝尔生理学和医学奖。他的工作初始阶段是与德国科学家马太共同进行的。一译者注)破译了密码中的一个词。他们的方法很简单:只用U(尿嘧啶,相当于DNA里的T)造了一条RNA链,然后把它扔进了氨基酸溶液里。在这个溶液里,核糖体把苯丙氨酸缝合在一起,造出了一个蛋白质。这样,遗传密码里的第一个词被破译了:尿嘧啶代表苯丙氨酸。“没有逗号的密码”理论到底是错误的。这个理论最美的地方就在于它不会出现读码移位突变,这种突变可以由于一个字母的丢失使得这个字母之后的所有信息都失去意义。但是,大自然却选用了另一种方法,虽然稍欠优雅,却能够经受住其他错误。它含有很高的重复性:一个意思可以用很多三个字一组的词表达。

    到了1965年,所有的遗传密码都已经知道了,现代遗传学也开始了。60年代的前沿突破,到了90年代已经成了常规实验。因此,在1995年,科学可以重新回到阿奇博尔德•加罗德的那些早已去世的尿黑症病人那里,确信地说出,是哪一个基因上的哪一个“拼写”错误导致了尿黑酸尿症。这个故事是20世纪遗传学的一个缩影。别忘了,尿黑酸尿症是一种非常少见又不太有危险的疾病,用调整饮食的方法就可以比较轻易地治好。所以有很多年,科学家都没有去碰它。在1995年,两个西班牙人被它在历史上的重要性所吸引,开始了对它的研究。他们在曲霉真菌里造出了一种突变种——在苯丙氨酸的存在下,这种突变种体内会积存大量的紫色色素:尿黑酸。与加罗德的推测一致,在这个突变种里有一种蛋白质是有功能缺陷的,它叫做尿黑酸双加氧酶。这两个人用一些特殊的酶把曲霉真菌的基因组打成碎片,找出与正常霉菌基因组不同的片段,然后把这些片段里的密码读出来。这样,他们最终抓住了出问题的基因。之后,他们搜索了人类基因的资料库,试图发现是否有一个类似的人类基因可以与曲霉真菌里这个基因结成一对。他们找到了。在三号染色体的长臂上,有一段DNA字母与那个真菌里的基因的字母序列有52%的相似。从尿黑酸尿症患者体内找到这个基因,并把它和正常人体内的同一基因相比较之后,我们发现患者的这个基因在第690个字母或第901个字母上与正常基因的不同,是致病的关键。每一个病人都是因为这两个字母中的一个出了错,而导致这个基因造出的蛋白质不能发挥正常功能。

    这个基因是那些乏味基因的一个典型:在一个没意思的身体器官里造一种没什么意思的蛋白质,一旦出了问题,会导致一种没什么意思的疾病。它没有任何一方面给人惊奇或是有什么特殊之处。它跟智商或同性恋倾向没有任何关系,它没有向我们揭示生命的起源,它不是“自私的基因”它老实地遵守孟德尔定律,它既不会致死也不会致残。不管出于什么目的要达到什么目标,你都不得不承认,它在地球上所有生命里都是一样的,连面包霉菌里都有它,而且它在那里的功能跟在我们体内的功能一样。但是,制造尿黑酸双加氧酶的这个基因无愧于它在历史上占的小小的地位,因为它的故事就是遗传学本身的故事。这个没什么意思的小小基因揭示出来的美,会让格雷戈尔•孟德尔都感到炫目,因为它是他的定律的具体表现,它讲述的故事不仅是关于那些微观的、缠在一起的、结构对称的双螺旋的,也是关于那些由四个字母组成的密码的,而且还是关于所有生命在化学上的一致性的。

    第四号染色体 命运

    先生,您告诉我们的这些,只不过是科学的加尔文主义。 ——一位姓名不详的士兵在一场通俗讲座之后对威廉·贝特森说

    打开任何一份人类基因名录,你面对的,不是人类到底有多少潜能,而是一个疾病的名单。这些疾病,大部分是以一两个名不见经传的中欧医生的名字命名的。这个基因会导致尼曼—皮克氏病,那个基因能导致伍尔夫—赫茨霍尔综合症,如此种种。你会得到这么一个印象:基因是用来导致疾病的。“新的导致精神症状的基因”,一个关于基因的网站这样宣布来自科研前沿的最新消息:“导致早发性肌无力的基因、导致肾脏癌的基因被成功分离;幼儿自闭症与血清素传输基因有关;一个新的老年痴呆症基因;偏执行为的遗传学。”

    但是,用它们可能导致什么疾病来定义基因,跟用人体器官能得什么病来定义这些器官一样,有些荒唐。好像是在说:肝脏的功能是得肝硬化,心脏的功能是得心脏病,大脑的功能是中风。基因名录之所以如此,不是因为它反映了我们对于基因的了解,而是反映了我们对于基因的无知。对于某些基因来说,我们对于它们的了解仅限于它们出故障的时候会导致什么疾病,这是事实。但这只是关于这些基因的所有知识里细微得可怜的一个信息,而且还误导性极大。它导致这样一个简单的说法:“某人有伍尔夫—赫茨霍尔综合症的基因。”错!所有人都有伍尔夫—赫茨霍尔综合症的基因,除了那些——这听起来有点滑稽——有伍尔夫—赫茨霍尔综合症的病人。他们之所以有这种病,是因为这个基因从他们身体内丢掉了。在剩下的人里,这个基因起的是积极的而不是消极的作用。病人有病不是因为他们有什么特殊基因,而是他们有正常基因的突变种。

    伍尔夫—赫茨霍尔综合症如此少见又后果严重——也就是说,它的基因的作用非常关键——病人通常很年轻就死去了。但是坐落在四号染色体上的伍尔夫—赫茨霍尔综合症基因,事实上却是“致病基因”里最著名的一个,因为它与另一种非常不同的病也是联系在一起的:亨廷顿舞蹈病。这个基因的一个突变种导致亨廷顿舞蹈病;这个基因的整个丢失导致伍尔夫—赫茨霍尔综合症。我们不太了解正常情况下这个基因每天的功能是什么,但是我们对于这个基因可以怎样出错、为什么出错、在哪里出错,以及出错之后对于我们的身体后果是什么,却有无比清晰的了解。这个基因含有一个词:CAG、CAG、CAG、CAG,……这个词被重复了很多次。有时候这个词被重复6次,有时候30次,有时候100多次。你的命运、你的神智、你的生命,就都悬在这条重复的线上。如果这个词重复35次或以下,你就没事。大多数人体内这个词是重复10~15次。如果这个词重复39次以上,到了中年之后你就会慢慢开始失去平衡能力、生活逐渐变得不能自理,最后过早死亡。能力的下降先是表现在智力开始出现轻微的问题,这之后,四肢出现震颤,最后出现深度抑郁,间或有幻觉和妄想。得了这种病是没法“上诉”的:这种病无法医治。但是,这种病的病人死之前要受15~25年的折磨。很少有什么命运比这更悲惨了。事实上,一旦家族里有人出现了这种病的早期症状,那种恐惧感对于很多自己还没有得病的人来说,也是很严重的:等待疾病袭来的时候,那种压力和紧张,简直是摧毁性的。

    致病的原因在基因里,而不是其他任何地方。你要么带有亨廷顿突变,会得病;要么没有亨廷顿突变,不会得病。这种决定论、这种事先注定的命运,是加尔文做梦也没想到的。乍看上去,这简直是基因决定论的终极证明,基因决定一切,我们对其无可奈何。你吸烟也好,补维生素也好,有锻炼习惯也好,整天窝在沙发上看电视也好,都没关系。亨廷顿舞蹈病在什么年龄发作完全是由那一个基因上CAG这个词被重复的次数决定的,一点通融余地都没有。如果一个人带有39次重复,那么,有90%的可能是他在75岁的时候已经成了痴呆,按平均值来看,他会在66岁的时候出现这个疾病的第一个症状;如果带有40次重复,那么平均是在59岁发病;41次重复,54岁发病;42次重复,37岁发病。如此类推下去。那些带有50次重复的人,平均在27岁就会因病失去正常思维。这样打个比方:如果你的染色体长得能够绕赤道一圈,那么健康与发疯之间的区别只差多长出的一英寸。

    哪一种占星术也不可能如此准确,哪一种人类活动因果关系的理论也没有这么精确,不管这理论是弗洛伊德的、是马克思的、是基督教的,还是泛灵论的。《圣经·旧约》里的先知们,古代希腊那些内视的神喻代言人,英国伯尼奥·瑞吉斯(Bognor Regis)码头上那些玩着水晶球的吉卜赛算命的,不仅没有谁能够预言一个人的生活会在哪一年被毁掉,他们根本就没有假装过自己有这个能力。我们现在在对付的是一种恐怖的、残酷的、无法改变的预言。在你的基因组里有大约10亿个3个字母的词,但是,这一个词的重复次数,就决定了你是正常还是发疯。

    在1967年,歌星伍迪?格思里(Woody Guthrie)死于亨廷顿氏病,之后这种病就变得尽人皆知、臭名昭著。在1872年,它被一位名叫乔治·亨廷顿(George Huntington)的医生在长岛(Long Island)东端首次诊断出来。他注意到这种病似乎是在家族里传播的。他之后的研究发现,长岛的那几个病例是发源自新英格兰(New England)的一个大家族的一部分。在这个家族12代的历史里,可以找到1000多个病人。所有这些病人都是两个兄弟的后代,这两个人是1630年从萨佛克(Suffolk)移民来的。他们的后代中,有几个人在1693年被当成是巫婆,在萨勒姆(Salem)(萨佛克是英国东部的一个郡,新英格兰是美国东北部几个州的总称,萨勒姆则为新英格兰地区的一个城市)被烧死了。这也许是因为她们得病的症状太吓人。但是,因为这种病的症状要在病人到了中年之后才出现,也就是说,当病人有了孩子之后,所以致病的基因突变没有被自然选择淘汰掉。事实上,有几个研究还发现,带有致病的基因突变的人比起他们的没有病的兄弟姐妹来,生孩子生得更多。

    亨廷顿氏病是我们发现的第一个完全显性的人类遗传病。这意味着它跟尿黑酸尿症不一样。要出现尿黑酸尿症的症状,你必须有两份致病突变,从你双亲那里各得一份。而对于亨廷顿氏病,一份致病突变就够了。如果这个突变是来自于父亲,病就好像更加严重。在这个父亲所生的子女里,出生得越晚的孩子,基因里重复的次数越多,突变越严重。

    20世纪70年代晚期,一个意志坚定的妇女决心要找出亨廷顿氏病的基因。伍迪?格思里因亨廷顿氏病而痛苦地死去之后,他的遗孀建立了抗亨廷顿舞蹈病委员会。一个名叫米尔顿?韦克斯勒(MiltonWexler)的医生加入了她的行列,这位医生的太太和她的三个兄弟都有这种病。韦克斯勒的女儿南希(Nancy)知道自己有50%的可能带有致病突变,她着了魔一样想找到这个基因。别人劝她:还是算了,这样一个基因可能是找不到的,找这个基因就好像是在一个跟美国一样大的草堆里找一根针,她应该等几年,等科技进步之后有可能找到这个基因的时候再说。“但是,”她写道:“如果你有亨廷顿氏病,你没有时间等。”在看到一个委内瑞拉医生阿米里柯?尼格里特(AmericoNegrette)的报告之后,她在1979年飞到委内瑞拉,访问了马拉才博湖边的三个村庄:圣路易斯、巴伦其塔和拉古尼塔(SanLuis,Barranquitas,Laguneta)。马拉才博湖(LakeMaracaibo)实际上是个巨大的被陆地环绕的海湾,位于委内瑞拉的西端,在科尔地勒拉?德米里达(CordilleradeMerida)以西。

    这个地区有一个非常大的家族,在家族里亨廷顿氏病的发病率很高。据家族成员之间流传的故事,这种病是从18世纪的一个水手那里来的。韦克斯勒成功地把他们的家族病史追溯到19世纪早期一个名叫玛利亚?康色普申(MariaConcepcion)的妇女那里。这位妇女生活在帕布罗?德阿古阿(PueblosdeAgua),那里有一些由高高地立在水上的房屋组成的村庄。她是个多产的女人,她之后的八代一共有1.1万人,在1981年的时候仍有9000人活着。在韦克斯勒去访问的时候,他们中的371人患有亨廷顿氏病,另外有3600人发病的可能性在四分之一以上,因为他们的祖父母里至少有一人患有亨廷顿氏病。

    韦克斯勒有着超人的勇气。她本人就可能带有致病突变,“看着这些欢蹦乱跳的孩子,真是让人心碎,”她写道:“尽管贫穷,尽管不识字,尽管男孩子要乘着小船在波涛翻滚的湖上打鱼,又劳累又危险,尽管那么小的女孩子就要操持家务照顾生病的父母,尽管无情的疾病夺去了他们的父母、祖父母、姑姑、叔叔、表兄表妹……,他们仍然满怀希望,快乐地尽情地生活——直到疾病袭来。”

    韦克斯勒开始在草堆里捞针了。第一步,她采集了500个人的血样。“炎热、喧嚣的采血的日子。”然后,她把血样送到了吉姆?居塞拉(JimGusella)在波士顿的实验室。他开始通过测试基因标志的办法来寻找致病基因:随机选择一些DNA片段,可能与正常DNA相同,也可能不同。好运向他微笑了。到1983年年中,他不仅分离出了一个与致病基因距离很近的标志,而且确定了它是在四号染色体短臂的顶端。他知道这个基因是在基因组里那百万分之三的序列里。完事大吉了吗?没有这么快。这个基因所在的区域有100万个字母长。草堆变小了些,但还是很大。八年之后,这个基因仍然是个谜。“这项工作是无比辛苦的,”韦克斯勒的语气像是维多利亚时代的探险者:[4]“四号染色体顶端这个地区,环境极其险恶。过去的八年,我们就像是在攀登珠穆朗玛峰。”

    持之以恒得到了回报。1993年,这个基因终于被找到了。它的内容被读出来了,致病的突变被确认了。这个基因所含的配方可以制造一种被称做亨廷顿蛋白的蛋白质:因为蛋白质是在基因之后发现的,所以蛋白质就以基因命名了。CAG这个词在这个基因中部的重复,使得蛋白质的中部有一长串谷氨酰胺(在基因语言里,CAG的意思是谷氨酰胺)。对于亨廷顿氏病来说,蛋白质这一部分的谷氨酰胺越多,发病的年龄越小。

    这个对亨廷顿氏病的解释,看上去很没有说服力。如果亨廷顿蛋白的基因有问题,那为什么它在病人生命的前30年里没有表现出异常?很明显,亨廷顿蛋白的突变型是逐渐积累起来的。与早老性痴呆和疯牛病一样,在细胞里逐渐积累起来的这些黏糊糊的蛋白质团团,最后导致了细胞的死亡。这团蛋白质可能诱导了细胞的“自杀”。在亨廷顿氏病里,这主要发生在大脑里控制运动的区域,所以后果是病人的运动越来越困难越失控。

    最让人没想到的,是CAG这个词的过度重复并不是亨廷顿氏病的专利。另外有五种神经方面的疾病,也是因为所谓的“不稳定的CAG重复”而造成的,不过是在其他基因里。小脑性运动失调就是一例。还曾经有过一个奇怪的科研报告:把一长串CAG插到老鼠体内一个任选的基因里之后,老鼠出现了一种发病较晚的神经性疾病,跟亨廷顿氏病很像。所以,不管CAG的过度重复出现在什么基因里,它也许都可能导致神经疾病。还有,其他一些因神经退化而导致的疾病,也是由于一些词的过度重复而造成的,每一个这种词都以C开始以G结尾。有六种病是因为CAG重复造成的。在X染色体上有一个基因,如果CCG或CGG在它的开头部分重复了200次以上,就会导致“脆弱X综合症”。这是一种很常见的痴呆症,病人与病人之间症状区别很大。正常人的重复在60次以下,病人体内的重复可以高达1000次。在第十九号染色体上有一个基因,如果这个基因里CTG重复次数在50~1000次之间,就会出现肌萎缩症。有一打以上的疾病都是因为三个字母的词重复过多引起的,这些病被称为多谷氨酰胺病。在所有这些疾病里,比正常长度长的蛋白质都有一种倾向,就是积累成无法被降解的蛋白质块,导致它们所在的细胞死亡。这些疾病有不同症状只是因为在身体不同部位基因的表达不太一样。

    以C开头以G结尾的这些词,除了代表谷氨酰胺之外,还有什么特殊之处?一种名叫“预期效应”的现象给了人们一些启发。人们早已知道,那些患有严重亨廷顿氏病或“脆弱X综合症”的人,他们的孩子发病时间一般会早于父母,病情也更严重。预期效应是这样一种现象:父母体内的重复越长,基因复制给下一代的时候,加长的长度就越长。我们知道,这些重复的DNA会绕圈,形成一个名叫“发夹式结构”的东西。DNA喜欢自己跟自己黏在一起,形成发夹式的结构,以C开头以G结尾的词里面的C和G在“发夹”中间连接起来。当DNA复制的时候,“发夹”被打开,复制机器可能会滑一下,多余的词就被插到DNA里了。

    有个简单的比方,也许可以帮助读者理解。如果我在这句话里重复说六个词:CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,你会不费劲地数清楚它们。但是我如果把这个词说36次:CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,我敢打赌你很容易会数错。DNA也是这样。重复的次数越多,复制机器在复制DNA的时候就越容易再插一个进去。它指在“书”页上的手指稍微一动地方,就忘了自己数到哪儿了。另外一种解释(可能两种解释都对)是说,检查复制情况的系统,被称为错配修复系统的系统,只善于查出比较小的错误,而不是这种一个词被大量重复的错误。

    这也许可以解释为什么这些疾病都是在一定年龄之后才发病。伦敦戈爱恋医院的劳拉?曼吉亚丽尼(LauraMangiarini)造出了一些转基因老鼠,它们携带有亨廷顿基因的一个片段,里面有100次CAG重复。当这些老鼠长大了的时候,在它们的所有器官里(只有一个除外),重复的次数都增加了。最多的增加了10次。那个例外的器官是小脑,是后脑里分管运动机能的部分。小脑里的细胞自从老鼠学会了走路之后就不需要再变化了,所以它们也不再进行分裂。复制错误都是在细胞分裂的时候产生的。在人体内,重复的次数在小脑里是逐渐减少的,尽管在其他器官里重复越来越多。在那些制造精子的细胞里,CAG的重复越来越多,这就解释了为什么一个人发病的年龄跟他出生时他父亲的年龄有关:父亲年龄越大,孩子发病年龄越早,病情越严重。(顺便提一句,现在人们知道,整个基因组里的基因突变率,在男性里是女性的五倍。这是因为男性DNA在男性的一生中都在不断复制以提供新鲜的精子细胞。)

    亨廷顿基因的自发突变好像在有些家族里比在其他家族里更容易出现。原因不仅仅是在这些家族里CAG的重复次数刚刚在临界值以下(比如说,在29次与35次之间)。与其他带有同样CAG重复次数的人相比,这些家族里的人基因里CAG的重复次数更容易越过临界值——容易一倍。原因仍然很简单,完全是由序列里有些什么字母决定的。比较一下这样两个人:一个人带有35次CAG重复,后面接着的是一堆CCA和CCG。如果复制DNA的机器滑了一下,加了一个CAG上去,重复次数就加了一次。另外一个人也有35次CAG重复,后面跟着一个CAA,再后面是两个CAG。如果复制DNA的机器滑了一下,把CAA读成CAG了,结果就不是多重复了一次,而是多重复了三次,因为后面已经有两个CAG等在那儿了。

    虽然我劈头盖脑地扔给你那么多有关亨廷顿基因CAG这个词的细节,好像离题越来越远,但是想一想吧,几乎所有这些知识在五年以前(这本书第一次出版是在2000年。——译者注)还没人知道呢。亨廷顿基因还没有被发现,CAG重复还没有被查出,亨廷顿蛋白还是未知物,没有人猜到亨廷顿氏病与其他神经萎缩类疾病是相关的,亨廷顿基因的突变率和突变的原因都还很神秘,也没人能解释父亲的年龄为什么对孩子的病情和发病年龄有影响。从1872~1993年,人们几乎不掌握与亨廷顿氏病有关的任何知识,只知道它是遗传的。自从1993年,有关亨廷顿氏病的知识像蘑菇云一样一夜之间就出现了,这朵蘑菇云如此之大,需要在图书馆里泡上好几天才能把这些知识都读一遍。从1993年以来,有将近100位科学家发表过与亨廷顿基因有关的研究论文。所有这些论文都是关于一个基因的,人类基因组的6万到8万个基因之一。詹姆斯?沃森和弗兰西斯?克里克在1953年打开的那个潘多拉盒子具有无比的力量,如果你还对此不太确信,亨廷顿基因的故事怎么也应该说服你了吧?跟我们从基因组里搜罗到的知识相比,我们从生物学的其他分支得到的知识顶多算是一小勺。

    尽管如此,仍然没有一例亨廷顿氏病被治愈。我宣扬了这么久的这些知识连一个怎样治疗亨廷顿氏病的建议都没有提出来。如果说这些知识对那些正在寻找疗法的人有什么影响,也许CAG重复这个一点不带感情色彩的简单病因使现实变得更加苍白了。大脑里有1000亿个细胞。我们哪能进去把每一个细胞里的CAG重复都人为缩短一些呢?

    南希?韦克斯勒讲了一个她在马拉才博湖畔作研究时一个女人的故事。这个女人到韦克斯勒的草屋去做检查,想看看自己是否有神经疾病的征兆。她看上去很健康,但韦克斯勒知道,在病人发病之前很久,亨廷顿氏病的一些细微征兆就可以被一些医学检查测出来。这个妇女无疑是有这些征兆的。但是,跟其他很多人不一样的是,这位妇女在做完检查之后,固执地问医生,结论是什么。她到底有没有病?医生反问她:你自己认为呢?她说她觉得自己很正常。医生们最终没有告诉她检查结果,只是说在做诊断之前,他们需要更多地了解她。这个女人刚刚离开房间,她的一个好朋友就冲进来了。这个朋友近乎歇斯底里地问医生:你们跟她说什么了?医生们复述了他们的话。“谢天谢地”,这位朋友说,然后解释说,这个女人曾说过,她一定要问医生诊断结果是什么,如果医生发现她有亨廷顿氏病,她马上就去自杀。

    这个故事有几个让人不安的地方。第一,是这个虚假的欢乐结局。这个女人带有亨廷顿突变,她已经被判了死刑,死刑也许由她自己执行,也许由疾病缓慢地执行。不管那些专家对她多友善,她也逃不脱自己的命运。当然,她有全权选择怎样面对她有亨廷顿氏病这个事实。就算她愿意选择自杀,这些医生也无权不告诉她事实真相。但是,医生们没有告诉她真相,也可以说是做了“正确”的事。最敏感的话题,莫过于一个关于病人是否有某种致死疾病的检查的结果;例行公事般直截了当地告诉病人检查结果,对于病人来说也许不是最好的。只报告检查结果却不给病人提供战胜疾病的办法,是给人痛苦的一种方法。不过,在这些之上,这个故事讲述的最深刻的道理,就是如果没有疗法,诊断就是没用的。那个女人认为自己是没病的。假设她还能有五年毫不知情的高兴日子,告诉她说那之后她要面对的是精神错乱一点好处也不会有。

    如果一个人眼看着自己母亲死于亨廷顿氏病,她就会知道,她本人有50%的可能会染上这种病。但是这是不对的,是不是?没有人能够得这种病的50%。她要么100%地有病,要么100%地没病,这两种情况各有50%的可能。遗传测试所能做的,只是检测风险,然后告诉她,表面上的50%,对她来说是100%还是0%。

    南希?韦克斯勒担心科学现在站在一个像第比斯(Thebes)的盲人预言家特瑞西阿斯(Tiresias)那样的位置上。特瑞西阿斯偶然看见了雅典娜(Athena)洗澡,于是她刺瞎了他的眼睛。后来雅典娜又后悔了,但是因为没有办法恢复他的视觉,她就给了他预言未来的能力。然而,具有看到未来的能力是一种可怕的命运,因为他可以看到未来,却无法改变未来。“具有智慧,却不能从这智慧获益,那么剩下的只有悲哀”,特瑞西阿斯对俄狄浦斯(Oedipus)说。或者如南希?韦克斯勒所说:“你想知道你什么时候死吗?尤其是在你没有力量改变你的命运的时候?”从1986年以来,很多有可能患亨廷顿氏病的人可以通过检查来确定自己是否带有致病突变,但是他们选择了不去知道。只有20%左右的人选择了去做检查。有点奇怪却又可以理解的是,男人选择不去做检查的是女人的三倍。男人为自己想的多,女人为孩子想的多。

    就算是那些有得病风险的人想确知自己是否有病,这里包含的伦理也很错综复杂。如果一个家庭里有一个人去做检查,他或她实际上是在替整个家庭做检查。很多父母自己并不愿去检查,但是为了孩子的缘故还是去了。而且,就算在教科书上和医学知识小手册里,对于亨廷顿氏病的错误理解也到处都是。有一个小册子告诉带有致病突变的父母说:你们的孩子有一半会得病。这是不对的:每一个孩子得病的机会是50%。跟一半孩子得病是完全不同的两码事。检查结果如何告诉受检查者也是一个敏感度极高的问题。心理学家发现,如果告诉一个人他的孩子有四分之三的可能性是健康的,而不是有四分之一的可能性有病,他通常会觉得更宽心,虽然这两种说法是一回事。

    亨廷顿氏病是遗传的一个极端。它是纯粹的宿命论,一点不受环境因素的影响。好的生活方式、好的医疗条件、健康的饮食习惯、相亲相爱的家庭、大把的钱,都于事无补。你的命运完全在你的基因里。就像奥古斯丁教派所说的,你上天堂是因为上帝的仁慈,不是因为你做了好事。它提醒我们,基因组这部伟大的书或许会告诉我们最灰暗的一些关于我们自己的知识:关于我们的命运的知识,不是那种我们可以改变的命运,而是特瑞西阿斯那样的命运。

    但是,南希?韦克斯勒对寻找致病基因如此着迷,是因为她的愿望是在找到基因之后修复它从而治愈疾病。她现在离这个目标比起十年前无疑是近多了。“我是个乐观的人,”她写道:“尽管我知道,当我们处于一个能够诊断疾病却无法治疗它的阶段的时候,我们会很痛苦,但我仍然相信关于疾病的知识最终是值得我们为之痛苦的。”

    南希?韦克斯勒自己怎样了?80年代晚期,她和姐姐爱丽丝(Alice)与父亲米尔顿曾好几次坐下来商量是否要去做检查。这些争论气氛紧张、言辞激烈、结论不明确。米尔顿反对去做检查,理由是检查的结果并不是百分之百准确,可能会出现误诊。南希本来已经下了决心要去接受检查的,但是她患病的可能是客观存在的,在现实面前她的决心慢慢“蒸发”了。爱丽丝在日记里记录了这些争论,后来写成了一本书:《探索命运》。最终,两姐妹都没有去做检查。南希现在跟她母亲被确诊的时候是同一年龄。

    第六号染色体 智慧

    遗传论者的错误,并不在于他们认为智商在某种程度上是受遗传影响的,而是他们把“遗传”与“不可避免”等同起来了。 ——斯蒂芬·杰·古尔德

    我一直在误导你们,而且一直在破坏我自己定的规矩。作为惩罚,我应该把下面这句话写100遍:
    基因的存在不是为了致病的。

    即使一个基因在坏了的时候会致病,大多数我们体内的基因都没有坏,它们只是在不同的人体内有一些区别。蓝眼珠基因不是坏了的棕眼珠基因,红头发基因也不是坏了的棕头发基因。用术语来说,它们是等位基因——是遗传信息中同一个段落的不同形式,对于环境有同样的适应性,都是“合法”存在的。它们都是正常的,正常的基因有不止一种形式。

    好了,该停止东一下西一下地拨拉那些杂草了,到了集中精力对付那丛最枝蔓缠绕的灌木的时候了,到了对付基因森林里最粗壮、最扎人、最密不透风的那丛荆棘的时候了。这就是智力的遗传性。

    这丛荆棘最有可能存在于第六号染色体上。1997年末,一个大胆的(也可能是傻大胆)科学家向全世界宣布说,他在六号染色体上找到了一个“决定智力的基因”。这确实需要勇气,因为不管他的证据多么有力,很多人根本就不相信“决定智力的基因”这种东西有可能存在,更别说相信它们真的存在了。他们之所以怀疑,不仅仅是因为在过去的几十年里这方面的科研被政治化,任何提及智力的遗传因素的人都会被人“另眼相看”,也是因为大量的生活常识说明智力有非遗传因素。自然母亲可不放心让一个或几个基因去盲目地决定我们的智力,她给了我们父母、学习、语言、文化、教育,让我们通过这些去塑造我们的智力。

    但是,罗伯特·普洛民(Robert Plomin)宣布,他和他的实验伙伴们在智力的遗传性方面做出了一项重大发现。每年夏天,都有从全美国挑选出来的一组智力超常的孩子到爱荷华州去度夏令营。这些孩子的年龄在12~14岁之间,他们之所以被选中是因为他们在做学校作业的过程中表现出相当高的天分。在去夏令营的五年之前他们接受智商测试的时候,得到的分数比99%的人都高,他们的智商高达160以上。普洛民的研究小组认为,如果有一些基因能够对人的智力有影响,那么这些孩子一定拥有这些基因的最佳形式。他们取了所有这些孩子的血样,开始用第六号染色体DNA的片段做“鱼饵”来钓智力基因这条“鱼”。(他选择了第六号染色体,是因为他从以前的研究中得到了些启发。)渐渐地,他发现这些孩子的第六号染色体长臂上有一小段DNA序列往往跟普通人的不一样。并不是每一个聪明孩子在那个地方的DNA序列都与普通人不同,但是带有这个不同序列的孩子多得足以引起研究人员的注意。这个序列位于一个名叫IGF2R基因的中间。

    智商的历史并不让人乐观。在科学史上的所有争论里,很少有像关于智慧的争论那样充满着愚蠢意见的了。我们中的很多人,也包括我自己,是带着不信任和偏见来谈这个话题的。我不知道我的智商是多少。我上学的时候测过智商,但是从来没人告诉过我我的分数。因为我当时没意识到那个测验是有时间限制的,所以我没抓紧时间做题,结果是我只来得及答了一小部分题,分数应该高不了。当然话说回来,我没意识到测验是有时间限制的,这本身就不像是聪明人干的事。这个事件让我对用一个数字来衡量人的智力这种十分粗糙的做法失去了敬意。想在半小时之内测量出智力这么一件复杂的事,在我看来很荒唐。

    事实上,最早的智商测验出发点就带着偏见。弗兰西斯·高尔顿(Francis Galton,19世纪和20世纪初探险家、人类学家、优化人种论者)最早开创了用研究孪生子来把先天能力和后天能力分开的办法,他一点不隐瞒他这样做的原因:
    我的目的是要记录不同的人之间不同的由遗传而得到的能力,家族和种族之间的不同,以了解人类历史允许我们在多大程度上用更优良的人种去代替那些不够优秀的人种,以思考用适当方法来完成此举是否是我们的义务。惟其如此,我们才能够更快地推进进化的过程,避免因为把进化完全交到自然进程的手中而引起的焦虑。
    换句话说,他想把人当成牛那样有选择地繁殖。

    但是,智商测试在美国才变得真正丑陋起来。H.H. 戈达德(Goddard,心理学家)把法国人阿尔弗雷德·比内(Alfred Binet)发明的智商测试题搬到美国来,让美国人和未来的美国人接受测试。他满不在乎地总结道:很多从国外来到美国的移民不仅仅是“白痴”,而且训练有素的专家一眼就能把这些“白痴”辨别出来。他的智商测验主观得可笑,而且题目对中产阶级和受过西方文化熏陶的人有利。有几个来自波兰的犹太人知道网球场的正中间有一个网子?他一点都不怀疑智慧是天生的:“每一个人头脑的能力和智力水平都是由精、卵细胞融合的时候染色体的结合而形成的。这之后,任何因素都不会对其有什么影响,除非是严重事故破坏了染色体。”

    持有这种观点的戈达德明摆着是不正常。但是他在政府决策过程中施展了足够大的影响,以至于他被批准去测试那些刚刚到达爱丽丝岛(美国纽约市附近的一个小岛,过去从欧洲乘船到达美国的移民要先在该岛办理入境、检疫等手续)的移民。他之后还有些人比他还极端。第一次世界大战期间,罗伯特·亚尔克斯(Robert Yerkes,比较心理学家)说服了美国陆军让他给招募来的上百万新兵进行智商测验。尽管陆军根本没有太在乎这些测验的结果,这些测验却给亚尔克斯和其他人提供了发表意见的讲坛和数据。他们的意见是,智商测验可能有很高的商业价值,对国家也很重要,因为它能够轻易快捷地把人分类。在陆军里进行的这些测验,最终影响了国会,于1924年通过了一个限制移民法案。这个法案严格限制了来自南欧和东欧的移民人数,根据是这些地区的人比在1890年以前占了美国人口大多数的北欧移民要笨。这个法案的目的跟科学没有一点关系。它更多地反映了种族的歧视与工会的地方保护主义。但是,它在智力测验这个伪科学中找到了借口。

    优化人种论的故事我要留到后面一个章节再讲,但是一点不奇怪的是,智力测验的历史背景使得大多数学者,特别是社会学者,对任何与智商测验有关的东西都有很重的不信任感。在第二次世界大战之前,钟摆摆向了与种族歧视和优化人种论相反的方向,那时候,智慧的遗传性简直成了一个禁忌。亚尔克斯和戈达德那样的人把环境对人的能力的影响忽视得如此彻底,他们居然用英文试卷来考非英语国家的人,用需要书写的试卷考那些文盲——这些人在接受考试的时候才第一次拿起笔来。他们对于遗传性的相信是如此一厢情愿,以至于后来的批评者们都认为他们的主张一点儿根据都没有。归根结底,人类是具有学习能力的。他们的智商可以受他们所受的教育的影响,所以,心理学也许应该假设智慧没有任何遗传成分:智慧完全是学习的结果。

    科学应该是通过建立假说然后试图证伪它们而前进的。但是有时候事情并不如此。20年代的基因决定论者们总是在寻找能够证明他们观点的证据,从来不去寻找可能证伪他们观点的证据,60年代的环境决定论者们也同样总是在寻找能够证明他们观点的证据,对于相反的证据,他们本应是去积极寻找,但他们却对这些证据视而不见。与常识相违的是,在智力遗传性研究这个科学的一角里,“专家”们总是比外行犯更大的错误。普通人一直就知道教育非常重要,但他们同时也一直相信人的内在能力是有差异的。反而是“专家”们荒唐地在走极端。

    没有一个智慧的定义是被普遍接受的。智慧的标志是思考的速度,还是推理的能力?是记忆力、词汇量、心算能力?是进行智力活动时精力旺盛?还是仅仅是一个人对于智力活动的追求?聪明人在某些事上可以是惊人地笨——知识面是否广、有没有心计、是否能不撞到路灯柱上,如此等等。一个在学校里成绩很差的足球运动员也许可以在瞬息之间抓住机会作一记妙传。音乐能力、语言能力、揣测别人心理的能力都是能力,但一个人不一定同时具有这些能力。霍华德?加德纳(HowardGardner)(当代美国教育学家、心理学家。——译者注)卖力地提倡过一个理论,把智慧分成许多种,每一种天赋都是一种独立存在的能力。罗伯特?斯滕伯格(RobertSternberg)(当代美国哲学家。——译者注)则提出,智慧可以分成三类:分析能力、创造力、实践能力。需要分析能力的问题是由别人提出的,问题界定得很清楚,解决问题的所有信息都已存在,只有一个正确答案,跟日常生活经验没有关系。说简单一点,就好像是学校里的考试。实际问题则要求你把问题认识清楚、表达出来。这种问题常常没有清楚的定义,缺少一些解决问题所需的信息,不一定只有一个答案,但与日常生活直接有关。巴西街头的孩子们可能有些在学校里数学不及格,但他们在日常生活所需要的数学面前却不比谁傻。对于职业赛马手来说,用智商来预测他们的成绩,结果是很不准的。如果用需要动手的模型来测智商,一些赞比亚儿童成绩会非常好,用纸和笔来测,他们的成绩就会很糟。英国孩子则正相反。

    学校注重的是分析能力,智商测验也是如此,这几乎成了定义。智商测验不论在形式和题目上有多么大的区别,它们总是青睐具有某一种特定思维的人。不过,它们还是能测出一些东西。如果你比较人们在各种智商测验里的成绩,你会发现它们有一定的一致性。统计学家查尔斯·斯皮尔曼(Charles Spearman)在1904年首先发现了这一现象,一个孩子如果在一科测验里得到高分,在其他科目里也容易得高分,各种智力能力不是独立存在,而是互相关联的。斯皮尔曼把这称为广义智慧,或者简称为g。有一些统计学家提出,g只是统计上的一种托词,只是测量人在考试中的表现的诸多方法中的一种。另外一些人则认为g是民间流传的说法的一种直接量化:在谁聪明谁不聪明这个问题上,多数人的意见往往都是一致的。不管怎么说,g无疑是管用的。在预测一个孩子今后在学校里成绩如何方面,它比几乎其他任何测量方法都准确。在g是否客观存在方面,也确有一些真正客观的证据:人们在做需要检索和找出信息的任务时,他们完成任务的速度与智商是成正比的。广义智慧在人的不同年龄惊人地一致:在6岁到18岁之间,你的智慧当然是在快速增长,但是相对于你的同龄人来说,你的智慧却是几乎不变的。事实上,一个婴儿适应一种新的感官刺激所需的时间跟他今后的智商有很强的关联。就好像是说,如果能够对一个婴儿将来受的教育有一定估计,我们就能在一个几个月大的婴儿身上看出他将来的智商。智商分数与在学校里的考试成绩有很强的关联。高智商的孩子好像能更多地吸收学校里教的那些东西。

    所有这些不是要肯定教育无用论:学校与学校之间、国家与国家之间学生在数学和其他学科上平均成绩的巨大差异,显示出教育能够取得多大的成就。“智慧基因”不是在真空里运作的,智慧需要环境刺激才能发育。

    现在,就让我们接受这个一看就有点愚蠢的关于智慧的定义:智慧就是几种智商测验的平均得分——“g”——然后看看这个定义把我们领向何处。智商测验以前很不精确,现在也离完美很远,还谈不上真正客观,因此,各种测试的结果比较一致,就更显得不可思议了。如果智商与某些基因的联系透过被马克·菲尔波特(Mark Philpott,哲学家)称为“不完美的测试之雾”都能够显现出来,那就更说明智力有很强的遗传因素。另外,现代的测试已经有了很大改进,客观性更强,也更不会使受试人的成绩因文化背景和是否懂得某种专门知识而受到影响。

    在20年代,以优化人种为目的的智商测试达到高峰,当时关于智力的遗传性还没有任何证据,它只是对人们进行智商测试的那些专家们的假设。现在已经不同了。智商(先不说智商到底是什么)的遗传性已经在两种人里检验过了:孪生子和被领养的孩子。不管你怎么看,研究结果都叫人吃惊。在什么决定了智力这个题目上,所有研究都发现,遗传占有相当重要的地位。

    在60年代的时候有一个时尚,就是把孪生子从一出生就分开,特别是如果想让别人领养他们的时候。在很多情况下,人们这样做时并没有多想,但是有些人是故意这样做的,他们的动机是科研:去检验并希望能够证实当时占主导地位的理论——人的个性取决于孩童时期的养育方式和环境,与遗传无关。最著名的例子是纽约的两个女孩,贝丝和爱咪,她们一出生就被一个极富好奇心的弗洛伊德学派心理学家分开了。爱咪的养母是个很穷的人,很胖,没有安全感,没有爱心,所以一点不奇怪地,爱咪长大之后成了一个神经质的、内向的人。这正符合弗洛伊德理论的预言。但是,贝丝也成为了这样的人,跟爱咪一模一样,尽管她的养母富有、安详、愉快而有爱心。20年之后当贝丝和爱咪重新见面的时候,她们二人性格上的差别小得简直看不出来。对于她们二人的研究,远没有证明养育在塑造我们性格方面的重要性,相反地,它证明了天性的力量。

    研究被分离开的孪生子,最初是由环境决定论者开始的。但是后来他们的对手也开始用这一方法,代表人物之一,是明尼苏达大学的托马斯?布沙尔(ThomasBouchard)。从1979年开始,他在世界各地寻找那些被分离开了的孪生子,并利用测试他们的个性与智商的机会让他们团聚。同时,其他的研究则注重于比较被收养的人与他们的养父母、亲生父母、同胞手足之间智力的差异。把所有这些研究放在一起,把成千上万人的智商测验结果集中起来,就得到了以下这个表。每一个数字都是一个百分比,代表的是两种人的智力之间的相关性,百分之百的相关性意味着两人智力完全一样,百分之零意味着两个人的智力完全无关。

    同一个人接受两次智商测验87
    在一起长大的同卵双生子86
    从小被分离开的同卵双生子76
    在一起长大的异卵双生子55
    同胞兄弟姐妹47
    父母与子女(生活在一起)40
    父母与子女(没有在一起生活过)31
    亲生父母不同却被同一个家庭收养的孩子0
    没有血缘关系又不住在一起的人0

    毫不奇怪地,相关性最大的是在一起长大的同卵双生子。他们有共同的基因、在共同的子宫里被孕育、生活在同一个家庭里,他们智商的区别与一个人做了两次智商测验的区别一样。异卵双生子虽然是在共同的子宫里被孕育,他们的基因却并不比两个普通兄弟的基因更相似,但是他们的相关系数比两个普通兄弟更相似,说明胚胎在子宫里的经历或者是孩子最初经历的家庭生活有一点点作用。但是让人目瞪口呆的结果,是那些有不同的亲生父母却被同一个家庭收养、一起成长的孩子,他们的智商分数之间的相关性是零。住在同一个家庭里对于智商一点影响也没有。

    子宫的重要性是最近才被人们认识到的。有一项研究表明,孪生子在智力方面的相似性,有20%可以归结到子宫环境上,而对于两个非孪生的兄弟姐妹来说,子宫环境对智力的影响只占5%。区别在于,孪生子不仅是在同一个子宫里被孕育,而且是在同一时间;非孪生的孩子则不是。子宫里发生的各种事件与变化对于我们智力的影响,比我们出生之后父母对我们的教育所起的作用高两倍。所以,即便是智力中可以归结到“后天”因素而不是先天因素的那一部分,也是一种早已成为过去、不可更改的后天因素。但是另一方面,属于先天因素的那些基因,直到青少年时期都在表达。所以,是先天因素,而不是后天因素,要求我们不要在一个孩子很小的时候就对他的智力下定论。

    这真是怪异之极。它简直是对基本常识的挑战:我们孩童时期读过的书、家庭成员间的对话,肯定对我们的智力有影响吧?没错,但问题不在这里。因为遗传因素可以决定在一个家庭里父母和孩子都喜欢智力活动。除了研究孪生子和被领养的孩子之外,还没有任何其他研究试图把父母的遗传与父母的教育对智力的影响分开。对孪生子和被领养的孩子的研究,在目前清楚地有利于这样一个观点:父母与孩子智力水平之间的相似性是由遗传因素决定的。对孪生子和被领养的孩子的研究当然可能会误导,因为毕竟这些研究只局限于某一类家庭。他们主要是白人中产阶层的家庭,极少有黑人或穷人家庭被列入研究之列。在美国的白人中产家庭里,如果读书范围和谈话内容大同小异,也并不是什么奇怪的事。有一项研究的对象是那些被另一种族的家庭收养的孩子,在这项研究里,人们发现孩子的智商与他们的养父母的智商有一点相关(19%)。

    但是这仍然是很小的效应。所有这些研究得到的一致结论,是你的智商大约有一半是由遗传决定的,不到五分之一是由你和你的兄弟姐妹们共同的环境——家庭——决定的。剩下的是子宫的作用、学校的作用和其他外部影响,比如朋友的影响。即使是这个结论,也有点误导。你的智商不仅随年龄会有变化,遗传因素对它的影响也会变化。现在你长大了,积累了很多经验,遗传对你智力的影响也增加了。你会说:什么?是减小吧?不是的。在儿童时期,遗传对智商的影响占51%。在你长大的过程中,你内在的智力逐渐显露出来,其他因素对你智力的影响渐渐消失。你会选择与你的能力、喜好相符的环境,而不是调整你的能力、喜好去适应环境。这证明了两个至关重要的观点:基因的影响并不是从精子和卵子结合的时候起就固定不变了,环境的影响并不是一直不断地累积的。智力是遗传的不等于它是不变的。

    在先天还是后天这个漫长的争论刚开始的时候,弗兰西斯?高尔顿用了一个也许很贴切的比喻:“很多人都这样取乐过:把小树枝扔进溪流中,观察它们随水流走的过程,观察它们怎样停止运动。一开始遇到偶然的一个小障碍,然后又是一个;以及它们的前进又是怎样被环境里的因素加速的。我们可能会认为这些因素每一个都对小树枝起了作用,认为小树枝的最终命运就是被这些微不足道的事件左右的。但是不管怎样,所有的树枝都成功地顺水流下去了,而且速度总体来说都差不多。”所以,有证据表明,让孩子接受更好的、高强度的教育确实可以戏剧般地提高孩子的智商,但这只是暂时的。小学毕业的时候,那些曾经在“好的开端”(HeadStart,是美国运行着的一个对幼儿实行早期教育的计划。——译者注)这样的早期教育班里受过教育的孩子,与其他没有上过这些班的孩子已经没有区别了。

    对于这些研究的一种批评,是它们都只研究了社会里一个阶层的家庭,因此把遗传的作用放大了一些。如果你同意这样的批评,那随之而来的就是:在一个公平的社会里,遗传的作用比在一个不公平的社会里大。事实上,一个完美的英才社会的定义,就是一个人的成就取决于他们的基因的社会,因为所有人都有同样好的环境。在身高方面,我们已经在飞速地接近这样一个状态了:在过去,营养不良使得很多孩子在长大之后没有达到他们应该达到的“遗传”高度。今天,随着儿童期营养的普遍提高,个体之间身高的差异主要是由遗传原因决定的。所以,我猜想遗传在身高方面的决定作用是在增加的。同样的说法还不能用在智力这一方面,因为在有些社会里,环境的变量——例如学校质量、家庭习惯、财富——是在变得越来越不平等,而不是越来越平等。不过不管怎么说,在公平社会里基因的作用反而更大,这听起来像个悖论。

    对于智力遗传因素的这些估量,只适用于解释个体间的差异,却不能用来解释群体间的差异。虽然遗传对于智力的影响在不同人群和种族里不一定一样,但事实证明它的影响是一样的。但是,如果因为两个个体之间智商的差异有50%是因为遗传因素,就得出结论,认为黑人的平均智商与白人的平均智商间的差异或白人与亚洲人平均智商的差异是由遗传决定的,那就犯了逻辑错误。其实,这种结论不仅在逻辑上有错误,到目前为止,与事实依据也是不符的。这样,支撑最近的一本书《钟形曲线》(20世纪90年代在美国出版的心理学书籍,探讨种族之间智力的区别及其原因。它宣称不同人种智力上的差异是由遗传决定的,有些种族的基因比其他种族优秀,因此出版之后在美国引起轩然大波。批评者认为该书曲解科学研究的成果,宣扬种族主义。——译者注)里那些观点的“栋梁”就倒塌了。黑人与白人的平均智商确有区别,但没有任何证据表明这个差异是遗传的。事实上,跨种族领养儿童的一些例子,说明在白人家庭里长大的黑人孩子,其智力与一般白人并无区别。

    如果对于一个个体来说,智力有50%是遗传的,那么肯定有些基因对智力有影响。但是我们现在说不出有多少这样的基因。关于这些基因,我们现在所能说的只是:有一些基因是可变的,也就是说,它们在不同的个体里可以以不同形式存在。遗传性与决定论是非常不同的事情。对于智力影响最大的基因完全有可能在个体之间是不变的,在这种情况下,这些基因就不会导致个体差异。比如说,我每只手上有五个手指头,大多数人也是如此。原因是我们得到的遗传配方里写明了要有五个手指头。如果我走遍世界去找只有四个手指的人,那么我找到的人里,95%以上都是因为意外事故失去了一个手指头的。我会发现,有四个手指不是因为遗传因素,几乎在所有情况下四个手指都是因为环境原因造成的。但是这不说明基因不决定手指的数量。一个基因可以决定不同的个体拥有同样的身体特征,正如基因也可以决定不同的人有不同的身体特征。罗伯特?普洛民寻找智商基因的“大海捞针行动”,只会找到那些可以用多种形式存在的基因,却找不到那些在所有个体里都一样的基因。这样,他们可能会找不到一些决定智力的关键基因。

    普洛民的第一个基因标识,六号染色体长臂上的IGF2R基因,乍看上去可不像是一个“智力”基因。在普洛民把它和智力联系在一起之前,它出名是因为它与肝癌有关。以前,它可能被称为“肝癌基因”,这显示了用一个基因可能导致什么病来命名这个基因的错误之处。将来我们总会决定:这个基因抑制癌症的功能和它对智力的影响哪个是主要的功能哪个只是“副作用”。当然了,也可能这两种功能都是副作用。由这个基因编码的蛋白质有着如此枯燥的功能,让人真怀疑是否有什么神秘之处我们还没发现。它的功能是“细胞内的传输”:把磷酸化了的溶酶体酶从高尔基体(存在于细胞内的小体,对于蛋白质和脂类分子的加工和分类在其中进行。——译者注)运到细胞表面的溶酶体中去。它是个分子水平的送货车。在有关它的功能方面,没有一个字提到脑电波之类的事。

    IGF2R是个异常庞大的基因,总共有7473个字母,但是在编码蛋白质方面有意义的那些字母分布在基因组里由9.8万个字母所组成的一段上,中间被没有意义的字母(称为内含子)打断过48次。就好像杂志上一篇文章被广告打断了48次,怪烦人的。在这个基因的中间,有一些重复的片段,它们的长度容易变化,也许会在人与人之间智力水平的不同方面起作用。因为这个基因看起来跟胰岛素之类的蛋白质及与糖的分解隐约有些关系,所以要提一下,另外一项研究发现,智商高的人的大脑利用起葡萄糖来“效率”更高。在学着玩一个名叫“叠四块”的电脑游戏的时候,高智商的人与低智商的人相比,一旦熟练之后,大脑对葡萄糖的需要量降低得更快。但是这有点像是在抓救命稻草的样子。普洛民的这个基因如果被证明真的与智力有关,也只会成为许许多多的能够用各种不同方式影响智力的基因中的一个。

    普洛民的发现,最重要的价值在于:人们可以声明,研究孪生子和被领养的孩子是太过间接的方法,不足以证明遗传因素对于智力的影响,但是面对一个随着智力水平高低而变化的基因,人们很难提出有力的反对意见。这个基因的一种形式,在爱荷华那些智力超常的孩子体内比在一般人体内多一倍,这极不可能只是偶然现象。但是它的作用肯定很小:平均来说,这个基因的这种形式只会给你的智商加4分。这就有力地说明这个基因不是什么“天才基因”。普洛民暗示过,他对爱荷华那些智力超常孩子的研究还发现了至少10个“智力基因”。但是,遗传决定智商这一说法在重新受到科学界尊重的同时,在很多角落引起的却是疑惑和惊讶。它仿佛让人们看到了二三十年代使科学声誉受损的优化人种论的幽灵。斯蒂芬?杰?古尔德就是一个对过分强调基因作用持严厉批评的人,他说过:“一个部分由遗传因素而形成的低智商者,通过适当的教育可能会有极大的改进,也可能不会。低智商是由遗传因素造成的这一点,并不足以让我们对这个人的智力下定论。”这是对的,但同时这也是麻烦所在。并不是说人们一看到遗传的作用就不可避免地都成了宿命论者。导致“阅读困难症”(一种因为神经系统原因而出现的学习困难,患儿智力正常,但无法准确、流利地识别字词,常有拼写、阅读困难。——译者注)的基因突变被发现之后,老师们并没有认为这种病没救因而放弃有病的孩子。相反,这个发现促使老师们用特殊的教学方法去教有病的孩子。

    事实上,智商测试方面最著名的先驱者法国人阿尔弗雷德?比内强烈地提倡过:智商测试的目的不是为了奖励那些有天赋的孩子,而是为了更多关注那些没有天赋的孩子。普洛民却认为自己就是一个从智商测试中受益的最好例子。在芝加哥地区他们这个大家族里,他这一代的32个孩子中,他是惟一一个上过大学的。他的好运源自于他在一次智商测试里的高分数,正是这个分数促使他的父母送他进了一所强调学业的学校。美国对这类测试的热衷与英国对它的厌恶形成鲜明的对照。短命而名誉不好的“11岁以上”考试,是英国惟一存在过的一个所有11岁以上学生都必须参加的智商测试。它的依据是西里尔·伯特(Cyril Burt,心理学家)的研究数据(有可能还是伪造的)。在英国,“11岁以上”考试在人们的记忆里是灾难性的,它把有些智力很好的孩子打入了质量不好的学校。但是在以“英才社会”自居的美国,类似测试却是那些有天赋的穷人孩子在学术上取得成就所需的敲门砖。

    也许,智商的遗传性暗示了一些完全不同的东西,这些东西一次性地证明了,高尔顿试图把先天与后天因素区别开来的努力,从观念上就错了。想想这么一个看上去愚蠢的事实:平均来讲,智商高的人比智商低的人耳朵更对称。智商高的人整个身体都更对称:脚的宽度、膝盖的宽度、手指长度、手腕宽度以及手肘宽度都与智商有关联。

    90年代早期,对于身体对称性的兴趣又复活了。这是因为它可以揭示出发育早期的一些奥秘。身体的有些不对称性,在人群里是很有规律的。例如,在大多数人体内,心脏位于胸腔的左侧。但是,另外一些不那么明显的不对称性,却是比较随机的,哪边都可以。有些人的左耳比右耳大,另外一些人却刚好相反。这种被称为“起伏性不对称”的不对称性,它的程度,是对于身体在发育过程中受到了多少压力的很敏感的量度:感染、毒素和营养不良造成的压力。智商高的人身体更对称这一事实,说明这些人在母亲子宫里和在童年时期身体所受压力比较小。也许他们的身体有更高的抗压性。这种抗压性也许也是有遗传因素的。这样,智商的遗传性也许并不是由“智慧基因”直接决定的,而是由那些抗毒素、抗感染的基因间接决定的。也就是说,是由那些与环境相互作用的基因决定的。你遗传到的不是一个高智商,而是在某种特定环境下发展出高智商的能力。如果是这样,那么怎么能把影响智力的因素分成遗传因素和后天因素呢?明明白白地是不可能的。

    支持这个理论的证据来自于所谓的“弗林效应”。詹姆斯?弗林(JamesFlynn)是一个在新西兰工作的政治学家,在80年代,他注意到这样一个现象:在世界各国,一直以来人们的智商都是在增长的,大约每十年增长三点。原因却很难确定。也许原因与身高的增长是一样的:童年时期营养的提高。危地马拉有两个村庄在几年里一直得到由外界援助的大量蛋白质补剂,十年之后再去测试,发现儿童的智商有了显著的提高,这是弗林效应在局部地区的表现。但是,在营养充分的西方国家里,人们的智商仍然是在迅速提高的。学校跟这个现象也没有什么关系。因为中断学校教育只会给人的智商带来暂时影响,而且,分数迅速上升的那些测试项目,恰好测的是学校里不教的东西。分数上升最快的,是那些测试抽象推理能力的项目。一位科学家,乌瑞克?耐瑟(UlricNeisser),(当代美国认知心理学家。——译者注)相信弗林效应的原因是当今社会日常生活中充斥着高强度的、复杂的视觉图案:动画片、广告、电影、海报、图像和其他光学显示,而这些是以书面语言的减少为代价的。儿童的视觉环境比以前丰富得多,这有助于培养他们解决视觉方面的智力测试题,而这正是智商测试里最常见的题型。

    但是,这个环境因素乍看起来很难跟研究孪生子所得出的智商高遗传性的结论调和起来。就像弗林本人说的,50年来人们的智商平均增加了15点,要么是因为50年代的人好多是傻子,要么是因为现在的人好多是天才。因为我们并没有处在文化复兴的时期,所以他认为,智商测试并没有测到人的内在能力。但是,如果耐瑟是对的,那么当今世界环境只不过是一个有利于人们发展智力中的一种——对于视觉符号的娴熟——的环境。这对于“g”这个提法(智力是综合能力)是个打击,但并没有否定不同种类的智力是有遗传性的。在200万年的人类文化之间,我们的祖先传下来了通过学习才能掌握的各地不同的习俗,人脑也许已经通过自然选择学会了怎样发现和掌握在自己本地文化里重要的技能,以及自己能够掌握得比较好的技能。一个孩子所处的环境不仅与他的基因有关,也与外界因素有关,而一个孩子有能力找到甚至创造出适合自己的环境。一个有动手能力的孩子会学习需要动手的技能;一个书虫子会去找书。也许,基因创造的是一种欲望,而不是一种能力?不管怎么说,近视的遗传性不仅来自于眼球形状的遗传性,也来自读书习惯的遗传性。因此,智力的遗传性也许不仅仅是先天能力的遗传,也是后天因素的遗传。对于由高尔顿发起的这一世纪以来关于智力遗传性的争论,这真是个内容充实又令人满意的结局。

    第七号染色体 本能

    人类本性这张“白纸”从来就不是白的。 ——W •D •汉密尔顿(W. D. Hamilton,生物学家)

    没有人怀疑基因能够影响身体结构。基因能够影响行为这个说法,却不那么容易让人接受。但是,我希望能够说服你,在第七号染色体上有一个基因,它的一个重要作用是使人拥有一种本會巨,一种在所有人类文化里都占有中心地位的本能。

    本能是一个用在动物身上的词:三文鱼会寻找它出生的那条溪流;黄蜂会做它那早已去世的父母做过的事;燕子迁移到南方过冬。这些都是本能。人类不需要对本能有太多的依靠,他们学习,他们是有创造力的、生活在文化环境里的、有意识的生物。他们做的每一件事都是自由意志、巨大的脑子和父母教育的产物。

    在20世纪里,心理学和其他社会科学里占主导地位的说法就是这样的。如果谁不这样想,谁相信人类行为有其内在性,那就等于是掉进了决定论的陷阱,就等于在一个人出生之前就给了他一个无情的宣判:他的命运是写在他的基因里的。其实,社会科学发明了很多比基因决定论更让人心惊的决定论:弗洛伊德的父母决定论、马克思的社会经济决定论、列宁的政治决定论、弗朗兹•博厄斯(Franz Boas)与玛格丽特W•D•Hamilton:20世纪英国著名生物学家。米德(Margaret Mead)的同龄人压力文化决定论、约翰•沃森和B •F •斯金纳(Skinner)的刺激一反应决定论、爱德华•萨皮尔(Edward Sapir)和本杰明•沃夫(Benjamin Whorf)的语言决定论。(弗朗兹•博厄斯:19世纪末20世纪初著名人类学家,生于德国,后来在美国从事研究工作;玛格丽特•米德是他的学生,也是20世纪初美国著名人类学家。约翰•沃森和B•F•斯金纳都是20世纪上半叶美国著名心理学家。爱德华•萨皮尔生于德国,后移民到美国,与本杰明•沃夫同为20世纪上半叶美国著名语言学家。)在一个世纪里,社会学家们告诉具有各种不同思想的人:说生物学因素决定行为就是决定论,而说环境决定行为就不违反人有自由意志的说法;动物有本能,人类则没有。这是历史上规模最大的误导行为之一。

    从1950年到1990年,环境因素决定论这座大厦轰然倒塌了。20年的精神分析法都没有能够治好的狂郁症,用一剂锂疗法就治好了,弗洛伊德的理论也就在那一时刻衰落了。(1995年,一位妇女状告她的心理医生,因为这位医生给她进行了三年多心理治疗都没有治好的病,在她服用了三个星期的百忧解(一种治疗抑郁症的药物。)之后就痊愈了。)德里克•弗里德曼(Derek Freeman)(德里克•弗里德曼:当代澳大利亚人类学家。)发现,玛格丽特•米德的理论(少年的行为有无限的可塑性,可以被文化任意塑造)是建造在主观偏见、不充分的材料以及她的那些少年研究对象恶作剧故意撒谎的基础上的。这样,文化决定论也破灭了。行为主义的破产,则源于1950年在威斯康辛州所做的一个著名实验。在这个实验里,尽管失去了妈妈的猴子幼婴只有从一个铁丝做的猴妈妈那里才能得到食物,它们仍然建立了对布做的猴妈妈的情感依恋。这违反了这样一个理论:我们哺乳动物能够对任何给我们食物的东西都建立感情。看来,喜欢柔软的母亲的感觉也许是天生的。

    在语言学里,大厦出现第一个裂缝是在诺姆•乔姆斯基(Noam Chomsky,语言学家)发表了《句法结构》一书的时候。在这本书里他阐述说,人类语言,人类行为里最有文化特征的一种行为,与文化的关系和与本能的关系一样强。乔姆斯基重新提出了一个关于语言的旧观点,亦即达尔文描述过的“掌握一种艺术的本能倾向”早期心理学家威廉*詹姆斯(Wiiliam James),小说家亨利•詹姆斯(Henry James)的兄弟,强烈地支持这样一个观点:人类的行为表明,人类比动物有更多种的本能,而不是更少。但是他的说法在20世纪的大部分时间里被忽视了。是乔姆斯基把这些理论重新发掘出来。

    通过研究人们说话的方式,乔姆斯基得到结论,认为在所有语言之间都存在着内在的一致性,因此说明人类语言存在一种共同的语法。我们都知道怎样用这种语法,但我们对我们的这种能力并无知觉。这就意味着我们的大脑里有一部分由于基因的原因先天就有特殊的、学习语言的能力。说白一些,词汇不可能是天生的,否则我们都会说同一种没有变化的语言。但是,也许一个孩子在学习了本地社会所用的词汇之后,把它们扔进了一套天生的、内在的规则里去了。乔姆斯基的证据是语言学方面的:他发现,我们说话的时候有一种规律,既不可能是父母教的,也不可能是轻易地从日常生活中倾听别人说话的过程中学会的。例如,在英文里,把一句话变成一个问题,我们得把主要动词放到句子的最前面去。可是我们怎么知道哪个动词应该被放到最前面呢?看一看这句话:“A unicorn that is eating a flower is in the garden”(花园里有一只正在吃花的独角兽)。你可以把第二个“is”挪到最前面去,变成一个问句:“Is a unicorn that is eating a flower in the garden?”但是如果你把第一个“is”挪到最前面去,句子就不通了:“Is a unicorn that eating a flower is in the garden?”区别在于,第一个“is”是一个名词词组的一部分,这个词组在大脑里引起的意象不是随便一个独角兽,而是随便一个正在吃花的独角兽。4岁的孩子,还没有学过什么是名词词组的时候,都能够很不费力地运用这个规则。他们好像就会这个规则。他们也不需要听说过或用过“A unicorn that is eating a flower”这个词组,就知道这个规则。这就是语言的美:我们所说的每一句话都几乎是一种新的组字方法。

    乔姆斯基的推测在那之后的几十年里被漂亮地证明了,证据来自许多不同领域。所有证据都可以归结到心理学家、语言学家史蒂文•平克(Steven Pinker)做出的一个结论上:为了学习人类语言,我们需要有的是人类语言的本能。频克被人戏称为第一个写出的东西别人看得懂的语言学家。他令人信服地搜集了多种证据,证明语言能力的内在性。首先,是语言的普遍性。所有人类的成员都会一种或几种语言,不同语言的语法复杂程度都差不多,

    即使是新几内亚高地上那些从石器时代就与外界隔绝的人群所使用的语言也是如此。所有人都很小心很系统地遵守那些没有被言明的语法规则,即使是没有受过教育的人、那些说话比较“俗”、说方言的人,也是如此。大城市里黑人区的“黑人英语”,其语法规则的合理性一点不少于英国女王的英语。认为一种语言比另一种语言“高级”,完全是偏见。例如,双否定“不要有人不对我干这种事”)的用法在法语里是很适当的,在英语里就是土话。但在这两种语言里,人们都是同样遵守语法规则的。

    第二,如果这些语法规则是像学习词汇那样通过模仿得到的,那么,为什么那些4岁孩子明明说“went”说得很准确,却会忽然改口说“goed”(“went”是“go”的过去时的正确形式,“goed”是小孩根据“动词后面加‘ed’就是过去时”这一规则(并不适用于所有动词)自己造出来的词。)?真实情况是,虽然我们必须教孩子读和写——在这些能力上我们可没有任何本能——他们在很小的年龄就可以不需我们帮助地学会说话。没有一个父亲或母亲会说“goed”,

    但是几乎所有孩子在儿童期某一时刻都会这么说。没有一个父亲或母亲会给孩子解释说:“杯子”这个词可以用来指所有杯状物体,而不是单指这一个特别的杯子、不是指杯子把手、不是指造杯子所用的材料、不是指用手指杯子这一动作、不是指抽象的“杯子状”,也不是指杯子的大小和温度。一个电脑如果要学会语言,必须要有一个程序,很费劲地把这些愚蠢的错误含义给过滤掉。而儿童天生就有事先编好的“程序”——本能,天生就知道哪些用法可能合适而哪些不合适。

    但是在语言本能方面,最令人吃惊的证据来自一系列在自然条件下进行的实验:让儿童给一些没有语法规则的“语言”加规则。最著名的一个例子,是德里克•比克顿(Derek Bickerton,语言学家)所作的一项研究。19世纪一组被带到夏威夷的外国劳工发明了一种不伦不类的语言——一些字和词被他们用来在他们内部交流时使用。与其他类似的混杂语言一样,这种语言缺少系统的语法规则,在表达上特别繁复,表达能力却又特别有限。但是,所有这一切在他们的孩子那一代——这些孩子们在幼年学习了这种语言——就改变了。这种混杂语言有了转调规则、字词顺序以及语法规则,成为了一种有效又有表达力的语言——一种新方言。简而言之,正如比克顿总结的,混杂语言只有在被一代孩子学过之后才能变成新方言,因为孩子具有促成这种改变的本能。

    比克顿的假说从手语那里得到了极大的支持。有这样一个例子:在尼加拉瓜,为聋儿而设的专门学校是从80年代才开始出现的。这导致了一种全新的语言的诞生。这些学校教孩子们“读”嘴形,但很不成功,不过在操场上一起玩耍的孩子们把自己在家里所用的手势凑到一起,形成了一种粗糙的混杂语言。几年之内,当更小的孩子入了学,学了这种混杂语言之后,它就被改造成了一种真正的手势语言,与一般语言一样有语法,有其复杂性、实用性和高效性。在这个例子里,又是孩子造就了语言。这个事实好像在说,儿童进入成人期之后,语言的本能就被关闭了。这就能够解释为什么成年人想学习一种新语言,或是新的口音都很困难。因为我们不再拥有语言的本能。这也能够解释为什么即使对孩子,在课堂上学法语也比到法国旅游的时候学法语难:语言的本能是在听到的语言上起作用,而不是在记住的语法规则上起作用。一个敏感期,在它之内有什么东西可以被学会,在它之外则不行,这是动物本能的明显特征。例如,苍头燕雀必须在一定年龄之内常听它自己这个物种的歌,才能够学到标准唱法。同样原理对人类也适用,则是因了一个女孩的真实而残酷的故事而被揭示的。这个女孩名叫吉妮(Genie),在洛杉矶的一个公寓里被发现的时候13岁。她从出生开始就一直被关在一个家具极少的小房间里,几乎从来没有与其他人接触过。她只会两个词:“别这样”和“不要了”。从这样的“地狱”里被解救出来之后,她很快就拥有了很大的词汇量,但是她始终没有学会语法——她已经过了学习敏感期,语言本能已经没有了。

    但是,再坏的理论也得费好大力气才能把它“枪毙”掉。语言是一种能够改变大脑的文化形式(而不是反过来)这种说法,就是长时间不死的这么个东西。尽管有一些历史上人们最熟悉的例子是支持这个说法的,但后来发现这些例子净是假的。比如说,有一个印第安部落,语言里没有时间这个词,因此这个部落的人脑子里也没有时间观念。即便如此,语言是大脑里突触形成的原因而不是结果这个说法,却在许多社会科学分支里继续流传。其实这种说法的荒谬是显然的。比如说,只有德语里有一个词:Schadenfreude,意思是把自己的欢乐建立在别人的痛苦上,但这并不意味着其他国家的人们就不懂这是一个什么概念,尽管他们的语言里没有一个专门的词。

    关于语言本能的更多证据来自多个方面,其中一个就是对儿童在他们出生后的第二年里如何发展语言能力的详细观察。不管大人直接对这些孩子说了多少话,不管是否有人教过这些孩子怎样用词,儿童语言能力的发展都要以特定的方式经过特定的阶段。对孪生子的研究也说明,语言发育早还是晚,也是有很强遗传性的。但是对于大多数人来说,语言本能的最有说服力的证据是来自于实在的科学:神经病学和遗传学。有中风患者和真实的基因做证据,反对派也不好怎么争辩。大脑里有一部分有系统地被用来进行语言处理(在大多数人的大脑里是在左半脑),即使是用手势“说话”的聋子,也是如此,尽管手语也需要用到右半脑。

    如果这一部分大脑的其中一小部分被损坏了,结果就是我们所说的“布鲁卡失语症”,即丧失使用和理解语法的能力,除非是最简单的语法。但是这些人仍然能够理解语言的含义。比如说,布鲁卡失语症患者可以很容易地回答诸如“你能用锤子切东西吗?”这样的问题,但是对于“狮子被老虎杀了,它们俩谁死了?”这样的问题,患者就很难答上来。第二个问题要求听者知道字词97顺序方面的语法规则,而这恰好是被损坏的那一部分大脑的功能。大脑的另一区域,威尔尼克区(Wernicke),如果被损坏则会出现完全相反的症状。这样的患者能够说出一大串语法结构异常丰富却完全没有意义的话。布鲁卡区(Broca)的功能看起来像是制造话语,而威尔尼克区则是在告诉布鲁卡区应该制造什么样的话语。这不是故事的全部,因为还有一些其他大脑区域也参与了语言的加工处理,比较明显的是中间岛区(insula)(这可能是阅读困难症患者大脑里出问题的地方)。

    有两种遗传的情况可以影响语目能力。一种是威廉姆斯症(Williams Syndrome),这是由第十—’号染色体上的一个基因引起的。患这种病的儿童智力水平一般很低,但是他们说起话来却既生动又内容丰富,而且健谈成癖。他们可以一直喋喋不休,用的都是复杂的词、长句子和非常讲究的句子结构。如果让他们举一个动物的例子,他们常常会选一个奇怪的动物,比如土豚(食蚁兽的一种),然后说这是猫(或狗)。他们学习语言的能力高于常人,但是代价却是理解能力:他们是智力迟钝的人。我们中的很多人都曾经认为思考就是一’种不发声的语目,但是威廉姆斯症儿童的存在,似乎说明这种想法是不对的。

    另外一个遗传情况有着与威廉姆斯症相反的症状:它使人的语言能力降低,却不明显影响其他方面的智力,至少,它对智力的其他方面没有什么系统性的影响。它被称为语言特有损害,在一场激烈的科学争论中占有中心地位。争论双方是新兴的进化心理学与旧的社会科学,争论在于是用遗传来解释行为还是用环境解释行为。处在争论中的基因,就在七号染色体上。

    这个基因是否存在,不是争论的内容。对孪生子的仔细研究,明白无误地指出语言特有损害具有极强的遗传性。这种病与出生时的神经损害没有关系,与成长过程中接触语言比较少也没有关系,也不是由于智力低下造成的。虽然各种医学检查对于这种病的定义并不完全一致,但有一些检查发现这种病的遗传性接近百分之百。也就是说,同卵双生的两个孩子,比起异卵双生的两个孩子,都有这种病的机会要大一倍。

    这个基因是在七号染色体上,这一点大家也都没有多少怀疑。1997年,牛津大学的一组科学家发现了七号染色体长臂上的一个基因标识,这个标识的一种形式总是与语言特有损害同时出现。

    这个证据虽然只是从英国的一个大家族里得到的,却很强很明确。

    那么为什么争论呢?争论的焦点是,语言特有损害到底是什么。对有些人来说,它是大脑整体的病变,影响的是语言产生中多方面的功能,主要是影响到话语从嘴里表达出来和耳朵听话语的能力。根据这个理论,病人在语言方面遇到的困难,是从这两个方面延伸出来的。对于另外一些人来说,这个理论纯属误导。当然,在很多病人身上的确存在听力与发声方面的问题,但是另外还存在一些更能引人好奇的东西,那就是这些病人真的有理解方面的问题,而这一问题与听力与发声方面的缺陷是无关的。争论双方都能同意的一件事,就是媒体把这个基因炒成是一个“语法基因”,过于简单,太不理性,是很让媒体丢面子的事。

    故事是围绕着一个英国大家庭展开的,我们称它为K家庭吧。这个家庭现有三代。一个患有语言特有损害症的妇女与一个正常男子结了婚,生下四女一男,除了一个女儿之外,所有孩子都患有语言特有损害症。这些孩子又结婚生子,在他们的总共24个孩子里,有十个有同样症状。这个家庭里的人跟心理学家们都很熟了。其他科学家们则用一系列新的检查来“争夺”他们。是他们的血液把牛津的科学家们引到了七号染色体的基因上面。牛津的这个小组是与伦敦的儿童健康研究院合作的,这两处的科学家大都是“综合病变”论的持有者,他们认为K家庭的成员表现出来的语法能力缺陷是源于他们在听、说方面的问题。他们的主要反对者和“语法病变”理论的领头人,是加拿大语言学家默娜•高布尼克(Myrna Gopnik)。

    1990年,高布尼克第一次提出,K家庭的人以及其他有相似病症的人,在理解英文的基本语法规则方面有问题。并不是说他们无法理解语法规则,而是他们必须有意识地、专心地去学,才能学会这些规则,而不是本能地把这些规则内化。举一个例子。如果高布尼克给一个人看一幅漫画,画上是一个想象出来的生物,还有这样的字:“这是一个wug”那么如果高布尼克给这个人看一99幅画有两个这种“生物”的漫画,边上写着:“这是……”,那么大多数人都可以在眨眼的工夫里就回答说:“wugs”(wug是瞎编的一个词,加上s即成复数形式)。但是有语言特有损害症的人大多回答不出,即使能够回答上来,也是在长时间考虑之后。英文里的复数规则是在大多数词后面加S,而他们好像不知道这个规则。但这并不妨碍患语言特有损害症的人掌握大多数词的复数形式,只是一旦遇到一个他们没有见过的新词他们就被绊倒了。而且,他们还会犯这样的错误,即在那些我们正常人不会加s的词后面加s,比如说“saess”。高布尼克推断到,这些病人把每一个词的复数形式都当做一个单独的词存在记忆里,就像我们储存那些单数的词一样。他们没有储存单数变复数的规则。

    问题当然不仅仅是在复数方面。过去时、被动语态、一些字词顺序的规则、后缀、字词组合的规则,以及所有我们下意识地就知道的英文语法规则,对于患语言特有损害症的人来说,都很困难。当高布尼克研究了那个英国的家庭,把这些结果第一次发表出来的时候,她立刻就遭到了猛烈的攻击。有一个批评家说,如果把症状归结为语言处理系统的问题,而不仅仅是语法规则的问题,是远为合理的。这是因为在说英语的人里,类似复数与过去时这样的语法形式对有口语表达障碍的人特别困难。另外两个批评家说,高布尼克是在误导读者,因为她“忘记”提及一些K家庭成员有先天性的口语表达障碍,这种障碍使他们在单个的词、音素、词汇量、语义、句法方面都有问题。他们在理解其他句法结构的时候也有问题,例如可逆被动式、跟在名词后面的修饰词、比较从句、内藏形式,等等。

    这些批评颇有一丝争夺地盘的味道。K家庭不是高布尼克的发现,她怎么敢对他们做出与以往完全不同的结论?其实,在那些对她的批评之中,起码有一部分实际上是支持了她的观点,这就是K家庭的症状在所有句法规则上都表现了出来。说语法上的困难来自口语表达问题是因为口语表达问题与语法困难是同时出现的,这就是循环论证了。

    高布尼克不是一个轻言放弃的人。她把自己的研究扩展到希腊和日本,在那里做了一些设计独到的实验,目的是要找到与K家庭同样的现象。例如,在希腊,“likos”这个词是狼的意思,“likanthropos”是狼人的意思,而“lik”,狼这个词的词根,却从来不会单独出现。但是大多数说希腊语的人都很自然地就知道,如果他们想把狼这个词的词根与一个以元音开头的词(比如说,“anthropos”)组合起来,他们应该把“likos”里的“os”去掉;而如果是要把狼这个词的词根与一个以辅音开头的词组合起来,他们需要把“likos”里的“s”去掉。听起来这好像是个复杂的规则,但正如高布尼克指出的,即使是只说英语的人也能够一下就看到这个规则的熟悉之处,我们在造新词的时候都是遵守这个规则的,比如说,“technophobia”(technophobia,对于高科技有恐惧的人。这个词是把“technology”(技术)里的“logy”去掉,与“phobia”(极度恐惧)组合成的。)。

    患有语言特有损害症的希腊人,不能掌握这个规则。他们可以学习一个词,比如“likophobia”和“likanthropos”,但是他们在认识这种词的复杂结构方面很差,不能认识到这种词是由不同的词根和后缀组成的。结果,为了补救这一缺陷,他们需要有一个比正常人大得多的词汇量。高布尼克说:“你得把这些人想象成没有母语的人。”他们学习自己的母语就像我们成年人学习一门外语一样费劲,需要有意识地吸收词汇和规则。

    高布尼克承认有些语言特有损害症患者在不需要语言的测试中也表现出低智商,但是另一方面,有些患者的智商高于平均水平。有一对异卵双生的孩子,有语言特有损害症的那个在不需要语言的方面智商高于没病的那个。高布尼克也承认,多数语言特有损害症患者在听和说方面都有问题,但她强调,并不是所有患者都有这些问题,听、说方面的问题与语法规则方面问题的巧合不能说明什么。比如,语言特有损害症在学“ball”和“bell”的时候没有困难,但他们想说“fall”的时候却常常说成“fell”。这是因为“fall”和“fell”之间的区别是语法上的,不是词汇上的(fell是fall(掉下、摔倒)的过去时,而ball(球)和bell(铃铛)是两个不同的词。)。还有,他们在区别押韵的词的时候没有问题。因此,当一个高布尼克的反对者说K家庭的人说话外人都听不懂的时候,高布尼克火冒三丈。她跟K家庭的人一起度过了很多个小时,一起聊天,吃比萨饼,一起参加家庭聚会,她说他们说话她完全听得懂。为了证明听、说能力的缺陷与语言特有损害症无关,她还设计了书写测试。例如,考虑以下两句话:“他上周得了第一名,他很高兴”,“他得了第一名,他上周很高兴”。大多数人立刻就知道第一句话是对的,而第二句话语法不对。语言特有损害症患者却认为两句话都对。很难想象这个问题跟听、说能力有什么关系。

    尽管如此,听、说能力论的那些理论家并没有放弃。最近,他们证明语言特有损害症患者在“声音屏蔽”方面有问题,也就是说,当一个纯音之前或之后出现一些噪音的时候,他们无法听到这个纯音,除非这个纯音的音量比正常人所需音量高45分贝。换句话说,语言特有损害症患者无法像正常人那样“挑出”一串大声说话的声音中那些细微的声音。那么也许他们会漏掉一些轻声说的词,比如说:“去了”中的“了”。

    但是,这个证据与其说是支持了听、说问题是语言特有损害症(包括语法问题)的根源,不如说它支持的是一个更有意思的进化方面的理论:主管听、说方面能力的大脑区域与语法区域是相邻的,在语言特有损害症中两者都有损坏。语言特有损害症是由七号染色体上的一个基因的一种特殊形式造成的,在怀孕晚期这个基因造成了大脑的损伤。核磁共振成像技术已经使我们确认了大脑损伤的存在与大致位置。一点也不奇怪,损伤发生在专管语言处理与口头表达的两个区域——布鲁卡区和威尔尼克区——之一。

    猴脑中有两个区域与人脑中的这两个区域完全对应。布鲁卡对应区是用来控制猴子脸部、喉部、嘴和舌头的肌肉运动的,威尔尼克对应区是用来识别一串声音、识别其他猴子的叫声的。这些正是语言特有损害症患者常有的语言之外的问题:控制脸部肌肉、识别声音。换一句话说,当人类的祖先第一次进化出语言本能的时候,它是从发声与声音处理的区域发展出来的。发声与声音处理的区域仍然存在,与脸部肌肉和耳朵都有连接,但是语言本能的区域在这之上发展起来,形成了一种内在能力,可以把自己这个物种其他成员所用的语法规则加在由声音而产生的词汇上。这样,尽管其他灵长类动物都不能学会语言一为此,我们得感谢那么多勤奋、有时容易上当又一厢情愿的训练员,是他们试验了所有可能的办法,才终于让我们知道黑猩猩和大猩猩是学不会语言的——语言却是与发声与声音处理有密切联系的。(但是,也并不是密切得不可分。聋人脑中,语言区的输入信号与输出信号分别给了眼睛和手。)因此,大脑的那一部分因遗传而造成的损伤,就会影响语法、口语和听力三个方面。

    这是对于威廉•詹姆斯在19世纪提出的假说的最好证明。他的假说认为,人类复杂行为的形成是因为在人类祖先的本能之上加了新的本能,而不是以学习代替本能。詹姆斯的理论在80年代晚期被一伙自称为进化心理学家的人给复活了。他们当中著名的有人类学家约翰•图拜(John Tooby)、心理学家里达•科斯米兹(Leda Cosmides)和心理语言学家史蒂文•频克。大致归纳一下他们的论点,应该是这样的:20世纪社会科学的主要目的是寻找社会环境影响我们行为的途径,我们可以把这个问题大头朝下反过来,寻找我们的内在社会本能是怎样影响社会环境的。这样,

    所有人高兴的时候都笑,焦虑的时候都皱眉,所有文化背景下的男性都发现女性身上代表年轻的特征有吸引力,这些也许都是本能的表现,而不是文化的表现。或者,浪漫爱情与宗教信仰在所有文化里的普遍性也许暗示着它们是受本能的影响,而不是传统的影响。图拜和科斯米兹提出一个假说,认为文化是个人心理的产物,个人心理不是文化的产物。还有,把先天与后天对立起来也是一个巨大的错误,因为不管学习什么,都要求一个人有内在的学习能力,学到什么是由内在因素限定的。例如,教一只猴子(或人)害怕蛇比教它害怕花容易得多,但是你还是得教它才能学会怕蛇。怕蛇是一种需要学习的本能。

    进化心理学里的“进化”二字,并不是指人们对于世代延续过程中大脑变化的兴趣,也不是指对于自然选择本身的兴趣。虽然这两者都很有意思,但它们还无法用现代手段去研究——这两者都需要非常缓慢的过程。在这里,“进化”二字指的是达尔文的理论框架的第三点:“适应”的概念。复杂的生物体内器官可以被“逆向设计”,以发现它们是被设计出来做什么用的。用同样的方法我们也可以研究复杂机器的功能。史蒂文•频克特别喜欢从兜里掏出一个用来除橄榄核的小玩意,来解释逆向设计的过程。里达•科斯米兹则倾向于用一把瑞士军刀来解释同样一个过程。在这两种情况下,除非用一件物品的功能来描述它,否则它就是没有意义的,比如说,这个刀刃是干什么的?如果在描述照相机工作原理的时候不提到它是用来拍摄图像的这样一个事实,那就是没有意义的。同样地,描述人的(或动物的)眼睛却又不提它是记录图像的,那么这就是无意义的。

    频克和科斯米兹都认为同样道理也适用于对人脑的描述。它的不同区域就像是一把瑞士军刀的不同刀刃,极可能是为了特殊功能才出现的。另外一种解释则认为,人脑的复杂性是随机的现象,人脑不同区域的不同功能只是从复杂性的物理原理中掉出来的副产品,得到这些不同功能只是因为我们很幸运。这个说法到现在还被乔姆斯基欣赏,虽然它与一切证据都矛盾。很简单,没有任何证据支持这么一个假说:你把一个由许多微处理机组成的网络做得越复杂,它所能得到的功能就越多。事实上,研究神经网络时常用的“连接学派”方法,对这个假说进行了大量探讨,这是因为这个学派被“大脑是神经元和突触组成的多用途机器”这样一个说法“误导”。结果却发现这个假说站不住脚。要想解决事先存在的问题,需要事先设计好的功能。

    这里有一个历史对我们的嘲弄。“自然界的设计”这样一个概念有一度是反对进化论的最有力论据。事实上,在19世纪上半叶,就是“自然界的设计”这样的观点阻挡住了进化论的被接受。它最出色的表达者威廉•佩利(William Paley,18世纪的神父)有过一段著名的话:如果你在地上发现一块石头,你对于它是怎么到那里的很可能会毫无兴趣。但是如果你在地上发现一块表,你不想承认也得承认,在什么地方肯定有一个钟表匠。因此,生物体精巧、功能完美的结构就是上帝存在的证据。而达尔文却天才地把同一个论据拿来支持反面观点,反驳佩利。用理查德•道金斯的话说,一个名叫自然选择的瞎眼的钟表匠,从生物体上自然出现的差异出发,一步一步地下功夫,经过几百万、上千万年,经过几百万、上千万个生物体,可以与上帝一样做到让生物体用复杂的方法来适应生存环境。达尔文的假说被证据支持得如此之好,现在,用复杂的方法来适应生存环境已经成了自然选择的最强证据。

    我们所有人都有的语言本能就是这样一个适应生存环境的复杂方法,它的优美设计使得个体之间能够清楚地交流复杂的信息。很容易就可以想见,对于在非洲平原上的我们的祖先来说,能够用其他物种都不会的复杂形式共享准确、详细的信息是多么重要。“进那个峡谷,走很短的一段,然后在水塘前那棵树那里向左拐,你会发现我们刚刚杀死的那只长颈鹿的尸体。要躲开树右边正在结果的那丛灌木,我们看见一只狮子进去了。”这样的两句话,对于听者的生存具有很大的价值。这等于是在自然选择这个“抽奖”活动里的两张奖券。但是如果不懂语法,不懂很多语法,还是听不懂。

    支持“语法是内在的”这一理论的证据多种多样。也有一些证据表明,七号染色体上的一个基因在发育中的胚胎大脑构建语言本能的过程中起了作用。这些证据很可信,但是我们仍然不知道这个基因的作用有多大。不过,大多数社会科学方面的专家仍然强烈地拒绝接受这样一个想法,即有些基因的主要用途是使人在发育过程中得到语法本能。从他们关于七号染色体上这个基因的争论就可以清楚地看出,不管有多少证据,这些社会科学家们仍然争辩说,这个基因的主要作用是使得大脑有理解语言的能力,而它在语言“本能”方面的作用不过是个副作用。在一个世纪里占主导地位的学说都是本能只属于动物,人类没有本能,在这种情况下对于语言本能的拒绝就不足为奇了。其实,如果你想一想詹姆斯的观点,即有些本能是要靠学习与接受外界刺激才能建立起来,那么这个学说就要垮台了。

    我们在这一章里跟随了进化心理学的观点,即试图用逆向设计的方法去了解人类行为是为了解决什么问题。进化心理学是一门很新却很成功的学科,它给许多领域里对于人类行为的研究都带来了威力巨大的新见解。在六号染色体那一章里谈到的行为遗传学,也是想要达到相同的目的。但是,进化心理学与行为遗传学的角度如此不同,它们是冲突的。问题是这样的:行为遗传学寻找的是个体之间的差异,并希望把这些差异与基因联系起来。进化心理学寻找的是共同的人类行为——人类行为的普遍性,在我们每个人身上都能发现的特征——并且试图了解这些行为是为什么和怎样成为了部分是本能的行为。因此,它假设个体之间没有区别,起码对于特别重要的行为是如此。这是因为自然选择的任务就是磨掉个体的差异。如果一个基因的一种形式比其他形式好得多,那么,好的这种形式很快就会成为普遍的形式,而差的那些形式就被淘汰了。因此,进化心理学得出这样一个结论:如果行为遗传学家发现哪个基因有几种不同的形式,那么这个基因肯定不会很重要,只能是个起次要作用的。行为遗传学家则反驳说,到现在为止所有被研究过的人类基因都有一种以上的形式,所以,进化心理学的论断肯定有什么地方是错的。

    也许我们在实践中会发现这两个学科的矛盾是被放大了。一个是研究具有普遍性的、常见的、人类特有的特征的遗传学,另一个是研究个体差异的遗传学。两者都有一定的真理在里面。所有的人都有语言本能,所有的猴子都没有,虽然这种本能在不同的人体内不是发展得同样好的。患有语言特有损害症的人,他们的语言能力仍然比瓦殊、扣扣、尼姆(大猩猩或黑猩猩的名字)或任何久经训练的黑猩猩和大猩猩强得多。

    行为遗传学和进化心理学得出的结论对于很多不从事科学研究的人是难以消化的。这些人用一个表面上显得很有道理的说法来表达他们感到的不可思议。一个基因,一串DNA“字母”,怎么就能导致一种行为?在一个蛋白质的配方与一种能够学习英文里过去时的能力之间,有什么我们能够想象的机制把它们联系起来?我承认,初看上去这两者之间确有一条鸿沟,说这两者是有联系的好像需要的是信心而不是理性。但是,其实并不需要如此,因为行为的遗传学从本质上来说与胚胎发育的遗传学并无区别。假设大脑里每一个区域都是通过参考发育过程中在胚胎大脑里建立的一系列化学梯度才得以发育为成年的形式,也就是说,化学梯度形成了给神经元的地图。那些化学梯度本身可以是遗传机制的产物。有些基因和蛋白质能够准确地知道它们在胚胎里的位置,这虽然难以想象却无疑是存在的。到描述第十二号染色体的时候我会讲到,这样的基因是现代遗传学研究最激动人心的发现之一。行为基因的概念并不比发育基因的概念更怪异,两者都让人费思量,但是自然从来就不会因为人类对她不理解而改变自己的方式。

    X和Y染色体冲突

    Xq28——多谢你的基因,妈妈。 ——90年代中期同性恋书店里T恤衫上的字样

    往语言学拐一下,我们就会直面进化心理学所提出的骇人理论。也许它让你有了一种不安的感觉,感到有些其他的东西在控制我们的生命,感到我们自己的能力,语言能力和心理能力,都在某一程度上是由本能所决定,而不像你以前所骄傲地认为的那样,是由你自己的意志决定的。如果是这样,那么事情马上就要变得更糟了。这一章要讲的故事也许在整个遗传学史上是最出人意料的一个。我们已经习惯了把基因想象成是配方,它们在消极地等待着整个机体的“集体决策”,以确定要不要开始转录:基因是身体的仆人。这里我们要遇到另一种现实:身体是基因的受害人、玩具,是基因的载体和战场,为的是基因自己的雄心壮志。

    比七号染色体小的那些染色体中,最大的是X染色体。X染色体是个与众不同的染色体,是不合群的家伙。跟它配对的染色体,也就是说,跟它在序列上有亲和性的染色体,不是像其他染色体那样是跟它一模一样的一条,而是Y染色体,极小,而且几乎没有活性,就像是遗传上的“马后炮”。起码在雄性哺乳动物和果蝇里,以及在雌性的蝴蝶和鸟类里是这样的。在雌性哺乳动物和雄性鸟类里,则有两条X染色体,但是它们仍然有点怪。在身体内的每一个细胞里,两条X染色体不是等量地表达自己携带的遗传信息,而是有随机选择的一条把自己卷成一个小小的卷,没有活性,被称为巴尔小体(Barrbody)。

    X和Y染色体被称为性染色体,原因很明显,因为它们几乎完全准确地确定一个人的性别。每个人都从其母亲那里得到一条X染色体,但是如果你从父亲那里拿到的是一条Y染色体,那么你就是个男的;如果你从父亲那里遗传到一条X染色体,你就是女的。有个别的例外,有人虽然有一条X染色体和一条Y染色体,但是表面看上去是女的。但是这些是特殊的例子,它们的特殊正是为普遍的规则提供了证据。因为在这些人体内,Y染色体上最重要的男性化基因要么缺失要么受了损害。

    大多数人都知道这个事实,在学校里学不了多少生物学就会接触到X和Y染色体。大多数人也知道色盲、血友病以及其他一些疾病在男性里更为常见,因为这些致病基因在X染色体上。因为男性没有一条“富余”的X染色体,他们比起女性来更易罹患由隐性基因导致的疾病。正如一位生物学家说的,男性体内的X染色体是在没有副驾驶的情况下独自飞行。但是,有些关于X和Y染色体的事情是大多数人不知道的,有些事情非常奇怪,让人不安,它们动摇了整个生物学的基础。

    在所有科学研究方面的出版物中,《皇家学会哲学通讯》是最严肃最清醒的之一。在它里面,你很少会读到这样的文字:“这样,哺乳动物体内的Y染色体很可能参与的是一场被敌人在‘枪支’上占了上风的战斗。一种合乎逻辑的结果,是Y染色体应该逃跑、躲藏起来,把所有功能并非必需的序列都扔掉。”“战斗”、“在‘枪支’上占了上风”、“敌人”、“逃跑”?我们可不认为这些是DNA应当做的事。但是同样的语言,比这稍微多一点术语,在另一篇关于Y染色体的科研论文里也出现了。那篇文章的题目是《内在的敌人:基因组间的冲突,基因位点间竞争进化(ICE),以及物种内部的红色皇后》。文章的一部分是这样的:“Y染色体与其他染色体基因位点间进化中持续不断的竞争,使得Y染色体上基因的质量由于那些有一定负面作用的突变的‘搭便车’而不断下降。Y的衰落是由于遗传上的‘搭便车’现象,但是基因位点间在进化中的竞争才是持续地推动雌雄两性之间相互对抗共同进化的催化剂。”就算以上这段话对你来说就像“爪哇国”的文字一般,有些词还是能够吸引你的注意,比如“对抗”。最近还有一本教科书,也是关于同样的题材的。书的名字很简单,叫做:《进化,40亿年的战争》。这都是怎么回事呢?

    在我们的过去,有某一时刻,我们的祖先从像两栖类动物那样让环境温度决定性别,改成了用遗传决定性别。改变的原因,也许是因为这样每一种性别的个体都可以从卵子受精就开始为自己的特殊角色而接受训练。在我们人类里,决定性别的基因使我们成为男性,如果没有这些基因就是女性,在鸟类里却正好相反。这个基因很快就在它周围吸引了一些对于男性有好处的其他基因,比如说,能够使肌肉发达的基因,或者是造成暴力倾向的基因。但是,因为这些基因是女性身体不想要的——不能浪费本来可用于抚养后代所需的能量——这些次要的基因就变得对一个性别有利而对另一性别有害。这样的基因就被称做性别对抗基因。

    当另一个基因突变抑制了两条性染色体之间进行正常的遗传物质交换的时候,难题解决了。现在,性别对抗基因就可以分道扬镳了。一个基因在Y染色体上的形式可以利用钙来造出鹿角,而它在X染色体上的形式却可以用钙造出乳汁。这样,一对中等大小的染色体,本来是各种各样“正常”基因的所在地,就被性别决定这个过程给“劫持”了,最终成为了性染色体,各自“吸引”了不同的基因。在Y染色体上积累了对雄性有好处对雌性却常有坏处的基因,在X染色体上则积累了对雌性有好处而对雄性有坏处的基因。例如,有一个新近发现的基因叫做DAX,是在X染色体上的。有极少的一些人生来是有一条X染色体一条Y染色体的,但是X染色体上却有两份DAX基因。结果就是,虽然这些人从基因角度说是男性,他们却发育成为正常的女性。我们对其原因的理解,是DAX和SRY——Y染色体上让男性成为男性的基因——是互相对抗的。一份SRY会打败一份DAX,但是两份DAX就要打败一份SRY了。

    这种基因之间互相对抗的升级是很危险的事。如果打个比方,我们可以觉察到,这两条染色体不再把对方的利益放在眼里了,就更不要提整个机体的利益了。或者更确切地说,一个基因在X染色体上的传播对X染色体可以是好事,但同时对Y染色体又是坏事;反过来也有可能。

    举一个例子吧。假设有一个基因在X染色体上出现了,它携带的配方是一种致死的毒药,只杀死带有Y染色体的精子。一个带有这个基因的男性不会比其他男性有更少的子嗣,但是他只可能有女儿,不可能有儿子。他的所有女儿都携带有这个基因,而如果他有儿子,他们是不会携带有这个基因的。于是,在他的下一代里这个基因就多了一倍。这样一个基因会传播得很迅速。如果这样一个基因停止传播,惟一的原因就是它已“杀死”了太多的男性,使物种本身的存在都受到了威胁——男性变得很稀罕。

    这是异想天开吗?根本不是。在一种学名叫做Acreaencedon的蝴蝶里,这种情况就发生了。结果就是这种蝴蝶的97%都是雌性。这只是我们所知的这种形式的进化冲突中的一例,我们称为“性染色体的推动力”。大多数已知的类似事例只限于昆虫,但是这只是因为科学家们对昆虫研究得比较详细。我在前文中引用过的那个奇怪的词,“冲突”,现在开始更加有意义了。有一个简单的统计资料:因为雌性有两条X染色体,雄性有一条X一条Y,所以在所有性染色体中有四分之三是X,只有四分之一是Y。换句话说,一条X染色体三分之二的时间是在雌性体内度过的,只有三分之一的时间是在雄性体内度过。这样,X染色体进化出攻击Y染色体能力的可能性,是Y染色体进化出攻击X染色体能力的可能性的三倍。Y染色体上的任何基因都可能受到来自一个新进化出来的X基因的攻击。结果就是Y染色体扔掉了尽可能多的基因,把剩下的“关闭”,以“跑得远远地藏起来”,剑桥大学的威廉?阿莫斯(WilliamAmos)用“科技术语”这样说。

    人类的Y染色体在关掉它的大多数基因方面做得如此之有效,使得现在的Y染色体上绝大多数都是没有编码功能的DNA,什么功能也没有,但是这样它们就不给X染色体以任何可以用来瞄准的目标。有一段短短的序列看上去像是最近才从X染色体上“溜”过来的,这是所谓的“假常染色体”区域。除此之外还有一个极为重要的基因,就是我们前面提到过的SRY基因。这个基因启动一系列的事件,导致胚胎雄性化。一个单个基因能够有这样的能力是很少见的。尽管它的作用只是类似于拨一个开关,但很多事件紧随其后。生殖器官发育得像阴茎与睾丸,身体的形状与组成变得不再像女性(在我们这个物种里所有个体一开始都被当成女性对待,但在鸟类和蝴蝶就不是这样),各种激素也开始在大脑里起作用。几年以前,《科学》杂志上曾刊登过一幅搞笑Y染色体图,声称已经找到了那些典型的男性行为的基因,这些行为包括不停地拿遥控器换电视频道、记忆和复述笑话的能力、对报纸上体育版的兴趣、沉迷于包含摧毁性行为和有人死的情节的电影,以及不会通过电话表达感情。这个搞笑图之所以好笑,是因为我们认出了它提到的这些行为都是典型的男性行为。这个笑话强化了“这些行为是由基因决定的”这种说法,而远不是在嘲笑这种说法。这个图惟一错的地方在于,并不是每一种男性行为来自于一个特殊的基因,而是所有这些行为来自于因睾丸激素等引起的大脑的普遍雄性化,其结果,就是男性在现代社会里的这些表现。这样,从某种角度来说,很多男性特有的习惯都是SRY基因的产物,因为正是SRY基因启动的一系列事件导致了大脑与身体的男性化。

    SRY基因比较特别。它的序列在不同男性体内惊人地相似:在人体内,它的序列中几乎没有点突变(也就是一个字母的区别)。在这种意义上说,SRY基因是一个没有变化的基因,从大约20万年前人类的最后一个共同祖先到现在,它就没有改变过。但是,我们的SRY基因与黑猩猩的很不同,与大猩猩的也很不同:这个基因在物种与物种之间的差别比一般基因要高十倍。跟其他活跃(也就是说,被表达的)的基因相比,SRY基因是进化最快的基因之一。

    我们怎样解释这个矛盾的现象呢?据威廉?阿莫斯和约翰·哈伍德(John Harwood)说,答案隐藏在被他们称做“有选择地清扫”的那些逃跑与藏匿之中。时不时地会有一个有推动作用的基因出现在X染色体上,依靠着能够辨认出SRY制造出来的蛋白质的能力,来攻击Y染色体。这样,任何很少见的SRY基因的突变形式,如果能够造出一种不能被识别出来的蛋白质,它就立刻有了进化优势。这种突变形式就会取代其他形式在男性体内传播。有推动作用的X染色体使性别比例向女性倾斜,而SRY的突变形式又把这个比例扳回平衡点。结局就是一种新的SRY基因形式存在于所有男性体内,没有个体之间的差别。也许,这样一种突然爆发的进化发生得如此之快,进化的纪录里都没有能够留下它的痕迹。其结果,就是制造出了在物种之间差别很大而在物种之内又几乎没有差别的SRY基因。如果阿莫斯和哈伍德是正确的,那么这样的清扫至少有一次是发生在人类祖先与黑猩猩祖先分开之后(500万~1000万年前),但又是发生在所有现代人类的最后一个共同祖先之前(20万年以前)。

    你也许会觉得有些失望。我在这一章一开始讲到的暴力与冲突变成了分子进化理论的一个细节。不要担心,我还没讲完呢,而且我很快就会把这些分子与真实的、人与人之间的冲突联系起来。

    在研究性别对抗方面,领头的学者是加利福尼亚大学圣塔克鲁斯(SantaCruz)分校的威廉?赖斯(WilliamRice),他做了一系列了不起的实验来阐明自己的观点。让我们回到一个假设中的我们远古的祖先那里,他刚刚得到了一条新的Y染色体,正在关掉那上面的许多基因,以躲避有推动力的X染色体基因。用赖斯的话说,这条新的Y染色体是对男性有利的基因的温床。因为一条Y染色体永远不可能到一个女性体内,它就可以随意地获得那些对女性非常不利的基因,只要这些基因对男性有一点点好处(如果你还认为进化是为了让整个物种得益,你就别再这样想了)。在果蝇里,(在这一点上人类也一样,)雄性射出来的液体是含有精子的内容丰富的“汤”,称做精液。精液里有蛋白质,基因的产物。它们的作用还属于未知,但是赖斯有一个很厉害的想法。在果蝇交配的过程中,这些蛋白质进入雌蝇的血液里,并且转移到其他地方,包括“她”的脑。在那里,它们的功能是降低“她”对交配的兴趣,并提高“她”的排卵率。30年以前我们会把排卵率的提高说成是对物种有利的事情:母蝇到了停止寻找性伴侣的时候了,取而代之的是“她”寻找做巢的位置,公蝇的精液使得母蝇的行为发生了变化。你可以想象,国家地理节目的解说词就是这么说的。现在,这个现象却有了一层邪恶的光环。公蝇是在试图操纵母蝇不要再去与其他公蝇交配,让“她”为了自己多产些卵,“他”这样做是受了那些性别对抗基因的指使。这些基因也许是在Y染色体上,也许是被Y染色体上的基因启动的。母蝇则在自然选择的压力之下对这样的操纵越来越抵触。最后陷入僵局。

    赖斯用了一个匠心独运的实验来验证他的想法。他在29代果蝇中,制止了母蝇抵抗力的发展,这样,他就保留了一支与其他分支不同的母蝇。同时他又通过让公蝇与另一些抵抗力越来越强的母蝇交配,使公蝇制造出越来越有效的精液蛋白质。29代之后,他把公蝇与没有抵抗力的母蝇交配。结果一目了然。公蝇的精液在操纵母蝇的行为方面是如此高效,它已经变成有毒的了,它可以把母蝇杀死。

    现在赖斯相信性别对抗在各种环境之下都是存在的,所留下的线索就是那些飞速进化的基因。例如,在一种带壳的鱼——鲍鱼里面,精子需要用一种名为细胞溶素的蛋白质,在卵子细胞表面由糖蛋白组成的“网”上钻出一些洞来。这种细胞溶素是由一个变化非常快的基因制造的(在我们人体里可能也是如此)。这也许是因为细胞溶素与糖蛋白网之间进行着“军备竞赛”。精子如果能够飞快地进入卵子,这对精子有好处,对卵子则有坏处,因为其他寄生物或是第二个精子也有可能进来。再举一个与人类关系比较大的例子,胎盘是由来自父方的变化飞快的基因控制的。以戴维?黑格为首的现代进化理论家们现在相信,胎盘更有可能是由胚胎里来自父方的基因控制的、寄生在母体内的东西。不顾母体的反对,胎盘试图控制母亲体内的血糖水平以及血压,以利于胚胎的成长。在讲第十五号染色体的章节里我们还会再回到这一点。

    但是,交配行为又是怎么回事呢?传统的观念认为,雄孔雀那繁复的尾巴是用来吸引雌孔雀的设备,而且它是依照着过去的雌孔雀的欣赏标准设计出来的。赖斯的同事布雷特?霍兰(BrettHolland)却有一种不同的解释。他认为雄孔雀的尾巴的确是进化来吸引雌性的,但这是因为雌孔雀对这种吸引方式越来越抵触。雄孔雀实际上是用交配前的展示来代替用力量强迫,而雌性用对于展示的欣赏与否来自己控制交配的频率与时间。这就能够解释出现在两种蜘蛛里的让人吃惊的现象。一种的前腿上长有一束尖刺,与交配有关。在观看雄蜘蛛展示自己前腿的录像时,雌蜘蛛会用自己的行为来表示她是否被这只雄蜘蛛撩拨得动了情。如果我们把录像加工一下,把雄蜘蛛前腿上的尖刺去掉,雌蜘蛛仍然同样有可能觉得雄蜘蛛的展示很“煽情”。但是,在另一种蜘蛛里,雄蜘蛛没有这些尖刺。如果在录像里人工加上尖刺,那么雌蜘蛛“接受”雄蜘蛛要求的机会就被增加了一倍以上。换句话说,在进化过程中雌性渐渐地“反感”了雄性的展示,而不是越来越喜欢。就这样,性别之间的选择是“勾引”基因与“抵制”基因之间的对抗的表达。

    赖斯和霍兰得到了一个让人不安的结论:越是有社会性、越是个体之间交流多的物种,越会受到性别对抗基因的影响。这是因为两性之间的交流给性别对抗基因提供了一个兴盛的场所。在地球上最有社会性、最善于交流的物种,当属人类。这样,一切豁然开朗——为什么人类的两性关系像个雷区一样,为什么男性在什么是来自女性的性骚扰这个问题上有着那么多不同的标准。从进化角度来说,驱动两性关系的不是什么对男性有利或什么对女性有利,而是什么对他们或她们的染色体有利。在过去,能够吸引女性对Y染色体是有好处的,而能够拒绝一个男性的吸引则对X染色体有好处。

    像这样的基因群之间的冲突(Y染色体上的所有基因就是一个基因群),并不只是在“性”方面才有。假设有一个基因的某种形式能够让人更易说谎(这不是一个在现实中很有可能性的假设,但是也许确实有一大批基因可以间接影响一个人是否诚实),这个基因也许会靠着把它的“主人”变成一个成功的诈骗犯而更好地繁殖自己。但是,再假设也许在另一条染色体上有另一个(或一群)基因有一种形式能够提高人辨别谎言的能力,这个基因要想更好地繁殖自己,就得使得它的拥有者避免上那些骗子的当。这两个基因会互相对抗着进化,每一个基因的进化都刺激着另一个的进化,即使这两个基因是被同一个人拥有。它们之间是赖斯和霍兰所说的“位点之间的竞争进化”(ICE)。在过去的300万年间推动人类智力进步的也许正是这样一个竞争过程。以前有一种说法,即人脑的增长会帮助我们的祖先在非洲平原上制造工具和点火,这种说法早就没人感兴趣了。取代它的是大多数进化生物学家都相信的马基亚维里(Machiavelli)16世纪意大利政治家、历史学家和政治理论家。他的理论认为,道德与政治无关,狡猾与欺骗在统治者夺得与保持权力的时候是正当的。——译者注)理论——在操纵别人和抵御操纵这两者的“军备竞赛”中,体积大的脑子是很必要的。赖斯和霍兰写到:“我们称做智力的现象,也许只是基因组之间冲突的副产品。这种冲突,是用语言做武器的进攻与防守基因之间的冲突”。

    原谅我偏题偏到智力上去了,让我们回到性上面吧。遗传学上最引起轰动、最有争议、大家争论得最激烈的发现之一,是1993年迪安·哈默(Dean Hamer)(当代美国生物学家。——译者注)宣布他发现了X染色体上的一个基因对于人的性取向有很强的影响,或者如媒体所说,一个“同性恋”基因。哈默的研究是那个时候发表的几项研究之一,它们都指向同一个结论,即同性恋有其生物学原因——而并非来自环境压力或一个人自己有意识的选择。有些研究工作是由同性恋者自己完成的,例如萨奥克研究院(Salk Institute)(位于美国加利福尼亚州的生物学研究院。——译者注)的西蒙·勒威(Simon LeVay),他们中的一些人急于在公众心目中建立一个在他们自己心目中已经牢牢扎根的概念:同性恋者是生来如此的。他们相信,如果一种生活方式由与生俱来的倾向性决定,而非由人的意志决定,那么它所遭到的偏见就会小一些。这种想法有一些道理。而且,如果同性恋确由先天因素引起,那么家长们也就不会觉得同性恋那么有威胁性了,因为,除非孩子本身已有同性恋倾向,否则孩子崇拜的人物中那些同性恋者就不会使自己的孩子也成为同性恋。事实上,那些保守的、不宽容的人最近开始攻击同性恋的遗传因素方面的证据。1998年7月29日,保守的杨女士(The Conservative Lady Young)在《每日电讯报》上写道:“我们在接受‘同性恋’是天生的这一说法时一定要谨慎,不是因为它不正确,而是因为它为那些给同性恋者争取权利的组织提供了借口。”

    但是,不管有些研究人员多么希望看到某种特定的结果,他们的研究还是客观坚实的。同性恋有高度的遗传性这一点,是无可怀疑的。例如,有一项研究,研究对象中54位有异卵双生兄弟的同性恋者中,他们的兄弟有12位也是同性恋。而研究对象中56位有同卵双生兄弟的同性恋者中,他们的兄弟有29位也是同性恋。不管是同卵还是异卵双生,孪生子的生活环境是一样的,这个结果就说明,一个或一些基因是一个男性成为同性恋者的一半原因。有一打其他的研究都得到了相似的结果。

    迪安·哈默被这个结果迷住了,开始寻找可能的基因。他和他的同事访问了110个家里有男性同性恋者的家庭,并且注意到了一些不寻常的事情。同性恋似乎是在女性中传递下来的。如果一个男人是同性恋,那么最有可能的是,在他的上一代里他父亲不是同性恋,他母亲的兄弟却是。

    这个观察立刻让哈默想到这个基因也许是在X染色体上,因为一个男性只从他的母亲一方得到一套X染色体上的基因。他比较了他研究的那些家庭里中同性恋男性与“正常”男性基因标识的区别,很快发现了一个“可疑”区域:Xq28,位于X染色体长臂的顶端。同性恋的男性中,有75%的人都带有这个基因的一种形式,而“正常”男性中,有75%的人都带有这个基因的另一种形式。从统计学角度说,我们有99%的信心相信这个结果不是巧合。之后,其他结果也证明了这个结果的可靠性,而且还排除了这个区域与女性中的同性恋倾向的关系。

    对于罗伯特?特里弗斯(RobertTrivers)这样的敏感的进化生物学家,同性恋基因有可能在X染色体上这一说法立刻让他有所联想。如果一个基因能够影响性取向,那么有一个问题就是,使人成为同性恋的那种形式很快就应该灭绝掉。但是,同性恋在当代人群里占有可观的比例。或许有4%的男性毫无疑问地是同性恋,还有更少的一些人是双性恋。因为平均来讲,同性恋的男性比“正常”男性更不可能有孩子,那么同性恋的基因就应该从很久以前就在人群中逐渐减少直到消失,除非它带有其他什么好处来弥补这一弱势。特里弗斯论述说,因为一条X染色体存在于女性体内的时间是它存在于男性体内时间的两倍,一个性别对抗的基因如果能够有助于女性的生殖能力,那么它即使对男性的生殖能力有两倍的损害,也仍然能够存留下来。比如说,假设哈默发现的基因决定女性青春期开始时的年龄,甚至是乳房的大小(记住这只是一个假设啊)。这些性质每一个都能够影响女性的生殖能力。在中世纪的时候,大乳房也许意味着更充足的奶水,或是能够嫁到一个有钱的丈夫,于是生下的孩子也就更有可能避免在婴儿期就夭折。就算同一个基因的同一种形式使得儿子觉得男性才有吸引力,因此降低男性后代的生殖能力,但是因为它给女儿带来益处,所以它仍然能够存在下来。

    在过去,同性恋与两性之间冲突的联系只是一个大胆的猜想,直到哈默的基因被发现和被解码。事实上,Xq28与性别取向之间的联系仍然有可能是误导。麦克?贝利(MichaelBailey)最近对于同性恋家族遗传性的研究就没能发现同性恋由母系遗传的倾向。另外一些科学家也没能发现哈默声称的Xq28与同性恋之间的联系。现在看来这种联系也许只存在于哈默研究过的那些家族里。哈默本人也提醒大家,在同性恋基因被真正确定之前,轻易下结论是错误的。

    而且现在又有了一个让事情变得更复杂的因素:另一种完全不同的解释同性恋的理论。现在变得越来越清楚的是,性取向与出生的顺序有关。一个男人,如果有一个或几个哥哥,那么他与那些没有兄弟姐妹、只有姐姐没有哥哥或者在家里是老大的男性相比,就更容易成为同性恋。出生顺序对性取向的影响如此之强,每多一个哥哥,一个人成为同性恋的可能性就增加三分之一。(这仍然是很低的可能性,3%再增加三分之一也只是4%。)这种现象现在已经在英国、荷兰、加拿大和美国都被发现和报道过了,而且在很多研究对象里都发现了。

    对大多数人来讲,他们首先想到的是类似于弗洛伊德理论的想法:在一个兄长很多的家庭里长大,也许兄弟之间的关系使得一个人具有了同性恋的倾向。但是,就像我们常常发现的那样,用弗洛伊德理论作为对事物的第一反应往往是错的。(在旧的弗洛伊德理论中,同性恋被认为是由一个过于保护孩子的母亲和一个有隔膜的父亲造成的,这几乎肯定地是本末倒置了。其实是儿子正在形成的女人气让父亲对儿子有了隔膜,而母亲因为要补偿儿子,就变得保护过度。)回答也许又一次存在于两性之间的对抗中。

    出生顺序对于女性同性恋倾向没有影响,她们在家庭里兄弟姐妹中的排行是随机的。这给了我们一个重要线索。除此之外,一个男人有几个姐姐也与他是否是同性恋无关。在一个已经孕育过男孩子的子宫里被孕育是一件不一般的事情,它会增加一个男人成为同性恋者的可能性。最好的解释与Y染色体上的一套三个活跃的基因有关。它们编码的蛋白质被称为H-Y次要组织相容性抗原。一个与它们相似的基因编码一种名叫抗谬氏激素的蛋白质,这种蛋白质对于人体的男性化有着至关重要的作用:它使得男性胚胎体内的谬氏小管萎缩,而谬氏小管正是子宫和输卵管的前身。这三个H-Y基因的功能是什么,还不确定。它们对于生殖器官的男性化并不是不可或缺的,有睾丸激素与抗谬氏激素就够了。H-Y基因的重要性在现在才开始显现出来。

    这三个基因编码的蛋白质之所以被称为抗原,是因为它们“挑衅”母体的免疫系统产生一种反应。其结果就是母体的免疫系统在母亲孕育下一个男孩的时候更强了。(女婴不会制造H-Y抗原,也就不会引起免疫系统的反应。)雷?布兰查尔德(RayBlanchard)是研究出生顺序对同性恋的作用的人员之一,他论述说,H-Y抗原的任务是把一些器官中的一些基因激活,特别是大脑里的一些基因。事实上,在对于老鼠的研究中人们得到了一些证据说明这个说法是正确的。如果如此,那么母亲体内强壮的免疫系统就会对大脑的男性化起部分抑制作用,但却不会影响生殖器官的男性化。这样的男性就会被其他男性吸引,或者至少是对女性不太动心。有一个实验是让年幼的老鼠对H-Y抗原免疫,与对照组相比,这样的老鼠长大之后在很大程度上不能成功地交配。但急人的是研究人员们在报告里并没有说明不能正常交配的原因是什么。同样的,在果蝇发育过程中的某个关键时期,如果把一个叫做“转化器”的基因给激活,那么雄性果蝇就只会表现出雌性果蝇的性行为。这种变化一旦发生就不可逆转了。

    人不是老鼠也不是果蝇,有足够多的证据表明人脑的性别分化在出生之后还会继续进行。除了个别例子之外,同性恋的男性并不是被禁锢在男性肉体里的女性。他们的大脑至少是被激素部分男性化了的。但是仍然有可能他们在早期的某个关键的敏感时期缺少了一些激素,而这永久性地影响到了一些功能,包括性取向。

    比尔?汉密尔顿(BillHamilton)是最早形成性别对抗这一理论的人,他明白这会多么深远地影响我们对于什么是基因的认识。他后来写道:“现在有了这样一种认识,即基因组并不是为了一个项目——生存,生孩子——而存在的一个资料库再加一个实行计划的团队,就像我以前想象的那样。它开始越来越像一个公司的会议室,是自我中心的人和派系之间权力斗争的舞台”。汉密尔顿对于基因的新的理解开始影响到他对自己的头脑的理解:

    我自己这个有意识的、看上去是不可分割的自我,结果竟与我的想象差别如此之远,我一点也不必因为怜悯自己而感到羞愧。我是被一个脆弱的联盟送到外面去的大使,带着一个四分五裂的帝国里那些心情紧张的统治者们给我的互相矛盾的命令。……当我写下这些字的时候,为了能够写下这些字,我就得装着自己是一个统一体,而在内心深处我知道这样一个统一体是不存在的。我是一个混合体,男性与女性、父辈与子辈、相互争斗的染色体片段,它们之间的冲突是在胡斯曼(Housman,诗人;塞汶河,英国最长的河流)诗中说的塞汶河(River Severn)看到凯尔特人与萨克逊人之前几百万年就形成了。

    基因之间有冲突,基因组是父辈基因与孩子的基因、男性基因与女性基因之间的战场,这样一种说法,是除了少数进化生物学家之外鲜为人知的故事。但它却深深地动摇了生物学的哲学基础。

    第八号染色体 自身利益

    我们是生存机器——糊里糊涂的、被事先编好程序的自动化机器,用来保存那些名叫基因的自私的分子。这是一个仍然让我感到目瞪口呆的事。  ——理查德•道金斯:《自私的基因》

    随着新电器而来的使用手册总是很使人恼火。它们好像永远没有你最需要的那一条信息,弄得你团团转,让你气急败坏,而且它们在从中文被翻译过来(因为在西方国家销售的电器很多是中国制造的)的过程中肯定有些内容被丢掉了。但是它们倒不会添什么东西进去,不会在你正读到要紧之处的时候忽然加五份席勒的《欢乐颂》或是一份半份套马指南。一般来说,它们也不会把一份怎样安装机器的说明重复五次,或把使用说明分成27段,每两段之间再插上好几页不相关的文字,让你连找自己想要的段落都很困难。但是这却描述了人类的视网膜细胞瘤基因。而且,就我们所知,这个基因是一个很典型的人类基因。它有27段有意义的段落,却被26页其他玩意给打断。

    自然母亲在基因组里藏了一个卑污的小秘密。每一个基因都比它所必要的更繁复,它被打断成很多不同的“段落”也叫外显子;在它们之间是长长的随机、无意义的序列(叫做内含子),有些跟这个基因完全无关的有意义的片段在内含子里大量重复。这些重复片段有时候是另外一个完全不同的(不吉利)基因。

    之所以出现这种“文字结构”上的混乱,是因为基因组是自己写自己,而且不断地加减、更改了40亿年。自己写自己的文件有着不同寻常的特性。尤其是它们很容易被别的东西当成寄生地。在这个时候打比方是有点不太沾边,但是,试想一个写使用手册的作家,他每天早晨到了自己的电脑前都会发现他文章里的各个段落都吵闹着要吸引他的注意。那些声音最大的逼着他把自己又重复了五遍,放在下一页里。结果就是,使用手册还是存在的,否则机器就永远没法组装起来了,但是其中充满了那些贪婪的像寄生虫一般的段落,它们因为作家的顺从得到了好处。

    实际上,随着电子邮件的发展,这个比喻已经不再像以前那样不着边际了。假设我发给你一份电子邮件,读起来是这样的:“注意,有一个很厉害的电脑病毒出现了;如果你打开一个标题里有‘橘子酱’的邮件,它会洗掉你的硬盘!请把这个警告转发给所有你能想到的人。”这是我编的。就我所知,到目前为止还没有名叫“橘子酱”的电子邮件在游走。但是我却有效地夺走了你的早晨,让你发出我的这个警告。我的电子邮件就是病毒。

    至此,这本书里的每一章都集中讲述了一个或一组基因,这背后的假设基因是基因组里最重要的东西。别忘了,基因是DNA的片段,是用来编码蛋白质的。但是我们的基因组里97%都不是真正的基因。它们是一大群各种各样的怪东西:有的叫伪基因,有的叫逆转录伪基因,有的叫卫星体、小卫星体、微卫星体、转座子、逆转录转座子。所有这些放在一起被统称“垃圾DNA”,有些时候也被叫做“自私DNA”,这种叫法比较准确。这些东西里有些是一种特殊的基因,但大多数就是一段一段的永远也不会被转录成蛋白质语言的DNA。因为它们的故事很自然地是接在上一章讲过的性别冲突的故事后面,所以,这一章我们就专门讲垃圾DNA。

    碰巧这是一个适合讲述垃圾DNA的地方,因为关于八号染色体我没有什么特别可说的。这可不是在暗示这是一条枯燥乏味的染色体,也不是说它没有几个基因。这只是因为我们在这条染色体上发现的基因中没有一个引起了我这个没有耐心的人的注意。

    (从它的大小来讲,八号染色体比较而言是被忽略了,它是基因图谱中被绘制得最不详细的染色体之一。)在每一条染色体上都有垃圾DNA。好笑的是垃圾DNA是人们在人类基因组里发现的第一个有真正实际的用途、在日常生活里能够用到的东西。它导致了DNA“指纹”检验。

    基因是蛋白质的配方。但是并不是所有蛋白质的配方都是受身体欢迎的。在整个人类基因组里最常见的蛋白质配方是编码一个名叫逆转录酶的蛋白质的基因。逆转录酶基因对于人体来说一点用处也没有。如果在一个受精卵刚刚形成的时候把基因组里逆转录酶基因的每一个拷贝都小心地、魔术般地去掉,这个人有可能更健康、更长寿、更快乐,而不是相反。逆转录酶基因对于一种“寄生虫”来说才是至关重要的。它是艾滋病毒的基因组里非常有用——虽然不是必不可少——的组成部分,它在艾滋病毒侵入并杀死其他生命体的能力中起着重要的作用。相反,对于人体来说,这个基因是个讨厌的、有威胁的东西。但是它却是整个基因组里最常见的基因之一。在人类的染色体上散布着几百甚至上千个拷贝。这是个让人吃惊不小的事实,就像是我们突然发现了汽车的最常见用途是逃离犯罪现场。那么这个基因为什么存在呢?

    从逆转录酶的功能里我们得到了一个线索。它把一个基因的125RNA拷贝翻录成DNA,又把这段DNA“缝”回基因组里去。它是一个基因的回程车票。利用这种方法,艾滋病毒可以把自己基因组的一部分整合到人体的基因组里去,以便更好地把自己隐蔽起来,更好地保存自己和更有效地复制自己。人类基因组里很多逆转录酶基因的拷贝之所以在那里,是因为我们能认得出来的一些

    “逆转录病毒”把它们放在了那里,在遥远的过去或是最近的时期。人类的基因组里含有几千种病毒的几乎完整的基因组,大多数现在已经不再活跃,或者最关键的基因已经缺失了。这些“人体内在的逆转录病毒”占了人类基因组的1.3%。这听起来好像不算多。但是那些“合用的”基因也只占了3%。你要是觉得你是猿猴的后代这一事实打击了你的自信,那你就试着习惯于你也是病毒的后代这个想法吧。

    但是,何不甩掉逆转录酶这个中间人呢?一个病毒的基因组完全可以去掉大部分基因,而只留下逆转录酶基因。这样,一个轻装过的病毒可以用不着那么辛苦地试图通过唾液或趁人性交的时候从一个人跑到另一个人,它就可以留在一个人的体内并且搭他的便车一代一代传下去。这是一个真正的寄生病毒。这种“逆转录转座子”比逆转录病毒还更普遍。最常见的是一串被称做LINE-1的“字母”这是一段DNA,大约1000〜6000字长,在靠近中间的地方有一份逆转录酶的完全编码。LINE-1不仅仅是多——在每一个人类基因组里面大约有10万份拷贝——而且还总集中在一起,也就是说在一条染色体上往往有好几段LINE-1紧紧挨在一起。它们占了整个基因组的14.6%,一个让人吃惊的数字。也就是说,它们比“真正”的基因多四倍。这个现象的含义很吓人。LINE-1有它们自己的回程车票。一个LINE-1可以让它自己被转录,然后造出它自己的逆转录酶,再用那个酶造出一份自己的DNA的拷贝并把它插回到基因组中随便一个位置上去。这也许就是为什么在基因组里有那么多份LINE-1。换句话说,这个重复性那么强的段126落之所以有那么多,就是因为它善于复制自己,没有其他原因。

    “一个跳蚤身上还有更小的跳蚤,它又会挨比它更小的跳蚤的咬。”如果LINE-1存在于人类的基因组里,那么又会有其他的序列寄生在它中间,把自己的逆转录酶丢掉而用LINE-1的。比LINE-1还常见的,是一种很短的段落,叫做Alu。Alu有180〜280个字母,看上去好像非常擅长用别人的逆转录酶来复制自己。在人类的基因组里,Alu也许被重复了100万次——加起来大约占整个基因组的10%。

    因为一些我们还不知道的原因,Alu的序列与一个真正基因的序列很相似,这个基因编码的是核糖体一制造蛋白质的机器——的一部分。这个基因与众不同的地方是它有一个内部启动子,也就是说,“读我”这个信号是写在基因中间的一段序列里的。这样,它就成了一个进行大量繁殖的最佳选择,因为它带有自己转录所需的信号,而没有必要把自己放在另外一个转录信号附近。结果就是每一个Alu基因可能都是一个“伪基因”。用一个通俗的比喻,伪基因就是那些生锈的基因残体,被一个很厉害的突变给扯到了水线以下,沉没了。它们现在歇息在基因海洋的底部,逐渐地长了越来越多的锈(也就是说,积累了越来越多的突变),直到它们与它们过去的样子再也不像了。举一个例子。在九号染色体上有一个很难描述的基因,如果你拿一份它的拷贝,在整个基因组里寻找与它相似的序列,你会发现有14个拷贝分布在11条染色体上:14条沉没的船体的鬼魂。它们是多余的拷贝,一个挨一个地,有了突变,不再被使用了。对于大多数基因来说可能都是如此。每一个正常的基因,都在基因组里的其他地方有一批坏了的拷贝。对于这14个拷贝来说,有意思的是它们不但在人类基因组里被找到,人们还试图在猴子基因组里寻找它们。人类体内的14份伪基因中,有3份是在旧世界猴子和新世界猴子(旧世界猴子指非洲和亚洲的猴子,新世界猴子指南美洲的猴子)分开之后才“沉没”的。科学家们激动地上气不接下气地说:这就意味着,它们从自己的编码功能上“下岗”,“只是”3500万年前的事。

    Alu疯狂地复制了自己,但是它们也是在相对较近的时期才这样做的。Alu只在灵长类动物里才被发现过,被分成五个不同的家族,有些家族只是在猩猩和人分离之后才出现(也就是说,过去的500万年之内)。其他动物有其他的大量重复的短片段,在老鼠里有一种叫B1。

    所有这些有关LINE-1和Alu的信息加在一起,是一个重要的却又在意料之外的发现。基因组里到处都是被乱丢的垃圾,甚至可以说基因组被电脑病毒那样的东西、自私的寄生序列给堵上了。它们存在的原因很简单很单纯,就是因为它们善于复制自己。我们的基因组里满是连环信件和关于橘子酱的警告。大约35%的人类基因组是各种形式的自私DNA,也就是说,要想复制我们自己的基因需要多花费35%的能量。我们的基因组太需要除虫了。

    没有人猜到这一点,没有人预见到,当我们读出生命密码的时候,我们会发现它被自私的DNA这么没有限制地利用。但是我们其实应该预见到,因为生命的所有其他层次都充满了寄生现象。动物的肠道里有虫子,血液里有细菌,细胞里有病毒,为什么在基因里不能有逆转录转座子?再说,到了70年代中期的时候,很多进化生物学家,尤其是那些对行为感兴趣的,已经意识到了自然选择的进化方式主要不是关于物种之间的竞争、不是关于群落之间的竞争,甚至也不是关于个体之间的竞争,而是关于基因之间的竞争。这些基因用个体,也有个别时候用一个群体,作为它们暂时的载体。例如,如果让一个个体要么选择一个安全、舒适、长寿的生活,要么选择有风险、辛苦、危险地繁殖后代,几乎所有动物(事实上植物也如此)都选择后者。它们为拥有后代而选择增加自己死亡的几率。实际上,它们的身体被有计划地设计了废弃的过程,叫做衰老,它使动物在达到了生育年龄之后就逐渐开始机能的衰退,或者像枪乌贼或太平洋大马哈鱼那样,马上死亡。除非你把动物的身体看成是基因的载体,看成是基因在让它们自己长生不死的竞赛中的工具,否则这些便无法解释。与给下一代以生命这个目标相比,一个个体在生育之后是否继续存活是次要的。如果基因是自私的复制机器,而身体是可以丢弃的载体(用理查德•道金斯的颇有争议的术语来说),那么当我们发现有些基因可以用不着建立自己的身体就能够复制自己的时候,我们就不会那么惊讶了。当我们发现基因组也像身体一样,充满了它们独特的生存竞争与合作,我们也就不必惊讶了。在70年代,进化第一次成了遗传学概念。

    为了解释基因组里充满了的大块大块的没有基因的区域,两组科学家在80年代提出,这些区域充满了自私的序列,它们的惟一功能就是在基因组里生存下来。“寻找其他解释的努力,’他们写道:“也许会证明不仅在学术上没有创意,最终也会是徒劳的。因为做了这么一个大胆的预言,他们在当时受到了不少嘲弄。遗传学家们当时仍然被这么一个思维上的框框束缚着:如果人的基因组里有一个什么东西,那么它肯定是为了人的目的而存在,而不是为了它自己的自私的目的。基因不过是蛋白质的配方。把它们想象成是有自己的目标与梦想的东西,没有任何道理。但是,那两组科学家的预言被精彩地验证了。基因的行为确实像是它们有自己的自私的目标,不是它们有意识地如此,而是我们回过头来研究它们的时候发现如此:看上去像有自己目标的基因繁衍下去了,而其他的基因则没有。

    一段自私的DNA并不仅仅是个过客,它的存在不仅仅是把基因组加长了一些,使得复制基因组的时候需要更多的能量。这样一段DNA对于基因的完整性是个威胁。因为自私的DNA有从一处跳到另一处的习惯,要么就把自己的一个拷贝送到新的地点去,所以它很有可能跳到一个正常工作的基因的正中间,把这个基因搞得面目全非,然后又跳到一个新的地方去,突变也就又消失了。在40年代晚期,转座子就是这么被有远见而又被人忽视的巴巴拉•麦克林托克(Barbara Mc Clintock)(巴巴拉•麦克林托克:20世纪美国遗传学家。)发现的(她最后终于在1983年得到了诺贝尔奖)。她注意到,玉米种子颜色的突变只能够用这样一种理论解释,即有些突变是在色素基因里跳进跳出的。

    在人体里,LINE-1和Alu通过跳到各种各样基因的中间而制造出了很多突变。例如,它们通过跳到凝血因子基因的中间而导致了血友病。但是,因为一些我们还没有很好理解的原因,作为一个物种,我们没有像有些其他物种那样被寄生的DNA困扰得那么厉害。大约每700个人类基因的突变里有一个是由“跳跃”的基因造成的,但是在老鼠里大约有10%的突变是由“跳跃”基因造成。跳跃基因潜在的危害有多大,被50年代一些很自然的实验在果蝇身上揭示出来了。果蝇是遗传学家心爱的实验动物。他们研究的这种果蝇学名为Drosophilamelanogaster,已经被运到全世界各地,在实验室里繁殖。它们常常会逃出来,从而遇到自然环境中其他种类的果蝇。有一种果蝇学名为Drosophilawillistoni,带有一种跳跃的基因名叫P因子。大约在1950年的时候,在南美某地,不知怎么一来(也许是通过一种吸血的尘螨),Drosophila willistoni的P因子进入了Drosophilamelanogaster。(人们对于所谓“异源器官移植”的一大担心,就是把猪或狒狒的器官移植给人的时候会不会把一种新的跳跃基因也引入到人体中去,就像果蝇中的P因子一样。)P因子从那时起就像野火一样蔓延开来,现在大多数果蝇都有P因子了,只除了1950年之前从自然界采集来又一直被与其他果蝇分开的那些。P因子是个自私的DNA,它通过破坏那些它跳上去的基因来表现出它自己的存在。逐渐地,果蝇基因组里的其他基因开始反攻了,它们发明了抑制P因子到处乱跳的手段。现在,P因子逐渐安顿下来,成了基因组里的旅客。

    人体中没有像P因子这样邪恶的东西,起码现在没有。但是,一种类似的因子在大马哈鱼中被发现了,它叫做“睡美人”。当在实验室里被引入到人类细胞里之后它呈现出蓬勃生机,充分表现出剪贴DNA的能力。类似P因子的传播那样的事,也许在人类体内的九种Alu因子那里都发生过。每一个传遍整个物种,破坏其他基因,直到其他基因确定了它们的共同利益并合力抑制了这样一个跳跃因子,这样,这个跳跃因子就安顿下来,进入了它现在的这个比较沉寂的状态。我们在人类基因组里看到的不是什么飞速发展的寄生DNA感染,而是沉睡着的许多过去的寄生DNA,每一个都曾经传播得飞快,直到基因组抑制了它们。但是基因组却没有能够把它们清理出去。

    从这个角度来说(从很多角度来说),我们比果蝇要幸运。如果你相信一种新的理论,那么我们好像有一种可以被普遍运用的功能,来抑制自私的DNA。这个抑制机能被称做胞嘧啶甲基化。胞嘧啶是遗传密码里面的那个C。把它甲基化(真的就是在它上面接一个由碳原子和氢原子组成的甲基)就使它不再被阅读和转录出来。基因组的大部分区域在大部分时间里都处于甲基化——被挡住——的状态,或者起码大部分的启动子(就是位于基因前面、转录开始的部分)是这样的。大家普遍假设甲基化的作用是把一种组织里面用不着的基因关闭,这样就使得大脑与肝脏不同,肝脏与皮肤不同,如此等等。但是另一个与之抗衡的理论正在越来越有影响力。甲基化也许与基因在不同组织里的不同表达形式一点没有关系,而与抑制转座子和基因组内部的奇生DNA有很大关系。大多数甲基化的部位都是在LINE-1和Alu这样的转座子中间。这个新的理论称,在胚胎发育早期,所有的基因都短暂地失去了甲基的保护,全都被“打开”了。接下来的,是由一些特殊的分子对整个基因组进行审查。这些分子的工作是发现那些高度重复的片段,并用甲基化来把它们关闭。在癌组织中所发生的第一件事就是基因的去甲基化。结果就是自私的DNA从它们的镣铸里被解脱出来,在癌组织里大量地表达。因为它们在破坏其他基因方面很在行,这些转座子就使得癌症变得更加厉害。根据这个理论,甲基化的作用就是抑制自私的DNA的影响。

    LINE-1的长度一般是1400个字母。Alu则一般起码是180个字母。但是,有一些序列比Alu还要短,它们也大量地积累起来,像口吃的人说话那样地不断重复。也许把这些序列也称做是寄生DNA有些不着边际,但是它们的繁殖也是通过很类似的方法进行的——也就是说,它们之所以存在是因为它们自己带有一小段序列,能够把它们自己很好地复制出来。这些短序列中的一种,在法医学和其他学科里有很实际的用处。见一见“超可变微卫星体”吧。这个小小的序列在所有染色体上都找得到。在整个基因组里它占有1000多处位置。在每一个位置上它的序列都只含有一个“词组”大约20个字母长,重复很多次。这个词组可以因位置不同而有差别,也可以在不同的人体内有不同,但是它通常含有这些核心字母:GGGCAGGAXG(X可以是任何字母)。这个序列的重要性在于它与细菌中的一段序列非常相似,而细菌中的这段序列是用来与同一物种的其他细菌交换基因的。在人体内,它似乎也是参与了促进染色体之间基因交换的过程。就好像每一个这种序列都在它的正中间写有“把我换到别处去”的字样。

    这是一个多次重复的微卫星体的例子:
    hxckswapmeaboutlopl hxckswapmeaboutloplhxckswapmeaboutlopl hxckswapmeaboutlopl hxckswapmeaboutlopl hxckswapmeaboutloplhxckswapmeaboutlopl hxckswapmeaboutlopl hxckswapmeaboutlopl hxckswapmeaboutlopl。
    在这个例子里一个序列有10次重复。在其他地方,那1000个位置上的每一处可能有一个词组的五次重复,也可能有50次重复。根据词组里的指令,细胞开始把这些词组与另一条相同染色体上同样位置的词组进行交换。但是在这个过程中细胞经常出错,以至于会增加或减少几次重复。这样,每一个序列的长度都在逐渐变化,变化的速率之快使得它们的长度在每个人体内都不一样,但是又慢得使得一个人体内这些重复的长度大多数都与他父母体内的一样。因为存在着上千个这种重复序列,结果就是,每个人都有一套独特的数字。

    1984年,亚列克•杰弗里斯(Alec Jeffreys)(生物学家)与他的实验员维基•威尔逊(Vicky Wilson)偶然地发现了微卫星体。他们当时正在研究基因的进化,方法是比较编码人类肌肉里的蛋白质——肌球蛋白——的基因与海豹肌球蛋白的区别。他们发现在这个基因的中间有一段重复序列。因为每一个微卫星体都有相同的12个“核心”字母,但是重复的次数却变化很大,把这些序列找出来并比较它们在不同个体里长度上的区别是一件相对容易的事情。结果,它们在每一个个体里的重复次数变化如此之大,每一个人都有自己独特的“基因指纹”:一串黑色的条带,就像商品上的条带码一样。杰弗里斯立刻意识到了他这个发现的重要性。他放下了一开始研究的肌球蛋白,开始探索独特的基因指纹可以有些什么用处。因为陌生人之间的基因指纹区别非常大,移民局的官员立刻就对它有了兴趣,他们可以用这个办法来判断那些申请移民的人与他们声称的自己在美国的近亲是否真的有血缘关系。基因指纹测试显示,大多数人说的都是真话,这减轻了很多人的忧虑。但是,基因指纹的另一个更戏剧性的应用还在后头呢。

    1986年8月2日,在英国莱切斯特(Leicestershire)郡一个名叫纳尔伯罗(Narborough)的小村子附近的灌木丛中发现了一个女学生的尸体。15岁的唐•阿什沃思(Dawn Ashworth)是被人强暴之后勒死的。一个星期之后,警方逮捕了一名医院的搬运工,这个年轻人名叫理查德•巴克兰(Richard Buckland),他对犯罪行为供认不讳。事情到此似乎就终止了。巴克兰理应被判有谋杀罪,然后去坐牢。但是,警方当时还急于侦破另外一粧悬案一三年之前,一个名叫琳达•曼(Lynda Mann)的女孩的命案。琳达死时也是15岁,同时她也是纳尔伯罗村人,另外,她也是遭强暴后被勒死并被弃尸荒野的。这两起谋杀是如此相似,很难想象它们不是同一个人干的。但是巴克兰却坚决不承认曼也是他杀的。

    亚列克•杰弗里斯在基因指纹方面取得重大突破的消息,通过报纸传到了警察那里。而且因为杰弗里斯就在莱切斯特工作,离纳尔伯罗只有不到10英里路程,当地的警察就与他取得了联系,询问他是否能够证明巴克兰在曼的谋杀案中也是有罪的。他同意一试。警方给他提供了从两个少女身体内取到的精液和巴克兰的血样。

    杰弗里斯没费任何力气就在三份样品里都找到了各种各样的微卫星体。一个多星期的工作之后,基因指纹就准备好了。两个少女体内的精液完全一样,肯定是来自同一个男人。就此结案?但是杰弗里斯在下一份样品里看到的事情让他非常震惊。巴克兰的血样与那两份精液的基因指纹完全不同:巴克兰不是杀人者。

    莱切斯特郡警方对此表示了强烈的抗议,他们认为杰弗里斯肯定是什么地方搞错了,才得出这么一个荒谬的结论。杰弗里斯重新分析了样品,警局法医实验室也对样品进行了分析。他们得到了同样的结论。被搞糊涂了的警察很不情愿地撤销了对巴克兰的指控。在历史上,这是第一次以DNA序列为依据宣告一个人无罪。

    但是让人揪心的疑点仍然存在。不管怎么说,巴克兰交待了犯罪的行为。如果基因指纹能够替无辜者昭雪又能抓住真凶,那才能让警察们信服呢。于是,阿什沃思死了5个月之后,警方鉴定了纳尔伯罗一带5500个男人的血液,以寻找一个与那个强奸杀人犯的精液相符的基因指纹。没有任何血样与精液的“指纹”相符。

    之后不久,一个在莱切斯特的一个糕饼店里工作的伙计,伊恩•凯利(Ian Kelly),碰巧向他的同事提到这么一件事:他虽然住得离纳尔伯罗很远,但却参加了血样鉴定,他是应糕饼店的另外一个伙计的请求,才这样做的。另外一个伙计叫科林•皮切弗克(Colin Pitchfork),住在纳尔伯罗。皮切弗克告诉凯利说,警察是想陷害自己。凯利的同事把这件事对警察又复述了一遍,于是警察就逮捕了皮切弗克。皮切弗克很快就供认,自己杀了那两个少女,但是这一次,他的口供被证明是真的:他的血样的DNA“指纹”与两具尸体上找到的精液吻合。1988年1月23日,他被判终生基因指纹检测立刻就成了法医学最可靠与最有力的武器之一。皮切弗克一案是这项技术的一次精彩过人的演示,此后数年中,它给基因指纹检测定了基调:即使是面对着似乎占压倒优势的罪证,基因指纹鉴定仍然可以为清白的人洗清罪责;仅仅是用它来威胁罪犯就可以使人招供;它惊人地准确与可靠——如果使用正确;它依靠很少的身体组织,甚至鼻涕、唾液、毛发或死去很长时间的人的尸骨,就可以完成检测。

    在皮切弗克案件之后的年代里,基因指纹鉴定走过了很长的路。仅仅在英国,截止到1998年年中,法医科学局就通过32万个DNA样品查出了2.8万名与犯罪现场的痕迹有关的人,还几乎有两倍多的样品被用来开释了无罪的人。这项技术被简化了,使得人们不再需要检查多个微卫星体,一个就可以了。这项技术也被发展得更灵敏了,极小的微卫星体或甚至“超微”卫星体都可以被用来提取出独特的“条形码”。不仅仅是微卫星体的长度,它们的序列也可以被测出来,使得DNA鉴定更加成熟。这样的DNA鉴定也在法庭上被滥用和不信任过,你可以想象在有律师掺和进来的时候就会如此。(大多数时候,对DNA鉴定的错误使用反映的是公众对于统计学的不了解,而与DNA没什么关系:如果你告诉一个陪审团,一个DNA样品与犯罪现场DNA吻合的随机概率是0.1%,而不是对他们说每1000个人里面有一个人的DNA会与犯罪现场的吻合,那么他们判被告有罪的可能性就高了三倍,而其实这两种说法是一回事。)

    DNA指纹鉴定并不仅仅是给法医学带来了革命,对其他很多学科也是如此。在1990年,它被用来鉴定从墓中挖出来的约瑟夫•门格尔的尸体的真实性。它被用来鉴定莫尼卡•莱温斯基(Monica Lewinsky)裙子上的精液到底是否是克林顿总统的。它被用来鉴定那些自称是托马斯•杰斐逊(Thomas Jefferson)私生子(美国第三任总统)的后代的那些人到底是否说了真话。在亲子鉴定这个领域它是如此被发扬光大(不管是被政府部门公开地做还是被父母亲在私下做)。在1998年,一个名叫“基因身份”的公司在全美国的高速公路旁边都树起了广告牌,上面写着:“孩子的爸爸到底是谁?请拨打1-800-DNA-TYPE。”他们每天接到300个电话,咨询他们那600美元一次的鉴定。这些电话要么是那些正在要求孩子的父亲拿抚养费的单身妈妈打的,要么是那些心存怀疑的“父亲”打的,因为他们不知道女方生的孩子究竟是不是他们的。在三分之二以上的案例里,DNA证据显示母亲是说了真话的。DNA鉴定使有些“父亲”因为发现配偶不忠而受到伤害,它却又能够使其他父亲确知自己的怀疑完全没有根据。好处是否能抵偿坏处,还是一个可以争论的话题。可以想见,当第一个DNA鉴定方面的私人公司挂牌营业的时候,在英国出现了一场媒体上的激烈争论:在英国,这样的医学技术被认为是应该由国家而不是个人所掌握。

    从一个更浪漫的角度来说,基因指纹检测在亲子测试方面的应用使我们对鸟类的歌唱有了更好的了解。你有没有注意过,鸫、知更鸟等鸣禽在春天与异性配对之后要持续地唱很长时间?对于那种鸟鸣的主要功能是吸引配偶的传统说法,这个现象简直就是当头一棒。生物学家从80年代末期开始对鸟进行DNA检测,以决定在每一个鸟巢里,哪只雄鸟是哪只幼鸟的父亲。他们很惊讶地发现,在那些“一夫一妻”制的鸟类里面,虽然一只雄鸟与一只雌鸟很忠实地互相扶助以抚养后代,雌鸟却不顾自己已有配偶这个明显的事实,还常常与邻居的雄鸟交配。不忠实、给“丈夫”戴绿帽子的现象比任何人想象得都多(这些都是非常隐秘地进行的)。DNA指纹鉴定将人们引入了一个爆炸性的研究阶段,最后产生了一个回报颇丰的理论:精子竞争。这个理论可以解释一些有趣的现象,比如说,虽然黑猩猩的身体只有大猩猩的四分之一大小,黑猩猩的睾丸却是大猩猩的四倍大。雄性大猩猩对它们的配偶是完全占有的,所以它们的精子没有竞争对手。雄性黑猩猩是与其他雄性“共有”配偶的,所以它们需要制造大量的精子、频繁交配,来增加自己做父亲的机会。这也能够解释为什么雄性的鸟在“结婚”之后叫得那么起劲,它们是在寻找“婚外恋”的机会。

    第九号染色体 疾病

    一种令人绝望的疾病需要危险的疗法。 ——盖伊·福克斯

    在第九号染色体上有一个知名度很高的基因:决定你的ABO血型的基因。在DNA指纹测试之前很久,血型测试就在法庭上出现了,因为警察有些时候会偶尔能够把犯罪嫌疑人的血液与犯罪现场的血液对上号。血液的对照是以假设犯罪嫌疑人无罪为前提的。也就是说,如果血样没对上,就证明你肯定不是杀人犯,但是如果对上了,却只能说明你有可能是杀人犯。

    这个逻辑对于加利福尼亚州的最高法院倒并没有什么影响。在1946年,它判决查理·卓别林(Charlie Chaplin)毫无疑问地是某个孩子的父亲,虽然血型鉴定表明卓别林与那个孩子的血液根本不相配,不可能是孩子父亲。不过呢,法官们从来就不太懂科学。在关于谁是父亲的官司里,与在谋杀案里一样,血液对照就像DNA鉴定和手指指纹鉴定一样,是无辜者的朋友。在有了DNA鉴定之后,血样鉴定就是多余的了。血型在输血的时候是极为重要的,但也是以一种负面形式出现:被输入了错误的血的人是会死的。血型可以给我们提供一些人类迁移方面的见识,但是它们在这一方面的作用也被其他基因取代了。所以,你现在可能觉得血型这件事很没意思,那你就错了。从1990年开始,它们的一个新的用处被发现了:它们有望让我们了解我们的基因为什么有很多种形式,以及这么多的形式是如何产生的。它们掌握着人类多样性之谜的钥匙。

    在血型方面第一个被发现也是我们了解最多的,是ABO系统。它们在1900年被首次发现,这个系统一开始有三套不同的名字,所以把人搅糊涂了:在莫斯(Moss)的术语里的Ⅰ型血与詹斯基(Jansky)的术语里的Ⅳ型血是一样的。理智逐渐占了上风,由血型的维也纳发现者卡尔·兰德斯坦纳(Karl Landsteiner)所发明的一套术语成了统一的术语:A,B,AB和O型。兰德斯坦纳形象地描述了输错血可以造成的灾难:“红血球都粘在一起了。”但是血型之间的关系不是那么简单的。A型血的人可以很安全地给A型或AB型的人献血;B型血的人可以给B型和AB型的人献血;AB型血的人只能给AB型的人献血;O型血的人可以给任何人献血——所以O型血的人被称为是万能献血者。在不同的血型背后也没有地域或种族的原因。欧洲人有大约40%是O型血,40%是A型血,15%的B型血和5%的AB型。在其他大陆上,比例也跟这个差不多,只除了在美洲有明显的不同。美洲的印第安人几乎全是O型血,只除了住在加拿大的一些部落和爱斯基摩人是例外,在加拿大的这些部落里有很多A型血的人。另外,爱斯基摩人也有些AB型和B型的人。

    直到1920年,ABO血型的遗传性才被搞清楚,到了1990年,与这些血型有关的基因才见了天日。A和B是同一个基因“共同显性”的两种形式,O是这个基因的隐性形式。这个基因在第九号染色体上,靠近长臂的顶端。它的“正文”有1062个字母长,被分成六个短的和一个长的外显子(“段落”),分散在染色体的几页——总共有1.8万个字母——上面。它是一个中等大小的基因,被五个比较长的内含子打断。这个基因编码的蛋白质是半乳糖基转移酶,也就是说,是一个能够催化化学反应的酶。

    A基因与B基因之间的区别只在1062个字母里的七个上面,这七个里面还有三个是相同意义的字母或是“不出声”的,也就是说,它们对于哪个氨基酸被选中加到蛋白质链上没有任何作用。那四个有作用的字母是第523、700、793和800个字母。在A型血的人体内这四个字母是C、G、C、G。在B型血的人体内则是G、A、A、C。另外还有其他一些极少见的区别。个别人会有几个A型的字母也有几个B型的字母,有一种极少见的A型血人是在基因末尾处丢了一个字母。但是,这四个字母的区别就足以使蛋白质上的区别大到在输错了血的时候可以引起免疫反应的程度了。

    O型血的基因与A型只有一个字母的区别,但是,这并不是一个字母被另一个字母代替,而是一个字母的被删除。在O型血的人体内,第258号字母不见了,那里本来应该有个G的。它的影响却很深远,因为它所造成的是所谓的“阅读错位”或称“移码突变”,后果很严重。(还记得吗?弗兰西斯·克里克在1957年提出的那个巧妙的“没有逗号”的密码如果是正确的,那么移码突变就不会存在了)遗传密码是三个字为一个词被念出来的,中间没有标点符号。由三个字母的词组成的一句英文也许是这样的:thefatcatsattopmatandbigdogranbitcat(胖猫坐在垫子上,大狗跑过去咬了猫)。我承认,这句话不怎么优美,但是你能理解它的意思。如果换一个字母,它仍然可以理解:thefatxatsattopmatandbigdogranbitcat。但是你如果把这个字母去掉,然后把剩下的仍然三个字母一组地念出来,那就一点意义也没有了:thefatatsattopmatandbigdogranbitcat。在那些O型血的人体内,他们的ABO基因就出了这种事。因为他们的基因在比较靠近开头的地方就缺了一个字母,那之后的信息就成了完全不同的东西。结果是一个具有不同性质的蛋白质被造了出来,它无法催化正常的化学反应。

    这听起来好像很严重,但实际上对人并没有什么影响。O型血的人在生活的各个方面都没有什么看得出来的缺陷。他们也并不会更容易得癌症,也不会在体育上不如人,也不会缺少音乐才能,等等。在优化人种论最盛行的时候,也不曾有政治家呼吁给O型血的人做绝育手术。实际上,关于血型的最可叹之处,也是它们之所以有用和在政治上又“中立”的原因,就是它们却是彻头彻尾的“隐者”,它们与人的任何事情都没有关系。

    但是,这也是事情变得有趣了的时候。如果血型既是看不见的又是中性的,它们是怎样进化到现在这种状态的呢?美洲的印第安人都是O型血,是纯粹巧合吗?乍一看上去,血型好像是中性进化论——由木村资生(Motoo Kimura)(进化生物学家)在1968年提出的理论——的一个例子:这个理论认为大多数遗传多样性的存在不是因为它们在自然选择的过程中出于某种目的被选中,而是因为它们的存在对任何事情都没有妨碍。木村的理论说,突变就像水流一样源源不断地被注入基因组之中,然后又逐渐地被基因漂移——随机变化——而去掉。也就是说,变化是随时都存在的,也并没有什么适应环境方面的重要性。100万年之后如果回到地球上来看看,人类基因组的大部分都会与现在的不同了,而且纯粹是由于中性的原因。

    “中性学派”与“选择学派”在有一段时间内都对自己的学说有忧虑。尘埃落定之后木村倒确实有了一批为数不少的跟随者。很多基因变异的后果的确是中性的。特别是当科学家们观察基因变异是如何影响蛋白质的时候,他们观察得越仔细,越发现大多数蛋白质的变化都不影响它的“活跃位点”,也就是蛋白质发挥自己功能的地方。有一种蛋白质,在两种生物体里面从寒武纪到现在积累了250个不同之处,但是只有6个对其功能有影响。

    但是我们现在知道了,血型不是像它们看起来的那样中性。在它们的背后是有一个原因的。从60年代早期到现在,逐渐变得明显起来的是血型与腹泻之间有着某种联系。A型血的孩子常常会在婴儿期得某些类型的腹泻,而其他孩子却不会;B型血的孩子则会得其他一些类型的腹泻;如此这般。80年代晚期的时候,人们发现O型血的人更容易感染霍乱。在完成了十几项研究之后,细节变得更加清晰了。除了O型血的人更易感染霍乱之外,A、B和AB型血的人在霍乱易感性上面也有区别。抵抗力最强的是AB型血的人,其次是A型血的人,再次是B型血的人。但是所有这些人都比O型血的人抵抗力强得多。AB型血的人抵抗力如此之强,他们对霍乱几乎是有免疫力的。但如果因此就说AB型血的人能够喝加尔各答(Calcutta)下水道里的水也不会有病,那就是不负责任了——他们也许会得另一种什么病——但是千真万确的是,即使导致霍乱的细菌进入这些人体内并在肠道里安顿下来,这些人都不会有腹泻。

    目前还没有人知道AB基因型是怎样给人体提供了保护以对抗人类疾病里最恶性最能致命的一种。但是它给自然选择提出了一个迷人而又直接的问题。别忘了,每一条染色体在我们的细胞里都有两份,所以,A型血的人实际上是AA,也就是说他们的两条九号染色体上各有一个A基因,而B型血的人实际上是BB。现在想象一个人群,只有这三种血型;AA、AB和BB。在抵抗霍乱方面A基因比B基因强。那么,AA的人就比BB的人可能有更多的孩子能够幸存下来。那是否B基因要从基因组里消失了呢?——这就是自然选择啊。但是这并没有发生,这是因为AB的人存活下来的可能性最高。所以,最健康的孩子是AA人和BB人的孩子。他们的所有孩子都是AB型,最抗霍乱的类型。但是如果一个AB型的人与另一个AB型的人生育后代,他们的后代里只有一半会是AB型;其他的孩子要么是AA要么是BB,后一种是最容易染上霍乱的。这是一个运气起伏不定的世界。在你这一代里最有利的组合,保证会给你一些容易染病的孩子。

    现在想象一下,如果一个镇上所有的人都是AA,只有一个新来的女人是BB,那么事情会怎么样。如果这个女人能够抵挡住霍乱,达到生育年龄,那么她会有AB型的孩子,对霍乱有免疫力。换句话说,优势总是在较少的基因型那边,所以,A和B都不会消失,因为它们中的任何一个如果少了,它就会变成“时髦”的东西,又“流行”起来。在生物学上这叫做由频率决定的选择,而这是我们的基因为什么如此多样的最常见原因之一。

    这解释了A与B之间的平衡。但是,如果O型血让你更容易感染霍乱,为什么自然选择没有让O型消失呢?答案与另一种疾病——疟疾——有关。O型血的人似乎比其他血型的人对疟疾更有抵抗力,他们好像也更不容易得一些类型的癌症。这一点生存优势也许就足以使O型基因免于灭绝了,尽管它与易得霍乱有关。一个大致的平衡就这样在血型基因的三种形式之间建立起来了。

    疾病与突变之间的联系是在40年代晚期被一个肯尼亚血统的牛津研究生安东尼·阿利森(Anthony Allison)第一个注意到的。他怀疑一种在非洲流行的名叫镰刀型贫血症的疾病发病频率也许和疟疾是否普遍有关。镰刀型贫血症的突变导致血红细胞在无氧的时候缩成一个扁镰刀形,这对于那些带有两份拷贝的人是致命的,但是对于那些只有一份的人危害并不太重。但是,那些有一份突变的人对疟疾的抵抗力很强。阿利森检验了住在疟疾高发区的非洲人的血样,发现那些带有镰刀型贫血症突变的人带有疟原虫的可能性比其他人小得多。镰刀型贫血症突变在西非一些疟疾肆虐的地方尤其普遍,在非洲裔美国人里也很普遍,这些非洲裔美国人的祖先有些是坐着贩卖奴隶的船从非洲西部来到美国的。镰刀型贫血症是现在的人类为了过去的疟疾抵抗力而付出的代价。其他形式的贫血症,例如在地中海与东南亚一些地区比较普遍的地中海贫血症,看上去对疟疾也有同样的抵抗作用,这就能解释为什么它在曾经的疟疾高发区比较普遍了。

    在这一点上,血红蛋白基因——镰刀型贫血症的突变就是这个基因上一个字母的改变——并不特殊。有一位科学家说它只是疟疾的基因防线的冰山一角,这样的基因可能多达12个,不同形式对疟疾有不同的抵抗力。在这一点上,疟疾也没有什么特殊的。起码有两个基因的不同形式对肺结核有不同的抵抗力,包括编码维生素D受体的基因,这个基因与人们对于骨质疏松症的不同的抵抗力也有关系。牛津大学的阿德里安·希尔(Adrian Hill)写道:“很自然地,我们忍不住要说,在很近的过去,自然对于肺结核抵抗力的选择,也许增加了对于骨质疏松症缺少抵抗能力的基因。”

    在那同时,人们新发现了一个类似的关系,就是囊性纤维增生这个遗传病与传染性伤寒这个遗传病之间的关系。七号染色体上CFTR基因的一种形式会引起囊性纤维增生,这是一种很危险的肺与肠道的病变。但是同时CFTR基因的这种形式又能够保护人体免受伤寒——一种由沙门氏菌引起的肠道疾病——的危害。带有一份CFTR基因的这种形式的人会得囊性纤维增生,但是他们对伤寒带来的高烧和让人虚弱的痢疾几乎是免疫的。伤寒需要CFTR基因的正常形式,才能够侵入它瞄准了的细胞;被改变了的形式缺了三个DNA字母,伤寒就达不到目的了。因为伤寒杀掉了那些带有其他形式的CFTR基因的人,它就给这种有了改变的形式施加了压力,促使了它们的蔓延。但是,因为带有两份这种改变了的CFTR基因的人能活下来就不错了,这种形式也就从来不会太普遍。就这样,一个基因的少见又恶毒的形式,因为另外一个疾病的原因,被保留下来了。

    大约每五个人里就有一个由遗传因素决定不能把ABO血型蛋白质的水溶形式释放到唾液与其他体液中去。这些“不分泌者”更容易得一些疾病,包括脑膜炎、酵母菌感染和重复发生的尿道感染。但是他们得流感或是受呼吸道合体细胞病毒影响的可能性又比一般人低。不管你往哪儿看,基因多样性背后的原因好像都与传染病有关。

    对这个话题我们只是蜻蜓点水。在过去给我们的祖先带来过极大痛苦的那些大规模的传染病——瘟疫、麻疹、天花、斑疹伤寒、流感、梅毒、伤寒、水痘,等等——把它们的痕迹留在了我们的基因里。赋予了我们抗病能力的突变繁盛起来,但是抗病能力常常是要付出代价才能换来的,代价有的很高昂(镰刀型贫血症),有的只在理论上存在(不能接受错误血型的输血)。

    实际上,直到最近,医生们仍然习惯于低估传染病的重要性。很多被普遍认为是由环境因素、职业因素、饮食习惯及偶然因素而造成的疾病,现在开始被认为是由一些人们不太了解的细菌和病毒的长期感染而造成的。胃溃疡是最精彩的一个例子。好几个医药公司因为发明了旨在对抗胃溃疡症状的新药而发了大财,但实际上只有抗生素才是惟一需要的药物。胃溃疡不是因为油腻食物、心理压力或是运气不好而造成的,它是由名叫Helicobactorpylori的螺旋菌引起的,这种细菌通常是在儿童时期就进入了人体。与此类似,现在有数据明显显示在心脏病与疱疹病毒之间可能有某种联系,各种形式的关节炎与各种病毒有关,甚至在精神分裂症或者抑郁症与一种少见的主要感染马和猫的脑病毒(称为伯尔诺脑病)之间也有关系。这些联系里,有一些或许会被发现是错的,有些可能是有病之后才引来的病毒与细菌,而不是病毒与细菌引来了病。但是,一个已经被证明了的事实是,人们在对诸如心脏病的各种疾病的遗传而来的抵抗能力上差异很大。也许基因上的不同也与对于细菌、病毒感染的抵抗力有关。

    从某种意义上说,基因组就是一份我们过去的病史的书面记录,是每一个民族每一个种族的医学圣经。美洲印第安人中O型血那么多,也许反映的是这样一个事实:霍乱与其他形式的腹泻通常是在人口密集和卫生状况差的地方出现的,而在西半球新近才有人居住的新大陆上这些疾病还没有蔓延起来。不过,霍乱本来就是一种少见的疾病,在1830年以前也许只限于恒河三角洲地带,在1830年左右才突然扩展到欧洲、美洲和非洲。我们需要一种更好的解释来说明美洲印第安人中O型血非常普遍这一让人迷惑的现象,特别是从印第安人的干尸中找到的证据表明,在哥伦布到达美洲之前,印第安人里有不少是A型或B型血的。这看上去几乎像是有一种西半球特有的生存压力使得A型和B型从人群里很快消失了。有些迹象表明原因也许是梅毒,这似乎是一种在美洲一直存在的病(在医学史的圈子里这仍然是被激烈争论的一个观点,但事实是,在1492年以前的北美人骨骼里就可以发现梅毒的损害,而在1492年以前的欧洲人骨骼里则没有)。O型血的人与其他血型的人相比,似乎对梅毒的抵抗力更强。

    现在我们来考虑一下一个很奇怪的发现,在血型与对霍乱的抵抗力之间的关系被揭示之前,这个发现是很令人不解的。假设你是一个教授,如果你让四个男人和两个女人都穿棉质的T恤衫,不许用香水和除味剂,在两个晚上之后还必须把T恤衫脱下来交给你,可能有人要嘲笑你有那么一点点性变态。如果你还请121位男人和女人来闻这些脏T恤衫的腋窝处并把它们按照对自己多么有吸引力来排个顺序,那么说婉转一点也是你这人太古怪。但是真正的科学家是不会感到尴尬的。克劳斯·维得坎德(Claus Wedekind)和桑德拉·菲里(Sandra Füri)(生物学家)就做了这么一个实验,结果他们发现,男人和女人都最喜欢(或最不讨厌)另外一个性别里与自己在基因组成上区别最大的那个成员的体味。维得坎德和菲里研究了六号染色体上的MHC基因群,它们是免疫系统用来定义什么是自我和用来识别寄生物和入侵者的。它们是可变性非常大的基因。如果其他条件都一样,那么,一只母老鼠会喜欢MHC基因与她自己区别最大的公老鼠,这是她通过闻他的尿来确定的。就是在老鼠身上的这个发现点醒了维得坎德和菲里,让他们想到,我们自己可能也仍然保有这样的能力,根据对方的基因来选择配偶。只有正在服用避孕药片的妇女才没有能够在闻T恤衫的实验中表现出对与己不同的MHC基因型的兴趣。但是我们知道避孕药片能够影响人的嗅觉。就像维得坎德和菲里说的:“没有一个人让所有的人都觉得好闻,关键在于是谁在闻谁。”

    在老鼠身上的实验被一直用远系繁殖来解释:母老鼠是在试图找到一个基因很不同的公老鼠,这样她才能生下基因变化较多的孩子,因而不会有近亲繁殖所造成的疾病。但是,也许她——还有那些闻T恤衫的人——是在做一件知道了血型的故事之后才能理解的事。记住,在霍乱期间寻找性伴侣的时候,一个AA型的人找到一个BB型的人才是最理想的,这样他们的所有孩子都会是对霍乱有抵抗力的AB型。如果同样的机制在其他基因与其他疾病那里也有作用——而且,MHC基因群又似乎是抵抗疾病的最主要地点——那么,被基因组成与自己正相反的人所吸引,就是有显见优势的事情了。

    人类基因组计划是建立在一个谬见上的。根本就没有一个“人类基因组”,在时间和空间上,都无法定义这么一个东西。在遍布于23条染色体上的几百个位点上,有着一些在每个人之间都不一样的基因。没有人可以说A型血是“正常”的而O型、B型和AB型是“不正常”。所以,当人类基因组计划发表了一个“典型”的人类基因组的时候,在九号染色体上的这个血型基因的序列应该是什么样子呢?这个计划公布的目标是发表平均的或具有“共性”的299个人的基因组。但是这在ABO基因这里就失去意义了,因为它的功能很重要的一条就是它不能够在每个人体内都一样。变化是人类基因组内在与不可分割的一部分,其实,对于任何其他基因组也是一样。

    在1999年这一个特定的时刻,给基因组拍一张快照,并且相信这代表了一幅稳定和永久的图像,这也是不对的。基因组是在变化的。基因的不同形式被疾病的起伏驱动着,它们在人群里的普遍性也在起伏。人类有一个很值得遗憾的倾向,就是夸大稳定性的作用,太过相信平衡。实际上,基因组是不断变化的动态图景。过去,生态学家相信过所谓的“高峰”植被——英国的橡树、挪威的枞树。他们现在已经学乖了。生态学与遗传学一样不是关于平衡态的学科,它们是关于变化的学科。变化,再变化,没有任何事是永远不变的。

    第一个瞥见这个道理的人可能是J.B.S. 霍尔丹(Haldane)(遗传学家),他曾试图找出人类基因如此多样的原因。早在1949年,他就推测到基因的多样性也许与寄生因素对其施加的压力有很大关系。但是,霍尔丹的印度同事苏莱士·贾亚卡尔(Suresh Jayakar),在1970年才真的把船摇动了。他认为稳定性根本就没有必要,那些寄生的因素会导致基因频率永远周而复始地变化。到了80年代,火炬传到了澳大利亚罗伯特?梅(Robert May)那里。他证实即使在一个最简单的寄生物与宿主系统里,也可能没有一个平衡状态:在一个因决定果的系统里也会永远有混沌的潮流在涌动。梅就这样成了混沌学说的奠基人之一。接力棒又传到英国人威廉·汉密尔顿(William Hamilton)那里,他发展了一些数学模型来解释有性生殖的进化,这些模型依靠的是寄生因素与宿主之间的“军备竞赛”,这种竞赛最终就会导致汉密尔顿所说的“很多基因永不安宁”。

    在70年代的某个时候,就像在那之前半个世纪发生在物理学方面的事情一样,生物学的确定性、稳定性、决定论这个旧世界坍塌了。取而代之的是,我们需要建立一个起伏不定的、变化的、不可预测的世界。我们这一代人破解的基因组密码只不过是一份不断变化的文件的一张照片。这个文件没有一个权威性的版本。

    第十号染色体 压力

    这真是一个这世界上绝对愚蠢的做法:当我们遇到败运的时候——常常由我们自己行为的过度造成——我们把我们的灾祸归罪到太阳、月亮和星星上,就仿佛我们必须是坏蛋,是天国的力量才让我们成为蠢货。……这是嫖客逃避责任的一个壮举:把自己那好色的性子说成是星星的命令。 ——威廉·莎士比亚,《李尔王》

    基因组是记载着过去的瘟疫史的圣经。我们的祖先对疟疾和痢疾的长期抗争被记录在人类基因的多样性中。你有多大机会能够避免死于疟疾,是在你的基因里与疟疾病原体的基因里事先编排好了的。你把你的队伍送出去参加竞赛,疟原虫也把它的队伍送出来。如果它们的进攻队员比你的防守队员棒,它们就赢了。抱怨你的差运气吧,你没有替补队员可换。

    但是,应该不是这样的吧?基因对疾病的抵抗能力应该是我们的最后一道防线,有各种各样比这简单的办法来打败疾病的。睡在蚊帐里面,把臭水沟抽干,吃药,在村子里撒DDT。吃好,睡好,避免精神压力,让你的免疫系统保持健康状态和在多数时候保持愉快的情绪。所有这些都与你是否会染上疾病有关。基因组可不是惟一战场。在前面几章里我进入了简化论的习惯。我把生物体拆开,把基因分离开,去辨别它们每一个有什么兴趣。但是没有一个基因是孤岛。每一个都存在于一个巨大的联盟之内,也就是身体。现在是把生物体的各部分放回到一起的时候了,现在是去探访一个“社交很广”的基因的时候了。这个基因的惟一功能就是把身体里一些不同的功能组织到一起。这个基因的存在昭示出我们有关肉体—精神的二重性是个谎言,它侵蚀着我们对人的认识。大脑、身体和基因组是被捆在一起的三个舞伴。基因组与另两者相互控制。这多少说明了为什么基因决定论是一个神秘的东西。人类基因的激活与关闭可以被有意识的与下意识的外界活动所影响。

    胆固醇是一个充满危险的词。它是心脏病的病因,是个坏东西,是红肉,你吃了就要死的。其实,把胆固醇与毒药等同起来的做法是错得不能再错了。胆固醇是身体的一个基本成分,它在一个微妙的将身体各部分组织到一起的生物化学与遗传系统里占有中心位置。胆固醇是一类很小的有机物,能溶解在脂肪里,不能溶解在水里。身体利用来自饮食的糖类合成它所需要的大部分胆固醇,没有它,人就活不下去。起码有五种至关重要的激素是由胆固醇出发制成的,每一个都有独特的功能:孕酮、醛固酮、皮质醇、睾酮和雌二醇。它们总称类固醇。这些激素与身体中的基因的关系既亲密又迷人,却也让人不安。

    类固醇激素被生命体使用了很长时间,也许比植物、动物和真菌的分道扬镳还要早。促使昆虫蜕皮的激素就是一种类固醇。在人类医学里那个被人们称为维生素D的谜一般的物质也是类固醇。有些人工合成的(或说是合成代谢)类固醇可以骗身体去抑制炎症,另外一些则可以用来强化运动员的肌肉。但是还有一些类固醇,虽然是从植物中提取出来的,却与人类的激素足够相似,可以用做口服避孕药。还有另外一些是化学公司的产品,也许它们要为被污染的水流中雄鱼雌化以及现代男人精子数目的减少负责。

    在第十号染色体上有一个基因名叫CYP17。它制造一种酶,使得身体能够把胆固醇转化成皮质醇、睾酮和雌二酮。如果没有这个酶,这个转化途径就被堵上了,那个时候,从胆固醇就只能造出孕酮和皮质酮。没有这个基因的正常形式的人无法制造出其他的性激素,所以他们就无法进入青春期之后的阶段。如果他在基因上是男性,他也会长得像个少女。

    但是先把性激素往旁边放一放,来考虑一下用CYP17造出的另一种激素:皮质醇。人体内的几乎每一个系统都用得上皮质醇,它名副其实地是一个把身体和精神结合起来的激素,因为它可以改变大脑的结构。皮质醇干预免疫系统,改变耳朵、鼻子和眼睛的灵敏度,改变各种身体机能。当你的血管里流动着很多皮质醇的时候,你就处于压力之下,这是压力的定义。皮质醇与压力几乎就是同义词。

    压力是由外部世界造成的,一个将要来临的考试、最近一个亲人的死亡、报纸上的什么吓人的消息或者因为照顾一个早老性痴呆症病人而感觉到的无休止的劳累。造成短暂压力的因素会导致肾上腺素与去甲肾上腺素的迅速上升,这两种激素使心跳加快,双脚冰凉。这两种激素在紧急情况下让身体做好“打还是跑”的准备。造成长期压力的因素激活一条不同的路径,结果是皮质醇缓慢而持续地增加。皮质醇最惊人的效应之一是它能够抑制免疫系统的工作。那些准备一个重要考试并出现了受到心理压力之后特有的生理特点的人更容易得感冒或受到其他感染,这是一个很重要的事实,因为皮质醇的效应之一就是减少淋巴细胞—白细胞的活性、数量和寿命。

    皮质醇靠激活基因来做到这一点。它只激活内含皮质醇受体的细胞里的基因,皮质醇受体则是由其他某些开关来控制的。它激活的那些基因的主要功能,是激活其他一些基因,有些时候,再激活的基因又去激活其他的基因,如此下去。皮质醇的间接影响可以多至几十甚至几百个基因。但是这个过程的开端——皮质醇的产生则是因为肾上腺皮质里有一系列的基因被激活了,它们制造出了生产皮质醇所需的酶,CYP17蛋白质就是其中之一。这是一个让人头昏眼花的复杂系统:如果我只是试着列出最基本的化学反应链,就能让你闷得要哭。所以,也许这样说就足够了:你需要几百个基因来生产和调节皮质醇并对皮质醇做出适当反应,而几乎所有这些基因的作用都是把其他基因激活或关上。这是很适时的一课,因为人类基因组里大部分基因的功能就是调节其他基因的表达。

    我说过我不会让你觉得闷,但还是让我们瞟一眼皮质醇的一个效应吧。在白细胞里,皮质醇几乎肯定参与了激活一个名叫TCF的基因,也在十号染色体上,这样,TCF就可以制造自己的蛋白质,然后用它去抑制一个名叫白介素二号的蛋白质的表达。白介素二号是一种使白细胞高度警惕、提防微生物的袭击的化学物质。所以,皮质醇会抑制你的免疫白细胞的警惕性,从而使你更容易得病。

    我想放在你面前的问题是:到底谁是管事儿的呢?是谁在一开始就把这些开关都放在了合适的位置上?又是谁决定什么时候把皮质醇释放出来?你可以说基因是管事儿的,因为身体的分化——身体内形成不同的细胞类型,在每一类型内活跃着的基因都不同——归根结底是个遗传的过程。但是这是不确切的,因为基因并不会引起生理和心理压力。一个所爱的人的死亡或是一个即将来临的考试并不与基因直接对话。它们只是经过大脑处理的信息。

    那么,大脑是管事儿的了?脑子里的下丘脑会发出一个信号,让脑垂体释放一种激素,它会告诉肾上腺皮质去制造和分泌皮质醇。下丘脑则是从大脑里有意识的那些区域接受指令,而这些区域又是从外部世界中得到信息。

    但是这也不能算是个答案,因为大脑也是身体的一部分。下丘脑之所以刺激脑垂体,脑垂体之所以刺激肾上腺皮质,并不是因为大脑认识到了这是一个很好的办法。大脑并没有设立这样一套系统,让你在要考试的时候就容易得感冒。是自然选择设立的这样一个系统(原因我稍后会解释)。而且,无论如何,这样一个系统都是非自主、无意识的举动,也就是说,是考试,而不是大脑,在主导这一切事件。如果考试才是罪魁祸首,那么我们就应该怪社会了,但是社会又是什么?也不过是很多个体的集合,于是我们就又回到身体上来了。另外,对抗压力的能力也因人而异。有些人觉得即将来临的考试非常恐怖,其他人却一路顺利。区别在什么地方?在制造、控制皮质醇与对皮质醇做出反应这一系列事件的链条上,易受压力的人与那些对压力没有什么反应的人相比,肯定有一个地方在基因上有细微的差别。但是,又是谁、是什么控制着这个基因上的差别呢?

    真正的情形是,谁也不是管事儿的。让人们习惯于这样一个事实是太难了,但是,世界充满了错综复杂的系统,它们设计巧妙,部件之间相互紧密地联系着,但是却没有一个控制中心。经济就是这样一个系统。有一个幻觉是如果有人去控制经济——决定什么产品应该由什么人在什么地方生产——它就会运转得更好。这个想法给全世界人民的健康和富裕都带来了巨大灾难,不仅是前苏联,在西方世界也是如此。从罗马帝国到欧洲国家联盟的高清晰度电视计划,由一个中心做出的应该在哪个方面投资的决定比无中心的市场调节而成的“混乱”差远了。所以,经济系统不应有控制中心,它们是由分散的因素来控制的市场。

    人体也是这样。你不是一个通过释放激素来控制身体的大脑,你也不是一个通过激活激素受体来控制基因组的身体,你也不是一个通过激活基因来激活激素来控制大脑的基因组。你同时又是以上所有这些。

    心理学里很多最古老的说法可以概括成此类错误概念。支持与反对“遗传决定论”的理论都事先假设基因组的位置是在身体之上的。但是就像我们看到的那样,是身体在需要基因的时候把它们激活,身体之所以这样做,常常是因为它是在对大脑(有时还是有意识的)对外部事件的反应做出回应。你可以只靠想象那些给人压力的场景——甚至是虚构的——就可以提高你体内的皮质醇水平。与此相似,争论一个人所受到的某种痛苦纯粹是精神上的原因还是也有部分是生理上的原因——例如ME,或叫慢性疲劳综合症,是完全不对的事情。大脑与身体是同一个系统的两个部分。如果大脑在回应心理上的压力时刺激了皮质醇的释放,而皮质醇抑制了免疫系统的活性,从而一个潜伏在体内的病毒感染得以发作起来,或是一个新的病毒得以进入身体,那么症状虽然是生理上的,原因却是心理上的。如果一种疾病影响到大脑,从而改变人的心情,那么原因虽是生理上的,症状却是心理上的。

    这个题目被称做心理神经免疫学,它正在慢慢地成为时尚。抵制它的多是医生,而把它吹得很神的是各种给人实施信心疗法的人。但是,证据却是足够真实的。长期心情不好的护士更容易得冻疮,虽然其他护士可能也带有同样的病毒。焦虑的人比起心情好的乐天派,更容易得阵发性的生殖系统疱疹。在西点军校,最容易得单核细胞增多症和得了这种病之后最容易出现严重症状的,是那些被功课压力搞得焦虑不安的学生。那些照顾早老性痴呆症患者的人(这是个压力很大的工作)的抗病T淋巴细胞要比估计的少。在三厘岛(Three Mile Island)核设施事故(1979年在美国东部宾夕法尼亚州附近三厘岛核电站发生的核泄漏事故)发生时居住在那附近的人,事故发生三年之后得癌症的比估计的多,并不是因为他们受到了放射线的伤害(他们并没有),而是因为他们的皮质醇大量增加,降低了免疫系统对癌细胞的反应。那些受到配偶死亡之痛的人,之后几个星期之内免疫力都比较低。父母如果在前一个星期里吵过架,那么他们的孩子就更容易得病毒感染。在过去的生活中有过心理压力的人,比起那些一直生活愉快的人来更容易患感冒。如果你发现这些研究有点让人难以置信,那么我告诉你,这些研究中的大多数在老鼠身上也能够得到相似结果。

    可怜的老勒内·笛卡儿(René Descartes)(17世纪数学家、科学家、哲学家),人们通常说是他发明了主宰了西方世界的身心二元论,使得我们拒绝接受精神可以影响肉体、肉体也可以影响精神这样一个观点。把这个归罪于他可不公平,这是我们大家都犯的错误。而且,不管怎样,并不都是二元论的错——这个理论本来是说有一个存在于组成大脑的物质之外的精神。我们都犯过一个比这更大的错误,犯这个错误如此容易,我们自己都没有察觉。我们直觉地假设身体里的生物化学反应是因,行为是果,我们还在思考基因对我们生活的影响的时候把这个假设推到可笑的极致。如果基因对行为有影响,那么基因就是因,就是不可变的。这个错误不仅遗传决定论者会犯,他们那些吵闹的反对者也犯,这些反对者认为行为“不是在基因里”,他们说行为遗传学所暗示的宿命论和先决论让人反感。他们给了遗传决定论者太多余地,没有对“基因是因”这个假设提出疑问,因为他们自己也做了同样的假设:如果基因是与行为有关的,那么基因肯定是在金字塔的顶端。他们忘记了,基因是需要被激活的,而外界事件——或者说,由自由意志控制的行为——可以激活基因。我们可远不是缩在我们那无所不能的基因脚下,受它们的恩赐,我们的基因经常是受我们的恩赐。如果你去玩“蹦极”,或者找一份压力很大的工作,或者持续地想象一个可怕的事情,你会提升你体内的皮质醇水平,而皮质醇就会在你的身体内跑来跑去地激活各种基因。(还有一个无可置疑的事实,就是你可以用故意而为的微笑来刺激你大脑里的“高兴中心”,就像你可以用一个愉快的想法来使你微笑一样。微笑真的会让你觉得愉快一些。生理变化可以被行为调动。)

    关于行为怎样改变基因表达,有些最好的研究是用猴子做的。很幸运的,对于那些相信进化论的人来说,自然选择是个俭省得可笑的设计师,她一旦想出了一个基因与激素的系统用来显示和对付身体所受的压力,她就很不情愿修改了。(我们的98%是黑猩猩,94%是狒狒,还记得吧?)所以,在我们体内与在猴子体内,有同样的激素用同样的方法激活同样的基因。在非洲东部有一群狒狒,它们血液中的皮质醇水平被人们仔细地研究过。雄狒狒到了一个特定年龄都惯于加入一个狒狒群。当一只年轻的雄狒狒刚刚加入一个狒狒群的时候,他变得极赋进攻性,因为他要通过打架来建立他在自己选择的这个“集体”里的地位。他的这一行为使得他这位“客人”的血液里的皮质醇浓度大幅上升,他的那些不情愿要他的“主人”们血液皮质醇浓度也上升了。随着他的皮质醇(以及睾丸酮)浓度上升,他的淋巴细胞的数量减少了,他的免疫系统直接受到了他的行为所造成的冲击。与此同时,在他的血液里,与高浓度脂蛋白(HDL)结合在一起的胆固醇越来越少。这样的现象是冠状动脉堵塞的一个经典的前兆。这个雄狒狒通过自己的自由意志在改变自己的激素水平,于是也就改变了自己体内的基因表达,这样,他便增加了自己受微生物的感染与得冠状动脉疾病的机会。

    在动物园里生活的那些得冠状动脉疾病的猴子都是在尊卑顺序里最下层的。它们被那些地位更高的同伴欺负,持续地感受到压力,血液里皮质醇浓度高,大脑里缺乏5-羟色胺,免疫系统永久性地被抑制着,它们的冠状动脉壁上积满了伤疤。到底这是为什么,仍然是一个谜。很多科学家现在相信冠状动脉疾病至少部分是由于微生物感染而引起的,例如一种球状的革兰氏阴性细菌和疱疹病毒。压力带来的是降低免疫系统对这些潜伏的感染的监视,使得它们得以繁荣起来。在这个意义上,也许在猴子那里心脏病是一种传染病,虽然压力也会有一定作用。

    人和猴子很像。在尊卑次序里靠底层的猴子容易得心脏病这一发现,是紧跟着另一个更让人吃惊的发现之后做出的。另外一个发现是:英国的公务员得心脏病的可能性是与他们在这个官僚机构里的地位有多低成正比的。一个大型、长期的研究调查了1.7万名在伦敦警察局工作的公务员,一个几乎令人无法置信的结果出现了:一个人在工作中的地位比他是否肥胖、是否吸烟和是否血压高更能准确地预示这个人是否有心脏病。一个做低级工作的人,比如清洁工,比起一个在人堆儿上面地位稳固的秘书,得心脏病的可能高几乎三倍。实际上,即使这个秘书很胖、有高血压,或者吸烟,在每一年龄段他得心脏病的可能性仍然小于一个很瘦、血压正常且不吸烟的清洁工。在60年代对100万名贝尔电话公司雇员的一个类似调查中也得到了同样的结果。

    把这个结论考虑一分钟。它把别人告诉过你的所有关于心脏病的知识都给削弱了,它把胆固醇推到了故事的角落(胆固醇高是一个危险因素,但是只在那些因为遗传原因而容易高胆固醇的人那里才是如此,而且即使对于这些人,少吃含脂肪食物的收益也很小)。它把饮食习惯、吸烟和血压——医学界喜欢把这三者说成是心脏病的生理原因——变成了间接的致病因素。它把一个陈旧和已经不太为人所信的说法变成了一个脚注,这个说法认为压力和心脏病来自于繁忙的职务高的工作,来自于喜欢快节奏生活的个性。这个说法有一丝真理在里面,但不多。科学研究把这些因素的作用都降低了,取而代之的是与生理状况无关的纯粹环境的因素:你在工作中的地位。你的心脏是否健康要看你拿的薪水怎么样。这到底是怎么回事呢?

    猴子那里有些线索。它们在尊卑次序里越低,它们就越无法控制自己的生活。公务员也如此。皮质醇浓度的提高不是看你面对的工作数量多还是少,而是看你被多少人呼来喝去。实际上你可以通过实验来演示这个效果:给两组人同样多的工作,但是命令一组人用一种规定的方法去做这个工作,必须遵守某个事先规定的进度。这一组被外界控制的人比起另外一个组来,体内因压力而释放的激素浓度更高,血压升高,心率加快。

    在对伦敦警察局雇员进行的研究开始20年之后,同一项研究在一个已经开始私有化的公众服务部门里被重复了一次。在研究一开始,公务员们都不知道失业意味着什么。事实上,当研究者们为这项研究设计问卷的时候,被调查对象对问卷中的一道题提出了异议,这道题是问他们是否害怕失去自己的工作。他们解释说,在公众服务这个行业,这个问题根本没有意义,他们最多会被转到另外一个部门去。到了1995年,他们就清楚地知道失去工作意味着什么了,三分之一以上的人已经尝过失业的滋味了。私有化的结果,是给了每个人这样一种感觉:他们的生活是受外部因素控制的。一点也不令人吃惊地,心理压力增加了,健康情况随之下降了,健康情况恶化的人数之多,无法用饮食、吸烟、喝酒方面习惯的改变来解释。

    心脏病是自己无法控制自己的生活时出现的症状,这样一个事实解释了它的出现为什么是分散的。它也能够解释为什么那么多有高级职务的人退休“享受悠闲生活”之后不久就会得心脏病。他们常常是从指挥一个办公室“沦落”到在由老伴做主的家庭环境里干一些“低级”的需要动手的活儿(洗碗、遛狗之类)。它能够解释为什么人们可以把某一种疾病甚至是心脏病的发生推迟到一个家庭成员的婚礼或是一个重大庆典之后——直到他们操持、忙碌、做出决定之后。(学生也是更容易在紧张的考试之后生病,而不是在考试期间。)它能够解释为什么失业和靠救济金生活是如此有效的让人生病的办法。在猴群里面,没有一只雄性首领是像政府的社会福利署控制那些领救济金的人那样来铁面无私地控制它属下的猴子的。它甚至有可能解释为什么那些窗户不能被打开的现代化大楼会让人容易生病,因为在老式楼房里面人们能够对自己的环境有更多的控制。

    我要再强调一遍我已经说过的话:行为远不是受我们的生物特性所控制,我们的生物特性常常是受我们的行为控制的。

    我们发现的皮质醇的特点对于其他类固醇激素也适用。睾丸酮在体内的水平与进攻性成比例。但这是因为这种激素导致进攻性,还是因为进攻性导致这种激素的释放?我们的唯物主义思维使得我们发现第一种说法比较可信。但是事实上,对于狒狒的研究表明,第二种说法却更接近于真理。心理变化先于生理变化而出现。精神驱动身体,身体驱动基因组。

    睾丸酮和皮质醇一样可以抑制免疫系统。这就解释了为什么在很多物种里雄性比雌性容易染病,染病之后的死亡率也比雌性高。免疫机制的抑制不仅仅只反映在身体对于微生物的抵抗力方面,也反映在对于大的寄生虫的抵抗力方面。牛蝇在鹿和牛的皮肤上产卵,孵出来的蛆虫先要爬进这些动物的肉里去,然后才返回到皮肤上去做一个小“窝”在里面变成蝇。挪威北部的驯鹿就特别为这种寄生虫所困扰,但在雄鹿身上又明显地比雌鹿身上更严重。平均来说,到了两岁的时候,一只雄鹿身上牛蝇的“窝”比雌鹿身上要多两倍。但是,被阉割了的雄鹿身上牛蝇的“窝”又与雌鹿差不多了。类似的模式在观察很多寄生虫的时候都会发现。例如,包括引起南美锥虫病的原生动物,人们普遍认为这种病就是达尔文长期不适的原因。在智利旅行的时候,达尔文曾被传播南美锥虫病的虫子叮咬过,他后来的一些症状也与这种病相吻合。如果达尔文是个女人,他也许就用不着花那么多时间替自己委屈了。

    但是在这里,我们从达尔文那里得到启发。睾丸酮抑制免疫系统的功能这一事实被自然选择的表弟——性别选择——给抓住并且很充分地利用了。在达尔文论进化的第二部著作《人类的由来》里,他提出了这样一个想法:就像育鸽子的人能够培养良种鸽子一样,女人也可以培养“良种”男人。如果雌性动物在连续多代里用固定的标准来选择与谁交配,她们就可以改变她们这个物种里雄性的身体形状、大小、颜色或歌声。事实上,就像我在关于X和Y染色体的那一章里讲过的,达尔文提出过,这样的事在孔雀里就发生过了。在他之后一个世纪,一系列的实验与理论研究在70年代和80年代证明了达尔文是正确的。雄性动物的尾巴、羽毛、角、歌声和身体大小都是由于一代一代的雌性动物在择偶时条件一致而逐渐形成的。

    但是为什么呢?一个雌性动物选了一个长尾巴或是大声唱歌的雄性动物,她能得到什么可以想见的好处呢?在人们的争论中,有两个受人欢迎的理论占了主要位置。一个是说,雌性动物需要迎合时尚,否则她们生的儿子可能就不会被那些迎合时尚的雌性动物选中。另一种理论是我想在这里让读者考虑的,那就是雄性体表那些“装饰物”的质量以某种方式反映了他的基因的质量,尤其是反映了他对流行疾病的抵抗力。他是在对所有愿意倾听的人说:看我是多么强壮啊,我能够长一条长长的尾巴,能够唱这么动听的歌,是因为我没有得疟疾,也没有生寄生虫。睾丸酮能够抑制免疫系统这一事实其实是帮助了雄性,使他的“话”更加真实可信。这是因为他那些“装饰物”的质量取决于他血液里睾丸酮的浓度:他体内的睾丸酮越多,他的外表就越五颜六色,身体就越大,越会唱歌,也越有进攻性。如果他能够在免疫机能被睾丸酮降低了的情况下不仅不生病,还能长一条大尾巴,那么他的基因肯定很了不起。这几乎像是免疫系统把他的基因“真相”掩盖住了,睾丸酮则把帷幕掀开,让雌性直接看看他的基因到底怎么样。

    这个理论被称做免疫竞争力缺陷,它是否正确,取决于睾丸酮对免疫系统的抑制作用是否真的不可避免。一个雄性动物无法既提高睾丸酮的浓度又使免疫系统不受影响。如果这样一个雄性动物存在,他无疑是一个巨大的成功,会留下许多后代。因为他既能长一条长尾巴又能有免疫力。因此,这个理论暗示着类固醇与免疫能力之间的联系是固定不变、不可避免的,也是非常重要的。

    但是这就更让人迷惑了。没有人能够解释为什么这个联系一开始会存在,更别说它为什么是不可避免的了。为什么身体被设计成这样,它的免疫系统要被类固醇激素抑制?这个设计意味着每当生活中的事件使你感到压力的时候,你就更容易受微生物感染,更容易得癌症和心脏病。这简直是在你倒地的时候上去踢你一脚。它意味着每当一个动物提升自己的睾丸酮浓度以与对手争夺配偶或是向异性展示自己的时候,他就更容易受微生物感染,更容易得癌症和心脏病。为什么?

    不少科学家都为这个谜绞过脑汁,但是收获甚微。保罗·马丁(Paul Martin)在他关于心理神经免疫学的书《患病的意识》中,讨论并否定了两种解释。第一种解释是说,这一切只是一个错误,免疫系统与对压力的反应之间的联系只是另外某些系统的副产品。就像马丁指出的,对于人体免疫系统这样一个有着复杂的神经与化学联系的系统来说,这是一个相当不令人满意的解释。身体里很少有哪个部分是偶然形成的、多余的或是没有用处的,复杂的系统更是如此。自然选择会无情地把那些抑制免疫系统的东西砍掉,如果它们确实没有用处。

    第二种解释是说,现代生活方式制造出的压力很多是不自然的、过久的,在以前的环境里这样的压力通常都是短暂的。这个解释同样令人失望。狒狒和孔雀是生活在很自然的环境里,可是它们——以及地球上几乎所有的鸟类和哺乳动物——也因类固醇而遭到免疫抑制。

    马丁承认这是令人不解的事。他不能解释压力不可避免地抑制免疫系统这一事实。我也不能。也许,就像迈克尔·戴维斯(Michael Davies)提出的那样,免疫系统功能的降低是在半饥饿的时候——在现代社会之前这是一种很常见的生存状态——保存能量的办法。也或许,对皮质醇的反应是对睾丸酮反应的副产物(这两种物质在化学成分上非常相似),而免疫系统对睾丸酮的反应则可能是雌性动物的基因故意安排在雄性动物体内的一个机制,用来把那些对疾病的抵抗力更强的雄性与其他的区别开来。换句话说,类固醇与免疫系统的联系也许是某种性别对抗的产物,就像在X和Y染色体那一章里讨论过的一样。我觉得这种解释也不太可信,不过,你要是有本事你想一个出来。

    第十五号染色体 性别

    所有的女人都会变得和她们的母亲一样,这是她们的悲剧;没有一个男人会变得和他们的母亲一样,这是他们的悲剧。  ——奥斯卡·王尔德:《不可儿戏》

    在马德里的普拉多博物馆,挂着两副17世纪宫廷画家胡安·卡瑞尼奥·德·米兰达(Juan Carreo de Miranda)的作品,叫做“穿衣服的恶魔”与“不穿衣服的恶魔”。它们描绘的是一个过于肥胖却一点没有魔相的五岁女孩,她的名字是尤金尼亚·马蒂拉兹·维耶候(Eugenia Martinez Vallejo)。很明显地她有些什么地方不对劲:她很肥胖,对于她的年龄来说是个巨大的人,有着非常小的手和脚和形状怪异的眼睛和嘴。她活着的时候或许是在马戏团被当成畸形人展出的。现在看起来,她很明显地有着一种罕见疾病——普拉德?威利(Prader-Willi)综合症——的所有典型症状。有这种症状的儿童,出生时身体软绵绵的、皮肤苍白,不肯吸母亲的乳头,在后来的生活中却吃饭吃得要把自己撑爆,从来就不觉得饱,所以就变得肥胖。在一个例子中,一个普拉德?威利综合症患儿的父母发现自己的孩子在从商店到家的途中,坐在汽车后座上吃完了一整磅生的熏猪肉。有这种病的人长着小手小脚和欠发育的性器官,智力也有轻微迟钝。他们时不时地会大发脾气,尤其是当他们想要食物而被拒绝的时候,但是他们也有一种能力,被一位医生称为“超群的拼图(jigsaw puzzle,一种游戏,从几百、上千块碎片拼出一副完整的图)能力”。

    普拉德?威利综合症是在1956年由瑞士医生首先确诊的。有一种可能是,它只是另外一种罕见的遗传病,是我在这本书里一再保证不写的那种病,因为基因的存在不是为了致病的。但是,关于这个基因有一些十分奇怪的东西。在80年代,医生注意到,普拉德?威利综合症有时会在一个家庭里以另外一种完全不同的疾病形式出现,不同之处如此之大,可以被称为是普拉德?威利综合症的反面。这种病叫做安吉尔曼综合症。

    当哈里·安吉尔曼(Harry Angelman)在兰开郡沃灵顿(Warrington,Lanca shire)做医生的时候,他第一次意识到,他所说的那些受着罕见疾病折磨的“玩偶孩子”是患有一种遗传疾病。与普拉德?威利综合症的患儿相反,他们身体并不软,反而绷得很紧。他们很瘦、异常地活跃、失眠、头很小、下巴很长,常把他们的大舌头伸出来。他们的动作一顿一顿的,像木偶一样,但是他们有着愉快的性格,总是微笑着,并时不时爆发出一阵大笑。但是他们永远学不会说话,智力严重迟钝。安吉尔曼症患儿要比普拉德?威利症患儿少得多,但是有些时候他们在同一个家族里出现。

    很快弄清楚了,十五号染色体上的同一个区域在普拉德?威利综合症和安吉尔曼综合症患者体内都丢失了。区别则在于,在普拉德·威利综合症患者里,丢失的部分来自父亲的染色体,而在安吉尔曼综合症患者里,丢失的部分来自母亲的染色体。同一种疾病,如果是通过一个男性传到下一代,就是普拉德?威利综合症;如果通过女性传到下一代,就是安吉尔曼综合症。

    这些事实对于我们从格雷戈尔·孟德尔以来了解到的有关基因的一切真是迎头一击。它们与基因组的数码特点似乎不太相符,这就意味着一个基因不仅仅是一个基因,它还带有一些它的出身的隐秘历史。一个基因“记着”它是从父母哪一方来的,因为在卵子受精的时候它得到了一个父方或母方的印记——就像是来自某一方的基因是用斜体字写的。在这个基因呈活跃状态的每一个细胞内,带有印记的那个基因拷贝是活跃的,另一个拷贝则不表达。这样,身体就只表达来自父方的那个基因(在普拉德·威利综合症的情况下),或只表达来自母方的那个基因(在安吉尔曼综合症的情况下)。这具体是怎么发生的我们全然不知,但是我们已经开始在了解它了。它的成因,将是一个不同寻常而又大胆的进化理论所要解释的。

    80年代晚期,在费城和剑桥的两组科学家有了一个出人意料的发现。他们试图制造出只有父亲或只有母亲的老鼠。由于那时从体细胞中直接克隆老鼠还不可能(在多莉(世界上第一只克隆成功的哺乳动物)之后,情况急转直下),费城的那组便把两个受精卵的“前核”做了交换。当一个卵细胞受精的时候,带有染色体的精子细胞核进入卵细胞,却并不马上就与卵细胞核融合在一起:这两个细胞核被称为“前核”。一个灵巧的科学家可以用他的移液管“潜入”受精卵,把精子的细胞核吸出来,把另外一个卵细胞的细胞核放进去;他也可以把卵细胞核取出来,放进另外一个精子细胞核。结果是他得到了两个受精卵,从遗传角度说,一个受精卵有两个父亲,没有母亲,另一个则有两个母亲,没有父亲。剑桥的那一组用了略为不同的技术,但得到的是同样的结果。但是,这两组得到的胚胎都没有能够正常发育,很快就死在子宫里了。

    在有两个母亲的那种情况里,胚胎本身有正常的结构,但它却无法制造一个胎盘来给自己获取营养。在有两个父亲的那种情况里,胚胎制造出了一个又大又正常的胎盘,也基本上有围绕着胎儿的膜。但是,在膜里面胚胎应该在的位置上,只有一小团没有结构的细胞,看不出头在哪里。

    这些实验结果引向了一个不寻常的结论。遗传自父方的基因负责制造胎盘;遗传自母方的基因负责胚胎大部分的发育,特别是头部和大脑。为什么会是这样的?五年之后,当时在牛津的大卫?黑格认为他得到了答案。他开始重新诠释哺乳动物的胎盘,不把它当成是一个用来维持胎儿生命的母体器官,却更把它看做是胎儿的一个器官,目的是寄生于母体的血液循环,在这个过程中又不服从于任何阻挡。他注意到,胎盘实实在在地是钻进母体的血管里去,迫使血管扩张,进而又产生一些激素提高母体的血压和血糖浓度。母体的反应是通过提高胰岛素的浓度来抵御这种“入侵”。但是,如果因为什么原因,胎儿的激素没有分泌出来,母体就不需要提高胰岛素的浓度,仍然有一个正常的怀孕期。换句话说,尽管母体和胎儿有共同的目标,两者却在细节上激烈地争吵,关于胎儿可以使用母体资源的多大一部分——同以后在婴儿断奶时的冲突一模一样。

    但是,胎儿的一部分是由来自母体的基因造成的,所以它们如果发现自己有些相互冲突的利益,也不足为奇。胎儿体内来自父体的基因就没有这样的问题。它们心里没有母亲的利益,她只是为它们提供了一个家。暂时用个拟人的说法,父亲的基因不太信任母亲的基因能够造就一个侵入性足够强的胎盘,所以它们要自己来完成这项工作。因此,我们才得以在有两个父亲的胚胎里发现胎盘基因上有父方的印记。

    黑格的理论做出了一些预测,很多在短时间内就被证实了。具体地说,它预测了给基因加印记这个过程在下蛋的动物里不存在,因为一个在蛋里的基因无法影响母亲在蛋白有多大这个问题上所做的投资:在它可以影响母亲之前,它就已经离开母体了。与此相似的是,袋鼠之类的有袋动物以口袋代替胎盘,从黑格的理论出发,也不会有带有印记的基因。到现在为止,看起来黑格是对的。基因标记是有胎盘的哺乳动物与种子依靠母体才能存活的植物所特有的。

    还有,黑格很快就带着胜利感注意到,一对新近发现的带印记的老鼠基因与他预测的功能一致:控制胚胎的发育。IGF2是由一个基因造出的非常小的蛋白质,与胰岛素类似。它在发育中的胎儿体内很充足,在成人体内却不被表达。IGF2R是另外一个蛋白质,IGF2与之连接起来,但是目的是什么,还不清楚。IGF2R的存在可能只是为了除掉IGF2。现在听好,IGF2和IGF2R基因都带有标记:前者只从来自父方的染色体表达,而后者只从来自母方的染色体表达。它看起来非常像是一场小小的竞赛:来自父方的基因鼓励胚胎的发育,来自母方的基因使其发育不要过度。

    黑格的理论预测,带有标记的基因通常会在这样相互作对的基因对里被发现。在有些情况下,甚至在人体内,他的预测是正确的。人体的IGF2基因位于第十一号染色体上,带有父方的印记。如果有人偶然遗传到了两个父方的版本,他就会受拜克维斯·魏德曼(Beckwith Wiedermann)综合症的折磨,心脏和肝脏会发育得过大,肿瘤在胚胎组织里也会比较常见。尽管人体内的IGF2R基因没有印记,倒确有一个带有母方印记的基因,H19,是与IGF2作对的。

    如果带有印记的基因之所以存在,只是为了跟对方作对,那么你就应该能够把两者的表达都停掉,对胚胎的发育应该没有任何影响。你能够这样做。把所有的印记都去掉,仍然能够得到正常的老鼠。我们又回到我们所熟悉的第八号染色体了,在那里基因是自私的,它们做对自己有利,而不是对整个身体有利的事情。基因标记几乎没有任何内在的目的性(尽管很多科学家曾做过相反的猜测);它只是基因自私的理论和两性冲突的一个具体事例。

    当你开始用基因都是自私的这个方式来思考的时候,一些真正奇怪的想法就进入了你的头脑。试一试这个吧。受父方基因影响的胚胎如果与其他拥有同一个父亲的胚胎一起分享子宫环境,它们的行为会和与其他拥有另一个父亲的胚胎一起分享子宫环境时不太一样。在后一种情况下它们或许有更多的自私的父方基因。这个想法一旦被想到,做一个自然的实验来验证这个预测就是相对容易的事了。不是所有的老鼠都是一样的。在一些种类的老鼠里面,例如Peromyscusmaniculatus,母鼠与多个公鼠交配,每一窝老鼠通常都有几个不同父亲的后代。在其他种类的老鼠里,例如Peromyscuspolionatus,母鼠只与一只公鼠交配,每一窝老鼠都有同一个父亲和同一个母亲。

    那么,当你让P.maniculatus与P.polionatus交配时,会发生什么呢?这取决于哪一种是父亲哪一种是母亲。如果多配偶的P.maniculatus是父亲,幼鼠生下来的时候就有巨大的个头。如果单配偶的P.polionatus是父亲,幼鼠生下来时个头就会很小。你看出来是怎么回事了吗?maniculatus的父方基因,因为估计着自己会与跟自己不同父的其他胚胎合住在子宫里,已经被自然选择培养出了与其他胚胎争夺母体资源的能力。maniculatus的母方基因,估计着子宫里的胚胎们会为了她的资源争斗不停,被自然选择培养出了反击的能力。在事态比较温和的polionatus的子宫里,气势汹汹的maniculatus的父方基因只遇到了一点象征性的抵抗,所以,它们赢了这场竞争:如果幼鼠有多配偶的父亲,它的个头就大;如果有多配偶的母亲,个头就小。这是基因标记理论的一个很清楚的演示。

    这个故事虽然很流畅,但并不是一丝漏洞都没有。就像很多吸引人的理论一样,它好得都不像真的。具体来说,它的一个预测没有实现:带有印记的基因应该是进化得比较快的。这是因为两性之间的冲突会成为分子之间“军备”竞赛的动力,每一种分子通过暂时获得先手而获益。通过一个物种一个物种地比较带有标记的基因,没发现有这种现象。相反地,带有标记的基因似乎进化得很慢。事情看上去越来越像是这样一种情况,即黑格的理论可以解释基因标记的一部分现象,却并非全部。

    基因标记有一个很有意思的后果。在一个男人体内,来自母体的第十五号染色体带有一个记号,说明自己来自母方。但是,当他把这条染色体传给自己的儿子或女儿的时候,它必须用某种方法得到一个记号表明自己是从他体内来的,亦即父方。它必须从一个母方染色体变成父方染色体。在母亲体内有相反的工作需要进行。我们知道,这样的一个转换肯定是发生了的,因为在一小部分安吉尔曼综合症患者体内,两条染色体都没有什么不正常的地方,只除了两者的行为好像它们都来自父方似的。这些是转换没有成功的例子。它们的原因可以被追回到上一代体内的某些突变,这些突变影响一个名叫基因标记中心的东西,它是一小段离有关基因很近的DNA,通过某种方法把父方的标记放到基因上去。这个标记就是一个基因的甲基化,就是我们在第八章里谈过的那种。

    你还记得吧?字母C的甲基化是使基因变得“沉默”的方法,它被用来把那些自私的基因“软禁”起来。但是,在胚胎发育的早期,所谓的胚囊形成的时候,甲基化被去掉了,然后在发育的下一个阶段,原肠胚形成的时候,又被重新加回来。不知为什么,带有标记的基因逃过了这一过程。它们顶住了去甲基的过程。关于它们是怎样做到这一点的,有一些很有意思的线索,但是还没有任何确定的答案。

    我们现在知道,带有标记的基因躲得过去甲基这个过程,是多年以来科学家试图克隆哺乳动物时的惟一障碍。蟾蜍可以很容易地被克隆,只需要把体细胞里的基因放进一个受精卵里即可。但是在哺乳动物那里这一招就是行不通,因为一个女性体细胞内的基因组带有一些被甲基化因而不再活跃的重要基因,男性体细胞里又有另外一些不活跃的基因,这些就是带有标记的基因。所以,在基因标记被发现之后,科学家们曾很自信地宣布,克隆哺乳动物是不可能的。一只克隆出来的哺乳动物,它的有标记的基因在它出生时要么在两条染色体上都表达,要么都不表达,如此就破坏了动物细胞所需要的合适的量,也就导致了发育的失败。发现了基因标记的科学家写到:“用体细胞的核来成功克隆哺乳动物之不可能性,是顺理成章的。”

    之后,突然之间,在1997年上半年,出现了多莉,克隆的苏格兰母羊。她与后来的那些克隆是怎样避开了基因标记这个问题,还是个谜,甚至对她的创造者来说也是如此。但是看上去,在克隆过程中给她的细胞施加的处理方法中,肯定有某一部分把基因的所有标记都抹掉了。

    第十五号染色体带有标记的那一段区域带有大概八个基因。其中的一个一旦被破坏,就会造成安吉尔曼综合症,这个基因叫做UBE3A。在这个基因的旁边是两个一旦被破坏就可能造成普拉德?威利综合症的基因,一个叫SNRPN,另一个叫IPW。可能还有其他的,不过现在让我们先假设SNRPN就是罪魁。

    这两种病并不总是因为这些基因的突变而发生,它们也可以产生于另外一种“事故”。当一个卵细胞在一个妇女的卵巢里形成的时候,它通常是每一条染色体都得到一份。但是在很少见的情况里,一对来自母方的染色体没有能够分离开来,那么,卵细胞就把同一条染色体得到了两份。在精子与卵子结合之后,胚胎就有了三条同样的染色体,两条来自母亲,一条来自父亲。这种情形在高龄孕妇那里更有可能,这对受精卵来说常常是致死的。只有在这三条染色体都是第二十一号染色体——最小的染色体——的时候,胚胎才能够发育成一个可以存活的胎儿,出生之后能够存活几天以上,结果就是唐氏综合症。在其他情况下,多余出来的染色体把细胞内的生物化学反应搅得乱七八糟,使胚胎发育无法成功。

    但是,在大多数情况下,在还没有到这一步的时候,身体就已经有办法来对付这个“三倍体”问题了。它干脆扔掉一条染色体,只留下两条,就像本来应该的那样。困难在于,它这样做的时候很盲目。它无法确定自己扔掉的是两条来自母方的染色体之一,还是惟一那条来自父方的。这样盲目地扔,有66%的机会把来自母方的多余染色体扔掉,不过事故也经常发生。如果它错误地扔掉了惟一那条来自父方的染色体,那么胚胎就高高兴兴地带着两条母方染色体继续发育。在大多数情况下这没有任何关系,但是,如果那“三倍体”是第十五号染色体,你就立刻会看出来将要发生什么。两份带有母方标记的UBE3A要被表达,带有父方标记的SNRPN却一份都没有。结果,就是普拉德?威利综合症。

    表面上看来,UBE3A不是什么有趣的基因。它制造的蛋白质是一种“E3泛蛋白连接酶”,这是一类存在于某些皮肤和淋巴细胞里的、不起眼的从事“中层管理”工作的蛋白质。然后,在1997年年中,三组科学家忽然同时发现,在老鼠和人类里,UBE3A在大脑里也表达。这无异于是炸药。普拉德?威利综合症与安吉尔曼综合症的症状都表明病人的大脑有些不同寻常。更让人惊讶的是,有很强的证据表明,其他一些带有标记的基因在大脑里也很活跃。具体地说,在老鼠里,大部分的前脑看起来都是由带有母方标记的基因造出来的,而大部分的下丘脑(位于脑子的基座处),则是由带有父方标记的基因造出来的。

    这种不平衡是通过一件构想巧妙的科学工作而发现的:老鼠“镶嵌体”的创造。镶嵌体是两个具有不同基因的个体身体的融合。它们在自然条件下就会出现——你可能见过这样的人,你可能自己就是这样的人,但是除非对染色体做细致的检查,你不会意识到。两个带有不同基因的胚胎可以融合起来,然后就像它们原本是一个那样地发育。可以把它们想成是同卵双生子的反面:一个身体里有两个不同的基因组,而不是两个不同的身体带有同样的基因组。

    比较而言,在实验室里制造老鼠的镶嵌体还是很容易的,小心地把两个早期胚胎的细胞融合起来即可。但是在这里,剑桥科研小组的独创性在于,他们把一个正常的老鼠胚胎与另外一个特殊胚胎融合起来了。这个特殊的胚胎,是由一个卵细胞核给另一个卵细胞“受精”而造出来的。这样,它就只带有母亲的基因,没有一点来自父亲的贡献。结果,生出了一只脑子奇大的老鼠。当这些科学家把一个正常胚胎与一个只来自父方的胚胎(从一个卵细胞产生,但是卵细胞的细胞核被两个精子细胞的细胞核所取代了)融合起来之后,结果刚好相反:一只身子大脑袋小的老鼠。通过给母方细胞加上一个类似于无线电信号的生化“信号”,用来报告它们所在的位置,科学家们得以做出了这样一个重大发现:老鼠大脑里大部分的纹状体、脑皮质、海马区都是由这些母方细胞组成的,但是这些细胞被排斥在下丘脑之外。脑皮质是加工来自感官的信息、产生行为的地方。相比之下,父方的细胞在脑子里比较少,在肌肉里则比较多。当它们出现在脑子里的时候,它们为下丘脑、杏仁体、视前区的发育出了些力。这些区域组成了“皮质下感情系统”的一部分,负责控制感情。一位科学家罗伯特·特利沃斯(Robert Trivers)的意见是:这样的区别所反映的是脑皮质需要完成与母方的亲友好好相处这样一项任务,而下丘脑是个自大的器官。

    换句话说,如果我们相信父方的基因不放心让母方基因去造一个胎盘,那么,大脑就是母方基因不放心让父方基因去造的。如果我们像老鼠一样,我们可能就会带着母亲的思想和父亲的感情在这世界上生活(如果思想和感情可以遗传)。在1998年,另外一个带有标记的基因在老鼠体内被发现了,它有个了不起的特点,就是它能够决定一只雌老鼠的母性行为。带有这个Mest基因的正常形式的老鼠是认真照料幼鼠的好妈妈。没有这个基因的正常形式的雌老鼠仍然是正常的老鼠,只是,她们是很差劲的妈妈。她们造不出像样的窝,幼鼠出去闲逛的时候这些妈妈也不把它们招回来,幼鼠身上脏了她们也不管,总的说来,她们好像无所谓。她们的幼鼠通常会死去。无法解释的是,这个基因是从父系遗传来的。只有来自父方的拷贝才有功能,来自母方的拷贝是不活跃的。

    黑格关于胚胎发育冲突的理论无法很轻易地解释这些现象,但是,日本生物学家岩佐庸(YohIwasa)有一个理论却可以。他提出,因为父亲的性染色体决定了后代的性别——如果他传下去一条X染色体,而不是Y染色体,后代就是女性——父方的X染色体就只有在女性体内才有。因此,女性特有的行为就应该只从来自父方的X染色体上表达。如果它们也在来自母方的X染色体上表达,它们就可能也会出现在男性身上,或者它们在女性体内会被表达得太多了。这样,母性行为带有父方遗传的标记就是很合理的事了。

    对这个想法的最好证明来自于伦敦儿童健康研究院的戴维·斯库斯(David Skuse)与同事们做的一项不寻常的观察。斯库斯找到了80位患有特纳综合症的妇女与小女孩,年龄在6~25岁之间。特纳综合症是由于X染色体的部分或全部缺失而引起的。男性只有一条X染色体,女性把她们所有细胞里的一条X染色体都保持在关闭的状态。从原则上说,特纳综合症就应该在发育上没有什么作用。实际也是如此,患有特纳综合症的女孩具有正常的智力和外表。但是,她们常常在“社交适应”方面有问题。斯库斯和他的同事们决定比较两种不同的患特纳综合症的女孩:一种是丢失了来自父方的X染色体,一种则丢失了来自母方的X染色体。25名丢失了母方X染色体的女孩,明显地比55名丢失了父方X染色体的女孩要适应得更好,有着“卓越的语言和高级控制能力,这些能力调节人际间的交往”。斯库斯与同事们是通过让孩子们做标准化的认知测试和给父母调查问卷的方式来估量社交适应能力的。在问卷中,他们询问父母孩子是否有如下的表现:意识不到别人的感受,意识不到别人的烦躁和怒气,对自己行为对家人的影响毫无察觉,总是要求别人陪伴,烦躁的时候很难与之讲道理,自己的行为伤害了别人自己却意识不到,不听命令,如此等等。父母必须回答0(一点都没有)、1(有些时候有)或2(经常如此)。然后,所有12个问题的回答被加起来。所有患特纳综合症的女孩都比正常的男孩女孩的总分高,但是,丢失了父方X染色体的女孩,比起丢失了母方X染色体的女孩,分数要高出一倍多。

    从这里引出的结论是,在X染色体上某个地方有一个带有标记的基因,它在正常情况下只从父方的X染色体上表达,而这个基因通过某种方式促进社交的适应能力——例如,理解别人感受的能力。斯库斯与同事通过观察只丢失了部分X染色体的孩子,又为这种理论提供了进一步的证据。

    这项研究有两个深远的影响。第一,儿童自闭症、阅读困难症、语言障碍以及其他与人相处方面的问题都是在男孩中比在女孩中更普遍,这项研究为这样的现象提出了解释。一个男孩只从他母亲那里收到一条X染色体,也就是说,他收到了带有母方标记的一条,那么促进社交能力的这个基因就是不被表达的。在我写下这句话的时候,这个基因还没有被定位,不过,我们知道有些X染色体上的基因确是带有标记的。

    但是,第二个影响更有普遍意义。在20世纪后半期一直持续的一个有点可笑的争论是两性之间的差异,它把先天因素与环境因素对立起来了。而我们现在开始看到了这个争论结束的可能性。那些喜欢环境因素的人曾经试图否认先天因素的任何作用,而那些喜欢先天因素的人却很少否认环境因素也有作用。问题不在于环境因素是否有作用,因为没有任何一个头脑清醒的人会否认它的作用。问题在于,先天因素是否有作用。当我写这本书的时候,我的一岁女儿有一天在一个玩具童车里发现了一个塑料娃娃,她发出的那种兴奋的尖叫,是我儿子在同样年龄的时候看到过路的拖拉机时会发出的。像很多家长一样,我很难相信这只是因为我们下意识地加给了他们一些“社会规范”。在最早开始的自主活动里,男孩和女孩就有系统的差异。男孩有更强的竞争性,对机器、武器和动手做事更感兴趣,而女孩则对人、衣服和语言更感兴趣。说得更大胆一些,男人喜欢地图、女人喜欢小说可不仅仅是后天培养的结果。

    不管怎么说,一个完美的(虽然人们没有意识到它的残酷)的实验已经被那些只相信环境因素的人做了。60年代,在温尼佩格(Winnipeg,加拿大的一个城市),一个失败的包皮切除手术给一个小男孩留下了一个严重损坏了的阴茎,后来医生决定把它切掉。他们决定,通过阉割、手术和激素治疗等方法把这个男孩变成女孩。约翰变成了琼,她穿了裙子,玩了布娃娃。她长大成了一个年轻女子。1973年,一个弗洛伊德派的心理学家,约翰·莫尼(John Money),突然对公众宣布,琼是一个适应得很好的少年人,她的例子也就结束了一切猜测:性别角色是通过社会环境建立的。

    一直到了1997年,才有人去核对事实。当米尔顿·戴蒙德(Milton Diamond,性别研究专家)和济茨·西格孟德森(Keith Sigmundson,心理学家)找到了琼的下落的时候,他们找到的是一个娶了一位女子、生活幸福的男人。他的故事与莫尼的说法非常不同。在他还是孩子的时候,他就总是深深地为什么事情感到非常不快乐,他总是想穿裤子,想跟男孩子混在一起,想站着撒尿。在14岁的时候,他的父母告诉了他发生过的事情,这让他松了一口气。他停止了激素治疗,把名字又改成了约翰,恢复了一个男性的生活,通过手术切除了乳房,在25岁的时候,他与一个女子结婚,并成了她的孩子的继父。他曾经被当成是性别由社会环境决定的证明,他却证明了这个理论的反面:先天因素在性别的决定上是有作用的。动物学的证据一直是指向这个方向的:在大多数物种里,雄性行为与雌性行为有着很系统的差异,这些差异有着先天成分。大脑是有先天性别的器官。从基因组、有标记的基因、与性别相关的行为诸方面得来的证据,现在都指向同一个结论。

    第十六号染色体 记忆

    遗传为修改它自己提供了方法。 ——詹姆斯•马克•鲍德温,1896

    人类基因组是一部书。一个有经验的技术员通过通读并认真对待不寻常的地方,比如基因标记,就可以造出一个完整的人体。如果有正确的阅读与诠释的方法,一个有能力的现代弗兰肯斯坦(小说《弗兰肯斯坦》中的主人公,是一个医学院的学生;玛丽•雪莱是该书的作者)也可以做到这一点。但是,之后又怎样呢?它可以造出一个人体,并注之以生命之泉,但是,如果“他”要真正地生活,“他”就不仅仅需要存在,还需要做到其他一些什么。“他”需要对外界因素适应、变化、做出反应。“他”需要获得自己的独立性。“他”需要摆脱弗兰肯斯坦的控制。有一种感觉就是,基因们必然失去对它们所创造出来的生命的控制,就像玛丽•雪莱(Mary Shelley)的小说里那个不幸的医学院学生那样。它们必须给“他”自由,让“他”找到“他”自己的生活之路。基因组并不告诉心脏应该什么时候跳动,也不告诉眼睛什么时候应该眨,也不告诉思维什么时候应该思想。即使基因确实为人的性格、智力和人性规定一些变量,并且是以惊人的准确性规定了这些变量,它们知道什么时候应该把权力下放。这里,在第十六号染色体上,存在着一些重要的放220权者:允许学习和记忆的基因。

    也许在很惊人的程度上,我们人类是由我们的基因的“意志”决定的,但是,在更大的程度上我们是由我们一生中所学到的东西决定的。基因组是处理信息的计算机,它通过自然选择从周围世界吸收有用的信息,然后把这些信息汇入它自己的设计图中。进化在信息处理方面慢得要命,常常需要好几代才能够产生一点变化。因此,基因组发现,发明一种快得多的机器对它很有帮助,这就一点也不奇怪了。这个机器的工作是在几分钟甚至几秒钟之间从周围世界里提取信息,并把它整合到自己的行为里去。这个机器就是大脑。你的基因组给你提供了神经,告诉你什么时候你的手被烫到了。你的大脑则给你提供把手从炉台上拿开的动作。

    “学习”是神经科学和心理学的范畴,它是本能的反面。本能是遗传决定的行为,学习则是由经验来调节的行为。心理学中的行为学派在20世纪的大部分时间里都希望我们相信这两者没有什么共同之处。但是,为什么有些事情是通过学习得到的,有些却来自于本能?詹姆斯•马克•鲍德温(James Mark Boldwin)——这一章里的英雄人物——是19世纪一个很不起眼的美国进化理论家。他在1896年写了一篇文章,总结了一场哲学争论。他的文章在当时没有什么影响,事实上,在那之后的91年里也没有什么影响。但是,幸运的是,在80年代晚期,一组计算机科学家把它从默默无闻之中翻了出来,他们认为,他的理论对他们面临的如何教计算机学习的问题有很大的相关性。

    鲍德温试图解释的问题是:为什么有些事情是一个人在他的一生里学习到的,而不是事先设计好的本能。有一个被广泛认同的信念,那就是:学习是好的,本能是坏的,或者说,学习是更先进的,而本能是更原始的。因此,人类的一个标志就是:所有那些对于动物来说是很自然的事情,我们人类都需要学习。人工智能的研究者们遵循着这个传统,很快就把学习放到了最重要的位置上:他们的目的是要造出有多种用途、能够学习的机器。但是这不过是一个事实上的错误。人类通过本能得到的,与动物通过本能得到的一样多。我们爬行、站立、行走、哭泣、眨眼时那种下意识的方式,与一只鸡的方式也差不多。只是在我们移植到动物本能之上的那些事情上,我们才使用学习这一方法:诸如阅读、开车、去银行存款、购物等事情。“意识的主要作用”鲍德温写道:“是使儿童学习遗传没有给他们的东西。

    而且,通过迫使我们学习什么事情,我们把自己放在了一个有选择性的环境里,这个环境很看重一个人把学到的东西变成直觉从而在将来能够用本能来解决问题。这样,学习就慢慢为本能让路。我在讲述第十三号染色体时谈到过,产奶动物的养殖给身体出了一个难题:消化不了的乳糖。第一个解决办法是文化上的:制造奶酪,但是后来身体进化出了一个内在的解决方法,即把乳糖酶的制造持续到成年。如果不识字的人在足够长的时期内在繁殖后代方面处于劣势,也许最终识字都会变成一种内在的特性。实际上,因为自然选择的过程就是从环境中提取有用的信息并把它在基因里储存起来,你也许可以把人类基因组看成是40亿年以来积累起来的学习成果。

    但是,把学到的事情变成本能的优势是有限度的。在口头语言这个例子里,我们有很强的语言本能,但这是一个可塑性很强的本能。如果自然选择一路干到底,甚至把词汇也搞成是本能的东西,那就明显地是发疯了。如果那样,语言就会成为一个太没有可变性的工具:没有一个词用来指代计算机,我们就必须把它描绘成“当你与它交流时它能够思考的东西”同样地,自然选择想到了(原谅我这种目的论的说法)要给迁徙的鸟类一个用星座导航的系统,但是这个系统不是完全装配好的。因为岁差的缘故,正北的方向是在逐渐变化的。鸟类的每一代都能够通过学习来校正自己的星座罗盘,这是生死攸关的事。

    鲍德温效应是文化进化与遗传进化之间微妙的平衡。它们不是事物的相反两面,而是伙伴的关系,它们互相影响,以求达到最好的效果。一只鹰可以从父母那里学到生存本领,从而更好地适应自己的生存环境。一只布谷鸟则必须把所有本事都建立在本能之中,因为它永远见不到自己的父母。(布谷鸟自己不孵卵,而是把卵产在别的鸟的巢里)它必须在从蛋里出生之后的几小时之内就把所寄居的鸟窝里养父母的孩子赶走;必须在幼年时期就迁徙到非洲适合它生活的地方,并且要在没有父母带领的情况下完成;它必须发现怎样找到毛毛虫并以它们为食;必须在第二年春天返回自己的出生地;必须给自己找到一个配偶;必须为自己的孩子找到一个合适的有主儿的巢。这些都靠的是一系列本能的行为,再加上一次次谨慎的从经历里的学习。

    就像我们小看了人类大脑对本能的依靠程度,我们也小看了其他动物学习的能力。例如,人们已经揭示出野蜂从自己的经历中学到很多如何从不同种类的花里采集花蜜的本事;如果只练习过在一种花上采蜜,它们见到另一种花时就会不知所措,直到练习过一阵。但是,只要它们知道怎样对付一种花,它们对付起形状相似的花来就更容易。这就证明了它们不仅仅只是记住了每一种花的特性,而是总结出了一些抽象的原理。

    另外一个从与野蜂一样的低等动物那里得到的动物学习的著名例子是海参。很难想象有比它更卑微更简单的动物了。它既不怎么动又小、又简单、又不出声。它有个极小的脑,它的一生中就是进食与交配,从来不精神紧张。让人羡慕。它既不会迁移也不会交流,不会飞也不会思考。它只是存在着。与布谷鸟甚至是野蜂比起来,它的生活太容易了。如果简单动物运用本能、复杂动物学习这一理论是正确的,那么,海参什么也用不着学。

    但是,它能够学习。如果一股水流射到它的鳃上,它会把鳃收回去。但是如果一股股水持续地喷到它的鳃上,这个收回的举动就逐渐停止了。海参对它认定的“假情报”不再做出反应。它“习惯”了。这当然不是学什么微积分,但是它同样也是学习。反过来,如果在水喷到鳃上之前先给它一次电击,海参会学着把自己的鳃收回得更多——一个叫做“敏化”的现象。它还可以像巴甫洛夫那些著名的狗一样形成条件反射:它可以在感到一股非常轻微的水流时就收回自己的鳃,如果这轻微的水流与一次电击总是同时出现。之后,这轻轻的水流本身就导致使海参飞快地把自己的鳃收回去,虽然在通常情况下这样轻微的水流不足以使海参收鳃。换句话说,海参有能力像狗或人那样学习:习惯、敏化、“联想”学习。但是它们甚至不用它们的脑。这些反射与能够修改它们的学习过程发生在腹部神经节,在这些黏糊糊的动物肚子上的一个小小的神经系统“中转站”在这些实验背后的人,埃里克•坎德尔(Eric Kandel,生物学家,因为在学习的细胞机制方面的工作,与另外两位科学家分享了2000年诺贝尔生理学和医学奖),动机并不是要跟海参过不去。他想要理解学习的最基本机制。学习是什么?当大脑(或腹部神经节)形成了一种新的习惯或改变了它的一种行为的时候,神经细胞里发生了什么?中枢神经系统里有很多神经细胞,电信号在每一个细胞里游走,另外,还有很多突触,它们是神经细胞之间的“桥梁”当神经系统里的一个电信号到达一个突触的时候,它必须要先变成一个化学信号,然后才能以电信号的形式继续旅行,就像火车上的旅客需要搭渡轮过海峡一样。坎德尔的注意力很快就集中在神经细胞之间的这些突触上了。学习似乎是在改变它们的特性。这样,当海参习惯于一个假情报的时候,接受感官信息的神经细胞与移动鳃的神经细胞之间的突触被以某种方式弱化了。反过来,当海参对某种刺激敏化了的时候,这个突触就被加强了。慢慢地,坎德尔与同事们巧妙地逼近了海参脑子里的一个分子,它位于突触弱化或强化的中心。这个分子叫做环化腺苷酸(cyclic AMP)。

    坎德尔与他的同事们发现了一串围绕着环化腺苷酸的化学反应。我们先忽略它们的正式名字,先想象有一串化学物质名字就叫A、B、C……:
    A造出B,
    B造出C,
    C打开一个叫做D的通道,
    这样就使得更多的E进入了细胞内部,
    E延长了释放F的时间,
    F就是把信号送过突触以到达下一个神经细胞的神经递质。
    现在,凑巧的是C也激活一个名叫CREB的蛋白质,激活的方式是改变它的形状。动物如果缺少这种被激活的CREB,仍然可以学习,但是学到的东西大约一小时之后就不再记得了。这是因为CREB—旦被激活就使其他基因开始表达,从而改变突触的形状和功能。以这种方式被改变的基因叫做CRE基因,意思是环化腺苷酸反应因子。如果我讲得比这还细,我会把你闷得扔下这本书直奔离你最近的惊险小说,不过再忍受一下,事情马上又会变得简单起来了。

    事情会变得如此简单,现在是跟“笨伯”见面的时候了。笨伯是一种带有突变的果蝇,它学不会这么一件事:某种气味出现之后总会出现电击。它是在70年代被发现的,是一连串“学习突变”中的第一个,这些“学习突变”的发现,是通过用射线照射果蝇然后让它们完成一些简单的学习任务,然后繁殖那些完成不了这些任务的果蝇而得到的。其他的突变种果蝇随着“笨伯”之后陆续被发现了,它们叫做“白菜”“健忘”“萝卜”“小萝卜”“大萝卜”等等。(这又一次说明,果蝇遗传学家在给基因起名字方面所享有的自由,比人类遗传学家的要大得多。)现在总共有17个“学习突变”在果蝇中被发现了。受到坎德尔研究海参成果的提醒,冷泉港实验室(美国生物学实验室,由发现了DNA结构的詹姆斯•沃森指导)的梯姆•塔利(Tim Tully)开始研究这些突变的果蝇到底是什么地方不对劲。让塔利和坎德尔高兴的是,在这些突变种果蝇体内被损坏了的基因都与制造或响应环化腺苷酸有关。

    塔利接着提出,如果他能够彻底毁掉果蝇的学习能力,那么他也应该可以改变或加强它的学习能力。通过去掉制造CREB蛋白质的基因,他造出了一种可以学习却记不住自己学了什么的果蝇——学到的东西很快就从记忆里消失了。很快地,他又得到了另外一种果蝇,它们学习得如此之快,某种气味之后会有电击这样一个信息,它们只要学一遍就会了,而其他果蝇通常要学十遍才会。塔利描述这些果蝇说它们有照相机一般的记忆。但是,这些果蝇远远算不上聪明,它们在总结规律方面很差劲。它们就像这样一个人:因为他骑自行车在晴天摔了一跤,以后他就拒绝在有太阳的时候骑自行车。

    记忆出众的人,比如著名的俄国人谢拉什维斯基(Sherashevsky),就经历过这样的问题。他们的脑子里充满了那么多的小知识,使得他们常常只见树木不见森林。智慧要求的是把什么该记住什么该忘掉恰当地结合起来。我常常遇到这样一个现象:我能容易地记起——也就是说,能够认出——我读过某一段文章或听过某一段广播节目,可是我背不出它们的内容。它们的记忆是用某种方式藏在我的意识够不着的地方。也许,对于那些记忆超群的人来说它们没有藏得这么好。

    塔利相信CREB处于学习与记忆机制的中心地位,是一种有控制权的基因,它使其他基因开始表达。这样,为理解学习而进行的探索最终变成了对基因的探索。动物有学习的能力而并不是只依靠本能,这一发现并没有让我们逃脱基因的“暴政”,我们只不过发现了,最好的理解学习的方法是了解基因和它们的产物是怎样使得学习能够进行的。

    到现在,如果你得知CREB不仅是在海参和果蝇里才有,就应该不是什么让你吃惊的事了。在老鼠体内有一个几乎是一模一样的基因,失掉CREB基因的突变种老鼠也已经被造出来了。就像预测的那样,这些老鼠学不会简单的东西,比如说,记住眼睛看不见的水下平台在游泳池里的什么地方(这是老鼠学习实验中很标准的“折磨”它们的方法),或者记住什么食物是安全的。通过把反义的CREB基因——它可以在短期内抑制CREB基因——注射到老鼠的大脑里去,老鼠可以变得有短暂的失忆。相反的是,如果它们的CREB基因异常活跃,它们就会是超级的学习能手。

    老鼠与人的距离,从进化角度说也仅仅是毫发之间。我们人类也有CREB基因。人类的CREB基因本身是在第二号染色体上,但是帮助它正常工作的一个重要同盟——CREBBP——却就在这里——第十六号染色体上。与第十六号染色体上另外一个名叫a-整合蛋白的学习基因一起,CREBBP给了我一个(不怎么充分)的理由,把学习这个题目单列成一章。

    在果蝇里,环化腺苷酸系统似乎在一个叫做蘑菇体的大脑区域里异常活跃,它是果蝇大脑里突出来的一堆神经细胞,它们组成了一个伞菌形状的结构。如果一只果蝇的脑子里没有蘑菇体,那么这样的果蝇通常学不会气味与电击之间的联系。CREB和环化腺苷酸似乎就是在蘑菇体里工作。它们具体是怎样工作的直到现在才开始变得清楚起来。通过系统地寻找其他没有学习能力和没有记忆的突变种果蝇,休斯顿的罗纳德*戴维斯(Ronald Davis)、麦克尔•格洛特维尔(Michael Grotewiel)与他们的同事找到了另外一种突变种果蝇,他们给它取名叫“沃拉多”(对于“沃拉多”,他们给了一个很有用的解释。在智利语里它是一种俗语,意思跟“心不在焉”和“健忘”相近,一般用来形容教授)。就像“笨伯”、“白菜”和“萝卜”一样,沃拉多果蝇学习起来很困难。但是,与其他基因不同的是,沃拉多好像跟CREB和环化腺苷酸都没有关系。它是a-整合蛋白中一个部分的配方,这个蛋白质存在于蘑菇体里,似乎在把细胞聚集在一起这个方面有一些作用。

    为了检验这是不是一个“筷子基因”(请看第十一号染色体那一章),除了改变记忆之外是否还有很多其他功能,休斯顿的科学家们做了一件很巧妙的事。他们拿一些自身的“沃拉多”基因被除掉的果蝇,插进去一个与“热激”基因——这个基因在突然受热的时候就开始表达——连在一起的“沃拉多”基因。他们小心地把这两个基因进行了排列,使得“沃拉多”基因只在热激基因表达之后才能够有功能。在温度低的情况下,这样的果蝇没有学习能力。但是,在给了它们一个热刺激三小时之后,它们忽然变成了学习能手。再过几个小时之后,在热刺激已经成为过去的时候,它们又失去了学习能力。这意味着在学习发生的那一瞬间需要“沃拉多”基因,它不是一个仅仅是在建造学习所需的构制时才需要的基因。

    沃拉多基因的任务是把细胞聚集在一起,这个事实提出了一个吸引人的假设,那就是记忆也许真的就是把细胞之间的连接变得更加紧密。当你学什么东西的时候,你改变了你的大脑里的网路,在以前没有连接或只有很弱连接的地方产生新的或更强的连接。我当然可以接受这种有关学习和记忆的说法,但是我很难想象我的关于“沃拉多”一词词义的记忆就是几个神经细胞之间突触连接更加紧密。这真让人百思不得其解。我感觉到,科学家们把学习与记忆的问题“简化”到了分子层次上之后,不仅远远没有把这个问题的神秘性消除,而且在我面前打开了一种新的吸引人的神秘:这个神秘就是,试图想象神经细胞之间的连接不仅给记忆提供了一种机制,而且它们本身就是记忆。它与量子物理是同样给人刺激的神秘,比欧异家板(从神灵世界里获取信息的装置)和飞碟刺激得多了。

    让我们往这个神秘性里再走得更深一些。沃拉多的发现暗示了这样一个假设:整合蛋白对于学习和记忆是至关重要的,但是,这样的暗示以前就有过了。到了1990年的时候,我们已经知道有一种抑制整合蛋白的药会影响记忆力。具体地说,这个药对一种名叫长效强化的过程起干扰作用,而长效强化似乎在记忆的产生中有着重要作用。在大脑基部的深处有一个结构叫做海马区(hippocampus,在希腊语里是海马的意思),海马区的一部分叫做阿蒙角(这个名字来源于埃及与羊相关的神。亚历山大大帝在神秘地造访了利比亚的斯瓦赫(Siwah)绿洲之后,称阿蒙是自己的父亲)。在阿蒙角里有数量众多的“金字塔”细胞(注意这持续不断的埃及风格),它们把其他感觉神经细胞的信息收集到一起。一个“金字塔”细胞很难“开火”(“开火”在这里指神经细胞送出一个电信号),但是如果有两个独立的信息同时输入,它们共同的努力就会使“金字塔”细胞产生电信号。一旦产生过一次电信号,它就容易再次产生了,但是这只是当它接到最初使它开火的那两个信息的时候,其他的输入信号没有用。这样,眼睛里看到金字塔和耳朵里听到“埃及”这个词能够结合起来使一个“金字塔”细胞产生电信号,在这两者之间产生一种联系记忆。但是,关于海马的念头虽然可能也与同一个“金字塔”细胞是连接在一起的,却没有用同一种方式被“加强”,因为它与另外两种信息没有同时到达。这是一个长效强化的例子。如果你用过于简单化的方式把这个“金字塔”细胞想象成是埃及的记忆,那么它现在就可以被金字塔的画面或“埃及”这个词,但不是海马这个词,诱发而产生电信号。

    长效强化,例如海参的学习,绝对需要突触性质的改变,在“埃及”这个例子里,就需要输入信号的细胞和金字塔细胞之间突触的改变。这个改变几乎肯定要跟整合蛋白有关。奇怪的是,抑制整合蛋白并不干扰长效强化的形成,但是的确影响它形成之后的保存。整合蛋白可能真的是把突触“绑”在一起。

    不久之前我曾经很随意地暗示过,“金字塔”细胞可能就是记忆。这是瞎说。你童年时期的记忆甚至都不在海马区里,而是在新皮质里。存在于海马区内部和附近的是形成新的长期记忆所需的机制。“金字塔”细胞大概是以某种方式把新形成的记忆送到它最终存在的那个区域里去。我们之所以如此认为,是因为两个出色却偏偏倒霉的年轻人,他们在50年代遇到了古怪的事故。第一个年轻人在科学文献里以他名字的简称H.M.而被人所知,为了避免因为一次自行车事故而引起的癫痫发作,他的大脑的一部分被切除了。第二个人被称做N.A.,是空军里的雷达技师。有一天他在做一个模型的时候,忽然转过身来,而他的一个同事正在玩一把假剑,碰巧就在那个时刻把剑往前一伸,剑从N.A.的鼻孔穿进去,进了他的脑子。

    这两个人直到今天仍然受健忘症的折磨。他们可以很清楚地记起从他们小时候到出事之前几年的事情。他们可以很短期地记住眼前发生的事——如果在他们记住这些事和回忆这些事之间不再用其他事来干扰他们。但是,他们无法形成新的长期记忆。他们认不出一个每天都见的人的面孔,也学不会记住回家的路。在N.A.的情况里(他是症状较轻的一个),他没法看电视,因为一播广告,他就忘了广告之前演的是什么了。

    H.M.可以很好地学习一项新的技能并不把它忘掉,但是他却想不起来自己曾经学过这项技能。这意味着“程序”记忆是在一个与关于事实或事件的“陈述”记忆不同的地点形成的。这个区别通过研究另外三个年轻人得到了证实。这三个年轻人对事实与事件有严重的健忘症,但是他们上学期间学习阅读、写作和其他技能却没有遇到什么困难。在做脑部扫描的时候,发现这三个人的海马区都非常之小。

    但是,除了记忆是在海马区形成的之外,我们还可以说得更具体一些。H.M.和N.A.受到的损伤暗示了另外两个大脑区域与记忆形成之间的关系:H.M.还缺少中心颞叶,而N.A.缺少一部分间脑。从这里得到启示,神经科学家们在寻找最重要的记忆区域时逐渐把范围缩小到了一个主要区域:鼻周皮质。在这里,来自视觉、嗅觉、听觉及其他感觉器官的信息经过处理成为记忆,也许通过CREB的帮助而完成。之后,信息被送到海马区,然后又送到间脑,暂时储存。如果某个信息被认为是值得永久储存的,它就以长期记忆的形式被送回新皮质储存起来:这就是那个奇怪的瞬间,你忽然用不着查某个人的电话号码,而是自己就能想起来了。记忆从中心颞叶传到新皮质的过程似乎有可能是在夜间睡觉的时候发生的:在老鼠脑子里,中心颞叶的细胞在睡觉时特别活跃。

    人类大脑是一个比基因组还更令人惊叹的机器。如果你喜欢数量化的东西,那么,大脑里有上万亿的突触,而基因组只有上十亿的碱基对,大脑的质量以千克计,而基因组则以微克计。如果你喜欢几何学,那么,大脑是一个三维的逻辑机器,而不是一230个数码式的一维机器。如果你喜欢热力学,那么,大脑在工作的时候产生大量的热量,就像一个蒸汽机一般。对于生物化学家来说,大脑需要成千上万种不同的蛋白质、神经递质以及其他化学物质,并不仅仅是DNA的四种核苷酸。对于没有耐心的人来说,

    我们真的是眼睁睁地看着大脑在不断改变,突触不断地变化以产生新学来的记忆,而基因组的变化比冰山移动还慢。对于热爱自由意志的人来说,一个名叫经验的无情的园丁对我们大脑里神经网络所进行的修整对于它的正常功能有着至关重要的作用,而基因组只是把事先定好的信息放送出来,比起大脑来,没有什么变化余地。从各种角度来看,有意识、由自由意志控制的生活似乎都比自动化的、基因决定的生活更有优势。但是,正如詹姆斯·马克·鲍德温意识到而又被今天研究人工智能的书呆子们所欣赏的,这样的两分法是错误的。大脑由基因制造出来,它有多好取决于它内在的设计。它被设计成一个能够被经验修改的机器,这是写在基因里的。基因是怎样做到这一点的,这个秘密是当代生物学面临的最大挑战之一。但是毫无疑问,人类大脑是基因的神通的最好纪念碑。它标志着一个出色的领导者知道应该在何时把权力下放。基因组就知道应该何时把权力下放。

    第十七号染色体 死亡

    为自己的祖国而死既甜蜜又光荣。——荷雷斯(公元前65〜8年,罗马诗人、讽刺文学作家)

    古老的谎言。——威尔弗雷德•欧文(20世纪英国诗人)

    如果学习是在大脑细胞之间建立新的联系,它也同时是失去旧的联系。在出生的时候,大脑细胞之间的连接太多了,随着大脑的发育,很多连接被丢掉了。比如说,在最初的时候,每一侧的视觉皮质都与到达每一只眼睛的一半信息有连接。通过很剧烈的调整,才使得它们成为这样一种情况:一侧接受来自右眼的信息,另一侧接受来自左眼的信息。经验导致了那些不必要的连接衰弱、消失,也因此把大脑从一个多用途的机器变成了很专门的机器。就像一个雕塑家把一块大理石削来凿去以形成人形那样,环境也把多余的突触去掉以使大脑功能更强。在一个瞎眼的幼年哺乳动物或者眼睛一辈子被遮住的动物那里,这样的调节从来不会发生。

    但是,这个过程除了突触连接消失之外,还有其他意义。它还意味着整个细胞的死亡。有着不正常形式的ced-9基因的老鼠不能正常发育,因为它大脑里多余的细胞不能履行他们的职责而死去。这样的老鼠最终会有一个结构不正常、负担过重、不能正常运转的大脑。民间流传的说法总喜欢强调一个恐怖的(却没有意义的)统计数字,即我们每天要失去100万个大脑细胞。在我们幼年的时候,甚至当我们在子宫里的时候,我们确实以很快的速度失去脑细胞。如果我们没有失去这些细胞,我们就永远也不可能思考。

    受到ced-9之类的基因刺激之后,不必要的细胞就大规模地自杀(其他ced基因在身体的其他器官里引发细胞自杀)。这些要死的细胞顺从地遵守一个精确的程序。在肉眼难见的线虫里,发育中的胚胎有1090个细胞,但是,它们中的131个会在发育过程中自杀,在成年线虫体内剩下959个细胞。它们好像是牺牲自己来换取身体的更大利益。“为自己的祖国而死既甜蜜又光荣”,它们高喊着口号英雄般地逝去了,就像战士们冲上凡尔登(第一次世界大战时德军与法军激烈交战之地,双方死亡将士各达40万人)的峰顶,或是工蜂自杀性地蜇入侵者。这样的比喻远不是只有表面的相似。身体内细胞之间的关系在事实上非常像是蜂巢里蜜蜂之间的关系。你体内细胞的祖先曾经一度是独立的个体,在大约6亿年前,它们在进化过程中决定要合作。这与5000万年以前社会性的昆虫决定要合作几乎是一样的:遗传上关系很近的个体意识到,如果它们把繁殖后代变成一项专门的工作,效率就会高得多,在细胞那里,它们把这项工作交给了生殖细胞,在蜜蜂那里,这项工作交给了蜂王。

    这个比喻如此之好,进化生物学家们开始意识到合作精神是有限度的。就像凡尔登的战士们偶尔被逼得不得已,会不顾集体利益地叛变。如果工蜂们得到机会,它们也会繁殖自己的后代。只有其他工蜂的警惕性可以阻止它们。蜂王通过与多只雄蜂交配来保证大多数的工蜂都只是半个姐妹(一个蜂群里的工蜂都是同一只蜂王与不同雄蜂的后代,同母不同父),因此,它们在繁殖后代方面也就没有多少共同的兴趣。这样,蜂王就能保证工蜂对她忠心,而不是工蜂之间彼此忠心。身体里的细胞也是如此。叛变是个永恒的问题。细胞们经常忘记它们对“国家”的职责,即为生殖细胞服务。它们经常要复制自己。不管怎么说,每一个细胞都来自一代一代传下来的生殖细胞,在整整一代里都不分裂是很违反本性的。也就因此,在每一个器官里、每一天里,都有细胞打破秩序重新开始分裂,就好像它抵御不了基因要复制自己的古老召唤。如果这个细胞的分裂不能被制止,结果就是我们所说的癌症。

    但是,通常它是会被制止的。以癌症为后果的叛变是如此古老的问题,所有身体比较大的动物都在细胞里带有一套精巧的开关,在细胞发现自己变得具有癌症性质的时候,这套装置可用来引起细胞自杀。最著名和最重要的开关,事实上自从它在1979年被发现以来也可能是被人们谈论得最多的人类基因,是TP53,就在第十七号染色体的短臂上。这一章就是要通过一个主要功能是防止癌症产生的基因,来讲述癌症的非凡故事。

    在理查德•尼克松(Richard Nixon)(当时的美国总统)1971年宣布对癌症宣战的时候,科学家们甚至还不知道敌人是谁,只除了一个明显的事实:癌症是细胞组织过多的生长。大多数癌症明显地既不是来自传染也不是来自遗传。传统说法是癌症不是一种疾病,而是一群多种多样的病变,由多种原因引起,这些原因多数来自外部。扫烟囱会因炭灰而染上阴囊癌;X光技术员和广岛原子弹的幸存者因为辐射而得白血病;吸烟的人因吸烟而得肺癌;造船厂工人则因接触石棉纤维而得肺癌。在各种癌症之间可能没有共同的联系,如果有,也许就是免疫系统没有能够抑制肿瘤。传统的说法就是这样。

    但是,两项齐头并进的研究开始得出了一些新的认识,它们最终把我们领到了在认识癌症方面的革命。第一个是在60年代加利福尼亚州布鲁斯•爱姆斯(Bruce Ames)的发现。他发现,很多导致癌症的化学物质和辐射,例如煤渣和X射线,都有一个重要的共同点:它们都很有效地损坏DNA。爱姆斯瞥见了这样一个可能性:癌症是基因的病变。

    第二个突破很早就开始了。在1909年,佩顿•劳斯(Peyton Rous)(1966年获诺贝尔生理学和医学奖)发现有肉瘤的鸡可以把病传给一只健康的鸡。他的工作在很大程度上被忽略了,因为几乎没有什么证据表明癌症是有传染性的。但是,在60年代,一连串的动物癌症病毒被发现了,第一个就是劳斯肉瘤病毒。劳斯最终在86岁高龄的时候获颁诺贝尔奖,以表彰他的先见之明。人类癌症病毒不久也被发现了,变得明显了的是好多类的癌症,例如宫颈癌,实际上是部分地由于病毒感染而引起的。

    把劳斯肉瘤病毒送到基因测序机里,我们发现它带有一个特殊的导致癌症的基因,现在被称为src。其他类似的癌基因很快就从其他癌病毒里被发现了。与爱姆斯一样,病毒学家们开始意识到了癌症是基因的病变。在1975年,癌症研究领域被折腾了个底儿朝天,因为人们发现src根本就不是一个病毒基因。它是一个我们都有的基因,鸡、老鼠、人类体内都有。劳斯肉瘤病毒是从它的宿主那里偷走了这个基因。

    比较传统的科学家很不愿意接受癌症是基因病变的事实:不管怎么说,除了极个别的例子之外,癌症并不遗传。他们忘记了基因并不只存在于生殖细胞里,在一个生命的一生里,基因在所有其他器官里都有用处。在身体的一个器官里的基因病变,即使不是在生殖细胞里,仍然是基因病变。到了1979年,已经有从三种不同肿瘤里得到的DNA在老鼠体内诱发了类似癌症的细胞生长,这样就证明了基因本身可以导致癌症。

    从一开始就很清楚什么样的基因会是癌基因——鼓励细胞生长的基因。我们的细胞拥有这样的基因,所以我们才能够在子宫里生长,能够在儿童时代生长,能够在之后的生活中愈合伤口。但是,至关重要的一点是这些基因大多数时候都应该是关闭着的。如果它们很容易就可以被开启,结果就是灾难性的。我们的身体里有100万亿个细胞,而且更新很快,因此,在一生的时间里癌基因有很多机会可以被开启,即使没有导致突变的吸烟、日光照射等因素从旁鼓励。但是幸运的是,身体拥有一些基因,它们的任务就是识别细胞的过度生长,并使其停止。这些基因最早是由牛津的亨利•哈里斯(Henry Harris)在80年代中期发现的,被人们称为肿瘤抑制基因。它们是癌基因的对立面。癌基因在开启的时候导致癌症,肿瘤抑制基因则在被关闭的时候导致癌症。

    它们用各种方式履行自己的职责,最突出的是在细胞生长、分裂周期的某一时刻把它“关押”起来,并且,可以这么说吧,只有当这个细胞的一切许可证都备齐了之后,才把它放出来。所以,要想进到下一步,一个肿瘤必须要有一个细胞是具有同时开启了的癌基因与关闭了的肿瘤抑制基因的。这就已经不太可能了,但这还没完。要摆脱控制、自由生长,肿瘤现在还需要通过一个决心更大的检查站,那里的哨兵是一个基因,它能够察觉细胞内的异常活动并给其他基因签发命令,把这个细胞从内部解体:细胞的自杀。这个基因就是TP53。

    最初,当TP53在1979年被邓迪(Dundee)的戴维•莱恩(David Lane)发现的时候,人们以为它是一个癌基因,后来它被认出是一个肿瘤抑制基因。1992年的一天,莱恩和他的同事彼得•霍尔(Peter Hall)在酒馆里聊TP53的时候,霍尔伸出自己的手臂,愿意用自己做实验来验证TP53是不是肿瘤抑制基因。拿到动物实验的许可证需要几个月的时间,但是在一个志愿者身上做实验却立刻可以进行。霍尔通过辐射把自己的胳膊一次一次地弄出了小小的伤口,莱恩则在之后的两星期内取了霍尔伤口处的活体样品。

    他们发现,在受到辐射之后,p53——由TP53制造出来的蛋白质——水平显著上升,清楚地证明这个基因对能够导致癌症的伤害有反应。之后,莱恩开始研究以p53作为临床克癌药物的可能性,在本书出版的时候,第一批志愿者要开始服用p53。事实上,邓迪的癌症研究进展如此之快,p53眼看就要成为这个苏格兰台河(Tay)河口边小城的第三大著名产品了,前两个是黄麻和橘子酱。

    TP53基因上的突变几乎是致命的癌症最典型的特征。在所有人类癌症的55%中,TP53都被损坏了。在肺癌里,这个比例上升到90%以上。那些出生时的两份TP53基因中有一份就已经不正常的人,有95%的机会要得癌症,而且通常在年龄很小的时候就得癌。举一个例子,就说结肠和直肠癌吧。这个癌症的开始,是因为一个突变破坏了一个名叫APC的肿瘤抑制基因。如果生长中的息肉又出现了第二个突变,使得一个癌基因RAS被开启,它就变成一个所谓的“腺瘤”。如果这时它再出现第三个突变,破坏一个现在还没有被确认的肿瘤抑制基因,腺瘤就成为一个问题更严重的肿瘤。现在,它就有了得到第四个突变的危险。第四个突变如果发生在TP53基因上,它就把肿瘤变成恶性的癌。相似的“多次打击”模型在其他种类的癌症里也适用,TP53突变常常发生在最后一步。

    你现在就可以看出来,为什么在肿瘤生长的早期就下诊断是那么重要。一个肿瘤越大,它就越有可能已经得到了下一个突变,不仅因为概率的原因,也是因为肿瘤内细胞的快速繁殖很容易引起基因传递过程中的错误,导致突变。特别容易得某些癌症的人经常在“促突变”基因上有突变,它们通常鼓励突变的出现(在关于第十三号染色体的那一章里讨论过的乳腺癌基因BRCA1和BRCA2,也许就是乳房特有的促突变基因)。这些人也有可能已经带有了一份有问题的肿瘤抑制基因。肿瘤就像兔子似的,很容易受到既快又强的进化压力。就像繁殖得最快的兔子很快就会在一个养兔场里占上风一样,在每个肿瘤里繁殖最快的细胞会迅速占上风,排挤掉那些更加稳定的细胞。就像带有突变的兔子能够钻进地洞躲避恶棍,也就因此很快能够排挤掉那些只会坐在开阔地里的兔子,肿瘤抑制基因里的突变如果能够使细胞分裂不被抑制,它就很快能够挤掉其他突变而占上风。肿瘤所处的环境在选择肿瘤抑制基因里的突变时,真的就像是外界环境选择兔子。突变最终在一些情况下出现并不是什么神秘的事。突变是随机的,选择却不是。

    与此类似的是,现在我们也清楚了为什么癌症这种病主要是老年病,年龄每增加十年,癌症出现的几率就翻一番。在10%〜50%的人体内(具体数字与所居住的国家有关),癌症最终会绕过各种肿瘤抑制基因,也包括TP53,会让我们得上这种可怕的而且可能会致死的疾病。这其实是预防医学成功的一个标志,起码在工业化的国家里,它除掉了其他那么多致死的因素使人能够长寿,不过这个说法不会给我们什么安慰。我们活得越长,我们的基因里就积攒了越多的错误,在同一个细胞里一个癌基因被开启、三个肿瘤抑制基因被关上的可能性就越大。这种情况出现的几率是不可想象的小,但是我们一生中造出来的细胞的数目又是不可想象的大。就像罗伯特•温伯格(Robert Weinberg)(当代美国生物学家,癌症研究方面的先驱之一)说过的:C5]“每10亿亿次细胞分裂中出现一次致命的恶性事故,看起来不太坏嘛。”

    让我们近距离看看TP53吧。它有1179个字母长,编码的是一个简单蛋白质的配方。p53在正常情况下很快就会被其他酶降解掉,它的半衰期只有20分钟。在这种状况下p53是不活跃的。但是,当接到一个信号之后,p53的制造就迅速加快,而它的降解也几乎停止了。这个信号还很神秘,对于它到底是什么,还有争议,但是DNA的损坏是它的一部分。被损坏了的小段DNA好像用某种方式提醒了p53。像一个刑事案件的破案小组或突击队一样,p53匆忙地进入战斗位置。下一步发生的,是p53掌握整个细胞的控制权,就像汤米•李•琼斯(Tommy Lee Jones)或哈维•凯特尔(Harvey Keitel)(两人都是好莱坞电影明星)演的那些角色一样,来到事故现场说:“我们是联邦调查局,从现在开始由我们接管了。”p53主要靠着激活其他的基因来告诉细胞做两件事之一:要么停止繁殖,停止复制它的DNA直到损伤被修复,要么自杀。

    另外一个有了麻烦的标志也会提醒p53,那就是如果细胞开始缺氧,这是判断一个细胞是否成为了癌细胞的依据。在一个正在生长的癌细胞团内部,血液供应可能会跟不上,细胞就开始窒息。恶性癌症可以克服这个困难,它给身体送出一个信号,使其把更多的血管伸到肿瘤里去——最初,癌症的希腊名字就来自于它的特征鲜明、像螃蟹腿一样的血管结构。(癌症的英文名字cancer来自于希腊文里的“螃蟹”一词)新的抗癌药物里最有前景的一些就是要阻止血管的形成。但是,有些时候p53会在血液供应到来之前就意识到发生了什么,就会杀死癌细胞。在血液供应不良的器官里的癌,比如说皮肤癌,就必须在其生长早期把p53干掉,它才能够生长。这就是为什么色素瘤如此危险。

    一点也不奇怪,p53得到了“基因组卫士”的昵称,甚至被叫做“基因组的守护天使”。TP53好像是在编码集体利益,它就像一个士兵嘴里含的自杀药片,当它发现这个士兵要叛变了,它就开始融化。以这样方式进行的细胞自杀叫做“程序性死亡”,这个词来源于希腊语“秋天树叶的掉落”(英文为apoptosis,三名科学家因为在发现其机制方面的贡献而获得2002年诺贝尔奖)。它是身体对付癌症最重要的武器,是最后一道防线。事实上,程序性死亡如此之重要,现在已经逐渐清楚,所有抗癌疗法之所以有效,都只是因为它们改变了p53及其同伴,因而引发程序性死亡。以前人们认为放射疗法和化学疗法之所以有用是因为它们可以有选择地杀死正在分裂的细胞——它们可以在细胞复制自己DNA的时候将其破坏。但是,如果真是如此,为什么这些疗法对有些肿瘤不起作用?在癌症发展的过程中有一个时刻,过了之后这些疗法就不再有效了——肿瘤不再因为放射疗法或化学疗法而缩小。为什么会是这样?如果这些疗法杀死正在分裂的细胞,它们应该在任何时刻都有效呀。

    在冷泉港工作的斯科特•洛(Scott Lowe),对此有一个巧妙的答案。他说,这些疗法确实给DNA带来一些小小的损伤,但不足以杀死细胞。事实上,这些损伤刚好能够提醒p53,然后p53会告诉细胞采取自杀行动。所以,化学疗法和放射疗法就像疫苗一样,它们是促使身体帮助自己的疗法。有些很不错的证据支持他这个理论。放射疗法和三种化学疗法——5-氟尿嘧啶、依多波塞(etoposide)、阿霉素都能够促使在实验室里被病毒癌基因感染的细胞进行程序性死亡。而且,当对这些疗法有反应的癌症复发并对这些疗法不再起反应的时候,同时发生的是一个突变将TP53给破坏了。与此类似的是,那些对疗法反应最小的癌症色素癌、肺癌、结肠癌、直肠癌、膀胱癌、前列腺癌——通常它们那里的TP53早就被突变了。某些种类的乳腺癌也对疗法不起反应:TP53被破坏了的那些。

    这些见识对于癌症的治疗相当重要。医学的一个重要分支一直以来是在一个错误的理解之下开展的。医生们不应该寻找能够杀死正在分裂的细胞的物质,而应该寻找能够使细胞自杀的物质。这不是说化学疗法整个就没有效果,但它只是由于偶然原因才有效。现在,既然医学研究知道了自己在干些什么,结果就会更给人以希望。从短期来说,它给人的希望是很多癌症病人可能不会死得那么痛苦。通过检查来判断TP53是否已经被破坏,医生们很快就可以事先知道化学疗法是否会起作用。如果不会,那么病人和他们的家庭就不必再因错误的希望而受折磨了,这种错误的希望在今天是这些病人临终前几个月非常典型的特点。

    癌基因在没有被突变的情况下是动物一生中细胞生长与繁殖所必需的:皮肤需要被不断更新,新的血液细胞需要产生,伤口要被修复,如此等等。抑制潜在癌症的机制必须允许例外的情况,使得正常的生长和繁殖得以进行。细胞必须经常得到许可而进行分裂,而且,只要它们在合适的时候停止,它们就必须具备鼓励分裂的基因。这是如何完成的,现在刚刚变得清楚起来。如果我们是在观察一个人工制造的东西,我们会得到结论说:它的背后有一个聪明得近乎可怕的设计者。

    这里的关键又是程序性死亡。癌基因是导致分裂与生长的基因,但是很让人吃惊的是,它们中有几个也激发细胞死亡。在这几个基因中有一种叫做MYC,它既可以激发细胞分裂也可以激发细胞死亡,但是,它发出的死亡信号暂时被外界的因素——存活信号——抑制住了。当这些存活信号被用完了之后,死亡就占了上风。这好像是设计者意识到了MYC能够误入歧途,所以一开始就给它设了一个陷阱,使得任何发了疯的细胞都会在存活信号被用光的时候自杀。这个聪明的设计师还往前多走了一步,把三个不同的癌基因——MYC、BCL-2和RAS——拴在了一起,使得它们互相控制。只有在三者都正常工作的时候,正常的细胞生长才可以进行。用发现了这些相互关系的科学家们的话说:“离开了这些支持,陷阱就露出来了,受了影响的细胞要么被杀死,要么就奄奄一息,两者都不再有(癌症的)威胁。”

    p53和癌基因的故事就像我这本书的大部分内容一样,对“遗传研究有危险”以及“遗传研究应该停止”的说法是个挑战。这个故事也对这样一个观点——简化论科学,也就是把系统拆成部分以理解它们的做法,是有问题和徒劳的——提出了很强的挑战。癌症医学是把癌症作为一个整体的医学研究,虽然从事这方面研究的人们既勤奋又聪明,也有大量的经费,它所取得的成果,相比于以简化论为基础的遗传研究几年来所取得的成果,真是少得可怜。事实上在最初,测定整个人类基因组序列的号召之一来自于意大利诺贝尔奖得主若罗纳托•都贝科(Renato Dulbecco),在1986年,他提出这是打赢对癌症的战争的惟一途径。现在我们对于癌症这个西方世界里最残酷、最常见的杀手,终于有了得到真正的治愈方法的切实希望,这是人类历史上的第一次,而这来自于简化论、遗传研究以及它们带给我们的认识。那些认为这些研究有危险的人应该记住这一条。

    自然选择在选定了一个解决问题的方法之后,常常也用它去解决其他问题。程序性死亡除了清理掉癌细胞之外,也还有其他用途。它在对抗普通的传染病方面也有用处。如果一个细胞发现它被某种病毒感染了,它就可以为了整个身体的利益而杀死自己(蚂蚁和蜜蜂也会因为整个蚁群或蜂群的利益而这样做)。有很好的证据表明,有些细胞确实这么做。不可避免的是,有些证据也表明一些病毒进化出了一种方法使得这样的细胞自杀不会出现。爱泼斯坦一巴尔(Epstein-Barr)病毒可以导致腮腺炎或单核细胞增多症,它带有一个暂时休眠的细胞膜蛋白质,其任务似乎就是制止被感染的细胞所表现出来的任何自杀倾向。人类乳头状瘤病毒是宫颈癌的起因,它带有两个基因,它们的任务就是关闭TP53和另外一个肿瘤抑制基因。

    我在四号染色体那一章里谈到过,亨廷顿氏病就是无计划的、过多的脑细胞的程序性死亡,而这些细胞一旦死亡就无法被补充——这就是为什么有些大脑损伤是不可逆的。这在进化角度来说很合情合理,因为与皮肤细胞不同,每一个脑细胞都是被很仔细地塑造、训练的富于经验的“接线员”。用一个没有经验、没有受过训练、形状不定的细胞来代替它比无用还要糟糕。当病毒进入神经细胞的时候,神经细胞不会接到自杀的指令。但是因为某种还不完全清楚的原因,病毒本身有时候引发神经细胞的自杀。例如,在致命的脑炎a病毒那里,就是这么个情况。

    程序性死亡还可以被用来制止除癌症之外的其他细胞叛变,比如由转座子引起的基因的改变。有些很好的证据表明,卵巢和精囊里的生殖细胞分别处于卵泡细胞和塞尔托里细胞的监视之下,它们的任务就是察觉细胞的自私性并在其出现的时候引发程序性死亡。例如,在一个5个月大的人类胚胎的卵巢里,有着大约700万个生殖细胞。到了她出生的时候,就只有200万个了。在这200万个里,只有400个左右会在她的一生中进入排卵过程。剩下的大多数都通过程序性死亡被除掉了。这个过程铁面无私地执行优化人种的政策,给任何不够完美的细胞都下达自杀的命令(身体是个独裁统治的地方)。

    同样的原则可能也适用于大脑,在那里,ced-9和其他基因在发育过程中除掉了大量细胞。任何工作得不太好的细胞又是为了集体利益而被牺牲掉了。所以,通过程序性死亡除去神经细胞不仅仅使学习成为可能,它也保持了细胞的平均质量。在免疫细胞那里可能也发生了类似的事情,即用程序性死亡无情地除去细胞。

    程序性死亡是个没有中央控制的行为。没有一个计划中心,没有一个“中央政治局”来决定哪个细胞该死哪个可以留着。这是它美妙的地方。就像胚胎发育一样,它从每一个细胞对自己的了解得到收获。只有一个概念上的困难:程序性死亡是如何进化来的?如果在受到感染、具有癌的性质或有了捣蛋基因的时候,一个细胞就会杀死自己,那么它就没有办法把自己的优点传给子孙。这个问题被称为“神风之谜”(神风是第二次世界大战时期日本自杀式敢死队的名称,在无法用常规手段打击敌舰时队员们驾驶飞机撞向敌舰),它可以用一种群体选择的形式解决:如果程序性死亡进行得比较好,那么整个身体就比那些程序性死亡进行得不好的身体要有更大的优势,前者因此就把好的特点传给它们后代的细胞。但是这就意味着程序性死亡系统在一个人的一生中无法进步,因为在一个身体之内它无法通过自然选择而进化。我们只能守着我们从遗传得到的细胞自杀机制。

    第十八号染色体 疗法

    我们的疑惑是叛徒它让我们惧怕尝试而失去我们本可以得到的果实 ——威廉•莎士比亚《一报还一报》

    当公元第三个千年来临之际,我们第一次处在了可以修改我们的遗传密码的位置。它不再是珍贵的手稿,它现在被存在软盘上。我们可以切下一些部分,加进一些部分,重新组合段落,或者重写某些词。这一章是关于我们是怎样做这些事情的、我们是否应该做,以及为什么在我们就要这样做的时候我们似乎失去了勇气,而强烈地想要把整个文字处理器扔掉,坚持说遗传密码应该保持它的神圣不可侵犯性。这一章是关于基因的操纵的。

    对大多数外行来说,遗传研究的明显目的——如果你愿意也可以说是最终的奖赏——就是通过基因工程造出的人。有一天,也许是几个世纪以后,这意味着会有一些人身上带有新发明出来的基因。现在,它意味着一个借了别人基因的人,或者从动物或植物那里借了基因的人。这样的事情可能吗?而且,如果可能,在伦理上行得通吗?

    想一想在第十八号染色体上的一个基因,它能够抑制结肠癌。我们在上一章里已经与它有过一面之交了:它是一个位置还没有被完全确定的肿瘤抑制基因。人们曾经认为它是一个名叫DCC的基因,但是我们现在知道DCC的任务是在脊柱里引导神经生长,与抑制肿瘤一点关系也没有。这个肿瘤抑制基因与DCC挨得非常近,但它仍然难以捉摸。如果你生下来时就已经有了这个基因的不正常形式,你得癌症的几率就会大大增加。一个未来的基因工程师能不能像取出汽车上一个坏了的火花塞那样把它给拿出来,用好的零件来代替它呢?很快,答案就会变得肯定。

    我的年龄使我在开始新闻业生涯的时候还在用真正的剪刀剪纸张,用真正的糨糊贴它们。现在,要把段落挪来挪去的时候,我会用微软的好人们做得很合适的小小的软件里的符号来指示它们做同样的剪贴。(我刚刚把这一段从下一页里挪过来。)但是,原理是一样的:为了挪文字,我把它们剪下来,再把它们贴到另外一个地方。

    对基因内容做同样的事,也需要剪刀和糨糊。幸运的是,自然界为了她自己的目的已经把两者都发明了。糨糊是名叫连接酶的东西,每当它遇到松散的DNA句子的时候,它就把它们缝到一起。剪刀叫做限制性内切酶,是1968年在细菌里发现的。它们在细菌细胞里的作用是以切碎病毒的基因来打败它们。但是,很快显现出来的是,跟真正的剪刀不同,限制性内切酶事儿很多:它只是在遇到一串特定的字母序列的时候才能够把DNA切开。我们现在知道400种不同的限制性内切酶,每一种识别不同的DNA字母序列,然后把那一处切开。它们就像是一把剪刀只在找到“限制”这个词的时候才把纸剪开。

    1972年,斯坦福大学的保罗•伯格(Paul Berg)用限制性内切酶在试管里把两段病毒DNA对半切开,然后用连接酶把它们以新的排列组合方式又连接起来。他就这样造出了第一个人工“重组”DNA。现在,人类可以做反转录病毒做了很久的事情了:把一个基因插到染色体上去。在那之后的一年之内,第一个基因工程细菌产生了:这是带有从蟾蜍里拿出来的一个基因的一种肠道细菌。

    当时立刻有了一阵公众的忧虑,而且并不仅限于外行。科学家们自己也认为在急着去利用这项新的技术之前暂停一下是对的。在1974年,他们呼吁暂时停止所有的基因工程研究,这仅仅是给公众的忧虑之火又煽了些风:如果科学家都担心得要让研究停下来,那肯定有什么事是值得担心的。自然把细菌基因放在细菌里,把蟾蜍基因放在蟾蜍里,我们是谁,要把它们换过来?后果是否很可怕呢?1975年在阿西洛玛(Asilomar)(美国加利福尼亚州海滨度假村,很多科学会议在此举行)举行的一次会议经过讨论搞出了一份安全方面的意见,使得美国的基因工程在一个联邦委员会的指导下小心翼翼地重新开始。科学在当自己的警察。公众的紧张情绪似乎逐渐消失了,不过,在90年代中期它又相当突然地复活了,这一次的聚焦点不是安全,而是伦理。

    生物技术诞生了。一开始是基因能泰克,然后有西特斯和百奥真(都是生物技术公司的名字),然后其他公司纷纷崛起,来利用这些新技术。在这些新兴企业面前的是一个充满可能性的世界。细菌可以被引诱来制造人体蛋白,用于医药、食品或工业。不过,当人们发现大部分人类蛋白质都不能由细菌很好地造出来,以及我们对人类蛋白质知之甚少,在医药上对它们还没有大量需求的时候,失望就逐渐地浮现了。尽管有大量的风险投资,为它们的持股者赢了利的只是诸如“应用生物系统”等给其他人制造仪器的公司。产品还是有的。到了80年代末期的时候,细菌制造的人体生长激素就代替了从死尸大脑里取出来的既昂贵又不安全的同类产品。在伦理和安全方面的担心到目前为止被证明是没有根据的:在30年来的基因工程中,没有任何或大或小的环境或公共健康事故是由于基因工程实验引起的。到目前为止,一切良好。

    同时,基因工程对科学的影响比对商业的影响要大。现在克隆基因是可能的(在这里,这个词的意思与尽人皆知的那个意思不一样):在人类基因组这个“稻草堆”里分离出一个基因这样的一根“针”把它放入细菌里去,长出几百万份,这样使得它们能够被纯化,它们的序列能够被读出来。通过这个方法,存“书”很多的人类DNA图书馆被建起来了,它们存着成千上万相互之间有重叠的人类基因组片段,每一种的数量都够用来进行研究。

    就是从这些图书馆里,人类基因组计划中的人们拼凑出了基因组的全部文字。这个计划开始于80年代末期,有着一个野心大得近于荒唐的目标:在20年内读出整个人类基因组。在之后的14年里,没有什么进展。然后在一年之内,新的基因测序仪器就完成了任务。2000年6月26日,人类基因组计划宣布它得到了人体的完整草稿。

    实际上,人类基因组计划是被“撞”进了这个声明。一个中学肄业生、前职业冲浪运动员、越南战争老兵克雷格•文特尔(Craig Venter)分享了功劳。文特尔曾经三次把遗传学翻了个底儿朝天。第一次,他发明了一种快速寻找基因的方法,专家说这不会成功。它却成功了。去了私人公司之后,他又发明了一种快速测序的技术,叫做“霰弹法”它把基因组打成随机的碎片,然后通过各片之间的重合部分把它们按正确的顺序重新组装起来。专家们又说这不会成功,而他事实上已经在用它给一个细菌基因组测序了。

    这样,当文特尔在1998年5月宣布他要第一个为人类基因组测序并把结果申请专利时,人类基因组计划内部出现了很严重的惊恐情绪。英国的威尔康姆信托基金会通过资助剑桥附近的桑格中心而资助了该计划的三分之一,它对文特尔的回应是提高“赌注”它给由公众资金扶持的这个项目注入了更多资金,并要求把它的完成日期提前。桑格的头儿,约翰•萨尔斯顿(John Sulston),领头开展了一场影响很大的宣传,反对在他看来文特尔在研究最后关头为寻求商业利益而进行的“海盗”行为。最后,冷静的头脑占了上风,2000年6月,宣布了一个“平局”。

    但是,还是回到操作上去吧。把一个基因放到一个细菌里去是一回事,把它插到人体里去又是另一回事。细菌很高兴吸收那些叫做质粒的环状DNA,把它们当做自己的DNA—样接受。还有,每一个细菌都只有一个细胞。人有100万亿个细胞。如果你的目标是从遗传上摆布一个人,那你需要在每一个相关的细胞里都插进一个基因,或者从单细胞的受精卵开始。

    即使如此,在1970年发现的逆转录病毒能够从RNA制造DNA拷贝,突然使得“基因疗法”似乎是个可行的目标了。一个逆转录病毒带有由RNA写成的信息,基本上是这样的意思:“做一份我的拷贝,把它缝到你的染色体里去。一个实施基因疗法的人只需要拿来一个逆转录病毒,切掉几个它的基因(特别是那些使它在第一次插进染色体后变得有传染性的),放进一个人类基因,然后用它感染病人。病毒开始工作,把基因插到体细胞里,嘿,你就有了一个转基因人。

    在整个80年代早期,科学家们都在担心这样一个程序的安全性。逆转录病毒也许会工作得太好了,不仅感染普通细胞,也感染生殖细胞。逆转录病毒也许会用某种方法重新获得它那些丢失了的基因,变成恶性;也或者它会使得身体本身的基因变得不稳定而引发癌症。任何事都可能发生。在1980年,当一位研究血液病的科学家马丁•克莱因(Martin Cline)违背了他的承诺,把一段无甚害处的重组DNA放入了一个受遗传血液病地中海贫血症折磨的以色列人体内(尽管不是通过逆转录病毒)的时候,对于基因疗法的恐惧被煽得更厉害了。克莱因丢了工作与名誉;他的实验结果从未被发表。每一个人都同意,就算不说别的,人体实验的时机也还不成熟。

    但是,老鼠实验被证明是既让人宽心又让人失望。基因疗法远远没有不安全,却更有可能不会成功。每一种逆转录病毒只能感染一种细胞组织;需要细心的包装才能把基因放进它的套子里去;它着陆在随便一条染色体上的随便一个什么地方,而且常常不被激活;而且,身体的免疫系统被传染病的“突击队”事先提示了一下,不会漏过一个笨手笨脚、科学家自制的逆转录病毒。

    还有,到80年代早期为止,被克隆出来的人类基因如此之少,即使能够使逆转录病毒成功地工作,也没有什么明显的候选基因要放进逆转录病毒里去。

    不过,到了1989年,几个里程碑被越过了。逆转录病毒把兔子基因带入了猴子细胞;它们把克隆出来的人类基因送入了人体细胞;它们还把克隆的人类基因带入了老鼠细胞。三个大胆又有雄心的人-弗伦奇•安德森(French Anderson)、麦克尔•布雷斯(Michael Blaese)和史蒂文•罗森伯格(Steven Rosenberg)(这三个人均为当代美国生物学家,基因疗法的创始人)——认为人体实验的时机成熟了。在一场既漫长且有时很痛苦的与美国联邦政府重组DNA指导委员会进行的斗争中,他们试图得到在癌症晚期病人身上做实验的许可。他们的理由带出了科学家和医生对于什么有优先权的不同考虑。在纯科学家看来,人体实验显得仓促和不成熟;对于惯于见到病人因癌症而死的医生来说,仓促一些是很自然的。“我们为什么这么匆忙?”在一次会议上安德森问到:“在这个国家里每一分钟有一个病人死于癌症。自从146分钟之前我们开始这场讨论,已经有146个病人死于癌症。最后,在1989年5月20日,委员会给予了许可,两天以后,一个马上要死于黑色素瘤的卡车司机——莫里斯•孔茨(Maurice Kuntz)——接受了第一个特意引入(并被批准)的新基因。它并不是被设计来使他痊愈的,甚至都不会在他的身体里永久停留;它仅仅是一种新的癌症疗法的助手。一种特殊的白细胞在他的体外被繁殖了,它们在渗透入并吃掉肿瘤方面很不错。在把它们注射回体内之前,医生们用带有一个小小的细菌基因的逆转录病毒感染了这些细胞。这样做的目的只是为了使它们能够在病人体内跟踪这些细胞,指出它们去了哪里。孔茨去世了,在这个实验里什么让人吃惊的事也没有发生。但是,基因疗法开始了。

    到了1990年,安德森和布雷斯又回到了委员会面前,带着一份更有雄心的计划。这一次,要注射的基因真的会是能够治病的,并不仅仅是一个身份标签。目标是一种极其少见的遗传病,叫做严重综合免疫缺失(SCID),它使得儿童面对感染无法展开免疫防御,致病原因是所有白细胞的迅速死亡。这样的孩子面对的是不断地受感染不断生病的短暂生命,除非他们是被放置在无菌的罩子里,或是因为幸运寻得了一个骨髓型相配的亲戚而得到完全的骨髓移植。这个病是由第二十号染色体上一个名叫ADA基因的一个“拼写”错误造成的。

    安德森与布雷斯的建议是从一个SCID孩子体内取出一些白细胞,拿一个用新的ADA基因武装起来的逆转录病毒感染它们,然后再把它们输入孩子体内。他们的建议又一次遇到了麻烦,但是这一次的反对来自另外一个方向。到了1990年,有一种治疗SCID的方法,叫做PEG-ADA,它的组成部分是巧妙地向血液里输送——不是ADA基因——ADA蛋白质,这是用等价的基因在牛体内合成的。就像治疗糖尿病的方法(注射胰岛素)或治疗血友病的方法(注射血凝因子)一样,SCID被蛋白质疗法(注射PEG-ADA)攻克了。基因疗法还有什么必要呢?

    在新技术刚刚诞生的时候,它们常常显得无可救药地缺乏竞争力。最早的铁路比当时存在的运河昂贵得多,不可靠得多。只是随着时间,新的发明才会逐渐降低它自己的花费或是提高它的效应,达到能够比得上旧技术的地步。基因疗法也是如此。蛋白质疗法在治疗SCID上赢得了竞赛,但是它要求每月一次在臀部注射,很不方便,也很贵,并且一生都要坚持治疗。如果基因疗法能够成功,它会把所有这些都用一次治疗代替——给身体重新安装上它本来就应该有的基因。

    在1990年9月,安德森与布雷斯得到了“前进”的许可,他们用基因工程改造过的ADA基因治疗了阿山蒂•德西尔瓦(Ashanthi DeSilva),一个三岁的小女孩。那是一个立竿见影的成功。她的白细胞数目增加了两倍,她的免疫球蛋白数目大大提高,她的身体开始制造正常人四分之一的ADA蛋白。不能说基因疗法使她痊250愈了,因为她已经接受了PEG-ADA,并且还在继续接受。但是,基因疗法成功了。今天,全世界四分之一以上的SCID儿童已经接受过基因疗法。没有一个人是确确实实被治愈到能够停止使用PEG-ADA的程度,但是还没有什么副作用。

    其他病会很快加入SCID,列入已经被逆转录病毒基因疗法攻打过的疾病名单,包括家族性高胆固醇血症、血友病和囊性纤维化。但是,癌症毫无疑问是主要目标。1992年,肯尼斯•卡尔沃(Kenneth Culver)(当代美国生物学家)尝试了一个有勇气的实验,第一次把带有想要的基因的逆转录病毒直接注射入人体(与此相对应的是用病毒感染在体外培养的细胞,再把这些细胞重新输入人体)。他把逆转录病毒直接注射进了20个人的脑瘤里。把任何东西注射进大脑里听起来都够吓人的,更别说是逆转录病毒了。但是,等你听到逆转录病毒里有什么再说吧。每一个逆转录病毒里都有一个从疱疼病毒里提取出来的基因。肿瘤细胞把逆转录病毒吸收进去,然后表达疱疹病毒的基因。届时,卡尔沃医生再让病人服用治疗疱疹的药物;而这药物就攻击了癌症细胞。在第一个病人身上它似乎成功了,但是在那之后的五个病人里有四个没有成功。

    这些是基因疗法最初的日子。有些人认为有一天它们会像今天的心脏移植那样常规。但是,要想说基因疗法是否是战胜癌症的战术,或者,那些以抑制血管生成、抑制端粒酶或p53为基础的疗法,哪一种能够赢得这场比赛,现在还为时过早。不管结论如何,在历史上癌症疗法从来没有像现在这样看上去充满希望,这几乎都是因为新的遗传学的缘故。

    这样的体细胞基因疗法已经不再那么有争议了。当然,关于安全的担心还是有的,但是几乎没有人能够想出一个从伦理出发的反对意见。它只是另一种形式的治疗方法,没有一个人,在目睹朋友或亲戚因为癌症而接受了化学治疗或放射治疗之后,会从那些没有什么根据的安全考虑出发,对相对来讲可能没有什么痛苦的基因疗法有什么不情愿。加进去的基因会离那些形成下一代的生殖细胞远远的;这个担心已经被牢固地消除了。但是,生殖细胞基因疗法一在那些能够被传到后代去的地方改变基因,对人类来说还是彻头彻尾的禁忌一在某种意义上来说要容易实施得多。在90年代里导致了新一轮抗议的,就是以转基因大豆和转基因老鼠形式出现的生殖细胞基因疗法。借用贬损它的人所用的一个词来说,它是弗兰肯斯坦技术(弗兰肯斯坦从不同尸体上肢解不同的部分合成为一个有生命的“人”,结果这个丑陋的“人”成为一个为害人类的强大的怪物。弗兰肯斯坦为了消除自己行为的恶果而追杀怪物,最后与自己的作品同归于尽)

    植物基因工程迅速发展有几个原因。第一个是商业的:多年以来,农夫们都为新品种的种子提供了一个需求迫切的市场。在史前时期,传统的培养方法把麦子、稻子和玉米从野生的草变成了产量高的庄稼,这完全是通过操纵它们的基因完成的,虽然那些早期的农民肯定不知道他们做的是这么一件事。在现代,虽然从1960年到1990年,世界人口翻了一番,但同样的技术使粮食产量提高了两倍,人均粮食产量提高了百分之二十多。热带农业的“绿色革命”在很大程度上是一个遗传学现象。但是,所有这些都是盲目完成的,有目标的、精心的基因操纵能够取得的成就会比这大多少?植物基因工程的第二个原因是植物可以被相当容易地克隆和繁殖。你不可能拿从老鼠身上切下来的一块去长出一只新老鼠,你在很多植物那里却可以。但是,第三个原因是个幸运的意外。一种名叫土壤杆菌的细菌已经被发现了,它有一种不寻常的特点,就是能够用名叫Ti质粒的小型环状DNA感染植物,这些Ti质粒把自己融合到植物染色体里去。土壤杆菌是现成的载体:只需往质粒里加一些基因,把它涂到叶子上,等到感染确实发生之后,用叶子的细胞再长出新的植物。现在,这个植物会用自己的种子把新基因一代代传下去。这样,在1983年,最初是一株烟草,然后是一株牵牛花,再然后是一株棉花,都以这种形式成为转基因植物。

    谷类植物对土壤杆菌的感染有抵抗力,它们需要等到一个更粗糙的方法的发明:基因们名副其实地是被装在微小的金粒上用火药或是粒子加速器射进细胞里的。这个技术现在已经成了所有252植物基因工程的标准技术。它引起的发明有放在架子上不容易烂的西红柿,不受棉铃虫蛀蚀的棉花,能够抵抗科罗拉多甲虫的土豆,能够抵抗玉米螟虫的玉米,以及其他很多转基因植物。

    这些植物从实验室挪到大田实验,又成为商品出售,过程中没打几个嗑巴。有时候,实验没有成功——1996年,棉铃虫严重毁坏了应该是有抵抗力的棉花;有时候,它们招来了环境保护人士的抗议。但是,从来没有出过“事故”当转基因庄稼被运过大西洋时,它们遇到了更强烈的环保人士的抵制。特别是在英国,那里的食品安全检验者们自从“疯牛病”之后就失去了公众的信任。转基因食品在美国已经成为常规食品的三年之后,在1999年,它在英国突然成了了不得的事。更有甚者,蒙森托(Europe Monsanto,农业技术公司,研制出很多转基因食品)在欧洲犯了一个错误,它首先推行的作物对它自己公司生产的没有选择性的杀植物剂——“围捕”——有抵抗力。这使得农夫可以用“围捕”来除草。这样一种操纵自然、鼓励使用除草剂和赚取商业利益的组合,激怒了很多环保主义者。环保恐怖分子开始捣毁油料作物的试验田,并穿着弗兰肯斯坦的服装到处游行。这个问题成了绿色和平组织的三大担忧之一,这无疑是信奉公众的权利与智慧的标记。

    像通常情况一样,媒体迅速地把争论两极化了,极端分子们在午夜电视节目上冲对手大喊大叫,一些采访逼着人们做出简单回答:你支持还是反对基因工程?这场争论的最低点,是一位科学家被迫早早退休,因为在一个歇斯底里的电视节目中有人声称他证明了加有凝集素的土豆对老鼠有害。后来,由“地球之友”组织起来的一些同事证明了他的“清白”。他的结果与其是说明了基因工程是否安全,不如说是说明了凝集素——这是一种已知的动物毒素——是否安全。是媒体混淆了它所传达的信息。把砒霜放到烧锅里会使里面煮的东西变得有毒,但是这并不意味着所有烹调都是危险的。

    同样道理,基因工程与工程里涉及到的基因一样安全或危险。有些安全,有些危险。有些对环境无害,有些对环境有害。对“围捕”有抵抗力的油菜也许对环境不友好,因为它鼓励除草剂的使用,或者把抵抗力传给杂草。能够抵抗昆虫的土豆对环境友好,因为它们需要更少的杀虫剂,使撒杀虫剂的拖拉机需要更少的柴油、运送杀虫剂的卡车损耗更少的路面,等等。对于转基因作物的反对,是出于对新技术的仇恨而不是对环境的热爱,它们在很大程度上故意忽略这样一些事实:千千万万的安全性实验已经做过了,没有得到过意外的坏结果;现在已经知道,在不同物种之间——尤其是在微生物之间一进行的基因交换,比我们所料想的要普遍得多,所以,这个原理没有一点不“自然”的地方;在基因改造之前,植物的育苗就包含有有意或偶然地用伽马射线对种子的照射,以引起突变;基因改造的主要后果是提高对疾病与害虫的抵抗力以减小对于化学喷雾的依赖;粮食产量的迅速增长对环境是有好处的,因为减轻了开荒种地的压力。

    这个问题的政治化造成了荒唐的结果。在1992年,世界上最大的种子公司“先锋”把巴西果的一个基因引入了大豆。本意是想弥补大豆里一种名叫甲硫氨酸的化学物质的“先天不足”,使得大豆对于那些以它为主食的人来说成为更为健康的食品。但是,很快就发现,世界上有很少的一些人对巴西果过敏,于是,“先锋”试验了它的转基因大豆,证明它们也能够引起这些人的过敏反应。在这个时候,“先锋”通知了负责机构,发表了他们的发现,并放弃了最初的计划。尽管计算表明,这个新的大豆过敏可能每年最多杀死两个美国人,却有可能把世界上数以万计的人从营养不良中解脱出来,他们还是这样做了。但是,这个事情并没有成为商业集团小心谨慎的一个例子,相反,这个故事被环保人士重新包装之后,被当成一个揭示基因工程的危险性和商业集团不顾一切的贪婪心的故事来讲。

    尽管如此,甚至在有那么多项目出于小心而被取消的情况下,一个比较可靠的估计是,到了2000年,在美国出售的作物种子里有50%〜60%是经过基因改造的。不管是好是坏,转基因作物是在这儿呆下去了。

    转基因动物也是如此。把一个基因放入一只动物里使它及它的后代被永久地改变,现在已经与改变植物一样容易了。你只需要把基因给插进去。用一个非常细的玻璃移液管把基因吸进去,在老鼠交配的12小时以后,把移液管的尖端捅进一个还处在单细胞阶段的老鼠胚胎里去,确定移液管的尖端进入了两个细胞核之一,然后轻轻一按。这个技术还远远不够完美:这样出来的老鼠只有大约5%能够表达外来的基因,在其他动物比如牛中,成功的就更少了。但是在那5%里得到的结果是外来基因整合到了某一条染色体的一个随机位置上的“转基因老鼠”。

    “转基因老鼠”在科研上是含金的沙子。它们使得科学家能够发现基因的作用是什么以及为什么。加进去的新基因不需要是来自老鼠的,它可以来自于人体:跟电脑不同,几乎所有生命体都能够运用任何类型的“软件”。例如,一只特别容易得癌症的老鼠可以通过引进人类的第十八号染色体而重新变得正常,这也是最早证明第十八号染色体上有一个肿瘤抑制基因的证据之一。但是,与加进去一整条染色体相比,更常见的是只加一个基因。

    微观注射正在为另一个更精巧的技术让路,它有一个明显的优势:可以把基因安插到一个精确的位置上。一个三天大的老鼠胚胎含有一些叫做胚胎干细胞的细胞,又称为ES细胞。如果这些细胞之一被取出来,注射进一个基因,那么,就像马里奥•卡佩255基(Mario Capecchi)(当代美国生物学家)在1988年首先发现的那样,细胞会在这个基因应在的位置上把染色体切开,把新基因放进去,把这个位置上原来的基因取下来。通过在电场里让细胞上的孔洞短期张开的方法,卡佩基把从老鼠里克隆出来的一个癌基因int-2放进了一个老鼠细胞,并且观察了新基因找到有故障的基因并将其换下来的过程。这个方法被称为“同源基因重组”它利用了这样一个事实,即修复破损的DNA的机制常常是用另一配对染色体上富余的那个基因作为模板。细胞错误地把新的基因当成了模板,照着它去修复了自己的基因。这样改变之后,就可以把这个ES细胞放回胚胎里,长成一个“镶嵌体老鼠”——它体内的一部分细胞带有新的基因。

    同源基因重组不仅允许基因工程师修补基因,也允许他们做相反的事情:用安插有问题的基因去故意破坏正常工作的基因。

    这样做的结果是所谓的“剔除”老鼠,它们是在有一个基因不能“出声”的情况下长大的,这可以更好地让那个基因的真正功能显露出来。记忆机制的发现(参见第十六号染色体那一章),就要在很大程度上归功于“剔除”老鼠,其他生物学分支也是如此。

    转基因动物并不是只对科学家才有用。转基因羊、牛、猪和鸡都有商业方面的应用。有一个人类的凝血因子已经引进到羊的体内,这样做是希望它可以从羊奶里被大量提取出来,用于治疗血友病。(顺便说一句,进行了这项工作的科学家克隆了多莉羊并在1997年早些时候把它展示给一个大惊失色的世界。)魁北克的一个公司拿了使蜘蛛能够结网的基因,把它放进山羊体内,希望能够从山羊奶里提取成丝蛋白质并把它们纺成丝。另外一个公司把它的希望寄托在鸡蛋上,指望着把它变成生产各种有价值的人类需要的产品的工厂,从药品到食品添加剂。但是,即使这些半工业化的应用失败,转基因技术也会改造动物的繁殖,就像它改造了植物的繁殖一样,它可以生产出有更多肌肉的肉牛,有更多奶的奶牛,或者是下的蛋味道更好的鸡。

    这些听起来都很容易。制造转基因人或“剔除”人的技术上的障碍,对于一个设备精良的实验室里的一组优秀科学家来说,变得越来越微不足道了。从原理上说,从现在开始的几年之后,你也许可以从你自己的身体里取出一个完整的细胞,在一个特定染色体的一个特定位置上插进一个基因,把细胞核转到一个自身细胞核被去掉了的卵细胞里,然后从这样造成的胚胎里长出一个人来。这个人会是一个你本人的转基因克隆,在其他任何方面都与你一模一样,惟一例外的是——举个例子说——在让你秃头的那个基因处有另外一种形式的基因。你还可以用这个克隆人体内的ES细胞长出一个多余的肝脏来替换你体内被酒精损坏了的那个。或者你可以在实验室里长出一些人类的神经细胞用来试验新的药物,这样就可以饶过实验动物的性命了。或者,如果你发疯得够厉害,你可以把财产留给你的克隆,然后放心地自杀,知道你的一部分仍然存在,但是经过了些许改进。没有人需要知道这个“人”是你的克隆。如果他年龄大了之后你们之间的相似处越来越多,他不秃顶这一点就可以消除别人的怀疑。

    所有这些都还不可能——人类ES细胞刚刚被发现——但是它不会在将来很长时间里都不可能。当克隆人体成为可能的时候,它是否符合伦理?作为一个自由的个体,你拥有你自己的基因组,没有任何政府可以使它成为国家财产,没有公司可以把它买下来,但是这是否就给了你权力把它加之于另一个个体身上?(一个克隆人是另一个个体。)又能否去改变它?到目前为止社会好像倾向于把自己绑住以抵御这些诱惑,暂时停止克隆人和生殖细胞基因疗法,给胚胎研究设立严格的界限,放弃医学上的可能成就以避免未知事物可能会带来的恐怖。我们已经把科幻电影里福斯特式(德国民间传说中的人物,因只顾眼前快乐不计后果而把自己的灵魂卖给魔鬼)的布道,即干扰自然进程就会招致凶暴的报复,牢牢地刻进了脑子里。我们变得谨慎了,或者说起码作为有投票权利的人我们更谨慎了。作为消费者,我们很可能有不同的做法。克隆很可能不257是由于多数人赞成而发生,而是由于少数人的行为。毕竟试管婴儿就大致是这样发生的。社会从来就没有决定可以允许试管婴儿;它只是慢慢习惯了这样的想法,即那些绝望地想要试管婴儿的人有办法搞到他们。

    与此同时,现代生物学大量提供给我们的嘲弄之一,就是如果你在第十八号染色体上的肿瘤抑制基因有问题,那你就忘掉基因疗法吧。一个更简单的预防措施也许就在我们手边。新的研究表明,有些人的基因会增加他们得直肠癌的可能性,但含有大量阿司匹林和不成熟的香蕉的饮食,可能会为他们提供保护。诊断是基因上的,疗法却不是。在基因诊断之后实施传统疗法,也许是基因组给医学带来的最大好处。

    第十九号染色体 预防

    99%的人一点儿都不理解这场革命来得有多快。 ——史蒂夫•福多尔(Steve Fodor),爱菲梅特利克斯(生物技术公司)的总裁

    任何医疗技术的进步都带来一个道德难题,冲击着我们这个物种。如果这个技术可以挽救生命,那么,即使有风险相伴,不发展和应用它也是道德上的错误。在石器时代,我们除了眼睁睁看着亲人死于天花之外,别无他法;在琴纳(Jenner)完善了疫苗接种技术之后,如果我们还是眼睁睁看着亲戚死于天花,那我们就是不负责任。在19世纪,我们除了眼看父母向肺结核屈服之外,别无选择;在弗莱明(Fleming)发现了青霉素之后,如果我们没有把将要死亡的肺结核病人送去看医生,那是我们的疏忽。(作者此处所举例子不恰当,因为青霉素治不了肺结核)对于个体适用的,对于国家和群体就更适用。富国不能够再忽视夺去了穷国里无数儿童生命的流行性腹泻,因为我们再也不能说医学对此没有办法。口服补水疗法(腹泻之所以危险是因为身体如果因此脱水过多就会造成机能不正常,严重时可以死亡)给了我们良知。因为有些事情是我们可以做的,我们就必须做。

    这一章是关于最常见的两种疾病的基因诊断,这两种病,一种是快速无情的杀手,另一种是缓慢又没完没了的盗取记忆者:冠心病和早老性痴呆症。我相信,我们在运用影响这两种疾病的基因的知识方面有一种危险,就是我们过于吹毛求疵、过于谨慎了,因此,我们就面临着另一种危险:拒绝人们接触到能够挽救生命的研究,从而犯下道德上的错误。

    有一个家族的基因,叫做载脂蛋白基因,或APO基因。他们基本上有四种,叫做A、B、C和——很奇怪的——E,尽管每一种在不同染色体上会有不同的形式。我们最感兴趣的是APOE,它凑巧位于第十九号染色体上。要理解APOE的工作,需要离题一点,谈谈胆固醇和甘油三酯的习惯。当你吃一盘熏肉和鸡蛋的时候,你吸收进很多脂肪,跟它们一起进来的是胆固醇——能够溶于脂肪的物质,很多激素都是从它开始造出来的(见第十号染色体那一章)。肝脏把这些东西消化掉,送它们进入血液循环,以让它们被送到其他器官里去。因为它们不溶于水,胆固醇和甘油三酯必须被名叫脂蛋白的蛋白质“背着”通过血液。在旅途开始的时候,送货的卡车叫做VLDL,是非常低浓度脂蛋白的意思,它装着胆固醇和脂肪。当它卸下它的一些甘油三酯的时候,它就变成了低浓度脂蛋白,或叫LDL(这是“坏的胆固醇”)。最后,在把胆固醇送到地方之后,它又变成高浓度脂蛋白,HDL(这是“好的胆固醇”),又回到肝脏去接受下一批货。

    APOE蛋白(叫做apo-s)的任务是把VLDL与一个需要甘油三酯的细胞上的受体介绍给对方;APOB蛋白(或说是apo-P)的任务,是卸胆固醇时做同样的工作。这样,很容易就可以看出,APOE和APOB是与心脏病有关基因的主要候选者。如果它们不正常工作,胆固醇与脂肪就留在血液里,慢慢会在动脉壁上累积起来,成了动脉粥样硬化。APOE基因被“剔除”了的老鼠即使吃正常的老鼠食物也会得动脉粥样硬化。制造脂蛋白与细胞上受体的基因也能够影响胆固醇和脂肪在血液里的行为,影响心脏病的发生。一种遗传的易得心脏病的特性叫做家族性高胆固醇血症,是胆固醇受体基因上一个罕见的“拼写错误”的结果。

    APOE之所以特殊,在于其非常“多态”我们并不是所有人都有同一形式的APOE基因,只有很少见的例外。相反,APOE就像眼睛的颜色一样:它有三个常见的类型,叫做E2、E3和E4。因为这三类在从血液里取出甘油三酯的效率有所不同,它们在是否易得心脏病方面也不同。在欧洲,E3是“最好”与最常见的一种:80%以上的人起码有一份E3,39%的人有两份。但是,有两份E4的那7%的人很早就有心脏病的危险比别人高得多,有两份E2的那4%的人也是如此,虽然得病的方式略有不同。

    但这是一个全欧洲的平均数。跟其他许多多态性相似,APOE的多态性也有着地理上的趋势。在欧洲,往北走得越远,E4就变得越常见,而E3变得越少(E2是大致不变的)。在瑞典和芬兰,E4的出现频率几乎是在意大利的三倍。因此,冠心病的频率也大致是意大利的三倍。再往远走,差异还更大。大约有30%的欧洲人至少有一份E4;东方人拥有E4的比例最低,在15%左右;美国的黑人、非洲人和波利尼西亚人中,这个比例是40%以上;新几内亚人是50%以上。这也许部分地反映了过去几千年中饮食里脂肪和肥肉的数量。在一段时间里我们已经知道,新几内亚人在吃自己的传统饮食,即甘蔗、芋头和偶尔从负鼠和树袋鼠那里得到的瘦肉时,几乎不得心脏病。但是,只要他们在露天矿上找到工作并开始吃西方的汉堡包与炸薯片时,他们很早就得心脏病的危险便飞快上升了——比大多数欧洲人快得多。

    心脏病是可以预防也可以治疗的疾病。特别那些有E2基因的人对高脂肪、高胆固醇的饮食非常敏感,换句话说,只要他们接受警告,远离这样的食品,他们就可以很容易地被治好。这是极有价值的基因信息。通过简单的基因诊断以挑出那些有得病危险的人并着重于他们的治疗,有多少生命可以挽救,有多少早期的心脏病可以避免啊。

    基因筛选并不会自动导致人工流产或基因疗法这些极端的解决办法,一个不祥基因的诊断会越来越多地导致不那么极端的治疗方法:去吃人造黄油以代替真黄油,去上健美操课。医学界应该尽快就学会不要警告所有人都避免高脂肪饮食,而是要挑出那些能够从这样的警告里获益的人,让剩下的人放松下来大吃冰激凌吧。这也许与医学界谨慎的直觉相反,却与希波克拉底誓言(希波克拉底是古希腊医师,被誉为西方医学之父,认为医师所医治的不仅是疾病,而且是病人。希波克拉底每次行医,必先吟诵自己的把为病家谋幸福作为第一目的的誓言。希波克拉底誓言被视为医德的基础)不矛盾。

    但是,我把你带到APOE这里,主要不是为了写心脏病的,尽管我感到我仍然在违反自己的规定,因为我要写另一种病了。APOE是被研究得最多的基因之一,原因不在于它在心脏病里的作用,而在于它在另一种更邪恶、更无法治疗的疾病中的重要作用:早老性痴呆症。伴随着年龄在很多人那里出现的是摧毁性的记忆与性格的丧失一这在很少的一些年轻人那里也同样会出现,它被归结为各种因素,环境的、病理的,或是偶然原因。诊断早老性痴呆症的症状是大脑细胞里无法溶解的蛋白质“硬块”的出现,它的生长会损坏细胞。病毒感染曾经一度被怀疑是病因,头部经常受打击也同样被怀疑为病因,铝在硬块中的存在使得铝锅有一段时间成了怀疑对象。传统的经验是说,遗传与这种病没有什么关系或只有很少的关系。有一本教科书很坚定地说:“它不是遗传病。”

    但是,就像基因工程的发明者之一保罗•伯格所说:“所有疾病都是遗传病”,即使当它也受其他因素影响的时候。终于,在伏尔加德国人(18世纪离开德国到俄国伏尔加地区定居的人。19世纪末,由于资源不足,很多人被送到西伯利亚。伏尔加德国人一直以来很贫困并受到严格的控制,20世纪以来更受到了深重的迫害)现在美国的后裔中,找到了早老性痴呆症以高频率出现的家谱,而且,到了90年代早期,有三个基因被与早发性早老性痴呆症联系起来了。这三个基因,一个在第二十一号染色体上,两个在第十四号染色体上。但是,在1993年,一个比这重要得多的发现是第十九号染色体上的一个基因似乎与老年人的早老性痴呆症有联系,也就是说,老年人中的早老性痴呆症也有部分遗传基础。很快,犯有“罪行”的基因就被找到了,不是别的,正是APOE。

    一个血脂基因与一种大脑疾病之间的联系不应该是这样让人惊讶的。说到底,早老性痴呆症患者常常胆固醇也高,这已经被发现了有一阵儿了。不过,它们之间联系的密切性让人吃了一惊。

    “坏”的基因形式在这里又是E4。在特别容易得早老性痴呆症的家族里,没有E4基因的那些人得这种病的几率是20%,平均发病年龄是84岁。那些有一份E4基因的人,发病几率上升到47%,平均发病年龄降低到75岁;那些有两份E4基因的人,发病几率是99%平均发病年龄是68岁。换句话说,如果你带有两份E4基因(7%的欧洲人就是如此),你最终得早老性痴呆症的几率大大高于一般人。有些人仍然能够逃过这样的命运——事实上,有一项研究就发现了一个有两份E4的86岁老人,他还保留着他所有的智慧。在很多没有显现出记忆衰退的人当中,早老性痴呆症那经典的硬块仍然存在,它们在带有E4基因的人体内也比带有E3基因的人体内更严重。那些起码带有一份E2基因的人比带有E3基因的人更不容易得早老性痴呆症,尽管他们之间的区别很小。这不是偶然的副产物,也不是统计的巧合:这看上去像是这个病的机理的关键所在。

    回想一下,E4在东方人里很少,在白人里常见一些,而在非洲人里更常见,在新几内亚的美拉尼西亚人(Melanisian)中最为常见。随之而来的应该是早老性痴呆症也遵从这样一个梯度,但是,事情并不这么简单。相比于E3/E3的人,得早老性痴呆症的相对危险在E4/E4的白人里比E4/E4的黑人和拉丁美洲人里都高得多。也许,是否容易得早老性痴呆症还受其他基因影响,而这些基因在不同的种族之间有所不同。而且,E4的效果在女性中似乎比在男性中更强。不仅仅有更多女性得早老性痴呆症,而且E4/E3的女性与E4/E4的人有同样的得病危险。在男性当中,有一份E3就可以降低危险。

    你也许在想,为什么E4还能够存在,更别说还以这么高的频率而存在。如果它既加剧心脏病又加剧早老性痴呆症,它当然应该已经在很早以前就被更无害的E3和E2灭绝掉了。我则倾向于这样来回答这个问题:高脂肪的饮食直到最近以前还是非常少见的,它对冠状动脉的副作用几乎不重要,而早老性痴呆症对于自然选择来说根本是不相关的,因为它不仅仅是发生在那些得病之前很早就已经把孩子抚养成人的人身上,而且在人们受到它袭击的那个年龄,大多数石器时代的人早就死了。但是,我不太肯定这是不是一个好的回答,因为多肉多奶酪的饮食在世界上的某些部分已经存在很久了——长得足够让自然选择去做它的工作了。我怀疑E4在身体里还有另外一个我们不知道的功能,在这个功能上它比E3强。记住:基因的存在不是为了导致疾病。

    E4与更常见的E3之间的区别在于:基因的第334个字母是G而不是A,E3与E2之间的区别是第472个字母是G而不是A。这样的结果是:E2蛋白质比E4多了两个半胱氨酸,而E4比E2多了两个精氨酸,E3介于两者之间。这些细微的变化,在一个有897个字母长的基因上,足够改变APOE蛋白质工作的方式。那个工作到底是什么,还很模糊,但是有一个理论是说,它的作用是稳定另外一个名字叫tau的蛋白质,而tau的作用又可能是保持一个神经细胞的管状“骨架”的形状。tau对于磷酸盐很有亲和性,而磷酸盐却阻止它做自己的工作;APOE的工作就是让tau别碰磷酸盐。另外一个理论是说,APOE在大脑里的工作与它在血液里的工作有相似之处。它带着胆固醇走在脑细胞之间和脑细胞内部,使得脑细胞可以建造和修理它们那些脂肪不能穿过的细胞膜。第三个较为直接的理论是说,不管APOE的工作是什么,E4都对一种淀粉状p多肽有很强的亲和力,而这正是积累在早老性痴呆症患者神经细胞里的东西,APOE则以某种方法帮助这些具有毁灭性的硬块的形成。

    这些细节有一天会变得重要,但是现在,重要的事实是我们突然掌握了一种作预测的方法。我们可以检测个体的基因,做出相当好的预言来预测他们是否会得早老性痴呆症。遗传学家埃里克•兰德(EricLander)最近提出了一个让人震惊的可能性。我们现在知道罗纳德•里根(Ronald Reagan)就有早老性痴呆症,现在回想起来,似乎有可能他还在白宫里的时候就有了此病的早期症状。假设在1979年一个又肯干又有倾向性的记者急于发现某种方法来丢里根这个总统候选人的脸,假设他抄走了一张里根用来擦过嘴的纸巾并检测了上面的DNA(先忽略这样的检测当时还没有出现这一事实吧)。假设他发现了这个历史上年龄第二大的总统候选人很有可能在任职期间患上早老性痴呆症,并把他的发现在他的报纸上刊登出来。

    这个故事刻画了基因测试所带来的对于公民自由的威胁。当问到我们是否应该提供APOE测试给那些好奇地想知道自己是否会得早老性痴呆症的人,大多数医学界人士都回答:否。最近,在深思熟虑之后,英国在这方面最好的思想库——纳菲尔德生物伦理委员会(Nuffield Council on Bioethics)——也做出了同样的结论。检查某人是否患有一种无药可治的病,说得再好听,也是值得怀疑的。它可以为那些没有E4基因的人买来安心,但却付出了高昂的代价:那些有两份E4基因的人几乎无疑会得到无药可治的痴呆症的“判决”。如果这样的诊断是绝对可靠的,那么(就像南希•韦克斯勒对于亨廷顿氏病所说的——见第四号染色体那一章),这样的检测可能对人的打击更大。另一方面,亨廷顿氏病这265样的测试,起码不会误导人。但是在不是那么肯定的情况下,比如说APOE的例子,这种测试的价值就更低了。你仍然可以——如果你非常幸运一有两份E4基因却活到很大年纪都没有症状,正如你仍然可以——如果你运气非常差——没有E4基因而在65岁的时候患上早老性痴呆症。因为有两份E4这样一个诊断既不是患早老性痴呆症的充分条件也不是必要条件,又因为这病无法治疗,别人不应该向你提供基因测试,除非你已经有了这个病的症状。

    一开始,我认为所有这些理由都很让人信服,但是现在我不这么肯定了。说到底,给人提供HIV病毒检测(只要他们自己想要)被认为是符合伦理的,虽然艾滋病(直到最近以前)是无药可治的。艾滋病并不是HIV感染之后的必然结果:有些人虽然有HIV感染却能够无限期地存活。不错,在HIV的例子里,社会还有另外一个愿望,就是阻止HIV感染的传播,而这在早老性痴呆症里就没有。但是,我们在这里考虑的是有患病危险的那些个体而不是整个社会。纳菲尔德委员会是通过不言明地把基因测试和其他测试区分开的方法来对待这个问题的。一份报告的作者菲奥娜•考尔迪科特(Fiona Caldicott)夫人说,把一个人容易得某种疾病的特点归结于他的基因组成,可以扭曲人们的态度。它使人们错误地相信遗传的影响是至关重要的,这使得他们忽略社会以及其他因素,而这又使得与精神疾病联系在一起的耻辱更多了。

    这是一个被不恰当地运用了的恰当的观点。纳菲尔德委员会是在使用双重标准。心理分析学家和精神病学家对于精神疾病提供“社会”解释,他们只需要最薄弱的证据就可以得到执照去行医,而这些解释与遗传解释一样可能让一些人显得更耻辱。这些“社会”解释持续繁荣,而“伟大正义”的生物伦理学却把另外一些有根据的诊断定为“非法”,只因为它们是基因方面的解释。在努力寻找理由去禁止用基因作解释却又允许用社会作解释大行其道的时候,纳菲尔德委员会甚至采用了这样的方法:称APOE4检测的预测能力“非常低”。这是一个奇怪的用词方法,因为在E4/E4与E3/E3之间,得病的危险有11倍的区别。就像约翰•麦道克斯引用APOE这个例子来阐明他的观点时评论的一样:有些根据,使人怀疑医生们在向他们的病人提供不受欢迎的基因信息时很鋳躇,也因此而没有抓住有价值的机会,……这种鋳躇有时有些过度。”

    另外,尽管早老性痴呆症没有治愈方法,现在已经有药物来减轻一些症状,也可能有一些可以让人们使用的预防措施去防止得病,虽然这些措施有多大价值还不确定。一个人使用所有的预防措施难道不是更好吗?如果我有两份E4,我可能很愿意知道,这样我可以做志愿者去试验新的药物。对于那些在行为上放纵自己从而会增加得病机会的人来说,这样的检测无疑是有意义的。例如,现在已经很明显,带有两份E4基因的职业拳击手得早发性早老性痴呆症的机会如此之大,拳击手们的确是被告知他们最好是去作检测,如果发现自己有两份E4基因就不要再搞拳击了。每六个拳击手中就有一个在40岁之前会得震颤麻痹或是早老性痴呆症——在微观上它们的症状是相似的,但是致病基因却不同——很多人,包括穆罕默德•阿里(Mohammed Ali)(穆罕默德•阿里:美国20世纪著名黑人拳击手,奥运会冠军),得病的年龄还要更早。在那些得早老性痴呆症的拳击手中,E4基因不同寻常地常见,在那些受到过头部伤害,之后又发现神经细胞里有硬块的人当中,也是如此。

    在拳击手那里出现的事情,在其他头部会受冲击的运动里可能也会出现。有一些道听途说的证据表明很多优秀的足球运动员在上了年纪之后过早地衰老——最近的一些伤心的例子是英国倶乐部队的丹尼•布兰茨弗劳尔(Danny Blanch flower)、乔•默瑟(JoeMercer)和比尔•佩斯利(BillPaisley),被这些证据提醒,神经学家们已经开始研究在这些运动员中早老性痴呆症的普遍性。有人计算出,一个足球运动员在一个赛季里平均要顶头球800次,对头部的损害和磨损可以是很可观的。荷兰的一项研究确实发现足球运动员比起其他项目的运动员来有更严重的记忆衰退,挪威的一项研究则发现了足球运动员脑部损伤的证据。在这里又有这样的可能,即如果E4/E4纯合子起码在选择职业时能够知道自己面临很高的危险,还是有可能受益的。我是经常把头撞在门框上的一个人,因为建筑师没有把它们设计得高到让个子高的人也能走过,我自己也在想,我的APOE基因是什么样子的。也许我也应该去测试一次。

    测试还可以有其他价值。起码有三种新的早老性痴呆症药物在发展和试验阶段。已经使用的药物,泰克林(tacrine),现在我们知道它对于带有E3或E2基因的人要比对带有E4基因的人效果好。基因组一次又一次地把“个体差异”这一课给我们上到家了。人类的多样性是它最重要的信息。但是在医学界,人们仍然明显地不情愿把人当做个体来治疗,而愿意把人当成群体来治疗。对一个人合适的治疗方法也许对另外一个人就不合适。饮食上的建议可以挽救一个人的生命,对另外一个人却可能一点用处都没有。将来会有这么一天,医生在给你开一大堆药之前先要检查一下你带有的是哪一种基因。这样的技术已经在被开发了,一个加利福尼亚的小公司爱菲梅特利克斯与其他公司一道试图把一整个基因组的基因序列都放到一个硅片上去。有一天,我们也许每人都会随身带着这样一个芯片,医生的电脑通过它就可以读出任何基因,这样,医生就可以更好地使他的处方适应我们的情况。

    也许你已经感觉到了这样做的问题是什么——以及专家们对于APOE检测过于谨慎的真正原因。假设我真的有E4/E4,而且我是一个职业拳击手。我因此有比一般人高得多的可能会发作心绞痛和早发性早老性痴呆症。假设我今天不是去看医生,而是去见一个医疗保险代理商,想搞一份新的人寿保险以配合我的房屋抵押,或者是搞一份新的医疗保险以应对将来的疾病。我拿到一份表格,被要求填写对这样一些问题的回答:我是否吸烟,喝多少酒,是否有艾滋病,体重多少,是否有心脏病的家族史——这是个遗传问题。每一个问题都设计得用来把我归类到一个特殊的风险级别,这样,我才可以得到一个既可以让保险公司赢利又仍然有竞争力的报价。很合乎逻辑的事是,保险公司很快也会要求看看我的基因,问问我是E4/E4还是有一对E3。它担心我也许是因为从最近的一次基因检测中知道我自己肯定要完蛋了,所以大买特买人寿保险,就像一个计划放火烧楼的人给楼买保险一样,坑保险公司一笔。不仅如此,它还看到,它可以通过给基因检测结果令人放心的那些人提供折扣价来吸引到让它赢利的生意。这被人们叫做“摘樱桃”这也正是为什么一个年轻、瘦削、非同性恋、不吸烟的人已经发现:比起那些年老、胖墩墩的同性恋吸烟者,他可以买到很便宜的人寿保险。有两份E4基因跟这样也差不多。

    在美国,健康保险公司已经对早老性痴呆症的基因检测感兴趣了,这没有什么奇怪的,早老性痴呆症可以是需要保险公司拿出高额开销的疾病(在英国,医疗保险基本上是免费的,主要的担心是人寿保险)。但是,保险公司在开始对同性恋者比对异性恋者收取更高保费以反映出同性恋得艾滋病的更大可能性时,引起了人们极大的愤怒。因为还记着这件事,所以保险公司现在是在小心翼翼地探路。如果基因检测对很多基因都成为常规的事情,那么,整个群体风险的概念,保险业的基础,就会受到影响。一旦我的命运被精确地了解,我就会得到这样一个保险费的报价:它会正好够我一生看病所用。对于那些在基因上很不幸的人来说,这样的保费也许是他们负担不起的:他们就会成为医疗保险里的下层阶级。因为对这些问题很敏感,英国的保险业联合会在1997年同意两年之内它们不得把做基因检测作为买保险的条件,而且不得(对10万英镑以下的房屋抵押)要求知道你已经做过的基因检测的结果。有些公司走得更远,声明基因检测不在它们的计划之内。但是这样的羞羞答答可能长不了。

    为什么人们对这个问题有如此强烈的感受,当它在实际中意味着很多人的保险费会降低?事实上,与生命中很多其他事情不同,基因上的好运气是在“受了眷顾”与没有“受眷顾”的人当中平均分配的——富人无法买到好基因,虽然富人原本就在保险上花更多的钱。我想,答案是在决定论的核心里。一个人在吸烟喝酒方面的决定,甚至是让他患上艾滋病的决定,在某种意义上来说是他自愿做出的。他“决定”在APOE基因上有两份E4,这却根本不是一个决定;这是大自然替他做出的决定。在APOE基因的基础上对人歧视就像是以皮肤颜色或性别为基础对人歧视。一个不吸烟的人也许可以很正当地拒绝与吸烟者被放在同一个风险级别里,拒绝给吸烟者的保险费提供“补贴”但是,如果一个E3/E3的人拒绝“补贴”E4/E4者的保险费,他却是在对一个什么错都没有只是运气不好的人表达偏执与偏见。

    对于用人单位拿基因检测来挑选可能雇用谁,这样的担心倒不多。即使有更多的检测成为可能,也没有什么东西可以引诱用人单位去使用它们。事实上,当我们对“基因决定我们对环境中的风险有多敏感”这个说法更为习惯之后,有些检测也许会对用人单位和雇员都成为好的做法。在一个要与已知的致癌物质(比如说日光)有一定接触的工作上(比如说,救生员),用人单位如果雇用有着不正常的p53基因的人,在将来也许会算是忽视自己关心员工的责任。在另一方面,用人单位也许出于更加自私的动机会要求申请工作的人去进行基因检测:以选择先天更健康或有更外向的性格的人(这些正是找工作时的面试所要达到的目的)。但是,已经有法律规定不得歧视了。

    同时,有一种危险,就是为保险而作基因测试或为选择雇员而作基因测试这样的“怪物”会把我们吓得不敢为了发展更好的医药的目的而进行基因测试。但是,有另外一个怪物让我更害怕:那就是担心政府要告诉我,我能如何使用自己的基因。我很不希望与保险公司分享我的遗传密码,我很希望我的医生能够知道并利用它,但是我坚持这应该是我自己的决定,而且我的这种坚持到了狂热的程度。我的基因组是我的财产,不是国家的。我和谁应该分享我的基因的内容是不应该由政府决定的,我是否应该作基因检测是不应该由政府决定的。这些应该由我决定。有一种很可怕的“父性”倾向,认为“我们”在这些问题上应该有一个统一的政策,认为政府应该制定规则来决定你可以看到多少你自己的遗传密码,你可以把它给什么人看。但是它是你的,不是政府的,你应该永远记住这一点。

    第二十号染色体 政治

    噢,英国的烧牛肉,古老英国的烧牛肉。 ——亨利·费尔丁《格拉博街歌剧》

    科学的燃料是无知。科学就像一个饥饿的火炉,必须要从包围着我们的无知森林中取来木柴喂给它。在这个过程中,我们称做“知识”的开阔地扩展开来,但是,它扩展得越大,它的边界就越长,越多的无知就出现在我们面前。在基因组被发现以前,我们不知道在每一个细胞的“心脏”里都有一个30亿个字母长的文件,我们对它的内容一无所知。现在,当我们读了这本书的一部分之后,我们就意识到了很多新的神秘现象。

    这一章的主题就是神秘。一个真正的科学家认为知识很沉闷;向无知——以前的发现揭示出来的新的神秘现象——开战才会让他来劲。森林比开阔地更有意思。在第20号染色体上有一个小“灌木丛”,它既迷人又恼人,比起哪个神秘现象来也不逊色。它已经造就了两个诺贝尔奖,只不过是因为发现了它的存在,但它固执地抵抗着,不肯被砍伐下来成为空地。而且,就像是要提醒我们,具有神秘性的知识有一种习惯是要改变世界,在1996年的某一天,它成为了最具煽动性的政治问题之一。它与一个名叫PRP的小小基因有关。

    故事从羊开始。在18世纪的英国,一组企业家先驱给农业带来了革命。在这些企业家中有莱切斯特郡的罗伯特·贝克维尔(Rober tBakewell)。他的发现是:通过让羊和牛有选择地与自己的后代里最出色的那些来交配的方法,可以使人们喜欢的特点以更高的频率出现,迅速改良品种。这种近亲繁殖用到了羊身上,产生了生长快、肉肥、毛长的羊。但是,它有一个没有预料到的副产品。萨佛克种的羊尤其明显地在年老之后出现了精神错乱的症状。它们挠自己、走路蹒跚、用一种奇怪的步子小跑,变得焦虑,似乎对抗群体生活。它们很快就死了。这种无法治愈的疾病叫做瘙痒症,它成了一个大问题,常常是每十只母羊里就有一只死于这个病。瘙痒症随着萨佛克种的羊,在较小程度上也随着其他品种的羊,来到了世界其他地方。它的病因仍然是个谜。它似乎不是遗传的疾病,但是它也无法被追踪到另外一个起因。在30年代,一位兽医学研究者在试验另外一种疾病的疫苗时,导致了瘙痒症在英国的一场大传播。这个疫苗的一部分来自其他羊的脑子,尽管这些脑子已经用福尔马林彻底消毒过了,它们仍然保留了部分传播感染的能力。从那时开始,兽医学家们就形成了一个“正统”的观念,且不说这个观点还是受了“蒙蔽”的:既然瘙痒症可以传播,它肯定是由什么微生物引起的。

    但是,什么微生物呢?福尔马林没有杀死它。清洁剂、煮沸和用紫外光照射也杀不死它。这个微生物能够通过连最小的病毒都能够挡住的过滤器。它在受感染的动物体内不引起任何免疫反应,有些时候,从注入致病物到发病之间有很长的延迟——但是如果把带病体直接注射入大脑,延迟就会短得多。瘙痒症筑起了一道让人摸不着头脑的无知的墙,打败了一代意志坚强的科学家。在相似症状出现在美国貂养殖场和落基山脉一些国家公园里居住的野生麋和黑尾鹿时,它的神秘性反而更深了。如果在实验室里把带病体直接注射入体内,貂对于羊的瘙痒症是有抵抗力的。到了1962年,一位科学家又回到了遗传的假说。他提出,也许瘙痒症既是遗传病又是可以传染的,这在那时还是一种没有听说过的组合。遗传病多得是,由遗传因素决定是否易受感染的传染病也很多——霍乱现在是一个经典的例子了——但是一个有传染性的“颗粒”能够通过某种方式在生殖细胞里旅行,这种说法似乎违反所有的生物学定律。这位科学家——詹姆斯·帕里(James Parry)——坚定不移。

    大约就在这个时候,一位美国科学家——比尔·哈德洛(Bill Hadlow)——在伦敦维尔康姆医学博物馆看到了被瘙痒症困扰的病羊那些受了损害的大脑的图片。他被这些图片与他以前在另外一个非常不同的地方所见的图片之间的相似而震动了。瘙痒症马上就要变得跟人类更加有关了。另外那个地方是巴布亚新几内亚,在那里有一种可怕的、让人丧失能力的大脑疾病,名字叫做酷鲁(Kuru),它在一个名叫佛尔的部落里已经打倒了大批的人,尤其是妇女。一开始,她们的腿开始晃晃悠悠,然后,她们的整个身体开始摇晃,她们说话开始吐字不清,她们突然会出人预料地大笑起来。在一年之内,因为大脑逐渐从内向外瓦解,病人也就死了。到了50年代末期,酷鲁已经是佛尔妇女死亡的主要原因了。它杀死了如此之多的妇女,使得在部落里男性和女性的比例成了三比一。儿童也得上了这种病,但是相比之下成年男性得病的很少。

    后来证明这是一个关键的线索。在1957年,两个在那个地区工作的西方医生,文森特·齐嘎斯(Vincent Zigas,生物学家)和卡尔顿·盖达塞克(Carlton Gajdusek,生物学家,1976年获诺贝尔生理学和医学奖)很快意识到了在发生什么。当有人死了的时候,尸体被部落里的妇女以固定仪式肢解,作为葬礼仪式的一部分,而且据传还会被吃掉。葬礼上的吃人习俗已经快要被政府铲除掉了,它已经有了足够的恶名,很少有人愿意公开谈论。这使得有些人怀疑它是否真的在过去发生过。佛尔人用断续、嗑巴的英语描述1960年前的葬礼是“切开、煮、吃”,但是,盖达塞克和其他人搜集了足够多的证人的叙述,使得人们不再认为这样的说法是在撒谎。一般情况下妇女和儿童吃内脏和脑子,男人吃肌肉。这立刻就为酷鲁病的发生提示了一个解释。它在妇女和儿童中最常见,它出现在死者的亲属里——但是在姻亲和血亲里都出现。在吃人的习俗被定为不合法之后,发病年龄稳定地提高了。说得具体一些,盖达塞克的学生罗伯特·克里茨曼(Robert Klitzman)查出了三群死亡者,每一群死者都在40年代和50年代参加过因酷鲁病而死的人的葬礼。例如,在1954年有一个为一位名叫尼诺的妇女举行的葬礼,参加葬礼的15名亲戚中有12名后来死于酷鲁。那三个没有死于酷鲁的人一个是在很年轻时就死于其他原因了,一个是因为她与死者嫁给了同一个男子,所以传统上禁止她参与吃尸体的行为,一个是事后声称她只吃了一只手。

    当比尔?哈德洛看到被酷鲁病折磨的人脑与被瘙痒症折磨的羊脑之间的相似性时,他立刻给在新几内亚的盖达塞克写了信。盖达塞克跟踪了这个线索。如果酷鲁病是瘙痒症的一种,那么就应该可以通过直接往脑子里注射的办法把它由人传给动物。在1962年,他的同事乔·吉布斯(Joe Gibbs)开始了一长串的实验,试图用佛尔部落死人的脑子使猩猩和猴子感染上酷鲁病(这样的实验在今天是否会被认为是符合伦理的,不在本书讨论范围之内)。头两只猩猩在接受了注射之后的两年之内得了病,死了。它们的症状很像那些酷鲁病人的症状。

    证明酷鲁病是瘙痒症在人体里的自然表现形式并没有什么帮助,因为瘙痒症研究在到底什么是病因的问题上把人搞糊涂了。自从1900年以来,一种罕见又致命的大脑疾病就一直困扰着神经学家。这种病后来被叫做克鲁茨菲尔特—雅各布病(Creutzfeldt-Jacob),或简称CJD。它的第一个病例是1900年由布列斯劳(Breslau,当时德国的一个城市,现属波兰)的汉斯·克鲁茨菲尔特(Hans Creutzfeldt)诊断出来的,病人是一个11岁的女孩,她在那之后的十年里死去了。因为CJD几乎从来不袭击特别年轻的人,而且得病之后死得也快,这个病例乍看起来几乎肯定是一个奇怪的误诊,它给我们留下的迷惑对于这个神秘的病来说是太典型了:第一个被查出的CJD病人原来没有这个病。但是在20年代,阿尔方斯·雅各布(Alfons Jakob)确实发现了一些可能是CJD的病例,于是病的名字就定下来了。

    吉布斯的猩猩和猴子很快就被证明对CJD与对酷鲁一样敏感。在1977年,事情的发展向更可怕的方向转了个弯。两个癫痫病人在同一家医院里接受了运用微电极进行的试验性脑手术之后都染上了CJD。这些电极以前在一个CJD患者身上被使用过,但是使用之后它们被用适当方式消毒过了。那致病的神秘东西不仅能够抵挡住福尔马林、清洁剂、煮沸和照射,它还能抵挡住手术器械的消毒。这些电极被空运到贝塞斯达(Bethesda)(美国国家卫生研究院所在地。——译者注),去在猩猩身上使用,它们也很快染上了CJD。这被证明是一个新的而又更加古怪的流行病:“由医生引起的”CJD。从那时到现在它杀死了近100人,都是身材矮小的人使用了从尸体的脑垂体中分离出来的人体生长激素。因为每一个病人接受的人体生长激素都来自好几千个脑垂体,提取的过程就把很少几个自然出现的CJD病给放大成了一个真正的流行病。但是,如果你谴责科学是在以福斯特式的行为与自然捣乱而引火烧身,那么你也得给它些荣誉,因为它解决了这个问题。生长激素引起的CJD规模有多大是在1984年被了解到的,但早在这之前,合成生长激素,最早的来自经过基因工程改造的细菌的产品之一,就已经在代替从尸体里提取的激素了。

    让我们来盘点一下这个奇怪的故事在1980年左右时的样子吧。羊、貂、猴子、老鼠和人都可以因为注射受了感染的脑组织而染上同一种病的不同形式。这个感染经受住了几乎所有通常的杀灭微生物的程序,而且,在最有威力的电子显微镜下它仍然是隐形的。但是在日常生活里它又不传染,似乎没有通过母亲的乳汁传染,不引起任何免疫反应,有些时候可以在休眠状态里呆上二三十年,只需要些许剂量就可以染病——虽然染病的可能性与剂量非常有关。它到底是什么呢?

    在所有这些兴奋当中几乎被忘记了的是萨佛克羊的病例,以及近亲繁殖看上去似乎加剧了瘙痒症这个线索。逐渐变得清楚的还有,在几个病人那里——尽管只占总数的不到6%——似乎有一些家族的联系,暗示着这可能是遗传病。了解瘙痒症的关键不是在病理学家所掌握的那套“武器库”里,而是在遗传学家的“武器库”里。瘙痒症存在于基因里。这个事实在以色列表现得最充分。当以色列科学家在70年代中期在自己的国家里寻找CJD病例的时候,他们注意到了一个不寻常的事情。整整14个病例,或者说,是偶然发生率的30倍,出现在从利比亚移民到以色列的那为数很少的犹太人当中。立刻,怀疑到了他们的饮食上面,而那包括了对羊脑的特别爱好。但是,这不是问题所在。真正的解释是遗传方面的:所有得病的人都属于一个分散开了的家族。现在知道,他们都带有同一个突变,这个突变在斯洛伐克、智利和德国裔美国人的几个家庭里也找到了。

    瘙痒症的世界很怪异、很异乎寻常,却也模模糊糊地有点熟悉。就在一组科学家抵挡不住诱惑要把瘙痒症总结为遗传病的同时,另外一组却在琢磨一个革命性的、事实上可以说是异端邪说的想法,在一开始它似乎是向与遗传病相反的方向走的。早在1967年,有人就提出,传播瘙痒症的东西可能既不含有DNA也不含有RNA。它也许是地球上惟一不用核酸也没有自己的基因的生命。因为弗兰西斯?克里克刚刚在那之前不久发明了被他半严肃地称为“遗传的中心教义”这个词——DNA制造RNA制造蛋白质——有一种生命没有DNA,这个主张在生物学里所受的欢迎,与路德(Luther,16世纪宗教改革家)的主张在罗马教廷所受的欢迎一般。

    1982年,一位遗传学家,斯坦利?普鲁西纳(StanleyPrusiner)提出一个方案,来解决一个没有DNA的生命与一种在人类DNA里游走的疾病之间明显的矛盾。普鲁西纳发现一团能够不被普通的蛋白酶切碎的蛋白质,它在有瘙痒症类疾病的动物体内存在,在同样一种动物健康的个体里却不存在。他比较容易地就得到了这一团蛋白质里氨基酸的序列,并推测出与其等价的DNA序列,然后他在老鼠的基因里寻找这个序列,后来在人类基因里也找了。普鲁西纳就这样发现了一个基因,名叫PRP(抵抗蛋白酶的蛋白质),并且把他的“异端邪说”钉到了科学这个教堂的大门上。他的理论在之后的几年里逐渐发展起来,是这样的:PRP是老鼠和人类体内的正常基因,它制造一个正常的蛋白质。它不是一个病毒的基因。但是,它的产品,名字叫做蛋白侵染子的,是一个有着不寻常性质的蛋白质,它可以突然改变自己的形状,变成一个又硬又黏的东西,抵御住所有想要摧毁它的企图,并结成一团,破坏细胞的结构。所有这些已经够史无前例的了,但是普鲁西纳还提出了更异乎寻常的东西——这种新型的蛋白侵染子有能力改变正常的蛋白侵染子,使其成为像自己一样的形状。它不改变蛋白质的序列——蛋白质与基因一样也是由长长的数码序列组成——但是它改变蛋白质的折叠方式。

    普鲁西纳的理论摔在了石头地上。它未能解释瘙痒症与类似疾病的一些最基本的特点,具体地说,它未能解释这个病有多种形式这样一个事实。正如普鲁西纳今天沮丧地说的:“这样的假说得不到什么热情。”我还清楚地记得,那时我在写一篇文章时询问专家对于普鲁西纳理论的意见,而那些专家谈到普鲁西纳的理论时带有一种轻蔑。但是,慢慢地,随着证据的积累,看起来他似乎是猜对了。最终变得清楚起来的是,没有蛋白侵染子基因的老鼠不会染上这一类病里的任何一种,而一剂形状不对的蛋白侵染子就够让一只老鼠得病了:这些病是由蛋白侵染子造成的,也是通过它们传播的。但是,尽管普鲁西纳的理论从那时起砍倒了一大片无知的林子——普鲁西纳也恰当地尾随着盖达塞克去斯德哥尔摩拿回了诺贝尔奖(普鲁西纳于1997年获诺贝尔生理学和医学奖。——译者注)——大片林子仍然存在。蛋白侵染子保持着深深的神秘性,最突出的一个是它们到底是为了什么而存在。PRP基因不仅在所有检查过的哺乳动物里都存在,它的序列也很少有变化,这暗示着它是在做什么很重要的工作。这个工作几乎肯定是与大脑有关,因为大脑是这个基因被激活的地方。这个工作也许需要铜,因为铜是蛋白侵染子很喜欢的东西。但是——这是它的神秘所在——一只老鼠的两份PRP基因如果在出生之前就被有意拿掉,它仍然是一只完全正常的老鼠。看起来,不管蛋白侵染子的工作是什么,老鼠可以不需要它就长大。为什么我们要有这么一个有潜在致命性的基因?我们仍然不得而知。

    同时,我们只差一两个突变就会从我们自己的瘙痒症基因那里得上这个病。在人体内,这个基因是有253个三个字母长的词。尽管最前面的22个和最后面的23个在蛋白质一制造出来的时候就被砍下去了。只在四个位置上,一个改变会引发疾病——四种不同形式的疾病。把第102个词从脯氨酸变成亮氨酸会引起戈斯特曼—斯特劳斯勒—杉克病(Gerstmann-Straussler-Scheinker),这是一种遗传病,病人可以存活很长时间。把第200个词从谷氨酰胺改成赖氨酸会引起在来自利比亚的犹太人当中典型的CJD病。把第178个词从天冬氨酸改成天冬酰胺引起典型的CJD,除非第129个词也同时被从缬氨酸改成甲硫氨酸。在这种情况下,结果是由蛋白侵染子引起的疾病里最可怕的一种。这是一种罕见的疾病,被称为致命家族失眠症,在几个月彻底的失眠之后死亡。在这个病里,丘脑(也就是大脑里的睡眠中心之一)被疾病吞噬掉了。看来,蛋白侵染子引起的不同疾病的不同症状,是不同的大脑区域被侵蚀的结果。

    在这些事实最初变得清楚之后的十年,科学在进一步探索这个基因的神秘性方面成果辉煌。从普鲁西纳和其他人的实验室里,巧妙得几乎让人发懵的实验不断涌现出来,揭示了一个不同寻常的关于决定性和专一性的故事。“坏”的疾病通过重新折叠它的中心部分(第108到第121个词)来改变自己的形状。在这个区域里的一个突变会使形状的改变更容易发生,它在一只老鼠生命的如此早期就会致死,蛋白侵染子在出生之后的几个星期之内就会发作。我们在不同种类的蛋白侵染子疾病中所看到的突变,都是“边缘”性质的,它们只稍微改变一下蛋白质形状改变的机会。这样,科学告诉了我们越来越多有关蛋白侵染子疾病的事情,但是,每一条新知识只暴露出了更深的神秘。

    这个形状的改变到底是怎么发生的?是否像普鲁西纳所设想的那样,还需要有未被发现的第二个蛋白质,被称为X蛋白质的那个?如果真是如此,为什么我们无法发现它?我们不知道。

    同样的一个基因,在大脑的所有区域都表达,它怎么可能根据自己带有什么样的突变而在不同的区域里有不同的表现呢?在山羊里,疾病的症状可以是嗜睡也可以是过度兴奋,看它们得的是两种疾病形式里的哪一种。我们不知道这是为什么。

    为什么物种之间有一道屏障,使得这些疾病在物种之间很难传递,在一个物种之内却很容易?为什么通过口腔传染不容易得病,而直接注射到脑子里却相对比较容易?我们不知道。

    为什么症状的出现由剂量大小决定?一只老鼠摄入的蛋白侵染子越多,发病就越快。一只老鼠拥有的蛋白侵染子基因份数越多,注射“无赖”蛋白质之后发病就越快。为什么?我们不知道。

    为什么杂合体要比纯合体更安全?换句话说,如果在你的一份基因上第129个词是缬氨酸,在另一份上是甲硫氨酸,你为什么就会比那些有两份缬氨酸或是两份甲硫氨酸的人对蛋白侵染子疾病有更强的抵抗力(致死家族失眠症除外)?我们不知道。

    这些疾病为什么这么挑剔?老鼠很难患上仓鼠瘙痒症,反过来也一样。但是,一只被人工加了仓鼠蛋白侵染子基因的老鼠,却在接受仓鼠脑子的注射之后能够患上仓鼠瘙痒症。一只带有两份不同的人类蛋白侵染子基因的老鼠,能够患上两种人类的疾病,一种像是致死家族失眠症,一种像是CJD。一只既有人类蛋白侵染子基因又有老鼠蛋白侵染子基因的老鼠,比起只有人类蛋白侵染子基因的老鼠,患病会更慢。这是否说明不同的蛋白侵染子相互有竞争?我们不知道。

    这个基因在穿过一个新的物种时是怎样改变它的品系的?老鼠很难患上仓鼠瘙痒症,但是一旦患上了,它们就把它越来越容易地传给其他老鼠。为什么?我们不知道。

    为什么这个疾病从接受注射的位置缓慢而逐渐地传播开去,仿佛坏的蛋白侵染子只能够改变那些就在它们旁边的好的蛋白侵染子?我们知道这个疾病要通过免疫系统里的B细胞,它们不知怎么一来就把这病传到脑子里去了。但是为什么是B细胞?是怎样传递的?我们不知道。

    这个不断扩展的对于我们的无知的了解,它真正让人迷惑的一个方面是它冲击了比弗兰西斯?克里克的那个教义还更中心的遗传学教义。它削弱了我从这本书的第一章就开始宣讲的内容之一,那就是:生物学的核心是数码式的。在这里,在蛋白侵染子基因上,我们确有像样的数码突变,用一个词代替了另一个词,但它导致的后果离开其他知识就是无法预测的。蛋白侵染子系统是个逻辑系统,不是数码系统。它的改变不是序列上的而是形状的改变,它还与剂量、位置以及是否在刮西风有关。这并不是说它没有决定作用。要说起开始发病的年龄来,CJD比起亨廷顿氏病还准确呢。过去的记录里曾有不居住在一起的兄弟姐妹在完全相同的年龄发病的。

    蛋白侵染子疾病是一种链式反应引起的,一个蛋白侵染子把它的邻居变成跟它自己一样的形状,它的邻居们再去改变其他的,就这样呈指数式地继续下去。它就像是1933年有一天列奥?希拉德(LeoSzilard)(匈牙利物理学家,核物理中链式反应的发明人。——译者注)在伦敦等着过马路的时候在他脑子里想出来的一个决定人类命运的图景:一个原子裂开放出两个中子,每个中子导致另外一个原子裂开又放出两个中子,这样继续下去——这个图景里的链式反应后来在广岛爆炸了。蛋白侵染子的链式反应当然比中子链式反应慢得多,但是它也同样有能力形成一个指数式的“爆炸”,还在普鲁西纳在80年代早期刚刚开始破解其中细节的时候,新几内亚的酷鲁流行病就是这种可能性的一个证据。但是,在离家更近的地方,一个更大的蛋白侵染子流行病已经开始了它的链式反应。这一次,牺牲品是牛。

    没有人确切地知道是在什么时候、什么地点、怎么样——又是那该死的神秘性——但是在70年代晚期或80年代早期的某个时候,英国牛肉食品的制造商开始把形状不对的蛋白侵染子加进了他们的产品。它也许是因为在牛脂降价之后工厂里的生产过程有所变化,也许是因为有更多的年老的羊找到了进入工厂的路,多谢慷慨的羊肉补贴。不管原因是什么,形状错误的蛋白侵染子进入了生产系统:它所需要的只是一只被高度感染的、被瘙痒症困扰的动物进入给牛做的牛食。老牛和羊的骨头和下水先要被煮沸消毒之后才能够被做成富含蛋白质的添加剂,给奶牛食用,但这没有用处。瘙痒症里的蛋白侵染子在煮沸之后仍然“存活”。

    把蛋白侵染子疾病传给一头牛的机会仍然非常小,但是如果有千万头牛,那就够了。一旦最初的几例“疯牛病”又重新进入食物链,被做成食物给其他的牛吃,链式反应就开始了。越来越多的蛋白侵染子进入了牛食饼,给新的小牛越来越高的剂量。较长的潜伏期意味着那些完蛋了的牛平均在5年之后才出现症状。在1986年底,当人们认识到最初的6个病例不同寻常的时候,在英国已经大约有3万头牛被感染上了,尽管此前没人知道这件事情。最终,在90年代晚期此种病几乎被全歼之前,有18万头牛死于牛海绵状脑病。

    在第一个病例被报告之后的一年之内,政府兽医那精湛的侦探工作就把受污染的饲料确认为问题根源。它是惟一符合所有细节的理论,还能解释奇怪的异常现象,比如说,在古恩希岛(Guernsey)发生的流行病比泽西岛(Jersey)早很多:这两个岛的饲料来自两个不同的供给商,一个用了很多肉和骨头,另一个用得比较少。到了1988年7月,反刍动物饲料禁令就已成了法律。很难想象专家和政府部门动作还能比这更快,除了事后诸葛亮的时候。到了1988年8月,索思伍德(Southwood)委员会的建议也被执行了,所有患有海绵状脑病的牛都被杀掉且不得再进入食物链。这时,发生了第一个大错:政府决定只给农民牛价值的50%作为补偿,这就给了农民一个动力去漠视疾病的征兆。但是,即使这个错误的后果也不像人们所想的那么严重:当补偿金额提高之后,汇报上来的病牛数字也没有大幅增加。

    特别规定的牛内脏禁令在一年之后也生效了,它禁止成年牛的脑子进入人类的食物,只在1990年才把被禁的牛脑扩展到小牛。这也许会发生得更早。但是,因为知道除非是直接往脑子里注射,其他物种很难染上羊瘙痒症,这样的措施在当时显得过于谨慎了。已经证明了通过食物是不可能让猴子染上人类蛋白侵染子疾病的,除非剂量特别大,而从牛到人的跳跃比从人到猴子的跳跃大得多。(人们的估计是,与通过食物吸收相比,向大脑里注射会把得病的危险提高1亿倍。)在那个时期,如果谁说食用牛肉不安全,那就会成为最大的不负责任。

    就科学家们所关心的来说,不同物种之间口腔传播的危险确实小得几乎不存在:如此之小,以至于在实验里如果不用几万只、几十万只动物就一个病例都得不到。但是这就是问题所在:这样的一个实验正在5000万只名字叫做英国人的“实验动物”上进行。在这样大的一个样本里,不可避免地会出现几个病例。对于政治家来说,安全是个绝对的概念,不是相对的。他们想看到的不是个别人患病,而是没有一个人患病。另外,牛海绵状脑病像它以前的所有蛋白侵染子疾病一样,被证明在让人吃惊这一点非同一般。猫因为吃了牛所吃的同样的有肉有骨头的饲料,也染上了病——从那时到现在,70只以上的家猫、三只猎豹、一只美洲豹、一只美洲斑豹,甚至一只老虎都因牛海绵状脑病死了。但是还没有出现过得了牛海绵状脑病的狗。人类会像狗那样有抵抗力还是会像猫科动物那样脆弱?

    到了1992年,牛的问题被有效地解决了,尽管流行病的高峰在那之后才出现,因为在受感染和出现症状之间有五年的潜伏期。1992年之后出生的牛很少有患牛海绵状脑病或有可能患上的。但是,人类的歇斯底里才刚刚开始。至此,政治家们所做的决定开始稳步地变得越来越愚蠢。感谢那个内脏的禁令,它使得食用牛肉比最近十年来的任何时候都更安全,但是也就是在那个时候人们开始拒食牛肉。

    在1996年3月,政府宣布,确有十个人死于蛋白侵染子疾病的一种,看起来很像是在那段危险的时期通过牛肉传染上的:它的一些症状与牛海绵状脑病相似,以前没有见过。公开的警告,加上媒体心甘情愿地煽风点火,就成了——很短暂的——极端。认为只在英国就会有几百万人死亡的狂想式预言也被大家认真对待。把牛变成了吃人兽这样的蠢事被广泛地描述成支持用有机肥料种田的证据。出现了很多阴谋理论:这个病由杀虫剂引起;科学家的嘴都被政客们封住了;真相被隐瞒了;对饲料业的管理规则被取消才是问题的原因;法国、爱尔兰、德国和其他国家也在封锁同样严重的流行病的消息。

    政府感到它必须做出反应,要出台一个更没用的禁令,不许食用两岁半以上任何年龄的牛:这个禁令更煽起了公众的警惕,摧毁了整个一个行业——把整个系统用那些命运已被注定的牛给堵死了。那一年的晚些时候,在欧洲政客们的坚持下,政府下了命令,“有选择地杀死”另外10万头牛,尽管明知这是一个会进一步疏远农民和消费者的没有意义的姿态。在马跑了之后它都不再把圈门关上了,它要在圈外面杀一只羊来做祭祀。不出所料,这个新的杀牛举动甚至没能取得让欧盟解除它禁止进口所有英国牛肉禁令效果,这个禁令其实主要是出于欧洲自身的经济利益。但是比这更糟的是接下来在1997年对带骨头的牛肉的禁止。人人皆知带骨牛肉的危险是微乎其微的——最多导致每四年有一例CJD。政府对于危险所采取的措施如此之集权化,尽管危险性比遭雷击还小,农业大臣也不准备让大家自己去做决定。事实上,可以预料到,政府对危险采取了这样一种荒谬的态度,它逼得治下的人们采取了更有危险的行动。在有些圈子里几乎出现了一种逆反心理。我就发现,在禁令即将生效的时候,我受邀请去吃红烧牛尾的次数比以前任何时候都多。

    在1996年一整年里,英国做好了迎接一场人类海绵状脑病流行的准备,但是从3月到年底只有6个人死于这种病。患病数字远远没有增加,相反似乎保持稳定甚至减少了。当我写这本书的时候,有多少人会死于新类型的CJD仍然不清楚。这个数字慢慢升到了50以上。每一个病例都是无法想象的家庭悲剧,但还算不上流行病。一开始,调查显示这个新类型CJD的受害人都是在危险的年头里特别热衷于吃肉的人,尽管受害者之一在几年以前当了素食者。但是这是一个幻象:当科学家们向那些被认为是死于CJD的病人(但是死后检查却表明他们是死于其他原因)的亲属询问死者生前的习惯时,他们发现了同样的食肉倾向:死者家属所讲述的记忆,心理上的多于实际的。

    受害者们一个共同的特点是他们几乎都属于同一种基因型——在第129个词上是双份的甲硫氨酸。也许,人数更多的杂合子与缬氨酸纯合子会被证明只不过是有更长的潜伏期:通过大脑内注射而传给猴子的牛海绵状脑病就比其他蛋白侵染子疾病有长得多的潜伏期。另一方面,因为绝大多数人类通过牛肉得到的传染都应该发生在1988年底以前,十年的时间已经是牛的平均潜伏期的两倍了,也许,物种之间的界限与在动物实验里看到的一样高,而流行病最坏的时候已经过去了。也可能新类型的CJD跟吃牛肉没有关系。很多人现在相信,有一种可能是从牛肉制品中得到的人体疫苗或其他医药制品给我们的危险更大,而这种可能性在80年代晚期被权威机构有点太过轻率地否定了。

    CJD曾经杀死过一辈子都吃素、从来没有动过手术、从来没有离开过英国、从来没有在农场或屠宰场干过活的人。蛋白侵染子最后的也是最大的一个神秘之处就是甚至在今天——当CJD的各种形式通过各种已知途径传播,包括吃人的习俗、手术、激素注射,吃牛肉也有可能——85%的CJD病例是“零星”的,意思是说,在目前它们无法用任何理由解释,只能说是偶然。这冒犯了我们的决定论,在这个理论里所有疾病都要有个病因,但是,我们并不生活在一个完全由决定论控制的世界。也许CJD就是以每100万人中有一例的概率自发地出现。

    蛋白侵染子让我们因自己的无知而感到卑微。我们没有想到存在一种不使用DNA的自我复制——根本就没有用数码信息。我们没有想象到有一种疾病有着如此深奥的秘密,从如此不可能的地方出现,被证明是如此致命。我们仍然不能完全理解一个多肽的折叠怎么就能导致这么大的混乱,或者蛋白链组成上的一个微不足道的改变怎么就能够有这么复杂的后果。正如两位蛋白侵染子专家所写:“个人的与家庭的悲剧、民族的灾难与经济的灾难,都可以追溯到一个小小的分子淘气的错误折叠。”

    第二十一号染色体 优化人种论

    (优化人种论,eugemcs,指把“有害”基因从人类基因组中淘汰掉,往往伴随着对某一部分人的歧视)

    我不知道有比人民本身更为安全的社会力量的保管处,如果我们认为他们所受的启蒙不足以使他们以健康的判断力来行使他们的控制权,补偿的办法不是把权力从他们那里拿走,而是为他们作判断提供信息。 ——托马斯•杰斐逊

    第二十一号染色体是人体里最小的染色体。因此,它应该被叫做第二十二号染色体,但是,叫了那个名字的染色体直到最近还被认为是更小的,这些名字现在已经固定了。也许因为第二十一号染色体是最小的染色体,可能有着最少的基因,它是惟——条能够在一个健康人体内有三份而不是两份的染色体。在所有其他情况下,有一整条多余的染色体会把人类基因组的平衡打乱得使身体根本无法正常发育。偶尔有儿童在出生时有一条多余的第十三号或第十八号染色体,但是他们最多活几天。出生时有一条多余的第二十一号染色体的儿童很健康、明显地很快乐,也注定能够活很多年。但是他们不能够被认为是——用那个带点轻蔑的词说——“正常”他们有唐氏综合症。他们的外表特征——矮小的身材、胖胖的身体、窄眼睛、愉快的脸-看就很明显。同样明显的是,他们头脑迟钝、性情温和、衰老得快,常常患上某种形式的早老性痴呆症,在40岁之前死去。

    唐氏综合症的婴儿通常有大龄母亲。随着母亲年龄的增加,生出一个唐氏综合症婴儿的机会迅速呈指数增长,从20岁时每2300个婴儿里有一个到40岁时每100个里就有一个。完全是出于这个原因,唐氏综合症的胚胎是基因筛选的主要受害者,或者说他们的母亲是基因筛选的主要使用者。在大多数国家里,现在为高龄母亲提供羊膜穿刺——或者是强制实行——来检查胚胎是否带有一条多余的染色体。如果是,母亲就会被建议流产,甚至被骗做了流产。给出的理由是尽管这些孩子有着愉快的举止,但大多数家长不希望成为唐氏综合症孩子的父母。如果你持有某种观点,

    你会把这看成是科学的良性用途的一个体现,它奇迹般地制止了那些身有残酷疾患之人的出生,又没有给谁带来痛苦。如果你持有另一种观点,你会把这看成是出于可疑的追求人类完美与对残疾人的不尊重、由政府公开鼓励的对神圣的人类生命进行的谋杀。你看,尽管50多年前纳粹的暴行使人们看到优化人种的做法的荒唐而对其失去了信任,但是在实际生活中它仍然在进行。

    这一章是关于遗传学历史上的阴暗面的,关于遗传学家庭里的“黑羊”——以基因纯洁性的名义而进行的谋杀、绝育和流产。

    优化人种论之父——弗兰西斯•高尔顿——在很多方面都与他的第一代表兄查尔斯•达尔文正相反。达尔文有条理、有耐心,288害羞,很传统,高尔顿却是知识的浅薄涉猎者,在性心理上一团糟,还爱炫耀。他也很聪明,在南部非洲探险过,研究过孪生子,搜集过统计学资料,幻想过乌托邦。今天,他的名声几乎与他的表兄一样大,只不过他的名声更像是臭名昭著而不是声名显赫。达尔文主义总有被变成政治信条的危险,高尔顿就这么做了。哲学家赫伯特•斯宾塞(Herbert Spencer)热情地拥抱了“适者生存”这个观念,并论述说它支持了经济学中的自由资本主义和维多利亚时代社会中的个人主义:他称之为社会达尔文主义。高尔顿的见解更缺乏诗意一些。如果像达尔文阐述的那样,物种被系统化的有选择的繁殖而改变,就像牛和信鸽那样,那么人类也可以通过这样的繁殖来改进自己。在某种意义上说,高尔顿是在求助于一个比达尔文主义要早的传统:18世纪繁殖牛的传统和比这更早的养殖各种苹果和玉米的传统。他叫嚷的是:让我们像改进了其他物种那样地改进我们自己这个物种吧。让我们只用人类最好的样本而不是最差的来传宗接代。在1885年,他发明了“优化人种”这个词来指称这样的生育方式。

    但是,“我们”是谁?在斯宾塞的个人主义世界里,它确确实实是我们每一个人:在这里,优化人种的含义是每一个人都努力挑选一个优秀的配偶——脑子好用身体健康的人。这与选择结婚对象时比较挑剔也没有什么不同一我们已经这样做了。但是,在高尔顿的世界里,“我们”有了一个更加“集体化”的含义。高尔顿的第一个也是最有影响的一个跟随者卡尔•皮尔逊(Karl Pearson,统计学家),是个激进的社会主义乌托邦派,也是一个优秀的统计学家。被德国不断发展的经济实力所吸引又对其感到畏惧,他把优化人种论变成了一种军国主义。必须优化人种的不是个体,而是国家。只有在公民中实行有选择的生育,英国才能够领先于它在欧洲大陆上的竞争对手。在谁能够生育谁不能够生育上国家必须有发言权。刚刚诞生的时候,优化人种论不是一门政治科学,它是以科学为借口的政治信条。

    到了1900年,优化人种论抓住了普通民众的想象。“优基因”这个名字突然成了时尚,平空冒出了公众对于有计划地生育的兴趣,同时,优化人种学会在英国各处都冒了出来。皮尔逊写信给高尔顿说:“如果孩子不健康,我听到大多数的中产阶级太太会说:‘噢,但是那不是一个优化人种的婚姻!波尔战争(1899到1902年英国军队与波尔人(从17世纪起居住在非洲南部并融入当地的荷兰农民的后代)在非洲南部进行的战争,英国的目的是掌握对该地区的控制。此次战争中,英国军队遇到了出乎预料的打击,这也是英国殖民思维变弱的开始)中军队征招来的战士素质非常差,以至于它在刺激了关于福利的争论的同时,也刺激了关于更好地生育的争论。

    相似的事情在德国也发生了,一种混合了弗雷德里克•尼采(Friedrich Nietzsche)的英雄哲学与恩斯特•海克尔的强调人的生物命运的学派,产生了一种激情,希望进化上的进步与经济和社会的进步同时发生。独裁哲学能如此容易地吸引人,意味着在德国,比在英国更甚,生物学与民族主义交织在一起了。但是在那时候它还仅仅是意识形态,还没有被付诸实施。

    到此,还没有什么危害。但是,重点迅速从鼓励最优秀的人以优化人种的名义生育转移到了阻止最“差”的人生育,以免把基因带坏。“最差的”很快就成了“心智虚弱”的意思,它包括了酗酒者、患有癫痫病的人、罪犯,以及智力低下者。在美国尤其如此。在1904年,高尔顿和皮尔逊的一个崇拜者查尔斯•达文波特(Charles Davenport)劝动了安德鲁•卡内基(Andrew Carnegie)(卡内基是以铁路和钢铁起家的美国实业家、慈善家,出资建立过很多研究机构),为自己建立了冷泉港实验室,专门研究优化人种论。达文波特是个顽固保守、精力无穷的人,他更关心的是怎样制止劣化人种的生育,而不是怎样鼓励优化人种的生育。他的“科学”,至少是过于简单化的。例如他曾说,既然孟德尔学说已经证明了遗传的颗粒结构,美国人的“大熔炉”思维就应该退休了;他还提出过海军的家庭可能有热爱海洋的基因。但是在政治上,达文波特既有技巧又有影响力。亨利•戈达德有一本书,是关于一个神秘的、智力有缺陷的、名字叫做卡里卡克(Kalli kak)的家庭的。在这本书里他强烈地论证了心智虚弱是有遗传的,而达文波特就从这本书里得到了帮助。达文波特和他的同盟者们逐渐说服了美国政界,让他们认为美国人的“质量”正处于极度危险之中。西奥多•罗斯福(Theodore Roosevelt,美国第26任总统,第32任总统富兰克林•罗斯福是他的本族侄子)说:“总有一天我们会意识到,正确的类型中的优秀公民最主要的责任,不能逃避的责任,这个法案是在他或她的身后给这世界留下他们的骨血。”错误类型的人就不必申请了。

    美国对于优化人种论的热情多是来自反对移民的感情。在那个时候,东欧与南欧迅速地向美国移民,很容易就会掀起疑神疑鬼的情绪,认为美国国内“更好”的盎格鲁一萨克逊人种正在被290稀释。支持优化人种的观点为那些出于传统的种族主义而希望控制移民的人提供了方便的掩饰。1924年的移民限制法案就是优化人种运动的直接结果。在以后的20年间,它把很多绝望的欧洲移民困在故国,推入了一个更加恶劣的命运,因为它拒绝给这些人提供一个在美国的新家。它在法律文书里呆了40年,没有得到修正。

    对于优化人种论的支持者们,限制移民可不是他们在法律上的惟一胜利。到了1911年,有六个州已经有了记录在案的法律,允许对心智不健康的人实行强制绝育。6年之后,又有9个州加入了他们的行列。理由是这样的:如果一个州可以处决罪犯,它当然可以剥夺人的生育权(好像头脑天真跟犯罪行为是同样的东西)。“在这些个人自由,或者是个体权利的例子中,……我们要谈的是登峰造极的愚蠢。这样的个体……没有权利生育像他们那样的人。”一个名叫W•J•罗宾逊(Robinson)的美国医生写道。

    最初,最高法院否决了很多绝育方面的法律,但是在1927年,它的立场改变了。在巴克控告贝尔(Buckvs Bell)一案中,最高法院判决,弗吉尼亚州政府可以给凯瑞·巴克(Carrie Buck)做绝育手术。巴克是一个17岁的女孩,居住在林池堡一个癫痫病人和弱智者的群落里,和她的妈妈爱玛以及女儿维维安住在一起。在进行了一次仓促草率的检查之后,只有7个月大[!]的维维安被宣布是个白痴,于是凯瑞被命令去做绝育手术。法官奥利弗•温代尔•霍姆斯(Oliver Wendell Holmes)在判决里有一句出了名的话:“三代白痴已经够了。”维维安幼年就死去了,(维维安在7岁时因病死去。她读了一年多小学,成绩中等)但是凯瑞活到了较大的年龄,是一个值得尊敬的女人,智力中等,空闲时间喜欢玩填字游戏。她的妹妹多瑞丝也被做了绝育手术,她试了很多年想要怀个孩子,最后才意识到,在没有征得她同意的情况下别人对她做了什么。直到70年代,弗吉尼亚州还在继续给那些有智力障碍的人做绝育手术。美国——个人自由的堡垒——按照1910年到1935年间通过的30多个州和联邦的法律,给十多万人做了绝育手术,理由是这些人“弱智”。

    但是,尽管美国是个先锋,其他国家却跟得很紧。瑞典给6万人做了绝育,加拿大、挪威、芬兰、爱沙尼亚和冰岛都把强制绝育放入了自己的法典,并付诸实施。最臭名昭著的是德国,先是给40万人做了绝育,后来又杀死了其中的很多人。在第二次世界大战期间的18个月内,有7万已经被做过绝育手术的德国精神病人被用毒气杀死,为的是腾出病床来给受伤的战士用。

    但是,英国从来没有通过一个优化人种的法律,在新教工业化国家里这几乎是惟一的。它从来没有通过一个法律允许政府干涉个人的生育权利。(注意此处的说法与后面的说法的区别)具体地说,英国从来没有过一个法律制止弱智人结婚,也从来没有一个英国法律允许政府以某人弱智为理由对其实行强制绝育。(这并不是要否认,医生和医院都有过连蒙带骗给病人做了绝育的行为,但是这些属于个人行为。)

    英国并没有什么特殊之处;在罗马天主教堂影响比较大的国家都没有优化人种的法律。荷兰人就避免了通过类似法律。苏联更关心迫害和杀掉聪明人而不是无趣的人,从来没有这样的法律条文。但是,英国之所以突出,是因为20世纪前40年优化人种学与优化人种的宣传很多——事实上,大部分一都来自英国。与其去问为什么那么多国家都跟从了这样残忍的行为,回过头来问一问这样一个问题会给人以启发:为什么英国抵挡住了这样做的诱惑?功劳应该给谁?

    功劳不是科学家的。科学家们在今天喜欢告诉自己,优化人种学一直是被看成伪科学并被真正的科学家所不屑的,特别是在孟德尔的主张被重新发现之后(它揭示了比明显的突变多得多的隐性突变的存在),但是,在有文字的记录里,这样的说法却没有什么证据。大多数科学家都很乐意接受在一个新的技术官僚体系中被尊为专家的奉承。他们一直在催促政府采取行动。(在德国,学术界一半以上的生物学家加入了纳粹党——比任何其他专业人员比例都高——而且没有一个人批评优化人种论。)

    一个说明问题的例子是罗纳德•费希尔爵士,又是一个现代统计学的奠基人(尽管高尔顿、皮尔逊和费希尔是伟大的统计学家,没有人就此认为统计学与遗传学一样危险)。费希尔是个真正的孟德尔主义者,不过他也是优化人种学会的副主席。他沉迷于被他自己称做是从高等阶级向穷人的“生育事件的重新分配”:穷人比富人生孩子更多这样一个事实。即使后来优化人种论的批判者,例如朱利安•赫胥黎(Julian Huxley)和J•B•S•霍尔丹,在1920年以前也是优化人种的支持者。他们抱怨的不是优化人种的原则,而是优化人种政策在美国实行过程中的粗鲁和有偏向性。

    社会主义者在制止优化人种论方面也没有功劳。尽管工党在30年代是反对优化人种的,在那之前社会主义运动总的来说给优化人种论提供了思想武器。你得使劲挖掘才能在英国有名的社会主义者中找到一个在20世纪的前30年对优化人种论表示过哪怕是相当模糊的一点反对。要在那个时候的费边社人物中找到支持优化人种的言论却超乎寻常的容易。H*G•韦尔斯(H*G.Wells)、J.M. 凯恩斯(J*M•Keynes)、乔治•伯纳德•萧(George Bernard Shaw)、海弗洛克•埃利斯(Havelock Ellis)、哈罗德•拉斯基(Harold Laski)、西德尼和贝亚翠丝•韦伯(Sidneyand Beatrice Webb )(H•G•韦尔斯是小说家,J•M•凯恩斯是经济学家,乔治•伯纳德•萧是作家萧伯纳,海弗洛克•埃利斯是性学家,哈罗德•拉斯基是政治学家,西德尼和贝亚翠丝•韦伯都是社会改革者)一都在关于迫切需要让蠢人和残疾人停止生育的方面说过很可怕的话。萧伯纳的剧本《人与超人》里的一个角色说:“作为懦弱者,我们用慈善的名义打败自然选择:作为懒汉,我们用体贴和道德的名义忽视人工选择。”

    H•G•韦尔斯的作品尤其充满了有滋有味的话:“就像人们带有的致病微生物,或者一个人在墙壁很薄的房间里发出的噪声一样,人们带到这世界上来的孩子们也不仅仅属于父母自己”,或者是:“密密麻麻的黑人、棕色人、肮脏的白人以及黄种人……都必须走开。”或者:“已经变得明显,人类群体从总体上看,要比他们所拥有的未来低劣……给他们平等就是把自己降到他们的水平,保护和珍视他们则会被他们的多产所淹没。”他又安慰人地加上一句:“所有这样的杀戮都要先施麻醉剂。”(事实不是这样。)

    社会主义者们有着对计划的信心,准备好了把国家权力置于个人之上,他们是优化人种理论的天然接受者。生育也到了国有293化的时候了。优化人种论在费边社皮尔森的朋友们中间首先扎下根来成了一种受欢迎的论调,优化人种论是他们的社会主义磨坊里的麦子。优化人种论是进步的哲学,又呼吁了国家的作用。

    很快,保守派和自由派都同样地有了激情。前总理阿瑟•鲍尔弗(Arthur Balfour)主持了1912年在伦敦召开的第一届世界优化人种大会,赞助会议的副主席们包括最高法院的大法官和温斯顿•丘吉尔(Winston Churchill)。牛津联合会(世界上最著名的辩论社,创建于1823年,活跃至今。常邀请著名人物对重要事件发表演说)在1911年以二比一的比例通过支持优化人种论的原则。像丘吉尔所说:“心智虚弱之人的成倍增加”是“对于一个种族非常危险的事情”。

    确切地说,还是有几个孤独的反对声音的。一两个知识分子保持了怀疑态度,在他们当中有希莱尔•贝洛克(ffilaire Belloc)和G•K•切斯特顿(Chesterton)(希莱尔•贝洛克:出生于法国、在英国生活的作家、政治家;G•K •切斯特顿,英国作家、诗人),他们写道:“优化人种论者发现了把硬心肠和软脑子结合起来的方法。”但是,大多数英国人是支持优化人种的法律的,这一点无可置疑。

    有两个时刻英国几乎要通过优化人种的法律了:1913年和1934年。在第一次,这样的企图被孤胆反对者逆着传统认识的潮流给挫败了。1904年,政府设立了一个“照顾与控制弱智人”的皇家委员会,由拉德纳(Radnor)伯爵指导。在1908年,当汇报工作的时候,它顽固地坚持“智力低下是遗传”的立场,这一点都不奇怪,因为委员会的很多成员都是收了钱的优化人种论者。最近格里*安德森(Gerry Anderson)在剑桥大学所作的论文里阐述,在那之后有一个时期各个游说组织开展了长期的游说,敦促政府采取行动。内政部接到了来自各郡、各市议会和各教育委员会的几百份决议,敦促通过一个法案限制“不适者”的生育。新的优化人种教育学会对总理进行了“狂轰滥炸”,并与内政大臣开会以推进自己的主张。

    在一段时间内,什么也没发生。内政大臣赫伯特•戈莱德斯通(Herbert Gladstone)不为所动。但是,当他在1910年被温斯顿•丘吉尔接替之后,优化人种论终于在内阁的会议桌上有了一个积极的代表。丘吉尔在1909年已经把阿尔弗雷德•特雷德戈尔德(Alfred Tredgold)的一个支持优化人种的演讲以内阁文件的形式散发了。在1910年12月,在内政部就职之后,丘吉尔写信给总理赫伯特•阿斯齐斯(Herbert Asquith),敦促尽快制定优化人种的法律,结束时写道:“我感到,在另一年过去之前,疯狂之流的源泉应该被切断与封住。”他希望那些精神病人的“诅咒随着他们死去”。为了防止对他的意思还有怀疑,威尔弗里德•斯克恩•布伦特(Wilfrid Scawen Blunt)(威尔弗里德•斯克恩•布伦特:19世纪末20世纪初英国作家)写道,丘吉尔那时已经在私下里宣传用X射线和手术的方法给那些精神“不合适”的人做绝育。

    1910年与1911年的宪法危机使得丘吉尔没有能够提出自己的提案,然后他就调到了海军部。但是到了1912年,立法的声浪又复活了,保守党的一名高层人物,格寿姆•斯图尔特(Gershom Stewart),在这个问题上提出了自己以个人成员身份的提案,最终强扭了政府的手。1912年,新的内政大臣里吉诺德•麦克纳(Reginold Mc Kenna)有些不情愿地提出了一个政府法律草案:精神缺陷法案。这个法案将会限制弱智者的生育,并惩罚那些与有精神残疾者结婚的人。一个公开的秘密是,一旦具备可行性,这个法案就可以被修改为允许强制绝育。

    有一个人应该特别提及,因为他发动了对这个法案的反对:一个激进的自由派议会成员,他的名字如雷贯耳——事实上这也与故事有关——乔赛亚•韦奇伍德(Josiah Wedg wood)。他是多次与达尔文家族联姻的著名的工业家族的后代。查尔斯•达尔文的外祖父、岳父以及一个姐夫(同时也是他妻子的哥哥)都叫乔赛亚•韦奇伍德。议员乔赛亚的职业是海军工程师。在1906年自由派大获全胜的时候他被选入议会,但是后来加入了工党,于1942年进入上议院。[达尔文的儿子伦纳德(Leonard),在那时是优化人种学会的主席。

    韦奇伍德非常不喜欢优化人种论。他指责优化人种学会是在试图“把劳动阶层像牛一样繁殖”,他还断言,遗传定律“太没有确定性,无法让人把信心建立在某一个特定学说上,更不要说根据它来立法了”。但是,他的主要反对意见是以个人自由为基础。他对一个给予了政府用强制手段把孩子从自己家中领走的权力的法案很反感,因为其条文规定,警察在接到公众举报某人“心智虚弱”时有责任做出反应。他的动机不是社会公正,而是个人自由:其他保守党的自由派,例如罗伯特•塞西尔(Robert Cecil))爵士,加入了他的行列。他们的共同目标是个人利益与政府的对抗。

    真正让韦奇伍德如鲠在喉的条文是,“鉴于整个社会的利益,(心智虚弱的)人被剥夺生育后代的机会是合乎意愿的”。用韦奇伍德的话来说,这是“在所有被提倡过的事情中最令人厌憎的”,而且不是“我们有权期望一个自由派政府所能做到的对于治下人民自由的关切和在个人面对政府时给予个人的保护”。

    由于韦奇伍德的攻击的效力,政府收回了这个法案,第二年又以温和得多的形式重新提出。关键的是,这一次它略去了“任何可能被诠释为优化人种论的提法”(用麦克纳的话说),那些限制生育与婚姻的得罪人的条文被去掉了。韦奇伍德仍然反对这一法案,他用了整整两个晚上,靠巧克力支撑着,把200多条补充条款放到桌面上,以继续了自己对草案的攻击。但是,当他的支持者减少到只有四个人的时候,他放弃了,草案被通过,成为了法律。(作者此处的叙述与第299页有矛盾)

    韦奇伍德也许认为自己失败了。可以强制执行的对于精神病人的关押成了英国生活的一个特征,并在实际上使他们更不容易生育后代。但是真实情况是他不仅阻止了优化人种的措施被采用,而且他还发出了警告信号给将来任何认为优化人种立法值得考虑的政府。并且,他指出了整个优化人种工程中处于中心位置的漏洞。这个漏洞不是基于错误的科学理论,也不是因为优化人种在实际中不可行,而是它归根结底是对人的压制而且很残酷,因为它要求政府的权力得到保证,凌驾于个人权利之上。

    在30年代早期,随着萧条时期失业人数的增加,优化人种论死灰复燃。在英国,人们开始荒唐地把高失业率与贫困怪罪到最初的优化人种论者预言过的种族的退化,优化人种学会的会员数达到了创纪录的水平。就是在那个时候,多数国家通过了优化人种的法律。例如,瑞典在1934年开始具体实施它那强制绝育的法律,德国亦然。

    希望英国通过绝育法律的压力已经在一些年里增加了,政府的一个被称为伍德报告的关于精神缺陷的文件帮了忙,这个文件的结论是精神疾病在增加,而原因部分是因为精神缺陷者的高生育率(提交这个报告的委员会小心地定义了三类精神缺陷:白痴、弱智和“心智虚弱”)。但是,当一个工党议员以私人名义递交给下议院的优化人种提案被拒之后,向政府施压的优化人种组织改变了策略,把它们的注意力转向社会服务部门。卫生部被说服了,聘请了一个委员会,在劳伦斯•布罗克(Lawrence Brock)爵士领导下分析为精神缺陷者绝育的提议。

    布罗克委员会虽然出自于行政系统,但从一开始就有派性。据一位现代历史学家说,它的大多数成员“一点都不愿意去不带感情地检验那些相互矛盾和下不了结论的证据”。这个委员会接受了精神缺陷来自遗传的观点,忽略了与此观点不符的证据,“跟从了”(用它自己的原话)那些支持此观点的证据。它接受了精神缺陷者生育多这样一个观点,全然不顾只凭已有证据还不足以下结论,它只是为了便于满足反对者才“拒绝”了强制绝育一它轻描淡写地放过了一个问题,即怎样从精神有缺陷的人那里得到绝育许可。在1931年出版的一本生物学普及读物里,有一句引用的话道出了游戏内幕:“可以通过贿赂或其他说服的方法使很多这样的低等人接受自愿绝育。”

    布罗克报告是彻头彻尾的宣传,粉饰得却像是一个不带个人偏见的专家评估。就像在最近被指出的,在制造一个由“专家”们一致同意并需要采取紧急措施的人工合成的危机时,它所使用的方法为20世纪后期国际上社会服务人士们在全球变暖问题(全球变暖是20世纪环保人士最关注的现象之一。但是,不少科学家、经济学家与其他专家认为全球变暖现象没有那么严重,有一些人士指责一些环保人士为了捍卫自己的主张而夸大事实,对与自己观点不符的证据视而不见)上的行为开了一个先例。

    这个报告的目的是要引出一个绝育法案,但是这样的法案却一直没有见天日。这一次,主要原因倒不是有一个像韦奇伍德那样的坚定的反对者,而是因为全社会的意见已经有所不同。很多科学家改变了自己的想法,引人注目的是J•B•S•霍尔丹。原因部分是因为通过玛格丽特•米德等人与心理学中的行为学派,用环境解释人类本性的说法开始为公众所知,影响也与日倶增。工党在那时是坚定地反对优化人种的,它把这看成是劳动者的一场阶级斗争。在一些圈子里,天主教会的反对也很有影响。

    让人吃惊的是,直到1938年,才有报告从德国渗透过来,说明强制绝育在现实里意味着什么。布罗克委员会曾经不够明智地赞赏过纳粹的绝育法律,这样的法律是在1934年一月开始实行的。在1938年事情变得清楚了,这样一个法律是无法容忍的对个人自由的侵犯,也是迫害别人的借口。在英国,良好的判断占了上风。

    这一段优化人种论的简短历史让我得到了一个不可动摇的结论。优化人种论的错误不在于它背后的科学,而在于强制的方法。优化人种与任何其他把社会利益置于个人权利之上的计划并无不同。它是人道上的罪行,不是科学上的罪行。毫无疑问,优化人种的生育方法会在人类中“成功”,就像它在狗和奶牛那里都成功了一样。通过有选择的生育是有可能来减少精神疾病的发生率、提高人类的健康的。但是,也没有什么疑问,这只能通过漫长的过程来完成,它的代价——残酷、不公正与对人的压制——无比巨大。卡尔•皮尔森有一次在回答韦奇伍德时说:“社会的就是正确的,除此之外没有其他定义。”这个骇人的说法应该成为优化人种论的墓志铭。

    是的,当我们在报纸上读到智慧基因、生殖细胞基因疗法、产前检查和筛选的时候,我们无法不从骨子里感觉到优化人种论还没有死。正如我在第六号染色体那一章里讲述的,高尔顿的信念——人的本性大多都有遗传因素一又重新成为了时尚,这一次,它有了更好的——尽管仍然无法下定论的——事实依据。在今天,基因筛选越来越使得父母能够选择他们孩子的基因了。例如,哲学家菲利普•基切尔(Philip Kitcher)(菲利普•基切尔:当代美国哲学家,研究领域主要是科学和数学哲学)就把基因筛选叫做“自由优化人种”:“每一个人都要成为他或她自己的优化人种师,利用现有的基因检测手段去做出他或她认为正确的生育方面的决定。

    用这个标准来看,优化人种每天都在全世界的医院里发生,它最最常见的受害者是那些带有一条多余的二十一号染色体的胚胎,这些胚胎原本是会出生为有唐氏综合症的婴儿。如果他们出生,在大多数情况下他们会有一个短暂却很快乐的一生——这是他们先天条件的属性。但是,对于一个依靠母体为生又没有情感的胚胎,不见得要在没有被生出来时就被杀死。现在,我们就像接到紧急通知一样飞快地进入了关于流产的争论:母亲是否有权流产掉一个孩子,或者政府是否有权制止她这样做。这是一个旧的争论了。基因的知识使她有了更多理由去做流产。在胚胎中选择一个具有某种特殊能力的而不是去掉一个缺乏能力的,也可能离我们不远了。选择男孩而把女孩流产掉,已经是羊膜穿刺的不正当使用了,这在印度次大陆上尤其猖獗。

    我们拒绝了政府的优化人种政策只是为了落入私人优化人种的陷阱吗?父母们也许会受到各种压力而接受自愿的人种优化,这些压力可能来自医生、来自医疗保险公司、来自社会文化。有很多故事讲述的是直到70年代还有妇女被他们的医生诱骗去做绝育手术,因为她们带有一个遗传病的基因。但是,如果政府要以基因筛选可能被不正当使用为理由把它禁止,它会冒增加世界上的痛苦的危险:把基因筛选列为非法与把它强制实行是同样残忍的。它是一个个人的决定,不是应该由技术官僚来决定的。基切299尔肯定是这样想的:“至于人们想要得到哪些特性、避免哪些特性,这当然是他们自己的事情。”詹姆斯•沃森也这样想:“这些事情应该放得离那些认为自己才最有见识的人远远的……我想看到把关于基因的决定放到用户手里,政府可不是用户。”

    尽管还有少数边缘上的科学家担心种族和人类遗传上的退化,大多数科学家现在都认识到了个体的幸福应该比群体的幸福更有优先权。在基因筛选与优化人种论者在他们的巅峰期想要的东西之间,有着巨大的区别,这就在于:基因筛选是要让人以个人的身份用个人的要求来做出个人的选择。优化人种论则是要把这样的决定国有化,让人民不是为了自己而是为了国家来生育。在忙着规定“我们”在基因的新世界里应该允许什么不允许什么的时候,这是一个常常被忽略了的区别。“我们”是谁?是个体,还是有着集体利益的国家和种族?

    比较一下现代仍然实行的“优化人种”的例子。在美国,就像我在第十三号染色体那一章里讲过的,犹太人遗传疾病防治委员会为学龄儿童验血,在将来,如果想结婚的双方都带有某一个特定的致病基因的一种形式,委员会就要劝阻。这是一个完全自愿的政策。尽管它被批判成是“优化人种”,但是它没有任何强制的措施。

    优化人种历史的很多现代版本都把它表达成是一个科学、尤其是遗传学、不受控制会有多么危险的例子,其实它更多地是一个政府不受控制会有多么危险的例子。

    第二十二号染色体 自由意志

    休谟之叉:我们的行为要么是事先已经被决定了的,这样我们就不必为它们负责;要么是偶然事件的结果,这样我们也不必为它们负责。——《牛津哲学词典》

    当这本书的第一稿快要完成的时候,也就是新千年到来之前的几个月,传来了一个重要的消息。在剑桥附近的桑格中心,第二十二号染色体的全部序列已被测完,这是第一条被从头读到尾的人类染色体。在人类自传的第二十二章里的所有1100万个词已经被读出来,并写成了英文:3340万个A、C、G和T。

    在靠近第二十二号染色体长臂顶端的地方,有一个大而复杂的基因,充满了重要性,它叫做HFW。它有14个外显子,合在一起拼出了一篇6000多字母长的文字。在转录之后,这篇文字被奇怪的RNA剪接过程剪辑一番,造出一个非常复杂的蛋白质,却只在大脑前额叶的一小部分区域里表达。相当过分地概括一下,这个蛋白质的功能是把自由意志赐予人类。没有HFW,我们就不会有自由意志。

    前一段是瞎编的。在第二十二条染色体上没有HFW基因,在其他染色体上也没有。在花了二十二章的篇幅没完没了地讲事实之后,我就是想要骗骗你。我在身为非小说作者而感到的压力下撑不住了,没法再抵御想编些东西出来的诱惑。

    但是,“我”是谁?是被一种傻傻的冲动战胜、决定写一段瞎编的情节的那个我吗?我是一个被我的基因组合在一起的生物体。它们事先确定了我的体型,给了我每只手上的五个手指和嘴里的32颗牙,设置了我的语言能力,规定了我的智力能力中的大约一半。当我记忆什么事情的时候,是基因在为我做这件事,把CREB系统打开,把记忆储存起来。它们给我造了一个大脑,把日常工作的职责分派给它。它们还给了我一个明显的印象,就是我能够自由地决定我想怎样行动。简单的自省告诉我,没有什么事是我“帮不了我自己”的。同样,也没有什么告诉我,我必须要做什么事不许做什么事。我能够现在就跳进我的汽车开到爱丁堡去,原因没有别的,就是我想去。我也能够编出一段小说般的文字。我是一个自由的力量,有自由的意志。

    自由意志从何而来呢?很清楚地,它不是来自我的基因,否则就不是自由意志了。根据许多人的说法,答案是它来自社会、文化和后天培养。根据这个说法,自由就等于我们的天性中没有被基因决定的那部分,是一种在我们的基因干完了它们那暴君的恶行之后才开的花。我们可以到达我们那基因决定论之上去摘取那神秘的花:自由。

    有一类科学书籍作者有着一个悠久的传统,他们说生物学的世界被分成了两派:相信基因决定论的人和相信自由的人。但是,同样是这些作者,他们否定基因决定论,只是因为他们建立了其他形式的生物决定论以代替它——父母影响决定论或社会环境决定论。很奇怪的是有这么多作者捍卫人类的尊严不受基因的统治,却似乎很高兴接受我们的环境的统治。有一次在某出版物上我受到了批评,因为它声称我说过(其实我没有说过)所有行为都是由基因决定的。这个作者进一步给了一个例子以说明行为不是由基因决定的:广为人知的一件事,是虐待儿童的人往往自己在小时候也受过虐待,这就是他们日后行为的原因。他似乎没有意识到,这个说法同样是决定论,而且对于那些已经受了很多苦头的人,这比我说过的任何话都是更缺乏同情、更带偏见的谴责。他是在主张:虐待儿童的人的孩子很可能也会变成虐待儿童的人,他们自己无法改变这一结局。他没有意识到他是在使用双重标准:在用基因解释行为时要求有严格的证明,却轻易就接受了用社会因素来解释行为的说法。

    有一种粗糙的划分法:基因是不可更改的编程员,是加尔文主义的命运前定,而环境则是自由意志的家。这是错误的。在塑造性格与能力方面最有力量的环境因素之一是子宫里的总体状况,你无法改变它。正如我在六号染色体那一章中提出的,有些智力能力方面的基因也许是欲望方面的基因,而不是能力方面的基因:它们把它们的拥有者带上一条自愿学习的路。同样的效果也可以由一个会激励人的老师达到。换句话说,天性比起后天培养更有可塑性。

    阿道斯·赫胥黎(Aldous Huxley)的《美丽的新世界》写于优化人种的热情达到顶峰的20年代,它呈现给我们的是一个恐怖的世界:整齐划一,强制的控制,没有个人的差异。每个人都温顺、自愿地接受他或她在等级制度里的位置——从?到埃普西隆(从最高到最低)——顺从地工作,并享受社会希望他或她享受的娱乐活动。“美丽的新世界”这个词现在已经有了这样的意义:集权统治与先进的科学手挽手实现的恶劣的社会。

    所以,让人吃惊的就是当你读了赫胥黎的书之后你会发现,里面几乎没有任何优化人种的东西。?和埃普西隆不是天生的,而是产生于在人工子宫里的化学调节以及其后的巴甫洛夫式的条件反射训练和洗脑,并在成人之后靠类似于鸦片的药物维持。换句话说,这个糟糕的社会与天性没有一点关系,却全部来自于后天的培养。它是一个环境的地狱,不是基因的地狱。每个人的命运都是注定的,被他们的严格受控的环境,而不是被他们的基因。这确实是生物决定论,但却不是基因决定论。赫胥黎的天才在于他认识到了一个后天培养占主导地位的世界事实上会多么可怕。确实,30年代统治了德国的极端的基因决定论者与同一时期统治了苏联的极端的环境决定论者,谁给人们带来了更大的痛苦,还很难说。我们所知道的只是,两个极端都很恐怖。

    幸运的是,我们抵抗洗脑的能力相当辉煌。不管父母和政客们怎么告诉年轻人吸烟对他们有害,他们还是要吸烟。事实上,正是因为成年人给他们宣讲吸烟的危害,才使得吸烟有这么大的吸引力。我们从遗传得到一种仇视权威的倾向,特别是在我们的青少年时期,我们用它来保护我们的本性,提防独裁者、老师、虐待人的后爹后妈以及政府的宣传攻势,

    另外,我们现在知道,几乎所有用来显示父母影响塑造我们性格的证据都有缺陷。在虐待儿童与在童年曾经受过虐待中间,确实有一定联系,但是它可以完全用遗传的性格特点来解释。虐待儿童的人,他们的孩子从遗传得到了虐待他们之人的性格特点。研究发现,在把这个因素考虑到之后,后天因素就没有什么决定作用了。例如,虐待孩子者收养的孩子不会成为虐待孩子的人。

    惊人的是,同样的现象在你听到过的几乎所有的标准的“社会的阴谋”里都是如此。罪犯生罪犯,离婚的人养出离婚的孩子,问题父母养出问题儿童,肥胖的父母养出肥胖的孩子。朱迪斯·里奇·哈里斯(Judith Rich Harris,心理学家)在她写作心理学课本的漫长的职业生涯中曾经相信了所有这些说法,但是在几年前她突然对此产生了怀疑。她的发现让她感到震惊与不解。因为几乎没有任何实验考虑了遗传的因素,在所有这些研究里没有任何因果关系的证据。对于这样的忽略甚至都没有人提一句:在这些研究里两件事情之间有联系被经常地说成是有因果关系。但是在每一个现象里,从行为遗传学研究里都得到了新的、有力的证据,反对里奇?哈里斯所称的“后天培养假说”。例如,关于孪生子离婚率的研究显示,遗传能够解释离婚率的一半区别,每一个孪生子遇到的独特的社会因素解释了另一半,而他们共同的家庭环境一点作用都没有。换句话说,如果你是成长在一个破裂的家庭,你离婚的可能性并不高于平均水平——除非你的亲生父母离了婚。在丹麦,对于被领养孩子的犯罪纪录的研究显示,他们是否犯罪与亲生父母的犯罪纪录有很大关系,与养父母则只有很小的关系——这很小的关系,在考虑了同伴效应之后也消失了,这个效应就是,这些被领养的孩子是否犯罪与他们的养父母是居住在犯罪率高的街区还是犯罪率低的街区有关。

    事实上,现在已经清楚了,孩子对于父母的非遗传影响比父母给孩子的非遗传影响还要大。正如我在X和Y染色体那一章里提出的,传统说法一般认为与孩子疏远的父亲和过分保护的母亲把孩子变成了同性恋。现在认为更可能的是反过来:觉察到儿子对于男性关心的东西不太感兴趣之后,父亲就疏远了儿子,母亲则用过分保护儿子来弥补。同样地,自闭症儿童确实通常有冷淡的母亲;但这是果而不是因:母亲长年以来努力想要与一个自闭症孩子沟通,却没有任何回报,她被搞得精疲力竭,最后终于放弃了。

    里奇?哈里斯有系统地摧毁了作为20世纪社会科学基础的教条之一:父母塑造孩子的性格与文化的假说。在西格蒙德·弗洛伊德的心理学、约翰·沃森(John Watson)的行为学派和玛格丽特?米德的人类学中,父母养育的决定作用从来没有被检验过,只是一种假设。但是来自孪生子的研究、来自移民家庭孩子以及被领养孩子的研究现在就在我们面前:人们从他们的基因和他们的同伴那里得到他们的性格,而不是从他们的父母那里。

    在70年代,E.O. 威尔逊(Wilson,生物学家)的著作《社会生物学》出版之后,出现了对于遗传影响行为说法的一个猛烈的反击,领头的是威尔逊的哈佛同事,理查德?路文廷和斯蒂芬?杰?古尔德。他们中意的口号被路文廷用做自己一本书的书名,教条得不留任何回旋余地:“不在我们的基因里!”在那个时候,“基因对行为只有很少影响或没有影响”这样的论断仍然只是一个合乎情理的假设。在25年的行为遗传学研究之后,这个观点已经不再成立了。基因确实影响行为。

    但是,即使有了这些发现,环境仍然相当重要——在所有行为中也许环境的总和都比基因重要。但是在环境的影响中只有小得惊人的一部分是父母影响的作用。这不是要否认父母有作用或者是孩子没有父母也行。事实上,就像里奇?哈里斯所说,如果这样否认就太荒谬了。父母塑造家庭环境,而一个愉快的家庭环境本身就是好事。你不需要相信快乐决定性格,也会同意拥有快乐是好事。但是儿童似乎不让家庭环境影响他们离开家之后的性格,也不让它影响自己在成年之后生活里的性格。里奇?哈里斯在观察之后做出了一个关键的结论:我们都把自己生活中的公共生活带和私人生活带分开,而且我们并不见得会把在一个带里学到的教训或表现的性格拿到另外一个带里。我们很容易地在两个带之间切换。这样,我们学到了我们同伴的语言(对于移民来说)或口音并在今后的生活中使用,而不是我们父母的。文化自动地从一个儿童的小群体传到另一个,而不是从父母传到子女——举一个例子说,这就是为什么在成年人中推动性别更加平等的运动对于儿童活动场上自愿的按性别分组没有任何影响。每个家长都知道,小孩喜欢模仿同伴而不是家长。心理学与社会学和人类学一样,曾经被那些对遗传因素有着强烈反感的人所主导;但是它再也不能继续这样无知下去了。

    我的目的并不是要重复一遍天性与后天培养的辩论,这个题目我在第六号染色体那一章里谈过了。我是想引起人们对这个事实的注意:即使后天培养的假说被证明是正确的,它也不会减少外界因素对行为的决定性。通过强调跟从于同伴对人的性格会有多么大的影响,里奇?哈里斯彻底揭示了环境决定性比遗传决定性更应该引起警觉。它就是洗脑。它远没有给自由意志留下空间,而是减少了空间。一个孩子在不顾父母和兄弟姐妹的压力而表达自己的(部分是遗传的)性格时,他至少是在遵从内在的力量,而不是其他什么人的。

    所以,靠着用社会因素来寻找同情并没有躲开决定论。事情的结果要么有原因,要么没有原因。如果我因为童年时期发生的什么事而变得胆小,这并不比一个胆小的基因具有更少的决定性。更大的错误不是把决定性与基因等同起来,而是把决定性当成是不可避免的。《不在我们的基因里》一书的三位作者,史蒂文·罗斯(Steven Rose)、利昂·卡民(Leon Kamin)和理查德?路文廷说:“对于生物决定论者来说,那古老的信条‘你无法改变人的本性’是人类状况的开始也是结束。”但是这个等式——决定论等于宿命论——是没有根据的,这是人们都理解得很清楚的,很难发现这三位批评家到底是在指控哪个假想敌。

    决定论等于宿命论之所以是没有根据的,原因如下。假设你生病了,但是你通过推理认为没有必要打电话找医生,因为你要么会痊愈,要么不会,医生是多余的。但是,这就忽略了一个可能性,那就是:你痊愈也许是因为你看了医生,不痊愈也许是因为你没有看医生。随之而来的是,决定论并不决定你可以做什么不可以做什么。决定论是向后去看你现在状况的原因,并不是向前去看它的后果。

    但是,这样的神话继续流传:遗传决定性是比环境决定性更不容易改变的命运。就像詹姆斯?沃森所说的:“我们谈论基因疗法,似乎它能够改变一个人的命运,但是你也可以用帮一个人还清债务的方法改变他的命运。”了解遗传知识的惟一目的就是为了(主要利用非遗传的方法)干涉、弥补遗传的缺陷。我已经列举了众多例子,说明基因突变的发现远远没有导致宿命论,而是导致了减轻它们影响的双倍的努力。就像我在六号染色体那一章里提出的那样,当阅读困难症终于被认做是一个真实的也许是遗传的问题之后,家长、老师和政府的反应不是宿命式的。没有人说,因为阅读困难症是遗传病,所以它是不可治愈的,从现在起被诊断为有阅读困难症的孩子都应该被允许当文盲。发生的事情与此正相反:为阅读困难症孩子发展出了有弥补措施的教育方法,效果相当令人叹服。与此类似,我在第十一号染色体那一章里说过,连心理疗法医生都发现,害羞的遗传解释能够帮助它的治疗。通过让害羞的人相信他们的害羞是内在的、“真实”的,能够帮助他们克服这个问题。

    生物决定论威胁政治自由的说法也是说不通的。正如山姆·布瑞坦(Sam Brittan,经济学家)曾经说过的:“自由的反面是强制,不是因果决定。”我们珍惜政治自由是因为它允许我们拥有个人作决定的权利,而不是反过来。尽管我们嘴上说我们热爱自由意志,当需要“赌注”的时候我们却抓住决定论想用它来救我们。1994年2月,一个美国人斯蒂芬·莫布利(Stephen Mobley)被判决谋杀了一个比萨饼店的经理约翰·科林斯(John Collins),并被判死刑。他的律师在上诉要求把死刑改判为无期徒刑时,提出遗传作为辩护。他们说,莫布利来自一个几代都出骗子和罪犯的家庭。也许他杀了科林斯是因为他的基因让他这么干的。“他”对此没有责任,他只是由遗传决定的一个自动化机器。

    莫布利愉快地放弃了他拥有自由意志的想法,他希望别人相信他没有自由意志。每个用“精神疯狂”或“应负责任应该减少”来为自己辩护的罪犯都是这样希望的。每一个因嫉妒而杀死了自己不忠的配偶的人也是这样希望的,他们为自己辩护的理由是“短暂疯狂”或“正当的愤怒”。每一个大亨在被指控造假欺骗持股者的时候也是这样希望的,他们的借口是“早老性痴呆症”。事实上,每一个孩子,当他在游戏场上说,是他的朋友让他干的,他也是这样希望的。我们中的每一个人,如果在心理医生一点隐晦的暗示下就心甘情愿同意我们现在的不快乐都应该怪我们的父母,也是这样希望的。一个把高犯罪率归罪到社区环境上的政客也是这样希望的。当一个经济学家肯定地说消费者追求的是商品功能的极值时,他也是这样希望的。当一个传记作家试图解释他书中人物的性格是怎样被具有改变人的力量的体验而塑造的时候,他也是这样希望的。每一个去算命的人都是这样希望的。在每一个例子里都有一种自愿、快乐和感激的对于决定论的拥抱。对于自由意志我们远远不是热爱,我们似乎是一个只要有可能就会跳起来把它放弃的物种。

    一个人对自己的行为负全责是一个有必要的虚构故事,没有它,法律就站立不稳,但是它照样是一个虚构故事。在某种程度上说,你的行为是出于你的性格,你是要为自己行为负责的;但是,出于性格的行为只不过是在表达那许多决定了性格的因素。大卫·休谟(David Hume,18世纪哲学家)发现自己被这个后来被称为休谟之叉(Hume’s fork)的两难问题难住了。我们的行为要么是被事先决定的,在这种情况下我们不必为它负责;要么我们的行为是随机的,在这种情况下我们也不必为它负责。在每种情况下,常识被否定了,社会秩序无法形成。

    基督教已经与这些问题纠缠了两千年,其他宗教的神学家们还要更长。上帝似乎是否认自由意志的,这几乎是定义,否则他就不是万能的了。但是,基督教尤其努力地试图保存自由意志的概念,因为没有它,就不能让人类对自己的行为负责。如果没有责任,罪恶的概念就是一个笑话,而地狱就成了来自于公正的上帝的一个该诅咒的不公正。现代基督教的共识是上帝把自由意志加诸我们,使得我们能够选择让自己的生活充满美德还是罪恶。

    几位著名的进化生物学家最近提出,宗教信仰是人类普遍拥有的本能的体现——在某种意义上说,有一组基因是关于信仰上帝或神祇的。(一位神经生物学家甚至声称他在大脑颞叶发现了一个专门的区域,在信仰宗教的人里比在其他人里体积更大更活跃;过分的宗教情结是有些种类的颞叶癫痫的一个特征。)宗教的本能也许仅仅是本能的迷信的一个副产品,这样的迷信假定所有事件,甚至是雷雨,都有一个带有某人意志的原因。这样的迷信在石器时代可以是很有用的。当一块大石头滚下坡几乎把你压扁的时候,如果你听信阴谋理论而认为这是有人把它推下来的,就比认为它只是偶然事件要更安全。我们自己的语言里布满了带有意志的词。我早些时候写道,我的基因建造了我,并把日常责任分配给了我的大脑。我的基因没有做这一类的事,这些事仅仅是发生了。

    E.O. 威尔逊在他的《综合知识》一书里甚至提出,道德是我们的本能的成体系的表达,什么是正确的确实是由什么是自然的而衍生出来的,尽管自然主义也有站不住脚的地方。这引出了一个矛盾的结论:信仰上帝或神是自然的,因此是正确的。但是威尔逊本人在成长过程中是一个虔诚的浸礼教徒,现在却是不信其有也不信其无,这样,他就反抗了一个有决定作用的本能。同样的,史蒂文?频克接受了自私基因的理论,却没有要孩子,他告诉他的自私基因“去跳河吧”。

    所以,即使是决定论者也可以躲开决定的因素。我们有了一个矛盾。除非我们的行为是随机的,否则它就是事先决定的。如果它是事先决定的,它就不是自由的。但是,我们感到——而且可以被证明——我们是自由的。查尔斯?达尔文把自由意志描述成是一个幻觉,是因为我们没有能力分析我们自己的动机。现代达尔文学派人士——例如罗伯特?特斯里弗——甚至提出,在这样的事情上我们欺骗自己也是一个进化来的对环境的适应。频克曾经把自由意志说成是“使得伦理游戏成为可能的人类的理想化”。作家丽塔?卡特(RitaCarter)说它是事先装在思维里的幻觉。哲学家托尼?英格拉姆(TonyIngram)把自由意志说成是我们假设别人拥有的东西——我们似乎有内在的倾向认为我们周围所有人和所有事物都有自由意志,从不听使唤的外板发动机到带着我们基因的不听话的孩子。

    我愿意相信,在解决这个矛盾时我们能够做得更好。还记得吗?在谈论第十号染色体的时候我描述过,组成对于压力的反应的,是对环境变化迅速做出回应的基因,而不是相反。如果基因能够影响行为,行为又能影响基因,那么就有了一个循环的因果关系。在一个循环反馈的系统里,简单的因果过程可以产生非常难以预料的结果。

    这种说法出自于混沌理论。我讨厌承认这一点,不过,是物理学家先发明的这个理论。18世纪法国的伟大数学家皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯(Pierre-Simonde La Place)曾经设想过,作为一个优秀的牛顿学派人士,如果他能够知道宇宙中每一个原子的位置和运动,他就能够预言未来。或者说,他猜到了自己不能预知未来,在琢磨为什么不能。时髦的说法是,答案在亚原子水平上,我们现在知道,那里的量子力学事件只是在统计的意义上是可以预测的,世界不是牛顿的桌球组成的。但是这并没有什么帮助,因为牛顿物理学其实在我们日常生活的尺度上是对事件的很精确的描述,没有人认真相信我们的自由意志依赖于海森伯(Heisenberg,量子物理学家,所提出的“不确定性原理”认为人们无法同时准确地测量一个粒子的位置与动量,对其一的测量越准确,对另一个的测量就越不准确。后来有人认为,这个原理给人的行为从本质上加上了随机性:因为我们无法在任何一个时刻测量出所有的变量,我们也无法预测人的行为)不确定性原理的那个概率框架。把原因说得直接一些:今天下午我在决定写这一段的时候,我的大脑没有掷骰子。采取随机的行动与自由地行动根本不是一回事——事实上,正相反。

    混沌理论给拉普拉斯提供了一个更好的回答。与量子物理不同,它不依赖几率。数学家所定义的混沌系统是事先决定的而不是随机的。但是这个理论说,即使你了解所有决定这个系统的因素,你可能还是无法预测这个系统的发展轨迹,这是因为不同的因素之间相互作用的结果。即使是因果关系简单的系统也可能有混沌状态的行为。它们这样是因为“自激”性,在这里,一个行动影响下一个的初始状况,所以,很小的结果会成为很大的原因。股票市场指数的走向、未来的天气和海岸线的“分形几何”,都是混沌系统:在每一种情况下,大概的轮廓和事件发展的大体方向是可以预测的,但是精确的细节却不能。我们知道冬天会比夏天冷,但是我们不知道下一个圣诞日是否会下雪。

    人类行为也具有这些特点。压力可以改变基因的表达,基因表达又可以影响对压力的反应,如此这般。因此,人类的短期行为是无法预测的,但是长期行为却大致可以。这样,在一天中的任何一个时刻我可以选择不吃饭,我有不吃饭的自由,但是几乎可以肯定,在那一天之内我是要吃饭的。我吃饭的时间可能会由很多因素决定——我的饥饿程度(部分由我的基因决定),天气(由众多的外界因素以混沌的方式决定),或者是另外某人决定问我要不要出去吃午饭(他是一个做事有因果的个体,我无法控制他)。这些基因与外界影响的相互作用使我的行为无法预测,但是它们并非没有决定我的行为。在字词的空隙里,有着自由。

    我们永远不可能逃避决定性,但是我们可以在好的决定性与坏的决定性之间做出区别——自由的和不自由的。假设我坐在加州理工学院下条信辅(Shin Shimojo)的实验室里,他此刻正用一根电极戳我的大脑里离前环沟(anteriorcingulate sulcus)很近的地方。因为对于“自愿行为”的控制就是在这个地方,也许他使我做了一个动作,在我看来具有所有的自愿行动的特征。如果问我为什么要动胳膊,我几乎肯定会很确信地回答,那是我自己的决定。下条教授要知道得更清楚(让我赶快加上一句,这是下条向我建议的一个设想的实验,不是真的)。与我的关于自由的幻觉相矛盾的,不是我的动作是被其他因素所决定这一事实,而是因为它是另外某人从外部决定的。

    哲学家A.J.艾尔(Ayer)是这样说的:
    如果我患上了强迫型精神病,以至于我会站起身来走到房间另外一头去,不管我想不想这样做,或者如果有人强迫我这样做,那么,我就不是在自由地行动。但是如果我现在这样做,我就是在自由行动,仅仅是因为上面说的两种情况不存在。从这个角度来看,我的行动仍然有一个原因这个事实是无关紧要的。

    一位研究孪生子的心理学家林登·伊弗斯(Lyndon Eaves)曾经说过类似的观点:
    自由是站起来超越环境限制的能力。这个能力是自然选择赋予我们的,因为它具有适应性……如果你要被推着走,你是宁愿被你的环境推着走,还是被你的基因推着走?环境不是你,而基因在某种意义上说就是你。

    自由在于表达决定你自己的那些因素,而不是决定别人的那些。“决定”不是区别所在,谁是决定因素的主人才是区别所在。如果自由是我们想要的,那么最好是让来自于我们内部的力量来决定我们,而不是让其他人内部的力量来决定。我们对于克隆人的厌恶有一部分是来自于这样的一个恐惧:我们的独特性要被另外一个人分享了。让基因在它们自己的体内为自己作决定,这样一个执著的信念是我们反对把自由丢给外界因素的最强堡垒。你是否已经开始看出来我为什么要半开玩笑地随便想想一个自由意志基因的想法?一个自由意志基因不是什么自相矛盾的事,因为它会把我们行为的来源放到我们身体之内,其他人拿不着。当然,自由意志不会由一个基因决定,而是由与基因相比无限宏伟、给人激励的力量决定:整个的人类本性,事先建立在我们的基因组里,具有灵活性,又是每个人所特有的。每一个人都有一个独特的与众不同的内在本性。这就是“自我”。

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  • 陈洁:内幕交易特殊侵权责任的立法逻辑与规则设计

    自2005年《中华人民共和国证券法》(以下简称《证券法》)首次规定内幕交易民事赔偿责任至今20年间,我国证券市场内幕交易行政处罚的案件数量逐渐增多,但由法院作出裁决的内幕交易民事赔偿案件却寥寥无几。究其因,由于最高人民法院就内幕交易民事赔偿尚未出台类似虚假陈述侵权损害赔偿的司法解释,致使证券法中内幕交易民事赔偿责任条款因其过于原则更多起到宣言性作用。而推究最高人民法院未能出台内幕交易民事赔偿司法解释的深层次原因,主要有二:一是基础法理层面。理论界与实务界对内幕交易民事责任存在认识分歧,诸如是否需要构建内幕交易民事责任制度、内幕交易民事责任制度要达到何种法律效果等根本性问题,至今难以达成共识。二是技术规则层面。由于传统侵权责任制度规范难以直接适用于内幕交易侵权范畴,因此,关于内幕交易侵权行为的性质、内幕交易侵权责任的构成要件、内幕交易行为给投资者造成的损失怎样计算等问题,业界亦存在诸多分歧。

    鉴于最高人民法院现已明确启动内幕交易民事赔偿责任司法解释工作,为此,暂时搁置学理层面的争议,尽力厘清内幕交易民事赔偿制度的立法逻辑,并大力推进规则层面的体系化、规范化已是当务之急。为此,本文无意于在理论层面过多纠结于业界对内幕交易民事责任“肯定说”“否定说”的争论,而只是在认可内幕交易民事责任作为资本市场基础性制度构成并获得政策性选择的前提下,从有效防范和制裁内幕交易行为,充分保护投资者权益的视角出发,尝试解析我国内幕交易民事赔偿责任制度的构建逻辑,以及与立法逻辑相照应的且具有可操作性的核心规则设计,以期为我国内幕交易民事赔偿责任司法解释的出台贡献绵薄之力。

    一、追究内幕交易侵权责任的逻辑起点

    综观关于内幕交易民事赔偿责任的基础法理争议,主要有三点:一是内幕交易是否给投资者造成损害?二是内幕交易究竟侵犯了投资者什么权利?三是内幕交易民事赔偿的请求权基础是什么?这三个问题其实也是追究内幕交易侵权责任的逻辑起点。

    (一)内幕交易是否给投资者造成损害

    实务界对内幕交易民事赔偿责任持“否定论”的一个重要理由是,内幕交易确实对公平市场秩序造成危害,但是市场危害性不能当然推导出个别投资者民事索赔的正当性,因为内幕交易行为不会对个别投资者的个人权益造成损害。该观点进一步认为,内幕交易攫取的并不是某个或者某些可确定的特定投资者的利益,而是不特定投资者所共同代表的公共利益。对此,笔者以为,内幕交易对证券市场造成的损害是普遍的且严重的,它既给证券市场规则造成一般性的损害,也给投资者利益造成具体损害;既给所有的投资者造成普遍损害,也给具体投资者造成个别损害。此外,内幕交易也对证券的发行者造成了损害。

    内幕交易对投资者造成的损害,其实包括两个方面:一般损害和具体损害。1.一般损害是指投资者在一个规则受到损害的市场上从事交易,其实所有的市场投资者都承担了交易风险。析而言之,当掌握了内幕信息的人(以下简称“内幕人员”)利用内幕信息从事证券交易以求获利或者避损,其行为本身会减少其他投资者获利的机会。因为在证券市场中,投资既有亏损的时候,也有盈利的时候,盈亏相抵之后即为投资的净回报率。如果一般投资者亏损的概率保持不变,而盈利的概率却因为内幕人员参与交易而减少了,投资的净回报率显然就会降低,这样就间接地伤害了广大的投资者。这些损害虽然是难以计量的,但确是所有市场投资者所面临的风险。2.具体损害是指在一个具体的证券交易中,利用内幕信息进行交易的内幕人员获得了利益,而作为其交易相对人的投资者则受到了损害。客观上,在与内幕人员进行交易时,投资者会受到额外损害,这个损害就是内幕人员获得内幕交易所得的超过利润部分。内幕人员的额外收入,不是基于其自身的努力,诸如其对市场的分析调查或者其他生产性活动等,而是以其他投资者的损害为代价,内幕人员的所得正是对方所失。更进而言之,由于内幕信息的获得机会与对内幕信息的控制程度有关,而市场中往往只有大投资者才能够控制内幕信息并预防内幕交易,因此内幕交易的所得往往是以中小投资者的损失为代价的。这种损害取决于内幕交易发生的可能性,危害的大小与可能性的大小成正比。因此,严格禁止内幕交易,可以确保投资者之间处于实质平等的地位,有利于保护投资者权益。

    综上,由于内幕人员是在获取了内幕信息的情况下作出交易决策,因此可以推定如果内幕人员不知悉内幕信息,就不会实施交易,或者至少不会以相同的价格或者在时间区间实施交易。因此,内幕交易使内幕人员与普通投资者处于形式上平等而实质上不平等的地位,内幕人员实质上是从市场上攫取了本来不应当有的交易机会。这种不应当有的交易机会,既给不特定投资者造成一般损害,也给特定投资者造成了具体损害,同时还从根本上破坏了证券市场规则统一、地位平等、方式公平和机会均等的基本结构与功能要素。

    (二)内幕交易侵犯了投资者什么权利

    证券内幕交易本质上是个别内幕信息知情人利用信息优势与普通投资者开展的不公平交易行为。内幕人员与普通投资者交易,内幕人员必然具有更多的获利避损机会,而与其作相反交易的投资者则难免因此受损。在这样的交易中,内幕人员究竟侵犯了投资者什么权利呢?主流观点认为,内幕交易侵犯了股东知情权和公平交易权。对此,笔者以为,这个知情权的概念过于狭窄且定位有所偏差,内幕交易实际上侵犯了投资者公平信息获取权。

    首先,股东知情权与投资者公平信息获取权的差异。股东知情权是公司法上的概念,投资者公平信息获取权是证券法上的概念。尽管证券法与公司法都调整公司与其股东之间的关系,但是,公司法所调整的是公司与其股东之间的关系,证券法则调整证券发行主体与投资者之间的关系。在公司法结构框架下,公司法将公司与其股东之间的关系,以及基于这种关系而确定的公司董事、监事和高级职员与股东的关系,作为公司的内部关系来调整。但证券法则将股东(除了法定的内部人外)视为发行股票公司的“外部人”,将作为发行人的公司与投资者之间的关系作为外部关系来调整。这种调整模式差异的根源在于,证券法上的投资者包括公司现有股东和潜在的股东,其范围要大于公司法上股东的范围。公司法保护股东的权益,包括股东知情权,主要是对私益(特定股东的利益)的保护,而证券法所保护的投资者权益则更具有公益(不特定投资者的利益)的性质。公司法调整公司与股东之间的关系以股东平等为原则,证券法调整公司与股东之间的关系也以股东平等为原则,但证券法上的这一原则是投资者平等原则在特定范围中的应用,其所强调的是股东重大信息了解权的平等(如信息披露制度)和股东投资机会的平等。鉴于证券法所要实现的是证券市场的公平性与秩序性,所以,内幕交易实质上损害了投资者公平信息获取权。尽管公平信息获取权与股东知情权之间存在密切联系,甚至有相当重合,但二者的权利主体范围、权利性质还是有差异的。

    其次,内幕交易是否侵犯了投资者的公平交易权?这个问题的回答其实取决于公平信息获取权与公平交易权的关系解释。如前所述,证券法与公司法是两个相对独立的法域,各自具有不同的质的规定性。股东知情权的规制,是为了维护公司现存股东的股东权益公平合法的实现;对投资者的保护,以及对证券信息披露实施环节的规制,是为了维护投资者(包括公司的潜在股东)权益安全与公平的实现。在证券市场上,投资者是依据其所掌握的证券市场信息进行交易决策,为此证券法规定了严格的追求效率的信息披露制度。但投资者在公平获取信息之后能否作出最优投资决策,则不是证券法所要规制的问题。就内幕交易而言,内幕信息的重大性使其必然对证券市场价格产生重要影响,因此该信息是投资者对发行公司进行投资判断或者对该公司股票市场价格进行判断的依据。换言之,投资者与内幕人员不平等的核心是获取信息权。正是由于信息获得的差异,导致投资者投资决策的差异。至于公平交易权,它只是损害公平信息获取权附带的结果,损害了公平信息获取权必然损害公平交易权。因此,就内幕交易而言,投资者的公平交易权并非其直接侵害的对象,而是侵害投资者公平信息获取权的附属,故不应将公平信息获取权与公平交易权等同视之。事实上,在资本市场上,包括操纵市场、程序化交易等方式可能直接损害的是投资者的公平交易权。

    (三)内幕交易损害赔偿的请求权基础

    内幕交易民事赔偿责任是指违反《证券法》第53条规定的义务而产生的侵权损害赔偿责任,因此,内幕交易民事赔偿责任的性质是基于违反法定义务而产生的侵权之债。不过,在内幕交易侵权行为认定上,将内幕交易视为“欺诈”的观点相当盛行。对此,笔者以为,民事侵权法上的欺诈,欺诈者要有捏造事实或隐瞒真相的行为。而在发生内幕交易的场合,内幕人员对内幕信息的隐瞒,与欺诈行为中隐瞒真相的通常意义有所不同。其一,内幕人员并不一定是信息披露义务人,相反,在内幕信息公开之前,因职务或业务而获得内幕信息的人要负有保密义务,因此,对于内幕人员不将内幕信息透露给相对人的情形,不能全然认定为违法;其二,在证券集中市场上进行交易,内幕人员只需表示以特定价格买卖特定数量的特定证券,即可根据证券买卖的成交原则成就交易,内幕人员与相对人之间并无交流内幕信息的必要与机会。所以,在法律上不应当把内幕交易定性为欺诈行为,而应当定性为法律所禁止的不正当交易行为。

    关于内幕交易民事责任的请求权基础,对内幕交易民事责任持“否定论”的观点认为,内幕交易侵犯的是股东知情权,知情权不属于民事权利范畴,故投资者无法受到救济。其具体论证的过程是,原《侵权责任法》第2条第2款以列举加兜底的方式确定了18种代表性的“人身、财产权益”,但内幕交易的侵权客体皆无直接对应的权利类型。民法典相较于此前侵权责任法,其并没有以列举加兜底的方式来界定“人身、财产权益”,而是在第1164条中概括规定“侵权责任编”调整对象为“因侵害民事权益产生的民事关系”,知情权能否被“民事权益”这一概念所涵摄值得探讨。

    对此,笔者以为,民法典之所以放弃原侵权责任法列举加兜底的确定“人身、财产权益”的方式,而采用“民事权益”的宽泛表述,就是考虑到民事权益多种多样,立法难以穷尽,而且随着社会、经济的发展,还会不断有新的民事权益被纳入侵权法的调整范围。《民法典》第五章“民事权利”中第125条“投资性权利”规定:“民事主体依法享有股权和其他投资性权利”,结合公司法的规定,股权的内容通常包括股利分配请求权、公司剩余财产分配请求权、知情权等,所以,股东知情权以及由此延伸的投资者公平信息获取权作为投资性权利当然属于“民事权益”的范畴。

    此外,从体系化视角出发,尽管民法典总则编对民事权利的类型化进行重构,并通过分编对类型化的民事权利之变动和保护(包括救济)予以全面具体的规定,然而,某些民事主体因自身特征而享有的其他民事权利,包括知识产权、股权等投资性权利,民法典分编难以提供周到的保护。为此,就必须通过民商事单行法对民法典分编“无暇顾及”的“具体民事权利”提供保护,而且《民法典》第11条就此专门规定了“特别法优先”的法律适用规则。因此,对于同一事项,民商事单行法对民法典总则编或分编的相应规定作细化规定的,如补充性规定、限制性规定或例外规定的,应适用其规定。

    就股东知情权或投资者公平信息获取权而言,鉴于民法典总则编与公司法、证券法原则上是“抽象与具体”、“一般与特殊”的逻辑关系,股东知情权或投资者公平信息获取权涉及公司法、证券法的具体规定,尤其是《证券法》第53条明确规定:“内幕交易行为给投资者造成损失的,应当依法承担赔偿责任”。因此,依据“特别法优先”的法律适用规则,内幕交易侵权责任请求权问题就应当交由公司法、证券法单独处理,而不必机械纠结于民法典总则编的规定。

    二、内幕交易特殊侵权责任的逻辑结构

    最高人民法院于2015年12月24日发布的《关于当前商事审判工作中的若干具体问题》(以下简称《若干规定》)针对“虚假陈述、内幕交易和市场操纵行为引发的民事赔偿案件”提出,“在实体方面要正确理解证券侵权民事责任的构成要件。要在传统民事侵权责任的侵权行为、过错、损失、因果关系四个构成要件中研究证券侵权行为重大性、交易因果关系特殊的质的规定性。”该《若干规定》表明,最高人民法院是将内幕交易违法行为视为侵权行为并要求适用民事侵权责任的四大构成要件。但是,基于内幕交易侵权行为的特殊性,立法上是否应将其定性为特殊侵权行为并确立特殊的责任构成机制是内幕交易民事赔偿司法解释无法回避的基础性问题。

    (一)内幕交易特殊侵权行为的定位逻辑

    从侵权责任的基本法理出发,任何违法行为给他人利益造成损害,均须承担民事赔偿责任,因此,侵权民事责任的承担,并不以法律有明文规定为必要。但就特殊侵权行为而言,则必须依据法律的规定来认定。一般侵权行为与特殊侵权行为的识别,法技术层面判断的关键在归责原则。按一般法理,民法以过错责任为原则,若法律特别规定某类主体或某类行为须承担过错推定责任或无过错责任的,就可以认定是特殊侵权行为。而法律在一般侵权责任之外,要特别设置过错推定责任、无过错责任的特殊侵权规则,主要是考虑到案件双方力量失衡,某些特殊情形中要求受害人承担举证责任是不切实际或者颇为困难的,所以必须采用特殊归责原则以平衡双方利益,也体现对弱势受害人的倾斜保护。

    就内幕交易侵权行为而言,在我国当前规范意义的立法中,从证券法到相关司法解释,均未对内幕交易侵权责任的归责原则予以特殊规定,所以在实然层面,我国内幕交易侵权行为目前的定性应为一般侵权行为。但从内幕交易行政处罚和刑事责任追究的角度考察,2007年中国证券监督管理委员会(以下简称“证监会”)出台的《证券市场内幕交易行为认定指引(试行)》(证监稽查字〔2007〕1号,以下简称《内幕交易认定指引》)以及最高人民法院于2011年7月13日下发的《关于审理证券行政处罚案件证据若干问题的座谈会纪要》(法〔2011〕225号,以下简称《纪要》),都在试图根据内幕交易主体距离内幕信息的远近距离、对获取内幕信息的难易程度以及“知悉”内幕信息途径的不同,对内幕人员“知悉、利用内幕消息”的认定做分层次的推定规定。再从市场实践来看,不管行政执法还是刑事司法,执法机构在内幕交易事实认定中广泛适用推定规则是显而易见的。对此,笔者以为,我国有关内幕交易侵权责任的现行立法过于简单,尚未确立内幕交易特殊侵权行为的救济机制,因此无法实现保护投资者的目的。如果未来要在立法政策层面实现对内幕交易受害人的民事赔偿责任保护,并使《证券法》第53条规定的民事责任条款能够具体落地,就必须从内幕交易行为的特殊性出发,将其认定为特殊侵权行为,并规定过错推定等特殊归责原则。这也是此次出台内幕交易司法解释的出发点和落脚点。

    其一,内幕交易行为的特殊性。内幕交易行为技术性很强且兼具隐匿性。证监会曾指出,内幕交易案件“参与主体复杂,交易方式多样,操作手段隐蔽,查处工作难度很大。随着股指期货的推出,内幕交易更具隐蔽性、复杂性。”客观而言,在证券集中市场上,证券交易由计算机自动撮合成交,内幕人员只需在交易软件上下单,即可根据证券买卖的成交原则,以特定价格买卖特定数量的特定证券。由于是在非面对面的交易市场环境下,内幕人员与其交易相对人之间根本没有机会交流相关的内幕信息,因此投资者实难发现其与内幕人员之间的信息不对称。

    其二,内幕交易行为造成损害的特殊性。内幕交易行为的侵害对象,往往是不特定的投资者,因此,内幕交易行为造成的损害具有涉众性。此外,证券市场瞬息万变,投资者的损失是市场多种因素综合造成的。内幕交易行为造成损害的表现与计算具有复杂性,确定内幕交易侵权责任造成的损失需要运用更多的证券市场专业知识。而如何区分因内幕交易侵权行为造成的损害和正常市场风险带来的损害是证券损害赔偿的主要难点之一。

    其三,内幕人员与普通投资者之间力量的不平衡。与普通投资者相较,内幕人员往往掌握优势的信息和良好的技术、知识、经验,因而普通投资者在证券市场中处于弱势地位。加上内幕交易行为的技术性、隐蔽性等特征,权利受到侵害的投资者需要承担证明受到的损害与内幕交易行为具有因果关系,往往举证难度很大。在此情况下,由作为被告方的内幕人员举证证明投资者遭受的权利侵害并非因内幕交易而是由其他因素导致,无疑降低了受害方投资者的举证难度,亦对促进投资者进行民事权利救济具有关键性作用。

    综上,由于证券市场的特殊性以及内幕交易行为的特殊性,若按照一般侵权责任规则,要求投资者承担内幕交易与其损害之间的因果关系的举证责任,对于绝大多数投资者而言是“不可承受之重”。为保护弱势的公众投资者,增强公众投资者对资本市场公正的信心,就需要“通过无过错责任或者过错推定之下对特定侵权领域受害人权益做出特别的保护,在民事领域的行为自由与权益保护之间划分出不同于一般侵权行为的责任与行为之边界。”就内幕交易民事赔偿案件而言,应将内幕交易定性为特殊侵权行为并采取特殊侵权责任的构造模式,即内幕交易的归责原则应主要适用过错推定原则和无过错责任原则。鉴于内幕交易的主观构成要件必须是故意,无过错行为不构成内幕交易,而且内幕交易也存在免责事由,因此内幕交易的归责原则应该是过错推定规则,不适用无过错责任。概言之,内幕交易特殊侵权行为的立法模式才能体现出立法上对投资者保护,也体现出立法政策上对内幕人员与投资者之间利益平衡的考量。

    (二)内幕交易特殊侵权行为归责原则的特殊性

    如前所述,内幕交易侵权行为应定性为特殊侵权行为,内幕交易侵权行为的归责原则为过错推定原则。在过错推定原则下,一般行为人只要证明自己没有过错就可免责。不过,就内幕交易侵权责任的归责原则而言,其又具有特殊性。

    其一,内幕交易行为人只要证明自己没有故意,就可以免责。关于过错,侵权法上过错的基本形态可分为故意和过失,其中,故意可分为恶意和一般故意,过失可分为重大过失、一般过失和轻微过失。但在最高人民法院《关于审理证券市场虚假陈述侵权民事赔偿案件的若干规定》(法释〔2022〕2号,以下简称《虚假陈述新司法解释》)中,为了对中介机构的连带责任予以限缩,《虚假陈述新司法解释》将《证券法》第85条规定中的“过错”限定为“故意和重大过失”。就内幕交易而言,《证券法》第50条规定,“禁止证券交易内幕信息的知情人和非法获取内幕信息的人利用内幕信息从事证券交易活动”,这里的“利用”表明内幕人员必须有意识地使用内幕信息才构成内幕交易行为,即内幕交易构成要件中的主观方面只能是故意,过失不构成内幕交易。因此,内幕交易行为人只要证明自己不是故意,即便可能存在过失,也不构成内幕交易,也就无需承担内幕交易侵权损害赔偿责任。

    其次,内幕交易行为的类型化导致其归责原则存在差异。根据《证券法》第53条之规定,内幕交易在客观上具有三种表现形式,一是内幕信息知情人利用内幕信息买卖证券或者根据内幕信息建议他人买卖证券;二是内幕信息知情人向他人泄露内幕信息,使他人利用该信息进行内幕交易;三是非法获取内幕信息的人通过不正当手段或者其它途径获得内幕信息,并根据该信息买卖证券或者建议他人买卖证券。简言之,内幕交易行为通常是由内幕信息知情人实施的,但现实中也有不少非法获取内幕信息的人通过某种途径获得内幕消息并根据该信息从事内幕交易行为。《证券法》第50条规定:“禁止证券交易内幕信息的知情人和非法获取内幕信息的人利用内幕信息从事证券交易活动。”据此规定,无论是内幕信息知情人还是非法获取内幕信息的人,凡是利用内幕信息从事证券交易均可构成内幕交易行为,即构成内幕交易行为的实质在于是否利用内幕信息进行内幕交易,而不在于是否系内幕人员所为。但是,在实施规制内幕交易的制度措施时,对内幕信息知情人和非法获取内幕信息的人在规制原理与方式上是有所不同的。对于内幕信息知情人从事内幕交易予以禁止和制裁,其法理依据在于其不正当利用了在职务上或业务上的便利和优势地位。对于非传统内幕人员如非法获取内幕信息的人,禁止和制裁其从事内幕交易的法律依据,在于其盗用了公司的信息资产。就公司法层面而言,传统内幕信息知情人与公司之间存在基于身份联结形成的信义关系,基于其特殊地位、职责以及能够直接接触到内幕信息,这些人应当承担比一般人(如非法获取内幕信息的人)更高程度的信托责任与注意义务,因而在举证责任分配方面,内幕信息的法定知情人应承担更严格的举证责任。申言之,鉴于行为人距离内幕信息越近就越容易获取内幕信息,因此监管机构需要证明其内幕交易的内容就越少,甚至部分内容可以采取推定方式;随着行为人距离内幕信息越来越远,其推定方式受限,证明难度增加,故需要区别对待。具体体现在内幕交易侵权责任归责原则上,不同行为主体基于身份的差异承担的举证责任应该是差异化的。对于内幕信息的法定知情人从事内幕交易,可以实行过错推定,即只要内幕信息没有公开,内幕人员从事相关证券买卖的,即可认定其在从事内幕交易并且具有利用内幕交易谋利的过错。而对于内幕信息的法定知情人以外的人,认定其从事内幕交易,应当由投资者证明该事实存在,归责原则亦应实行过错原则。不过,在实践中,由于内幕交易的隐蔽性,投资者往往只能在监管机构对内幕交易实施行政处罚的“前置程序”后才提起民事赔偿诉讼。因此,内幕交易的存在以及内幕人员的过错问题实际上已经由监管机构予以解决了。

    三、“同时交易规则”的引入与适用

    (一)“同时交易规则”的确立

    凡是内幕交易必有受损害的投资者,但因内幕交易具有隐蔽性,很难在证券市场主体中辨别出与内幕交易行为人直接交易的投资者,因此,即便想对内幕交易提起集团诉讼,仅在确定和寻找适格原告这一环节就非常困难。为解决内幕交易侵权责任之难题,1988年美国修订《证券交易法》第20A条规定,“(a)任何人违反本款及其规则、规章,在掌握重要未披露信息时买卖证券,对任何在违反本款的证券买卖发生的同时,购买(违反以出售证券为基础时)或出售(违反以购买证券为基础时)了同类证券的人在有管辖权的法院提起的诉讼承担责任。”从该规定可以看出,那些掌握了内幕消息而在市场上从事交易者,必须对在同时期从事相反买卖的投资者负担民事赔偿责任。这一规定确立了“同期反向交易者”标准,同时解决了内幕交易因果关系推定以及原告的范围问题。

    对域外实践经验考察,“同时交易规则”的适用难点主要在于对“同时”的认定。从美国联邦地区法院的司法判例来看,大致有三种标准:第一种是要求必须是与内幕交易之后且同一天的反向交易者;第二种是要求必须是内幕交易之后三个交易日内的反向交易者,理由是交易结算采取T+2模式;第三种则是在少部分案件中,法院将“同期”的时限宽限至6-10个交易日,但没有说明理由和裁决依据。总的来看,美国司法实践对于“同期交易”的解释比较严格,大部分案件还是限制在同一交易日或者按照结算规则可以合理解释的同期范围内。

    就我国而言,“同时交易规则”已经在光大证券“乌龙指”事件引发的内幕交易民事赔偿案中被参考。对此,笔者以为,我国的内幕交易司法解释可以直接以推理的方式划出内幕交易行为的相对人范围,即在一定期间同时作与内幕交易相反买卖的投资者,具体指内幕交易行为人买入证券,则同时作卖出该证券的投资者;内幕交易行为人卖出证券,则同时作买入该证券的投资者。至于“同时交易”的确定问题,应该指内幕信息发生至公开之间的一段期限。如此规定,可能导致出现如下现象:1.有些投资者的交易可能发生在内幕交易行为人实施交易之前,即成为内幕交易的相对人。这在证券法上是应当允许存在的立法效果。因为内幕信息发生后,知情人员要么应当依法公开信息,要么依法禁止交易。如果知情人员违反规定进行了内幕交易,在内幕信息发生后但在内幕交易行为发生之前作相反买卖的投资者,同样会受到内幕交易的侵害。2.作为内幕交易相对人的投资者及其交易数量,可能远远多于内幕交易应有的相对人及其交易数量。这在证券法上也是应当允许的立法效果。因为作内幕交易相反买卖的投资者虽然远远多于内幕交易应有的相对人,但每一个作相反买卖的投资者都可能或多或少地受到内幕交易的损害。何况这种规定既可方便对内幕交易受害人的认定,又有对内幕交易行为的惩罚意义。不过,鉴于每个内幕交易案件具体情形不同,在司法实践中可以由法官对于“同期交易”的严格或宽松解释作必要的自由裁量。

    (二)“同时交易规则”与内幕交易损害赔偿请求权人的认定

    追究内幕交易的损害赔偿责任,首先要确定可以通过民事诉讼要求内幕交易者赔偿损失的投资者范围。如前所述,美国通过一系列判例法和成文法,使内幕交易民事诉讼的原告逐步限制在“同时交易者”。我国台湾地区“证券交易法”借鉴美国之规定,第157条之一规定,“违反法律关于禁止内幕交易规定之人,对善意从事相反买卖之人负损害赔偿责任。”

    与美国立法相较,我国台湾地区“证券交易法”似乎强调了内幕交易损害赔偿请求权人的“善意”问题。“所谓善意从事相反买卖之人,系指在证券集中交易市场与店头市场不知或非可得而知该公司内幕人员利用未经公开之内部消息,从事该公司之上市股票或上柜股票买卖之事实,而于内幕人员买入时,其正逢卖出,或内幕人员卖出时,其正逢买入而受有损害之人,包括在此项消息公开后开始买进而发生损害,或是在此项消息公开前卖出而产生价格差额损失之人”,“另善意从事相反买卖者虽系委托经纪商以行纪名义买入或卖出者,亦视为善意从事相反买卖之人。”其实,尽管美国《证券交易法》第20A条未提及善意问题,但针对内幕交易损害赔偿请求权人的资格问题,美国1981年上诉法院的判例中就曾指出,依据证券交易的性质,内幕人员为内幕交易时之卖出或买入行为,即为对在交易同时为相反竞价买卖行为的善意投资者的有效要约或承诺行为,因而,在当时为相反买卖的善意投资者均可被认为是内幕交易的当事人,也为恶意获利企图的牺牲者。由此,在证券市场中与内幕交易进行交易的善意投资者,是内幕交易的受害者,具有对内幕交易人提起损害赔偿之诉的资格。

    就我国而言,为了落实内幕交易民事赔偿责任制度,使其既要能够有力地制裁内幕交易行为,又要便于在司法实务中适用,采取“善意”+“同时作相反交易的规则”确定内幕交易受害人(即内幕交易损害赔偿请求权人)范围,是一种可资参照的制度建构思路。1.按照同时作相反交易的规则,内幕交易的受害人不限于与内幕交易行为人有直接交易联系的人,即并不是内幕交易行为人所卖出的特定证券的直接购买人,也不是内幕交易行为人所购买的特定证券的直接出售人。只要与内幕交易行为人作同种类证券的相反买卖时,即内幕交易卖出某种证券时,其他投资者正好作该种证券的买进,或者内幕交易行为人买进某种证券时,其他投资者正好作该种证券的卖出,即可认定为该内幕交易行为的受害人。2.作与内幕交易行为人相反的证券买卖,应当是与内幕交易行为同时发生的。不过,法律对于证券交易活动的“同时”,应当是有一定时间长度的时限。如果从内幕信息发生至公开之间的这段期限比较长,为避免可能的滥诉,实务中也可以将“同时”自内幕交易者进行的第一笔内幕交易开始计算,并将之限定在与内幕交易的同一个交易日内。当然,立法上还可以赋予法官根据具体的交易情形对“同时”加以分析判断并作出必要的时间长度限缩。3.“善意”是指投资者必须不知道内幕交易的存在,并非为了要求赔偿或其他非法目的而进行证券买卖。4.以“善意”与“同时作相反交易规则”作为认定受害人的标准,不同于民法上的一般规则,须以法律有明确规定为必要。因此,只有内幕交易侵权赔偿司法解释明确规定内幕交易受害人的认定规则,才能确定内幕交易损害赔偿请求权人即原告的范围,在司法实务中才能得以据此适用。

    (三)“同时交易规则”与因果关系的推定

    因果关系认定是内幕交易民事赔偿责任的核心问题。一方面,只有能够证明因果关系的投资者才有资格提起侵权赔偿诉讼;另一方面,因果关系也是决定投资者能获得多少赔偿的重要因素。这两个方面其实体现为两层因果关系,一是内幕交易行为和受损投资者投资行为之间的交易因果关系;二是内幕交易行为和受损投资者损失之间的损失因果关系。

    在虚假陈述情形下,各国立法大都利用市场欺诈理论来实现信赖推定,从而解决交易因果关系问题。简言之,在一个有效的证券市场中,如果所有因虚假陈述导致的不真实和具有欺诈性的信息都反映在证券的市场价格上,那么,所有接受了该证券市场价格从事交易的投资者都可以被看作是信赖了所有不真实和具有欺诈性的信息,从而推定投资者信赖了虚假陈述。因此,投资者只要证明其所投资的证券价格受到虚假陈述行为的影响而不公正,即可认为投资者的损失与虚假陈述行为之间存在因果关系。

    在内幕交易侵权责任中,如前所述,美国判例及立法确立的同时交易原则表明,只要原告属于和内幕交易同时反向交易者,法律就确认其所受损害与内幕交易行为之间存在因果关系,从而赋予原告要求内幕交易者赔偿其损失的权利。

    比较虚假陈述与内幕交易侵权责任因果关系推定的背后逻辑,二者其实是一脉相承的。依据美国内幕交易规范的法理,内幕交易之所以应予以处罚,并非因为内幕交易的行为人因知悉内幕消息而交易,而是因其知悉内幕消息,未经揭露而交易的缘故。因此,禁止内幕交易的本质,乃属于“单纯之隐匿”(pure omission)。从这个意义上说,内幕交易与遗漏型虚假陈述性质颇为相似。为此,在具有里程碑性质的1974年联邦第二巡回区Shapiro v.Merrill Lynch案中,法院援引了最高法院在遗漏型虚假陈述中推定对未披露信息之信赖和因果关系存在的1972年Affiliated Ute Citizens案之先例,在此基础上进而推定了因果关系在未披露内幕信息的内幕交易者和其他交易者之间存在。此判例确立了事实因果关系可由于其他理性投资者会因为知晓未披露信息的内容而改变交易决定而建立。

    对上述推定论证,当然有不同的声音。其中核心反对观点认为,在非“面对面交易”情况下,不知情的投资者并不是基于内幕交易者的引诱,而是独立作出的交易决策,因此内幕交易影响了原告的交易决策并认定存在交易因果关系的论断显然是不成立的。此外,内幕人员并不一定是信息公开义务人,并不负有公开信息之义务,甚至在内幕信息公开之前,因职务或业务而获得内幕信息的人要负有保密义务。因此,对于内幕人员不将内幕信息透露给相对人的情形,不能认定为违法。

    对此,笔者以为,欺诈市场理论就是为了解决证券市场无法像传统面对面那样来证明因果关系的困境而创造出来的。尽管在虚假陈述情形下,对信赖的证明通常表现为,只要被告负有公开义务而未公开重要信息,就认定已满足了因果关系的要求,而在内幕交易情形下,可能内幕人员并不负有信息公开义务,所以似乎无法满足信赖要求。但笔者以为,欺诈市场理论的核心就是有效市场价格包含了各种信息,投资者只要相信市场价格进行交易,就说明他信赖了市场,进而信赖了交易对手方。对内幕交易而言,其与虚假陈述核心的区别在于,虚假陈述是必须公开真实信息,但虚假陈述人违反了义务;而内幕交易是在信息公开前不能进行交易,但内幕人员违反了戒绝交易的义务。尽管二者违反的义务并不相同,但实质上都是让投资者因信赖市场而陷入错误的认识并进行了交易。就虚假陈述而言,如果知道真实信息,投资者就不会交易或不会以这样的价格进行交易;而如果知道了内幕信息,投资者同样不会交易或不会以这样的价格进行交易。所以,对投资者的损害而言,内幕交易与虚假陈述其实并没有本质的不同,或者说某种意义上内幕交易与虚假陈述确有共同之处,二者的实质区别在于,虚假陈述是在信息虚假上的主动行为,让投资者对信息的真实性产生误解而从事交易,而内幕交易则是在信息披露上的不作为行为,它让投资者在不明真相的情形下也从事交易,最终导致交易结果的不公平。因此,内幕交易侵权责任也可以效仿虚假陈述侵权责任的赔偿逻辑,基于欺诈市场理论建立起事实因果关系之推定。

    归结而言,在证券集中市场交易中,一个具体内幕交易的真正直接相对人是难以确认的,内幕交易的相对人所受损害与内幕交易行为之间的因果关系也是难以认定的。若不在立法层面直接建立因果关系推定规则,实务中就难以追究内幕交易行为人的民事责任。为此笔者建议,我国可规定对善意与内幕交易同时相反交易者推定交易因果关系成立,并进而推定损失因果关系成立,但被告能够证明原告的损失是由其他因素造成的除外。这种因果关系的推定,具有两个层面的法律意义,其一,把与内幕交易行为人同时作相反交易而产生的损失,在法律上视为与内幕交易行为有因果关系的损害;其二,对于该项因果关系,内幕交易的损害赔偿请求权人不需举证证明,投资者只要证明其作了与内幕交易同时相反的交易,法律即可推定该项因果关系存在。内幕交易行为与损害结果之间因果关系的推定,把内幕交易行为与具体的受害人及其损害在法律上连接起来,由此才使得追究内幕交易者的民事责任真正成为可能。

    四、内幕交易侵权损害赔偿的损失计算问题

    (一)内幕交易侵权损害赔偿的基本思路

    如何合理确定内幕交易的损失认定方式及赔偿金额一直是内幕交易民事审判中的难点。对于内幕交易的损害赔偿,从侵权责任法律规则填补损害的基本功能出发,内幕交易民事责任亦应坚持填补损害原则,即在原则上,投资者获得的赔偿数额不能超过其损失数额。

    但是,如前文所述,确定内幕交易中投资者权利受到侵害的损失,核心在于区分证券价格波动给投资者造成的损失中,哪一部分是由于内幕信息形成的价格波动对投资者造成的损失。但在实务中,证券价格波动受到多种因素影响,影响因素确认十分复杂且带有预测性,即使连专业的证券分析师也无法作出准确测算,更遑论由法院去进行实质性判断。

    参考成熟市场相关立法例,对内幕交易诉讼中损害赔偿额,多依据消息未公开前买入或卖出该股票之价格,与消息公开后的“合理期间”内股票价格之差额来确定。据我国台湾地区“证券交易法”第157之一规定,内幕交易损害赔偿之范围是在“就消息未公开前其买入或卖出该股票之价格,与消息公开后10个营业日收盘平均价格之差额限度内”。其中,所谓“消息未公开前其买入或卖出该股票之价格”,应指从内幕消息发生之日起到消息首次公开之日期间,违反内幕交易禁止规定者在集中交易市场或店头市场买进或卖出股票的价格。这里的“消息发生之日”,一般指公司决定或决议做成之日,相关契约签订之日等等。但对于内幕交易情节重大者,法院得依善良从事相反交易之人的请求,将责任限额提高3倍。因此,内幕交易者最高赔偿责任数额,可达到其通过内幕交易获利的3倍。

    概而言之,笔者以为,我国内幕交易司法解释关于内幕交易所造成损害数额的确定规则,应当包括以下内容:1.内幕交易受害人在特定证券交易中的单价损失幅度。即与内幕交易作相反交易时的特定证券价格,与内幕信息公开后一定期间内该证券平均价格之间的差额,就是内幕交易受害者在特定证券上遭受的损失。2.内幕交易受害人在该次交易中的损失范围。即由受害人作相反交易时买卖的证券数量,乘以单价损失幅度。3.确定内幕交易行为人的责任限额。由于内幕交易受害人是根据同时相反交易规则推定的,其损害范围及其与内幕交易行为之间的因果关系也是推定的,如果完全以充分填补损失为赔偿原则,那么发生一次内幕交易,行为人所赔偿的数额可能是天文数字。因此,法律应当确定内幕交易行为人的责任限额,以求制度公平。内幕交易行为人的责任限额,通常就是内幕交易非法所得的数额。4.通过司法调整责任限额与受损数额之间的平衡。法律可以规定法院在确定内幕交易行为人责任限额上有一定的裁量权,这样即可以根据受害人所受损失的情况、受害人的请求,以及内幕交易的情节,对内幕交易行为人的责任限额予以适当提高,既可提高受害人获得补偿的程度,又可适度加重对内幕交易人的民事制裁。

    (二)因内幕交易受损的具体损失的计算

    如前所述,受内幕交易行为的损失计算,应当是投资者买入或卖出的证券价格与内幕信息公开后该证券市场价格之间的差价损失。归纳上述经验分析,可以将内幕信息公开后10个交易日为内幕信息的市场吸收期间,即内幕信息公开经过10个交易日之后,该项公开的信息视为不再影响投资者的投资判断。当然,根据我国当前证券市场的交易量、交易换手率等具体情形,还可以对内幕信息的市场吸收期间予以更精确地确定。

    此外,内幕交易行为人的赔偿数额是否应当以其违法所得额为限的问题,笔者以为,如果相关规则设定内幕交易行为人应对内幕信息发生至公开期间作相反买卖的投资者,就其股票买入或卖出价格与内幕信息公开后10个交易日平均价格之间的差价损失进行赔偿,受内幕交易行为损害的投资者损失数额通常要大于内幕交易行为人的违法所得额。为了进一步惩罚内幕交易行为,可以规定将其赔偿额度提高至违法所得额的3倍。但是,如果这样仍然不能足额赔偿投资者损失的话,可以规定按比例赔偿的制度,即按照投资者损失额占所有投资者损失总额的比例予以赔偿。在这种情况下,如果继续坚持对投资者实行足额赔偿,可能产生新的不公平。其一,按照内幕交易行为人违法所得额的3倍赔偿给投资者,已经是对内幕交易行为人的严厉惩罚。如果继续提高赔偿额度,对内幕交易行为人亦不公平。其二,投资者的损失与内幕交易之间的因果关系,本来就是根据证券法规定而推定的,而且投资者的损失也只是部分地与内幕交易有关。按比例赔偿措施对投资者的保护力度,实际上也是十分充分的。

    五、代结论

    任何规范市场行为的法律制度,都应当根据市场活动的机制和特点而定。我国内幕交易民事赔偿责任制度的构建,也必须根据内幕交易的活动方式确定其行为构成,并设计相应的规制措施。笔者以为,立足我国当前证券市场的发展阶段以及证券市场交易的现实情形,我国内幕交易民事赔偿规则的核心规则大致如下:“内幕交易行为人应对内幕信息发生至公开期间作出相反买卖的善意投资者,就其股票买入或卖出价格与内幕信息公开后10个交易日平均价格之间的差价损失,在内幕交易行为人违法所得额度内承担赔偿责任。内幕交易违法所得额不足以赔偿投资者损失的,应受损害投资者的请求,可以将内幕交易行为人的赔偿额度提高至其违法所得额的3倍。投资者仍然得不到足额赔偿的,按照其损失数额占所有投资者损失总额的比例受偿。”该规则第1款规定了因内幕交易而造成投资者损失的计算方式,投资者损失与内幕交易的因果关系,以及内幕交易赔偿额度的一般标准。规则第2款规定了内幕交易赔偿额度的惩罚性标准,以及在内幕交易赔偿额度不足以赔偿时,对投资者赔偿数额的计算方法。

    本文来源:《法律适用》2024年第10期。

  • 欧阳晓莉:两河流域文化元素在古埃及前王朝时期的发现

    古埃及文明在发展之初就受到了西亚的影响。公元前6500—前6000年间,地中海东岸黎凡特地区连年干旱,致使部分居民迁徙到埃及。他们把早已驯化的大麦、小麦、绵羊和山羊带到埃及,从此揭开了当地农业革命的序幕。前王朝时期(对应涅迦达文化,约公元前4000—前3000年),在上埃及河谷地区从希拉康波利斯经涅迦达到阿拜多斯这段不足250千米的尼罗河两岸,古埃及文明的火种得以点燃并最终以燎原之势扩散到上下埃及全境。正是在涅迦达文化的中晚期,来自古代两河流域的文化元素在古埃及崭露头角。

    一、图案、滚印与青金石

    古代两河流域对古埃及文明影响的讨论始于1923年的一篇新闻报道:著名考古学家皮特里(Flinders Petrie,1853-1942)认为卢浮宫博物馆收购的一件文物——戈贝尔?艾尔—阿拉克刀柄(Gebel el-Arak Knife Handle)——证实了埃及王朝的创立者,即所谓的王朝人种,来自两河流域南部的苏美尔地区和伊朗西南部的苏萨。该刀柄象牙材质,长约25.5厘米,宽约4.5厘米,可能属涅迦达文化III期(约公元前3200—前3100年)。皮特里基于这一刀柄对古埃及历史起源的阐释早已过时,但刀柄正面上方图案中一名成年男子双臂分别搏击两头狮子的主题毋庸置疑来自两河流域,男子连面蓄须、头系宽边发带、上身赤裸、下身着过膝长袍的形象,同样具有显著的两河流域苏美尔文明的特色。此图像的两河流域风格是如此之明显,以至于有学者提出刀柄乃两河流域的工匠在埃及所制。

    同样的驯兽者主题还出现于希拉孔波利斯第100号墓的彩绘壁画。虽然墓室的建筑特点指向涅迦达文化II期(约公元前3500—前3200年),但壁画风格属于III期。其中一幅画面有一位通体红褐色、腰系白带的男性用双臂分别与两头站立的狮子做搏击状。这被认为是古埃及艺术借用外来元素的最早案例。埃及同时期的本土图像艺术更具自然主义的风格,这类外来主题与之相比具有一定独特性。

    除搏击猛兽的驯兽者外,其他来自两河流域的图像主题还包括:长颈猫科动物、带翅膀的狮身鹰首兽、盘绕花朵的蛇以及行进中的动物行列。在那尔迈调色板这一埃及前王朝时期最著名的文物上,就出现了一对长颈猫科动物的形象:它们的长脖互相交缠,其间的凹槽形成一个调色碟,颈部靠头的位置各系着一根绳,都由一位男性拉住。一对高度相似的长颈缠绕的动物形象同样出现在两河流域乌鲁克时期的一枚碧玉滚印(cylinder seal)之上。那尔迈调色板也出土于希拉孔波利斯,在一处神庙遗址掩埋宝藏的地方被发现。传统解释认为它表现了上埃及国王那尔迈征服下埃及并最终统一埃及全境的进程,但更新的学说强调浮雕反映的并非上下埃及统一的特定历史事件,而是象征着国王率军打败敌人的一般化战斗过程。

    上述传播至埃及的图案在两河流域的重要载体是滚印,它是两河流域独创的印章形制,目的在于使印章图案及铭文在泥球或泥板表面的面积最大化。在埃及迄今为止已发现了20枚左右两河流域风格的滚印,其中部分可能是出自埃及工匠之手的仿制品。涅迦达遗址有两处墓葬,一处同时出土了滚印和青金石,滚印图案类似于两河流域南部拉格什和伊朗西南部苏萨所发现的滚印的图案;另一处墓葬中的滚印,其图案类似于两河流域南部的乌尔和北部的高拉(Tepe Gawra,摩苏尔东北20余公里)以及叙利亚境内布拉克遗址(Tell Brak)所出土滚印的图案。上述墓葬中的滚印年代都约为涅迦达文化II期的中晚阶段。

    青金石质地的印章是两河流域滚印中最昂贵的种类之一。在公元前4千纪的西亚和北非,青金石最可能的来源是阿富汗东部的巴达赫尚省(Badkhshan)。在古埃及前王朝15000处左右墓葬中,约167处出土了青金石(比例略高于1%)。考虑盗墓以及早期发掘报告欠完备的因素,以青金石为陪葬品的墓葬比例应该更高。但到了古埃及第一王朝时期(约公元前3000—前2890年),青金石的分布范围缩减,仅出现在最顶级的社会精英成员的墓葬中。在随后几个世纪,青金石甚至从古埃及墓葬中完全消失。它再度出现是在第四王朝法老斯奈夫鲁(约公元前2613—前2589年在位)的王后墓中。在本文涉及的时段内,阿富汗东部是唯一已知的青金石产地。因此,追踪考古发现中的青金石有助于重构中亚、伊朗、两河流域和埃及之间的贸易路线。

    在整个埃及前王朝时期,在阿拉伯半岛都未发现青金石的考古遗迹。因此现有模型推断,青金石首先从阿富汗经伊朗高原运抵两河流域,再转运至两河南部居民在叙利亚建立的殖民地(详见下文),最后经海路从黎凡特北部(如叙利亚遗址杰贝勒?阿鲁达(Jebel Aruda))到达埃及。两河流域最早的青金石实物则回溯至公元前6千纪晚期,是一些发现于北部亚明遗址(Tepe Yarim)的念珠。在公元前5千纪至前4千纪中期之间,两河流域北部垄断了上述陆上青金石之路,仅在高拉一处遗址就发现了500余件青金石的念珠、印章和镶嵌物。虽然青金石原料并非两河流域的特产,青金石文化却首先绽放于该地区并传播到古代近东其他区域。在两河流域,青金石被赋予了非同一般的象征意义,并与神祇和王权密切联系在一起。

    二、“乌鲁克扩张”

    古埃及前王朝对应于两河流域的乌鲁克时期(约公元前3900/3800—前3200/3100年)。此时的两河流域以南部城市乌鲁克为中心,经历了一个社会突变和飞速发展的阶段,学术界称之为“乌鲁克扩张”(Uruk Expansion)。在此之前,两河流域南部与北部、伊朗西南部以及地中海东岸的黎凡特地区,在定居点的绝对规模和定居点相互间的差异上并没有显著不同。但到了公元前4千纪下半期,两河流域南部冲积平原上的政治组织(polity)在整体规模、内部分化程度以及定居点的等级结构上都远超古代近东乃至世界其他地区。进入公元前4千纪晚期,两河流域南部已发展出相互竞争的若干城邦,它们政治上分裂但文化上彼此相近,同时还向外扩张。两河流域南部最早的苏美尔文明从此腾飞,在城市化、社会政治复杂化和经济差异化等方面均领先于世界。

    两河流域南部的经济增长始于公元前5—前4千纪早期,主要贸易品是地方性特产,如羊毛及其纺织品、皮革制品、奶制品、谷物、蔬菜瓜果、亚麻纺织品、各种熏鱼或咸鱼、禽类以及芦苇制品,这些物产分别来自游牧部落、农业定居人群以及生活在底格里斯河和幼发拉底河入海口沼泽地带的居民。第二阶段始于公元前4千纪中期,此时精英阶层的社会意识增强,贸易品生产的专业化程度降低,各群体都利用前一阶段积累的剩余产品和人力资源进行生产,以取代从周边乃至两河流域以外地区的进口。这一使用当地产品替代进口物品的机制促进了经济发展。第三阶段则是公元前4千纪下半期,特点是对外贸易的大幅度增长。此时两河流域的羊毛织物在周边地区大受欢迎,需求强劲。加之驴被驯化为驮兽,其负重至少是人的两倍,大幅提升了长途运输能力。这两个刺激因素在后来公元前2千纪早期两河流域与小亚细亚的古亚述贸易中都有明确证据。

    随着地方贸易和对外贸易的发展,南部乌鲁克的居民开始迁入两河流域周边地区。他们最初组成小规模的移民社群,生活在当地的资源开发或调运中心。他们进而控制了当地的这类中心,将其建设为跨地区的贸易枢纽。还有一种情况就是乌鲁克殖民者白手起家,在一片处女地上建立定居点并沿袭两河流域的社会和城市习俗。判断这些定居点与两河流域南部有关的主要依据是物质文化材料,包括建筑、陶器和雕刻作品的风格,以及陶筹和滚印的使用等。

    最后一类乌鲁克居民白手起家建立的定居点,在考古遗迹中最易辨认,主要坐落于土耳其东南部和叙利亚北部的幼发拉底河河畔,周围环绕着小规模的乌鲁克村落群,为其提供农业和畜牧业产品。最具代表性的遗址是叙利亚境内的哈布巴?卡比拉(Habuba Kabira-süd)和附近规模更小的杰贝勒?阿鲁达,两地距幼发拉底河的传统渡河点迈斯凯内(Meskene)都不远。杰贝勒?阿鲁达是一处乌鲁克晚期新建的定居点,占地略大于3公顷,所在的小山包俯瞰幼发拉底河河谷。它的主要建筑是规模较大的民居,显然是精英人士的住宅,说明该定居点可能是哈布巴?卡比拉的行政中心。杰贝勒?阿鲁达南面约8公里处就是同期大得多的定居点哈布巴?卡比拉。它同样是一处乌鲁克晚期新建的定居点,初期面积约为6公顷,后来扩张加倍,建有防御工事且规划整齐,居住区、产业区及行政区界限分明,显然是人为规划的成果。防御工事外还延伸出一大片居住区,面积最大时达22公顷。

    上述三类遗址——有乌鲁克居民居住的当地定居点、乌鲁克居民控制的当地中心、完全由乌鲁克居民建立的定居点——的功能引发了诸多讨论。它们可能是出于各种原因离开两河流域南部的居民所建立的住所,也可能位于两河流域南部与周边地区进出口产品的商业要道附近,同时还是各种信息和情报的汇聚点。前两类规模较小的定居点在个人或团体的投资范围内,但像杰贝勒?阿鲁达和哈布巴?卡比拉这类新建定居点应该得到了两河流域母邦的财力和人力资助。

    乌鲁克扩张过后,接踵而来的捷姆迭特?那色时期(Jemdet Nasr,约公元前3100—前2900年)是两河流域发展相对缓慢的年代。自公元前2900左右开始,两河流域进入了城邦争霸的早王朝时期。

    三、黎凡特地区的走廊作用

    近几十年间,研究两河流域与埃及早期文明交流的重点在于探讨“乌鲁克扩张”期间两河流域对埃及的影响,以及居间的叙利亚和土耳其的定居点、村落、市镇乃至城邦在两地间的物资流动和文化传播中所发挥的作用。阿拉伯半岛的角色还有待深入探讨,但也不容忽视。

    考古人员在南黎凡特考察或发掘了约40处关乎古埃及历史初期的遗址,它们基本分布在后世古埃及人称之为“荷鲁斯之路”的东地中海沿岸的狭长地带。埃及风格的建筑遗迹和来自埃及的陶器(那尔迈的名字在陶片上最常见)都有发现,还有类似堡垒的设施,其目的可能就是保障通往埃及的贸易路线畅通。位于尼罗河三角洲东部的遗址泰尔—法卡(Tell el-Farkha)被认为是上埃及权贵建立的物品中转站和管理中心,以保证和促进与西亚的贸易。这里出土了大量来自巴勒斯坦和两河流域的器物,还有作为驮兽的驴的遗骸。在阿拜多斯的代表性墓葬U—J墓中(约公元前3200—前3150年)发现了约2000件陶罐,其中仅少数产自埃及本地,大部分则来自今天的巴勒斯坦地区,用于盛装那里出产的葡萄酒;还有用黎巴嫩松木制作的冥器,以及可能来自埃塞俄比亚的黑曜石等坚硬宝石。

    两河流域对埃及的影响也表现在建筑材料和装饰风格上。在公元前3千纪的早王朝和古王朝时期,埃及盛行一种长方形的马斯塔巴大墓(mastaba),因其梯形体的地上建筑酷似阿拉伯板凳而得名。第一王朝的创建者阿哈(Aha)就在涅迦达为其母建造了巨大的马斯塔巴墓。这类王室大墓往往建有附属的祭庙,祭庙外墙由泥砖砌成且呈现出壁凹式的装饰(niched facade)。带有这类装饰的建筑通常被称为“宫殿正门”,因为它与王宫的出现相关且与王权的关系密切。作为建筑材料的泥砖和壁凹式的装饰风格都类似于两河流域乌鲁克遗址的神庙外墙。这类外墙先后发现于两河流域南部的乌尔和乌鲁克以及北部的高拉,后来又发现于叙利亚境内的乌鲁克扩张时代遗址哈布巴?卡比拉和杰贝勒?阿鲁达(见上文),其空间分布佐证了乌鲁克的扩张现象和叙利亚在埃及与两河之间的桥梁作用。

    四、两大文明交相辉映

    总体而言,两河流域对早期埃及的影响在物质文化上的表现主要包括青金石、滚印、雕刻艺术中的特定图案主题和建筑装饰上的壁凹式外墙,这些因素在前王朝时期下半段(公元前4千纪下半期)已经出现在埃及,在希拉孔波利斯、涅迦达和阿比多斯三地的墓葬遗存中均有发现,其背后的推动力可能与两河流域南部的“乌鲁克扩张”密切相关。这一时期乌鲁克文化正处在扩张的高潮阶段,两河流域南部的长途贸易发达,进出口产品丰富,居民们或私人筹资,或得到所在城市资助,得以远赴两河流域北部和黎凡特地区建立规模不等的定居点乃至商业殖民地,两河流域的文化也随之得以传播。通过黎凡特这一地理走廊以及从黎凡特到埃及的海路运输,上述特定文化元素到达了埃及。与此相反,在两河流域并未发现来自埃及的文化元素。

    但笔者以为,这一反差并没有强烈到足以宣称两河文明影响了埃及早期文明的进程。无论青金石、滚印还是泥砖,抑或雕刻图案和壁凹式装饰,其绝对数量和空间分布都相当有限,基本局限在精英阶层的墓葬中。与其说它们来自两河流域这点吸引了埃及受众,毋宁说它们的异域风情被埃及的社会上层所借用以传达王权至高的意识形态。此时埃及的社会精英或许在摸索建立权威、彰显等级秩序的不同路径,因而借用了这些来自两河流域的文化要素。

    随着上下埃及的统一和第一王朝的建立,来自两河流域的文化元素在公元前3千纪初从埃及本土一度消失了。埃及与西亚的贸易明显减少,原来派驻在加沙、以色列南部以及努比亚的人员撤回本土,尼罗河第一瀑布和尼罗河三角洲东北部分别成为埃及与努比亚以及西亚之间的界限。埃及文明从此步入自我形塑的时代,以象形文字、金字塔和木乃伊为基本特征的埃及文化其本土特色日益鲜明。同期的两河流域则在“乌鲁克扩张”后进入了发展相对缓慢和地方化倾向愈加突出的阶段,似乎丧失了文化输出的动力和能力。

    纵观古代埃及和两河流域的史前时代,两大文明既各有千秋,又交相辉映。在埃及,当农业和畜牧业发展后,一定规模的定居区域在公元前4000年后才逐步形成。埃及定居点的出现不仅比两河流域晚得多,而且过程缓慢,其城市化也没有后者那样普遍和彻底。它在史前的政治格局起初也朝着两河流域南部众多城邦共生并存的方向发展,但这一趋势不久后便中断,转而向上下埃及统一的国家迈进。而在两河流域,史前的多城邦共存竞争局面一直延续到长达五六百年的早王朝时期(约公元前2900—前2350年),之后才迎来首个统一南北两部的阿卡德王朝。正因为统治阶层建构权力的模式不同,尽管两个文明之间存在诸多相似之处,但埃及发展成了统一的、以王权为特征的领土国家,两河流域则保持了众多城邦竞争和并存的传统。

    本文转自《世界历史》2023年第1期

  • 许宏:考古学视角下的中国诞生史[辑编]

    从司马迁的记载开始,三代王朝夏、商、周是华夏族的成丁礼,再之前是悠长的婴儿和少年时期,从这个时候开始成熟起来,然后有了一个比较大的王朝国家。但是究竟是夏还是商,现在还有争议,我们看这个表就比较清楚。我们一直以来就存在着历史文献学和考古学两大话语系统,这两大话语系统最初是边界明显的:一边是历史文献上的伏羲、女娲、三皇五帝、夏商周王朝;一边是考古学上的前仰韶、仰韶、龙山、二里头、二里岗时代。这两大话语系统的合流是在殷墟。为什么是在殷墟?有一个绝对不可逾越的条件就是,当时有可以证明自己族属和王朝归属的文字材料出现,这才可以把这两大话语系统整合,以后的西周、东周、秦汉魏晋都可以证明,但在那之前没有文字材料,没有史证。在前殷墟时代,如果我们把考古学遗存跟它的族属、王朝归属相对应的话,都只能是推论和假说。就是因为它没有直接性的文字材料,所以在大的历史分期上,我们习惯于把它分成历史时期(history)——有明确文字记载的时期;原史时期(proto-history)——文字开始出现,但还不足以解决狭义的历史问题;史前时期(pre-history),基本上就是这样一个脉络。

    史前、原史、历史阶段划分与对应史料

    前中国时代与“中国”的初兴

    许宏:考古学视角下的中国诞生史
    华夏文明腹心地区的五颗明珠——五大都邑遗址,都背靠邙山,面向古洛河

    任何事物都有其从无到有,从小到大,发生发展的过程,国家起源以及中国文明的形成也不例外。考古学揭示出的距今五六千年以来的东亚大陆展现了这样的图景。大约距今六千年以前,广袤的东亚大陆上的史前人群,还都居住在不大的聚落中,以原始农业和渔猎为主,过着大体平等、自给自足的生活。各区域文化独立发展,同时又显现出一定的跨地域的共性。到了距今5500~3800年间,也就是考古学上的仰韶时代后期至龙山时代,被称为东亚“大两河流域”的黄河流域和长江流域的许多地区,进入了一个发生着深刻的社会变革的时期。随着人口的增长,这一时期开始出现了阶层分化和社会复杂化现象,区域之间的文化交流和摩擦冲突都日趋频繁。许多前所未见的文化现象集中出现,聚落形态上发生着根本的变化。如大型中心聚落及以其为核心形成的一个个大群落,城墙与壕沟、大型台基和殿堂建筑、大型祭坛、大型墓葬等耗工费时的工程,随葬品丰厚的大墓和一贫如洗的小墓所反映出的社会严重分化等等,都十分令人瞩目。

    众多相对独立的部族或古国并存且相互竞争。如中原及周边的仰韶文化、石峁文化、陶寺文化、王湾三期文化,西北地区的大地湾文化、齐家文化,辽西和内蒙东部的红山文化,山东地区的大汶口文化、龙山文化,江淮地区的薛家岗文化,长江下游的凌家滩文化、崧泽文化、良渚文化,长江中游的屈家岭文化、石家河文化,长江上游的宝墩文化等,在文化面貌上各具特色,异彩纷呈。

    红点是当时邦国中心所在地

    那是一个“满天星斗”的时代,邦国林立是那个时代最显著的特征。有的学者将其称为“古国时代”或“邦国时代”,有的则借用欧美学界的话语系统,将其称之为“酋邦时代”。无论如何,那是一个小国寡民的时代。整个东亚大陆的面积,与现在的欧洲差不多,而当时的这些星罗棋布的古国或部族,也和现在欧洲的样态差不多。那么,问题来了:它们都属于“中国”吗?

    要说清这件事,得先捋一捋相关的概念。关于“文明”的解说五花八门,这里无法详细展开,但说古代文明是人类文化发展的较高阶段或形态,而其标志是“国家”的出现,应会得到大多数人的认可。[……]

    显然,中国有5000年文明史的提法,是把这些都当成了中华文明史也即“中国”诞生史的一部分。其认知脉络是,这些人类群团在相互交流、碰撞的文化互动中,逐渐形成了一个松散的交互作用圈,这也就奠定了后世中华文明的基础。随着1970年代末期以来一系列重要发现的公布,中国在三代王朝文明之前即已出现了城市和国家,它们是探索中国文明起源的重要线索的观点得到了普遍认同。源远流长,单线进化,从未间断,成为中国学术界在中国文明起源问题上的主流看法。

    这当然是有道理的。[……]说中华文明可以上溯到新石器时代甚至旧石器时代的认识,显然出于这样的考虑。但这样无限制地追溯,意义何在?同时,其认知前提是百川归海的单线进化论,而事实果真如此吗?甚而,在不少人心目中,一个默认的前提是,现中华人民共和国境内的古代遗存,理所当然就是中华文明的源头。这样的认识,可以成立吗?

    首先,考古学家观察到的上述许多古国或部族,大都经历了发生、发展乃至最后消亡的全过程,也即它们各自谱写了完整的生命史的篇章,而只是给后起的中原王朝文明以程度不同的文化给养或影响。到公元前2000年前后,它们先后退出历史舞台,在这些人类共同体和后来崛起的中原文明之间,有一个“连续”中的“断裂”。这种断裂究竟是出于天灾还是人祸,原因想必多种多样,学术界还在探索之中。在某些区域,“大禹治水”传说中的大洪水,或许就是原因之一。考古学的研究对象是支离破碎的古代遗存,所以知其然不知其所以然的事,所在多有。

    如前所述,我们知道在现在的中国境内,上古时期曾有众多相互独立的国家并存。而顾名思义,在“国”前冠以“中”字,“中国”也就有了“中央之城”或“中央之邦”的意蕴。这同时也说明“中国”已并非初始阶段的国家,显然,它一定是一个在当时具有相当的影响力、具有排他性的核心。因而,我们也就不能说最初有多个“中国”,作为发达、复杂的政治实体的“中国”也是不能无限制地上溯的。

    许宏:考古学视角下的中国诞生史
    史前时代东亚城址的三大系统

    说到“中国”,还要捋捋这一概念的源起和演化。在出土文物中,“中国”一词最早见于西周初年的青铜器“何尊”的铭文。而在传世文献中,“中国”一词最早出现于东周时期成书的《尚书》和《诗经》等书中。“中国”一词出现后,仅在古代中国就衍生出多种含义,如王国都城及京畿地区、中原地区、国内或内地、诸夏族居地乃至华夏国家等。“中国”成为具有近代国家概念的正式名称,始于“中华民国”,是它的简称;现在也是“中华人民共和国”的简称。其中,最接近“中国”一词本来意义的是“王国都城及京畿地区”,那里是王权国家的权力中心之所在,已形成具有向心力和辐射性的强势文化“磁场”。其地理位置居中,有地利之便,因此又称为“国中”、“土中”或“中原”。

    那么,究竟是什么时候,后世“中国”的雏形或者说“最早的中国”崛起于世呢?

    按古代文献的说法,夏王朝是中国最早的王朝,是破坏了原始民主制的世袭“家天下”的开端。一般认为,夏王朝始建于公元前二十一世纪,国家级重大科研项目“夏商周断代工程”,把夏王朝建立的年代定为公元前2070年左右。在考古学上,那时仍属于龙山时代,在其后约200多年的时间里,中原地区仍然处于邦国林立,战乱频仍的时代,各人类群团不相统属,筑城以自守,外来文化因素明显。显然,“逐鹿中原”的战争正处于白热化的阶段,看不出跨地域的社会整合的迹象。也就是说,至少在所谓的夏王朝前期,考古学上看不到与文献相对应的“王朝气象”。

    与此同时,兴盛一时的中原周边地区的各支考古学文化先后走向衰落;到了公元前1800年前后,中原龙山文化系统的城址和大型中心聚落也纷纷退出历史舞台。代之而起的是,地处中原腹地嵩(山)洛(阳)地区的二里头文化在极短的时间内吸收了各区域的文明因素,以中原文化为依托最终崛起。二里头文化的分布范围首次突破了地理单元的制约,几乎遍布于整个黄河中游地区。二里头文化的因素向四围辐射的范围更远大于此。

    伴随着区域性文明中心的衰落,此期出现了超大型的都邑——二里头遗址。地处中原腹地洛阳盆地的二里头遗址,其现存面积达300万平方米。经半个多世纪的田野工作,在这里发现了中国最早的城市主干道网,最早的宫城,最早的多进院落大型宫殿建筑,最早的中轴线布局的宫殿建筑群,最早的封闭式官营手工业作坊区,最早的青铜礼乐器群、兵器群以及青铜器铸造作坊、最早的绿松石器作坊、最早的使用双轮车的证据,等等。这样的规模和内涵在当时的东亚大陆都是独一无二的,可以说,这里是中国乃至东亚地区最早的具有明确城市规划的大型都邑。

    二里头文化与二里头都邑的出现,表明当时的社会由若干相互竞争的政治实体并存的局面,进入到广域王权国家阶段。黄河和长江流域这一东亚文明的腹心地区开始由多元化的邦国文明走向一体化的王朝文明。作为广域王权国家概念的“中国”,在前一阶段还没有形成。

    要之,我们倾向于以公元前1700年前后东亚地区最早的核心文化——二里头文化,最早的广域王权国家——二里头国家的出现为界,把东亚大陆的早期文明史划分为两个大的阶段,即以中原为中心的“中原(中国)王朝时代”,和此前政治实体林立的“前中国时代”和“前王朝时代”。

    许宏:考古学视角下的中国诞生史
    郑洛地区龙山时代聚落分布(赵春青 2001)

    值得注意的是,这两大阶段也恰是东亚大陆青铜时代和前青铜时代的分野。

    在二里头时代之前的数百年时间里,东亚大陆的多数区域,早期铜器的使用呈现出红铜、砷铜、青铜并存的状况。铜制品多为器形简单的小件工具和装饰品等生活用具,锻、铸均有,制造工艺处于初级阶段,尚未熟练掌握合金比例。如多位学者已分析指出的那样,东亚大陆用铜遗存的出现,应与接受外来影响关系密切。至于东亚大陆部分区域进入青铜时代的时间,依据最新的年代学研究,要晚到公元前1700年前后了。

    考古学观察到的现象是,出土最早的青铜礼容器的中原地区,也是东亚大陆最早出现广域王权国家的地区。青铜礼器的出现和当时的中原社会,都经历了文化交流中的碰撞与裂变的历程。其同步性引人遐思。二者相互作用刺激,导致中原地区自公元前二千纪上半叶,进入了史上空前的大提速时代。早期中国,由此起步。那么,是青铜礼器及其铸造术,催生了最早的“中国”?

    随着二里头文化在中原的崛起,这支唯一使用复杂的合范技术生产青铜容器(礼器)的先进文化成为跃入中国青铜时代的一匹黑马。值得注意的是,这些青铜礼器只随葬于二里头都邑社会上层的墓葬中,在这个金字塔式的等级社会中,青铜礼器的使用成为处于塔尖的统治阶层身份地位的标志。这些最新问世的祭祀与宫廷礼仪用青铜酒器、乐器,仪仗用青铜武器,以及传统的玉礼器,构成独具中国特色的青铜礼乐文明。“国之大事,在祀与戎”(《左传•成公十三年》)。保有祭祀特权与强大的军力,自古以来就是一个国家立于不败之地的根本。从早期王朝流传下来的祭天崇祖的传统,几千年来一直是中国人宗教信仰和实践的主要内容。二里头都城规划中祭祀区的存在,以及以青铜为主的祭祀用礼仪用器,都与大型礼制建筑一样,是用来昭示早期王朝礼制传统的重要标志物。由于军事力量在立国上的重要性,青铜与玉石兵器也成为祭祀礼器和表现身份地位的仪仗用器的有机组成部分。二里头文化青铜礼器产品的使用范围主要限于二里头都邑的贵族。也就是说,二里头都邑不仅垄断了青铜礼器的生产,也独占了青铜礼器的“消费”即使用权。

    其中,酒器是具有中国特色的酒文化乃至它背后的礼仪制度的重要载体。作为统治阶层身份地位的象征,以酒器为中心的礼器群,成为中国最早的青铜礼器群。从这里,我们可以看出中国古代文明主要是建立在社会关系的巨变(在等级秩序下人际关系的大调整)而非人与自然关系巨变的基础上的。而铸造铜爵等造型复杂的酒器,至少需要精确地组合起内模和3件以上的外范,即当时已采用了先进的复合范工艺。克服其中的种种困难,最终铸造出青铜礼器的内在动力,应当就是这一时期新兴王权对宫廷礼仪的整饬。

    二里头遗址发现的青铜钺,是迄今所知中国最早的青铜钺。钺作为象征军事权威的仪仗用器,也是一种用于“大辟之刑”的刑具。甲骨文金文中“王”字的字形,像横置的钺,在最初应指代秉持斧钺之人即有军事统帅权的首领,随着早期国家的出现,逐渐成为握有最高权力的统治者的称号。早于甲骨文时代数百年的二里头都城中出土的玉石钺,和迄今所知中国最早的青铜钺,就应是已出现的“王权”的又一个重要象征。换言之,钺的礼仪化是中国王朝文明形成与早期发展的一个缩影。

    在早期王朝的礼器群中,爵、钺等器种持续兴盛于三代逾千年,甚至成为后世中国社会政治文化的重要符号,个中原因,颇具深意。

    二里头的聚落变迁

    另一个可资观察的角度是都邑的城郭形态。这一问题上的权威观点是,城墙是构成都城的基本政治要素,不存在没有城墙的都城。通过对以先秦至秦汉时期为中心的都城发展历程的初步考察,笔者认为整个中国古代都城史可以依城郭形态的不同,划分为两个大的阶段,即防御性城郭阶段和礼仪性城郭阶段。在自最早的广域王权国家都邑二里头至曹魏邺城前近两千年的时间里,庞大的都邑不设防,有宫城而无外郭城,是都城空间构造的主流,这一现象可以概括为“大都无城”。在二里头、殷墟、周原、丰镐、洛邑、秦咸阳、西汉长安和东汉洛阳等一系列都邑中有清晰的显现。这与广域王权国家强盛的国势及军事、外交优势,作为“移民城市”的居民成分复杂化,对都城所处自然条件的充分利用等,都有一定的关联。处于都城发展史早期阶段的防御性城郭的实用性,导致城郭的有无取决于政治、军事、地理等诸多因素,“大都无城”的聚落形态应即这一历史背景的产物;而后起的带有贯穿全城的大中轴线、实施里坊制的礼仪性城郭,因同时具有权力层级的象征意义,才开启了汉代以后城、郭兼备的都城发展的新纪元。

    在这一早期中国都邑布局的演变过程中,最令人瞩目的是二里头时代的到来,这是“大都无城”传统的肇始。如上所述,二里头遗址是迄今可以确认的中国最早的具有明确规划的都邑,其布局开中国古代都城规划制度的先河。但在逾半世纪的田野工作中,却一直没有发现圈围起整个二里头都邑聚落的防御设施,仅知在边缘地带分布着不相连属的沟状遗迹,应具有区划的作用。

    二里头遗址地理位置

    如果将二里头时代的聚落形态与更早的龙山时代作比较,可知前者最大的变化,一是中心聚落面积的大幅度提升,由龙山时代的10余至数十余万平方米,扩大至300万平方米;二是基本上摒弃了龙山时代普遍筑城的传统,代之而起的环壕成为这一时代的主流防御设施。

    由对考古材料的分析可知,进入二里头时代,聚落内部社会层级间的区隔得到强化,而与此同时,对外防御设施则相对弱化。从聚落形态的角度看,二里头都邑是“大都无城”的一个最早的典范。究其原因,不能不考虑到都邑内的居民。二里头可能是最早集聚了周边人口的中心城市,其人口由众多小规模的、彼此不相关连的血亲集团所组成,这种特征又与其后的殷墟和西周时代的都邑颇为相近。而广域王权国家则是从二里头时代至西周时代社会结构上的共性。以“大都无城”为主要特征的都邑聚落形态与早期王朝阶段社会结构上的关联性,值得进一步探究。显然,“大都无城”,是前中国时代终结、最早的“中国”初兴的一个重要的标志。

    要之,以二里头时代为界,东亚大陆的国家起源进程呈现出非连续性和多歧性。以良渚、陶寺、石峁文明为代表的龙山时代众多区域性邦国文明,各领风骚数百年,最终退出了历史舞台。它们走完了其生命史的全过程,而与后起的中原青铜文明仅有或多或少的间接关系,这就使东亚大陆的国家起源进程呈现出“连续”中的“断裂”的态势。这是我们把东亚大陆国家起源进程划分为两大阶段的重要依据。

    通观东南良渚的水城、中原陶寺的土城、西北石峁的石城,都是因地制宜、适应环境的产物,它们也的确都是区域性文明;这与“大都无城”的二里头形成了鲜明的对比。它们所拥有的“前铜礼器群”还看不到像以二里头为先导的中原王朝礼器群那样严格的礼仪规制尤其是重酒的礼器组合。而以软实力见长的二里头,显然通过社会与文化的整合具有了“普世”的魅力,在众多族群的膜拜与模仿中扩大了自身的影响,其范围远远超出了中原地区。更为重要的是,它的文明底蕴通过二里岗时代、殷墟时代乃至西周时代王朝间的传承扬弃,成为中国古代文明的主流。

  • 葛剑雄:九州的传说和现实

    虽然把“中国”确定为我们整个国家的名称是到19世纪后期才出现的事情,但中国统一的概念却已经存在了三千多年。甚至在中原的统一国家形成之前,政治家和学者已经纷纷推出了各自的统一蓝图。虽然当时还没有一个君主真正能够统治这片广袤的土地,但“溥(普)天之下,莫非王土”的颂歌却在西周时就已经普遍流传,并且被视为真理而接受。

    不过,这首颂歌的作者(或许不止一个)大概不会想到,这种统一观居然统治了中国二千多年,并且到今天还没有消除它的潜在影响。

    在中国儒家的经典著作《尚书》中有一篇《禹贡》,一开始就写道:“禹铺土,随山刊木,奠高山、大川。”意思是说,在洪水横流以后,大禹一面规划治水,一面根据名山大川的分布重新划定区域。接着列出的九个单位是:冀州、兖州、青州、徐州、扬州、荆州、豫州、梁州、雍州,这就是九州。

    葛剑雄 | 九州的传说和现实
    《禹贡》所描述的九州区域图

    在另一篇《舜典》中,又提到在尧、舜时,“肇十有二州”。“肇”是开始的意思。对这句话,西汉的学者谷永和东汉初的学者班固解释为:在尧的时候遭到洪水,全国被大水分割为十二部分。但东汉末年的马融的说法是:舜在大禹治水之后,从禹所划分的九州中又分出幽州、并州、和营州三个单位,因而总共有了十二个州。这一说法获得后世多数学者的赞同。

    从未实行过的九州制

    由于这些记载都出于儒家经典,又得到后世众多学者的肯定,所以从西汉以来就成为不可动摇的定论,几乎没有人表示怀疑。人们一般都认为,从大禹治水开始就有了九州这样的政区,以后又演变为十二州。直到现在,一些在叙述一个地方行政区域的历史时,往往还要从九州讲起,似乎这是历史事实。

    由于全国就分为九州,所以九州又一直被当作全国、“天下”的代名词。如南宋诗人陆游《示儿》诗中的名句“死去原知万事空,但悲不见九州同”,就是取这样的用意;晚清诗人龚自珍“九州生气恃风雷”一句也是如此。

    五四运动以后,学者们向儒家经典提出了挑战。经过反复的争论和研究,历史学界已经把这传统的九州说推翻了。原来,《禹贡》中的记载并不是历史事实,九州也不是中国最早的行政区划。

    《禹贡》虽然托名为大禹所作,其实却是战国后期人的作品。具体的证据很多,最主要的理由是《禹贡》中所记的不少地理状况都是战国时的现象,有的地名和水名甚至要到战国后期才出现,如果真是大禹所作,他岂能未卜先知?而且在《尚书》各篇中,《禹贡》的语言照理应比出现在它以后的《盘庚》(记录商朝中期的君主盘庚迁都事)等篇难懂,事实恰恰相反;这也只能说明《禹贡》问世的时间较晚。

    《禹贡》所讲的内容不符合历史事实,至多只有传说的价值。到目前为止的考古发掘和研究的成果,还只能证实商朝的历史。近年来在河南等地发现的一些文化址,一些学者认为就是属于夏朝。如果这一观点得到进一步的证明和普遍的承认,那末夏朝的主要统治区应该在今河南一带,与文献记载传说中的夏都不超出今山西南部、山东西部和河南的范围是一致的。而《禹贡》所叙述的九州的范围,北至燕山山脉和渤海湾,南至南岭一带,西至陇东高原;至于具体涉及的内容更广;当然不可能是夏朝的事实。

    现有的研究成果足以证明,不仅传说中的大禹时代还不可能有什么行政区划,就是商朝和更后的西周时代也还没有出现行政区划。既然《禹贡》是战国后期的产物,那么九州制是不是当时的制度呢?也不是。大家知道,到战国后期,周天子的权力早已荡然无存,而秦始皇还没有统一六国,七个主要的诸侯国各自为政,又有谁有这样的权威能制定并且实行包括各国的疆域在内的行政区划呢?

    可见,九州制只是当时学者对未来统一国家的一种规划,反映了他们一种政治理想。

    秦始皇在全国推行了郡县制,却没有在郡以上设立州。到了公元前二世末,也就是在《禹贡》问世的一二百年以后的西汉元封五年(前106年),汉武帝将全国除首都附近的七个郡级单位以外政区分属于十三部,即豫州、兖州、青州、徐州、冀州、幽州、并州、凉州、益州、荆州、扬州、交趾、朔方;每部设刺史一人,负责巡察境内的地方官和豪强地主;称为十三刺史部, 简称十三部或十三州。但那时的州还是一种监察区,而且这十一个以州命名的单位中没有《禹贡》九州中的梁州和雍州,增加了凉州、益州、并州和幽州。在公元1世纪后的东汉,州才成为最高一级的行政区域。朔方并入了并州,加上管辖首都一带的司隶校尉部,总数仍为十三。由于交趾改称交州,以州命名的单位就有了十二个,也不是九个。东汉末年曹操曾想按九州来重划政区,却没有成功;从此再也没有人作过这样的尝试。从这一角度来讲,九州从来没有成为中国的现实。

    胎死腹中的五服制

    在《禹贡》中还记载了一种“五服”制:五百里甸服,五百里侯服,五百里绥服,五百里要服,五百里荒服。

    根据这样一种国家模式,在王居住的京城往外,第一等是甸服(以农业为主的直接统治区),第二等是侯服(诸侯统治区),第三等是绥服(必须加以绥抚的地区),第四等是要服(边远地区),第五等是荒服(蛮荒地区)。

    葛剑雄 | 九州的传说和现实
    五服图

    如果说,九州制因为是以名山大川为主要界限,所以还能使人相信为实际行政区域的话,五服制这样四四方方二千五百里的划分就难以自圆其说了。连宋代的儒家学者蔡沈在给《尚书》作注释时也不得不指出:“尧的都城在冀州,冀州的北界在今河北北部和内蒙古南部,恐怕不会有二千五百里。即使算到这么远,也都是沙漠不毛之地了。而东南最富庶的地区反而被列入要服和荒服(离冀州一千五百至二千五百里),根据地势来考察,简直弄不明白是怎么回事!”

    但是五服制中有一点却反映了这样一个事实:在生产力低下、运输相当困难的情况下,王(天子)对臣民的贡品的征收不得不随距离的远近而改变。例如在天子直属区“五百里甸服”的范围内就规定了五种不同的纳贡标准:一百里内割下来的作物连穗带秆起交,二百里内只交谷穗,三百里内交谷子,四百里内交粗米,五百里内交精米。实际实行的制度虽不可能如此刻板,但运输能力显然是必须考虑的因素。

    九州制是对未来的设想,五服制却是对过去的理想化。因为在西周和以前虽然采用类似的分等级统治体制,却并没把每一等级固定为五百里,实际上也不存在这样的可能。所以五服制虽见于《禹贡》,却从来没有哪一个君主或政治家有意实行过,只能胎死腹中。

    大九州说

    正因为九州制仅仅是一种理想,所以在《禹贡》问世以后,还出现了另外几种九州的方案,如《周礼》(也是托名周朝制度的著作)中的《职方》、《尔雅》中的《释地》和《吕氏春秋》中的《有始览》都提出了自己的九州规划,各州名称与《禹贡》不尽相同,划分的范围也有所差异。

    战国时齐国学者邹衍又提出了他的大九州学说,大意是这样的(今译):儒家所谓的中国,不过只有天下的八十一分之一。中国的名称叫赤县神州,内部有九个州,就是大禹划定的,但这还不能算是真正的州。在中国之外像赤县神州这样的单位共有九个,这才是九州。在九州的周围有大海包围,人类和动物都无法来往。这样的九州合起来又是一个州,像这样的单位也有九个,在它们的周围有更大的海洋包围着,这就到了天地的边缘。

    这种学说与其说是对外部世界的了解,还不如说是出于臆想和推理。比起那种中国就等于天下,除了中国(实际上只是中原)之外就没有文明社会的观点来,大九州学说高明地承认了还存在着不止一个同样发达的人类社会。但恰恰在这一点上又作了实际上的自我否定:由于各州之间都由无边无际的大海阻隔,人民禽兽是无法来往的。所以这种存在只具有理论和思辨上的意义,而不是对中国有影响的现实。

    中原和华夏

    无论是九州的设想,还是大九州的学说,出现在战国后期都不是偶然的。

    《禹贡》所描述的地理范围已经相当广大,涉及今天中国内地的绝大部分。要具备这样丰富的地理知识,活动范围只限于黄河中下游的夏人、商人和西周人是办不到的。而在战国后期,秦、楚、齐、燕、韩、赵、魏这七个主要诸侯国的疆域已经达到了这样的范围,在互相的交流中,各国的学者就可能掌握这些地理知识。《禹贡》中还记录了各地的农业生产条件,如土壤的类型、土地的等级、水文状况等;应纳贡赋的等级和物产等;都是经济发展达到一定水准的反映。例如梁州的贡物中有铁和镂,镂就是钢。如果没有冶金技术的进步,学者的想像力再丰富,也不可能把这种品种载入著作中。

    在七国的竞争中,尽管鹿死谁手还没有最终明朗,但统一已是大势所趋。秦国变得越来越强大,在错综复杂的形势中明显处于主导地位。一些有远见的知识分子纷纷投向秦国,并为秦国战胜其他六国,完成统一事业出谋划策,也为统一后的未来规划蓝图。多数研究者认为《禹贡》是秦国学者的作品,就考虑到这个因素。

    在经过战争、吞并和融合之后,华夏族已经成为黄河流域乃至东亚大陆人数最多、经济文化最发达、实力最强的民族,占据了当时地理条件最优越的地区。而非华夏民族则被迫迁出了黄河流域,或者逐步融入了华夏族,或者接受了华夏文化并以华夏的一支自居。在蒙古高原、青藏高原、长江流域及其以南和大陆附近的茫茫海洋上,还不存在在总体上能与之匹敌的其他民族和政权,而对此范围之外的情况,虽然人们不至于一无所知(例如穿越河西走廊至中亚的陆上交通线和通向东南亚的海上交通线可能已经存在),但肯定相当有限。

    然而随着境外玉石、珠宝、香料等珍奇异物的流入和亲历者见闻的传播,以中原为中心的观念不能不有所动摇。根据九州的理论,中原是文明的中心,九州是文明的范围,但这些珍异并不产在九州,而是来自“非我族类”的夷狄之邦;莫非那里存在着比中原更高的文明?国君、贵族和上层人士享用着来自境外的珍奇,却从不承认会有文明程度超过自己的社会,于是西方的昆仑山、西王母、瑶池和东方的海上神山一类神话便合适地弥补了这一漏洞——原来在中国之外的确存在着一个可望而不可及的神灵世界。但这丝毫不会动摇中国的中心地位,因为西王母尽管伟大,昆仑山尽管崇高,蓬莱尽管奇妙,却都属于神仙的体系,而除了神仙之外,境外就只是一片早期愚昧落后的混沌世界。

    可以认为:在战国时期形成的统一观,是以华夏族(汉族的前身)为主干、以黄河中下游平原地区为中心的,是一种封闭的观念。

    本文摘自《昔日的天下观》《统一与分裂:中国历史的启示》商务印书馆2013年版

  • 《中华人民共和国黑龙江省牡丹江市中级人民法院公告》(2024.10.11)

    《人民法院报》2024年10月11日公告专版刊发黑龙江省牡丹江市中级人民法院公告,公告显示,曾任鸡西市副市长、鹤岗市副市长的李传良涉嫌贪污罪、受贿罪、挪用公款罪、滥用职权罪,案发后,扣押、冻结资金共计人民币140987.522529万元、查封1021处房产、查封土地、滩涂27宗、查封林地8宗、扣押汽车38辆、扣押机械设备10台(套),冻结18家公司股权。公告如下:

    中华人民共和国黑龙江省牡丹江市中级人民法院公告

    黑龙江省牡丹江市人民检察院没收犯罪嫌疑人李传良违法所得申请一案,本院经审查认为,有证据证明犯罪嫌疑人李传良实施了贪污、受贿、挪用公款、滥用职权犯罪,犯罪地在黑龙江省鸡西市,经黑龙江省高级人民法院、黑龙江省人民检察院指定,将没收犯罪嫌疑人李传良违法所得申请一案交由牡丹江市人民检察院申请,牡丹江市中级人民法院审判,依照《中华人民共和国刑事诉讼法》第二百九十九条之规定,于2024年9月29日立案受理。

    现予公告:

    一、犯罪嫌疑人的基本情况犯罪嫌疑人李传良,男,1963年9月27日出生于黑龙江省鸡西市,公民身份号码23030419630927423X,汉族,硕士研究生文化,鸡西市财政局原局长、鸡西市国有资产监督管理委员会办公室原主任、鸡西市原副市长、鹤岗市原副市长,户籍地黑龙江省哈尔滨市南岗区联部街47号2栋12层2号。因涉嫌犯贪污罪、受贿罪、挪用公款罪、滥用职权罪于2020年7月10日被黑龙江省监察委员会立案调查,同年9月20日被黑龙江省人民检察院批准逮捕。李传良于2018年11月15日逃匿境外,2020年12月1日黑龙江省公安厅对其发布通缉令。

    二、检察院申请内容牡丹江市人民检察院牡检没申〔2024〕1号没收违法所得申请书载明:犯罪嫌疑人李传良在担任鸡西市财政局局长、鸡西市国有资产管理委员会办公室主任、鸡西市副市长、鹤岗市副市长期间及辞去公职后,利用职务上的便利以及伙同其他国家工作人员,利用其他国家工作人员的职务便利,侵吞、骗取公共财物共计人民币292586.011967万元;利用职务上的便利,为他人谋取利益,以及利用职权或者地位形成的便利条件,通过其他国家工作人员职务上的行为,为他人谋取不正当利益,非法收受他人财物共计人民币4892.1128万元;利用职务上的便利,挪用公款共计人民币11000万元,进行营利活动;利用职务上的便利,擅自使用国有资金注册公司、擅自决定由其实际控制的公司承揽工程,违法所得及收益共计人民币7325.185136万元。犯罪嫌疑人李传良使用上述违法所得投入到其个人实际控制的公司、项目中,用于土地一级开发整理、房产开发、工程建设等以及购买房产、车辆、土地、设备等,案发后扣押、冻结资金共计人民币140987.522529万元、查封1021处房产、查封土地、滩涂27宗、查封林地8宗、扣押汽车38辆、扣押机械设备10台(套),冻结18家公司股权。(各类财产详细情况见附件清单)牡丹江市人民检察院认为,犯罪嫌疑人李传良涉嫌贪污罪、受贿罪、挪用公款罪、滥用职权罪,逃匿后被通缉一年不能到案。有证据证明前述在境内被查封、扣押、冻结的财产属于犯罪嫌疑人李传良的违法所得及收益,依法应予以追缴。依照《中华人民共和国刑事诉讼法》第二百九十八条之规定,提出没收违法所得的申请。

    三、利害关系人权利、义务犯罪嫌疑人李传良的近亲属和其他利害关系人在公告期间可以书面形式向本院申请参加诉讼,也可以委托诉讼代理人参加诉讼;李传良的近亲属申请参加诉讼,应当提供与李传良关系的证明材料;其他利害关系人申请参加诉讼,应当提供对申请没收的财产享有权利的证据材料。如不按规定申报权利,可能承担不利法律后果。

    四、公告期间本公告期间为六个月。公告期满后,本院将依法审理。联系人:杨柏苓蒋利龙通讯地址:中华人民共和国黑龙江省牡丹江市西安区西三条路339号黑龙江省牡丹江市中级人民法院。联系电话:0453-6377062邮编:157000

    附件:黑龙江省牡丹江市人民检察院申请没收财产清单

    一、资金

    1.张亚凤上交的扣押在案的资金及利息。

    2.姜伟上交的扣押在案的资金及利息。

    3.赵丽艳上交的扣押在案的资金及利息。

    4.于颖上交的扣押在案的资金及利息。

    5.鸡西市鸡煤专社保服务中心上交的扣押在案的资金及利息。

    6.鸡西市金源物业管理有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    7.李丽凡上交的扣押在案的资金及利息。

    8.宋雨微上交的扣押在案的资金及利息。

    9.鸡西业丰煤矿机械设备制造有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    10.黑龙江省三强建筑工程有限公司(鸡西市保障性安居工程基础配套设施项目部)上交的扣押在案的资金及利息。

    11.黑龙江创恒建筑工程有限公司(鸡西市保障性安居工程基础配套设施项目部)上交的扣押在案的资金及利息。

    12.黑龙江康程招标代理有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    13.鸡西市保障性安居工程建设中心在黑龙江鸡西农业商业银行股份有限公司账户的资金及利息。(冻结账号为730010122000104484)

    14.鸡西赫阳燃气有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    15.黑龙江省鹏通煤层气开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    16.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司上交的扣押在案的资金及利息。

    17.黑龙江沈矿物流有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    18.黑龙江沈煤林木开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    19.黑龙江沈矿瓦斯发电有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    20.李克峰上交的扣押在案的资金及利息。

    21.崔立新上交的扣押在案的资金及利息。

    22.王明秋上交的扣押在案的资金及利息。

    23.董玉玲上交的扣押在案的资金及利息。

    24.卢井芳上交的扣押在案的资金及利息。

    25.孔令宝上交的扣押在案的资金及利息。

    26.杨君上交的扣押在案的资金及利息。

    27.刘智宏上交的扣押在案的资金及利息。

    28.解伟山上交的扣押在案的资金及利息。

    29.陈磊上交的扣押在案的资金及利息。

    30.刘洪生上交的扣押在案的资金及利息。

    31.刘德在中国银行股份有限公司账户的资金及利息。(冻结账号为170248459042)

    32.朱玉杰上交的扣押在案的资金及利息。

    33.鸡西金色农业科技有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    34.鸡西三元机械制造有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    35.鸡西元通城市燃气投资有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    36.黑龙江省华诚建筑安装工程有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    37.鸡西新能供热有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    38.鸡西市产权交易服务中心上交的扣押在案的资金及利息。

    39.黑龙江北唐煤矿量费监控系统工程开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    40.黑龙江绅港能源开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    41.刘立红上交的扣押在案的资金及利息。

    42.黑龙江亚润建筑工程有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    43.鸡西市鸿淦房地产开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    44.黑龙江安泰矿产开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    45.刘鸿雁上交的扣押在案的资金及利息。

    46.鸡西市国有企业留守处管理中心上交的扣押在案的资金及利息。

    47.鸡西市消防培训中心上交的扣押在案的的资金及利息。

    48.鸡西市矿山森林消防抢险救援大队上交的扣押在案的资金及利息。

    49.黑龙江省天源煤炭股份有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    50.黑龙江优丰农业开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    51.鸡西隆衡房地产开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    52.鸡西市矿山森林消防抢险救援训练中心上交的扣押在案的资金及利息。

    53.黑龙江农垦正基房地产开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    54.赵伟上交的扣押在案的资金及利息。

    55.鸡西华誉农工贸有限责任公司鸡西建筑分公司上交的扣押在案的资金及利息。

    56.孙德清上交的扣押在案的资金及利息。

    57.陈长文上交的扣押在案的资金及利息。

    58.徐玉国上交的扣押在案的资金及利息。

    59.哈尔滨市滨港投资有限公司在中国农业银行股份有限公司的资金及利息。(冻结账号为08064101040002809)

    60.北京泛华置业有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    61.李维上交的扣押在案的资金及利息。

    62.陈红博在中国交通银行股份有限公司账户、中国银行股份有限公司账户的资金及利息。(冻结账号为中国交通银行股份有限公司6222620910009410840、6222620910009792866账户;中国银行股份有限公司168990504834账户)

    63.吴亮靓上交的扣押在案的资金及利息。

    64.大庆百世环保科技开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    65.鸡西市宇晨房地产中介有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    66.徐艳华上交的扣押在案的资金及利息。

    67.黑龙江省华诚建筑安装工程有限公司鸡西分公司上交的扣押在案的资金及利息。

    68.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    69.哈尔滨市融达路桥工程有限公司鸡西分公司上交的扣押在案的资金及利息。

    70.鸡西百盛苗木繁育有限公司在龙江银行股份有限公司的资金及利息。(冻结账号为31090120000000026)

    71.罗云兵上交的扣押在案的资金及利息。

    72.鸡西泛华城市建设投资有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    73.黑龙江百世金融产业园管理有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    74.吴柏年上交的扣押在案的资金及利息。

    75.泛华北方投资管理(北京)有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    76.北京福瑞祥达建筑工程有限公司在中国建设银行股份有限公司账户的资金及利息。(冻结账号为1100107060005303147)

    77.黑龙江顺城投资有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    78.黑龙江同亨投资有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    79.黑龙江沈矿瓦斯发电有限公司梨树分公司上交的扣押在案的资金及利息。

    80.李明上交的扣押在案的资金及利息。

    81.刘玉松上交的扣押在案的资金及利息。

    82.任立恒上交的扣押在案的资金及利息。

    83.赵国英上交的扣押在案的资金及利息。

    84.黑龙江龙远房地产开发有限责任公司上交的扣押在案的资金及利息。

    85.董凤珍上交的扣押在案的资金及利息。

    86.黑龙江省业丰投资管理有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    87.鸡西阔远房地产开发有限公司上交的扣押在案的资金及利息。

    88.黑龙江正麒房地产开发公司上交的扣押在案的资金及利息。

    89.陶胜强上交的扣押在案的资金及利息。

    90.张欣上交的扣押在案的资金及利息。

    91.黑龙江省镝森房地产开发有限责任公司上交的扣押在案的资金及利息。

    92.黑龙江省龙城专用车有限公司在中国农业银行有限公司账户的资金及利息。(冻结账号为08700201040013218)

    93.鸡西市财务会计继续再教育中心上交的扣押在案的资金及利息。

    94.胡桂芝上交的扣押在案的资金及利息。

    二、房产

    1.鸡西市鸡煤机社保服务中心有限公司名下鸡西市中心塔小区一组团二期A﹢B栋转角楼-门市(12)-10门市、中心塔小区一组团-地下室-2门市、中心塔小区一组团二期A﹢B栋转角楼13号4层(办公室)、中心塔小区一组团二期工程C座-车库-7、中心塔小区一组团二期工程转角楼-门市-11、二期工程转角楼门市12,地址:鸡西市鸡冠区中心塔小区。其名下鸡西市南山办花园2-门市-1,地址:鸡西市鸡冠区电工路南山办。

    2.鸡西市鸡冠区伟沟净水设备经销处名下鸡西市鸡冠区南山一组团B座0-00201号门市、C座0-00101号门市、C座0-00102号门市、C座0-00103号门市、C座000104号门市、C座0-00105号门市、D座0-00101号门市、D座0-00102号门市、D座0-00103号门市,地址:鸡西市鸡冠区电台路南山小区一组团;其名下黄楼浴池,地址:鸡西市鸡冠区中心大街煤机厂幼儿园后黄楼浴池;其名下中心塔小区二组团1-门市(1-2)-20号、二期工程C-6号车库,地址:鸡西市鸡冠区中心塔小区;其名下鸡西市东山小区东山阳光家园17-1-9号门市,地址:鸡西市鸡冠区东山阳光家园安置小区;其名下鸡西市东山小区北山11-11号门市,地址:鸡西市鸡冠区向阳办。

    3.王宗健名下鸡西市中心塔小区二组团1号楼5单元71号住宅(产权证号S200813881)、1号楼5单元8-1号住宅(产权证号S200813952)、1号楼5单元4-2号住宅(产权证号S200813892)、1号楼5单元5-2号住宅(产权证号S200813880)、1号楼5单元6-2号住宅(产权证号S200813943)、1号楼5单元7-2号住宅(产权证号S200813885)、1号楼5单元8-2号住宅(产权证号S200813951),地址:鸡西市中心塔小区。

    4.马奎武名下鸡西市中心塔小区二组团1号楼4单元7-1号住宅(产权证号S200813886)、1号楼4单元8-1号住宅(产权证号S200813889)、1号楼4单元4-2号住宅(产权证号S200813882)、1号楼4单元5-2号住宅(产权证号S200813883)、1号楼4单元6-2号住宅(产权证号S200813884)、1号楼4单元7-2号住宅(产权证号S200813888)、1号楼4单元8-2号住宅(产权证号S200813891),地址:鸡西市鸡冠区中心塔小区。

    5.鸡西神龙煤矿机械有限公司名下鸡西市中心塔小区一组团一期(1-2)-2号门市、一组团一期(1-2)-3号门市、一组团一期(1-2)-6号门市、一组团一期(1-2)-14号门市、二组团1-13号门市、二组团1-14号门市、二组团1-15号门市、二组团1-16号门市、二组团1-17号门市、二组团1-18号门市、二组团1-19号门市、二组团1-10号门市,地址:鸡西市鸡冠区中心塔小区;其名下鸡西市向阳办黄楼13-3号门市、向阳办黄楼13-5号门市、向阳办黄楼13-6号门市、向阳办黄楼14-1号门市,地址:鸡西市鸡冠区向阳办黄楼;其名下鸡西市开元综合楼门市13号门市,地址:鸡西市鸡冠区开元综合楼;其名下鸡西市东风小区6号楼-11门市,地址:鸡西市鸡冠区向阳办。

    6.鸡西市湖泊湿地保护研究中心名下密山市兴凯湖乡湖岗的木屋2栋,产权证号:013030211(包含沐沁舍木屋2处、井房、锅炉房、宿舍),产权证号:013030212(包含湖边别墅、宿舍车库、门卫),地址:密山市兴凯湖湖西检查站后院。

    7.鸡西市兴凯湖大白鱼养殖繁育推广中心名下密山市兴凯湖水产养殖场鲤鱼港分场的木屋,鸡房权证密建字第017020040号,地址:密山市兴凯湖湖岗鲤鱼港东侧;其名下密山市兴凯湖水产养殖场鲤鱼港家属区房产,鸡房权证密建字第017020041号(包含库房、车库、办公楼、养殖房、门卫、一层别墅、二层别墅、三层别墅),地址:密山市兴凯湖湖岗鲤鱼港东侧。

    8.黑龙江省镝森房地产开发有限责任公司名下鸡西市福地洞天小区一期9号楼5号门市、7号楼17号车库、7号楼18号车库、7号楼19号车库、7号楼20号车库,地址:鸡西市鸡冠区福地洞天小区。

    9.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下鸡西市鸡冠新城公共租赁住房项目3号楼1号车库、3号楼2号车库、3号楼3号车库、3号楼4号车库、3号楼5号车库、3号楼6号车库、3号楼7号车库、3号楼8号车库、3号楼9号车库、3号楼10号车库、3号楼11号车库、3号楼12号车库、3号楼13号车库、3号楼14号车库、3号楼15号车库、3号楼16号车库、4号楼1号车库、4号楼2号车库、4号楼3号车库、4号楼4号车库、4号楼5号车库、4号楼6号车库、4号楼7号车库、4号楼8号车库、4号楼9号车库、4号楼10号车库、4号楼11号车库、4号楼12号车库、4号楼13号车库、4号楼14号车库、4号楼15号车库、4号楼16号车库、5号楼1号车库、5号楼2号车库、5号楼3号车库、5号楼4号车库、5号楼5号车库、5号楼6号车库、5号楼7号车库、5号楼8号车库、5号楼9号车库、5号楼10号车库、5号楼11号车库、5号楼12号车库、5号楼13号车库、5号楼14号车库、5号楼15号车库、5号楼16号车库、6号楼1号车库、6号楼2号车库、6号楼3号车库、6号楼4号车库、6号楼5号车库、6号楼6号车库、6号楼7号车库、6号楼8号车库、6号楼9号车库、6号楼10号车库、6号楼11号车库、6号楼12号车库、6号楼13号车库、6号楼14号车库、7号楼1号车库、7号楼2号车库、7号楼3号车库、7号楼4号车库、7号楼5号车库、7号楼6号车库、7号楼7号车库、7号楼8号车库、7号楼9号车库、7号楼10号车库、7号楼11号车库、7号楼12号车库、7号楼13号车库、7号楼14号车库,地址:鸡冠区红星乡加油站西侧、南环路北侧;其名下鸡西泛华城市建设投资有限公司泛华创业大厦、4栋钢结构厂房,地址:鸡西市鸡冠区鸡恒路66号;其名下鸡西市鸡冠区红星乡朝阳村房产环境综合整治项目(环卫车库)1栋,地址:鸡西市鸡冠区红军办广益8-办公楼。

    10.北京泛华置业有限公司名下鸡西市鸡冠区松林小区一期1号楼1单元603住宅、一期2号楼1单元602住宅、一期2号楼2单元602住宅、一期2号楼3单元602住宅、一期2号楼5单元602住宅、一期3号楼2单元602住宅、一期3号楼1单元202住宅、一期4号楼2单元402住宅、一期4号楼2单元502住宅、一期5号楼1单元502住宅、一期5号楼2单元502住宅、一期5号楼2单元602住宅、一期6号楼1单元502住宅、一期6号楼2单元502住宅、一期6号楼3单元602住宅、一期6号楼4单元502住宅、一期7号楼2单元502住宅、一期7号楼2单元602住宅、二期9号楼1单元602住宅、二期10号楼1单元602住宅、一期1号楼2号门市、一期1号楼3号门市、一期1号楼4号门市、一期1号楼5号门市、一期1号楼6号门市、一期2号楼1号门市、一期2号楼2号门市、一期2号楼3号门市、一期2号楼4号门市、一期2号楼5号门市、一期2号楼6号门市、一期2号楼7号门市、一期3号楼2号门市、一期3号楼3号门市、一期3号楼4号门市、一期3号楼5号门市、一期4号楼1号门市、一期4号楼2号门市、一期4号楼3号门市、二期8号楼1号门市、二期8号楼2号门市、二期8号楼3号门市、二期8号楼4号门市、二期8号楼5号门市、二期8号楼6号门市、二期9号楼1号门市、二期9号楼2号门市、二期9号楼3号门市、二期9号楼4号门市、二期9号楼5号门市、二期9号楼6号门市、二期9号楼7号门市、二期9号楼8号门市、二期10号楼1号门市、二期10号楼2号门市、二期10号楼3号门市、二期10号楼4号门市、二期10号楼5号门市、二期10号楼6号门市、二期10号楼7号门市、二期11号楼1号门市、二期11号楼2号门市、二期11号楼3号门市、二期11号楼4号门市、一期1号楼1号车库、一期1号楼2号车库、一期1号楼3号车库、一期1号楼4号车库、一期1号楼5号车库、一期1号楼6号车库、一期1号楼7号车库、一期2号楼1号车库、一期2号楼2号车库、一期2号楼3号车库、一期2号楼4号车库、一期2号楼5号车库、一期2号楼6号车库、一期2号楼7号车库、一期2号楼8号车库、一期2号楼9号车库、一期2号楼10号车库、一期2号楼11号车库、一期2号楼12号车库、一期2号楼13号车库、一期2号楼14号车库、一期2号楼15号车库、一期2号楼16号车库、一期2号楼17号车库、一期2号楼18号车库、一期2号楼19号车库、一期2号楼20号车库、一期3号楼2号车库、一期3号楼3号车库、一期3号楼4号车库、一期3号楼5号车库、一期3号楼6号车库、一期3号楼7号车库、一期3号楼8号车库、一期4号楼1号车库、一期4号楼2号车库、一期4号楼3号车库、一期4号楼4号车库、一期4号楼5号车库、一期4号楼6号车库、一期4号楼7号车库、一期4号楼8号车库、一期5号楼1号车库、一期5号楼2号车库、一期5号楼3号车库、一期5号楼4号车库、一期5号楼5号车库、一期5号楼6号车库、一期5号楼7号车库、一期5号楼8号车库、一期5号楼10号车库、一期6号楼1号车库、一期6号楼2号车库、一期6号楼3号车库、一期6号楼5号车库、一期6号楼6号车库、一期6号楼7号车库、一期6号楼8号车库、一期6号楼9号车库、一期6号楼10号车库、二期8号楼1号车库、二期8号楼2号车库、二期8号楼3号车库、二期8号楼4号车库、二期8号楼5号车库、二期8号楼6号车库、二期8号楼7号车库、二期8号楼8号车库、二期8号楼9号车库、二期8号楼10号车库、二期8号楼11号车库、二期8号楼12号车库,地址:鸡西市鸡冠区松林小区。

    11.鸡西市鸿淦房地产开发有限公司名下鸡西市柳盛馨园小区9号楼2单元601住宅、8号楼5单元203住宅、1号楼4号车库、2号楼6号车库、2号楼7号车库、2号楼13号车库、2号楼16号车库、2号楼17号车库、3号楼17号车库、3号楼18号车库、3号楼19号车库、5号楼5号车库、5号楼7号车库、7号楼2号车库、7号楼3号车库、7号楼4号车库、7号楼5号车库、7号楼6号车库、7号楼7号车库、7号楼8号车库、8号楼9号车库、8号楼14号车库、8号楼15号车库、8号楼22号车库、9号楼7号车库、9号楼9号车库、10号楼1号车库、10号楼4号车库、11号楼3号车库、11号楼4号车库、11号楼5号车库、12号楼9号车库、12号楼21号车库、14号楼4号车库、14号楼5号车库、14号楼6号车库、14号楼7号车库、14号楼8号车库、14号楼9号车库、14号楼14号车库、14号楼15号车库、14号楼16号车库、14号楼17号车库、14号楼18号车库、14号楼19号车库、15号楼3号车库、15号楼4号车库、15号楼6号车库、15号楼7号车库、15号楼8号车库、15号楼9号车库、15号楼10号车库、15号楼12号车库、15号楼13号车库、15号楼16号车库、15号楼17号车库、16号楼18号车库、16号楼22号车库、16号楼24号车库、17号楼3号车库、17号楼7号车库、17号楼11号车库、17号楼12号车库、17号楼18号车库、17号楼19号车库、17号楼21号车库、17号楼20号车库、17号楼26号车库、17号楼29号车库、18号楼1号车库、18号楼11号车库、18号楼12号车库、20号楼14号车库、22号楼6号车库、22号楼8号车库、22号楼9号车库、22号楼10号车库、22号楼12号车库、22号楼17号车库、22号楼18号车库、22号楼19号车库、商务会馆11号车库、9-3车库、9-4车库,地址:鸡西市鸡冠区腾飞路北柳浪街东柳盛馨园小区。

    12.鸡西市兴凯湖国际大酒店有限公司名下鸡西市鸡冠区中心大街37号国际经贸大厦,产权证号S201501270,地址:鸡西市鸡冠区中心大街37号大厦。

    13.鸡西市产权交易服务中心名下鸡西市鸡冠区建安街东、技师学院北校区北侧残疾人综合服务中心综合楼1栋,鸡冠房字第S201408620,地址:鸡西市鸡冠区建安街东、技师学院北校区北侧残疾人综合服务中心综合楼,鸡西市残疾人联合会2号楼。

    14.王洋名下北京市昌平区定泗路88号北七家镇羊各庄世纪星城住宅小区二期(一区)0151号1层0101别墅,产权证号:X京房权证昌字第583662号,地址:北京市昌平区定泗路88号北七家镇羊各庄世纪星城住宅小区。

    15.杨桂芝名下三亚市鲁能三亚湾度假区高一区B14栋,产权证号三土房(2014)字第09996号,地址:三亚市鲁能三亚湾度假区高一别墅区B14栋。

    16.张亚杰名下三亚市凤翔路鲁能三亚湾美丽城1区1期2栋1单元1A号住宅,产权证号琼(2019)三亚市不动产权第0007112号,地址:海南省三亚市鲁能三亚湾美丽城区一期二栋一单元1A号房。

    17.金思江名下三亚市凤翔路鲁能三亚湾美丽城1区1期2栋1单元2A号住宅,产权证号三土房(2014)第09783号,地址:海南省三亚市鲁能三亚湾美丽城区一期二栋一单元2A号房。

    18.鸡西元通城市燃气投资有限公司名下鸡西市红胜花园小区B栋1101、B栋1-102、B栋1-202。地址:鸡西市鸡冠区学府街西,涌新路南;其名下鸡西市红胜花园小区C4号楼-7号车库、C4号楼-8号车库、C4号楼-9号车库、C4号楼-10号车库、C4号楼-11号车库。地址:鸡西市鸡冠区学府街西,涌新路南;其名下鸡西市唯美新城一期2-4-202室、一期3-1-201室、唯美新城二期2-3-201室、二期2-3301室、二期3-1-401室、唯美新城11-3-402室、8-11403室,鸡西市唯美新城三期16号楼1号门市,地址:鸡冠区新区建工街与涌新路交汇处唯美新城小区。

    19.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西泛华物流园区B、C厂房,地址:鸡西市鸡冠区腾飞路北、柳浪街东;其名下鸡西泛华物流园区信息交易综合楼、发电机房、门卫室、零担用房、快递分拣中心、零担库房、仓储库房等23处房产和厂房,地址:鸡西市鸡冠区腾飞路418号物流园区。

    20.梁焕名下哈尔滨市南岗区大成街140号龙电花园H栋11层2号,产权证号:1401083332,地址:哈尔滨市南岗区大成街140号。

    21.赵成芳(又名赵成方)名下鸡西市城子河区永丰乡新兴村房产1处,二层楼房1栋,产权证号S160843号、S160844号,地址:鸡西市城子河区永丰乡新兴村。

    22.鸡西金色农业科技有限公司名下5个日光棚、1个生态餐厅、7个温室大棚以及8处房屋(产权证号C201400561号至C201400568号);地址:鸡西市城子河区长青乡良种场。鸡西市东风办教育学院住宅-6-(1-5)层,产权证号S201506763,地址:鸡西市东风办教育学院住宅-6-(1-5)层。

    23.黑龙江北唐煤矿量费监控系统工程开发有限公司名下鸡西市北唐煤矿量费监控系统工程开发有限公司厂房及办公楼,地址:鸡西市鸡恒路东太村南。

    24.鸡西隆衡房地产开发有限公司名下鸡西市信合大厦二单元1101、二单元1102、二单元2401、二单元2402、三单元1501、三单元1502、三单元1901、三单元1902、三单元2001、四单元1102、一单元1102、一单元2502、一单元2503、一单元2602、二单元1001、二单元1002、二单元1401、二单元1402、二单元1801、二单元1802、二单元2601、二单元2602、二单元2701、二单元2702、三单元1001、三单元1002、三单元1101、三单元1202、三单元1301、三单元1302、三单元1401、三单元1402、三单元1801、三单元1802、三单元2002、三单元2101、三单元2102、三单元2201、三单元2202、三单元2301、三单元2401、三单元2402、三单元2501、三单元2502、三单元2601、三单元2602、三单元2701、三单元2702、四单元1001、四单元1002、四单元1101、四单元1401、四单元1402、四单元1801、四单元1802、四单元2601、四单元2602、四单元2701、四单元2702、五单元1001、五单元1002、五单元1003、五单元1102、五单元1302、五单元1401、五单元1402、五单元1801、五单元1802、五单元2601、五单元2701、五单元2702、五单元2703、一单元1001、一单元1002、一单元1003、一单元1401、一单元1402、一单元1403、一单元1801、一单元1802、一单元1803、一单元2701、一单元2702、一单元2703号住宅。地址:鸡西市鸡冠区文化路南、西山路西信合大厦。信合大厦1层1号、1层2号、2层1号、2层2号、3层1号、3层2号、4层1号、4层2号、5层1号、5层2号、6层1号、6层2号、7层1号、7层2号、-1层1号门市,地址:鸡西市鸡冠区文化路南。信合大厦车位2-1-04号、车位-2-2-09号、车位-2-2-10号、车位2-2-12号、车位-2-2-13号、车位-2-2-14号、车位2-2-15号、车位-2-2-16号、车位-2-3-01号、车位2-3-02号、车位-2-3-03号、车位-2-3-04号、车位2-4-01号、车位-2-4-02号、车位-2-4-03号、车位2-5-01号、车位-2-5-02号、车位-2-5-03号、车位2-5-04号、车位-2-5-05号、车位-2-5-06号、车位2-6-01号、车位-2-6-05号,地址:鸡西市鸡冠区文化路南、西山路西。

    25.鸡西市嘉盈沥青搅拌有限公司名下门卫房、锅炉房、煤仓、料场及混凝土地、办公楼,地址:鸡西市鸡冠鸡密南路1号朝阳村村口沥青搅拌站,鸡西市北钢烧砖厂西侧、冷家路北。

    26.鸡西市国有资产经营管理有限公司名下天马特种耐火材料厂房产,产权证号S201104631、产权证号S201104632、产权证号S201104633、产权证号S201104634、产权证号S201104635、产权证号S201104636、产权证号S201104637、产权证号S201104638、产权证号S201104639、产权证号S201104640、产权证号S201104641、产权证号S201104642、产权证号S201104643、产权证号S201104644,地址:鸡西市鸡冠区201国道特耐厂院内。

    27.鸡西煤矿专用设备厂名下厂房,产权证号S201001968、产权证号S201001974、产权证号S201001971、产权证号G888、产权证号G875、产权证号G879、产权证号G887、产权证号G886、产权证号S201001965、产权证号G884、产权证号032960、产权证号S201001967、产权证号S201001973、产权证号S201001970、产权证号S201001969、产权证号031774、产权证号031770、产权证号031768、产权证号031782、产权证号031772、产权证号031777、产权证号031781、产权证号031765、产权证号031783、产权证号031776、产权证号031771、产权证号031769、产权证号031780、产权证号031778、产权证号031766、产权证号031775、产权证号017007,产权证号024920、产权证号S201001966、产权证号S201001972、产权证号026304、产权证号G871、产权证号031779、产权证号031767、产权证号031773,地址:鸡西市鸡冠区南山路59号。

    28.李传纲(鸡西市产权交易服务中心)名下熙雅寓C座7单元502室,地址:鸡西市鸡冠区文化路熙雅寓C座7单元502室。

    29.李继明名下勤奋二组团4单元302室,产权证号黑(2017)鸡西市不动产权第000634号,地址:鸡西市鸡冠区文化路勤奋二组团4-00302。

    30.蒋一赫名下勤奋二组团4单元402室,产权证号黑(2017)鸡西市不动产权第000635号,地址:鸡西市鸡冠区文化路勤奋二组团4-00402。

    31.刘立红名下勤奋二组团4单元1002室,地址:鸡西市鸡冠区文化路勤奋二组团4-01002,产权证号S201508613;其名下鸡西市先锋小区5号楼3-6-3住宅,产权证号S200900862,地址:鸡西市鸡冠区先锋小区。

    32.黑龙江龙远房地产开发有限公司名下勤奋二组团2单元2201住宅、勤奋二组团2单元2202住宅、勤奋二组团2单元2301住宅、勤奋二组团3单元2201住宅、勤奋二组团3单元2202住宅、勤奋二组团4单元201住宅、勤奋二组团4单元301住宅、勤奋二组团4单元401住宅、勤奋二组团4单元801住宅、勤奋二组团4单元901住宅、勤奋二组团4单元1902住宅、勤奋二组团4单元2001住宅、勤奋二组团4单元2002住宅、勤奋二组团4单元1202住宅,勤奋二组团负1层7号门市、勤奋二组团负1层8号门市、勤奋二组团负1层9号门市、勤奋二组团负1层10号门市、勤奋二组团1层1号门市、勤奋二组团1层8号门市、勤奋二组团1层9号门市,勤奋二组团地下车位A区101车位、勤奋二组团地下车位A区102车位、勤奋二组团地下车位A区103车位、勤奋二组团地下车位A区104车位、勤奋二组团地下车位A区201车位、勤奋二组团地下车位A区203车位、勤奋二组团地下车位A区205车位、勤奋二组团地下车位A区206车位、勤奋二组团地下车位B区201车位、勤奋二组团地下车位B区203车位、勤奋二组团地下车位B区204车位、勤奋二组团地下车位B区206车位、勤奋二组团地下车位C区101车位、勤奋二组团地下车位C区102车位、勤奋二组团地下车位C区103车位、勤奋二组团地下车位C区104车位、勤奋二组团地下车位C区201车位、勤奋二组团地下车位C区202车位、勤奋二组团地下车位C区203车位、勤奋二组团地下车位C区206车位、勤奋二组团地下车位D区102车位、勤奋二组团地下车位D区201车位、勤奋二组团地下车位D区202车位、勤奋二组团地下车位D区203车位、勤奋二组团地下车位D区204车位、勤奋二组团地下车位D区205车位、勤奋二组团地下车位D区206车位、勤奋二组团地下车位E区101车位、勤奋二组团地下车位E区201车位、勤奋二组团地下车位E区202车位、勤奋二组团地下车位E区203车位、勤奋二组团地下车位H区201车位、勤奋二组团地下车位H区202车位、勤奋二组团地下车位H区203车位、勤奋二组团地下车位H区204车位、勤奋二组团地下车位H区空车位、勤奋二组团地下车位H区空车位、勤奋二组团地下车位I区201车位、勤奋二组团地下车位I区203车位、勤奋二组团地下车位I区空车位、勤奋二组团地下车位I区空车位、勤奋二组团地下车位J区201车位、勤奋二组团地下车位J区203车位、勤奋二组团地下车位J区204车位、勤奋二组团地下车位J区206车位、勤奋二组团地下车位K区201车位、勤奋二组团地下车位K区202车位、勤奋二组团地下车位K区203车位、勤奋二组团地下车位K区204车位、勤奋二组团地下车位K区205车位、勤奋二组团地下车位K区206车位,1单元东侧三层独栋建筑,地址:鸡西市勤奋二组团;其名下鸡西市鸡冠区电台路南山小区一组团A栋2单元702室住宅,南山小区一组团车位2#、南山小区一组团车位3#、南山小区一组团车位4#、南山小区一组团车位7#、南山小区一组团车位8#、南山小区一组团车位10#、南山小区一组团车位11#、南山小区一组团车位12#、南山小区一组团车位13#、南山小区一组团车位14#、南山小区一组团车位17#、南山小区一组团车位18#、南山小区一组团车位19#、南山小区一组团车位20#、南山小区一组团车位21#、南山小区一组团车位22#、南山小区一组团车位24#、南山小区一组团车位25#、南山小区一组团车位26#、南山小区一组团车位27#、南山小区一组团车位28#、南山小区一组团车位29#、南山小区一组团车位30#、南山小区一组团车位31#、南山小区一组团车位34#、南山小区一组团车位35#、南山小区一组团车位36#、南山小区一组团车位37#、南山小区一组团车位38#、南山小区一组团车位39#、南山小区一组团车位40#、南山小区一组团车位41#、南山小区一组团车位42#、南山小区一组团车位43#、南山小区一组团车位44#、南山小区一组团车位45#、南山小区一组团车位46#、南山小区一组团车位47#、南山小区一组团车位48#、南山小区一组团车位49#、南山小区一组团车位50#、南山小区一组团车位51#、南山小区一组团车位52#、南山小区一组团车位53#、南山小区一组团车位54#、南山小区一组团车位55#、南山小区一组团车位56#、南山小区一组团车位57#、南山小区一组团车位59#、南山小区一组团车位60#、南山小区一组团车位61#、南山小区一组团车位62#、南山小区一组团车位63#、南山小区一组团车位64#、南山小区一组团车位69#、南山小区一组团车位70#、南山小区一组团车位71#、南山小区一组团车位72#、南山小区一组团车位73#、南山小区一组团车位74#、南山小区一组团车位75#、南山小区一组团车位76#、南山小区一组团车位77#、南山小区一组团车位78#、南山小区一组团车位79#、南山小区一组团车位80#、南山小区一组团车位81#、南山小区一组团车位82#、南山小区一组团车位83#、南山小区一组团车位84#、南山小区一组团车位85#、南山小区一组团车位86#、南山小区一组团车位87#、南山小区一组团车位88#、南山小区一组团车位89#、南山小区一组团车位90#、南山小区一组团车位91#、南山小区一组团车位92#、南山小区一组团车位93#、南山小区一组团车位94#、南山小区一组团车位95#、南山小区一组团车位96#、南山小区一组团车位97#、南山小区一组团车位98#、南山小区一组团车位101#、南山小区一组团车位103#、南山小区一组团车位104#、南山小区一组团车位105#、南山小区一组团车位106#、南山小区一组团车位107#、南山小区一组团车位108#、南山小区一组团车位109#、南山小区一组团车位110#、南山小区一组团车位111#、南山小区一组团车位112#、南山小区一组团车位113#、南山小区一组团车位114#、南山小区一组团车位116#、南山小区一组团车位117#、南山小区一组团车位118#、南山小区一组团车位119#、南山小区一组团车位123#、南山小区一组团车位124#、南山小区一组团车位125#、南山小区一组团车位126#、南山小区一组团车位127#、南山小区一组团车位128#、南山小区一组团车位129#、南山小区一组团车位130#、南山小区一组团车位131#、南山小区一组团车位132#、南山小区一组团车位133#、南山小区一组团车位134#、南山小区一组团车位135#、南山小区一组团车位136#、南山小区一组团车位137#、南山小区一组团车位138#、南山小区一组团车位139#、南山小区一组团车位140#、南山小区一组团车位141#、南山小区一组团车位142#、南山小区一组团车位143#、南山小区一组团车位144#、南山小区一组团车位145#、南山小区一组团车位146#、南山小区一组团车位147#、南山小区一组团车位148#、南山小区一组团车位149#、南山小区一组团车位150#、南山小区一组团车位151#、南山小区一组团车位152#、南山小区一组团车位153#、南山小区一组团车位154#、南山小区一组团车位155#、南山小区一组团车位156#、南山小区一组团车位157#、南山小区一组团车位158#、南山小区一组团车位159#、南山小区一组团车位160#、南山小区一组团车位161#、南山小区一组团车位162#、南山小区一组团车位163#、南山小区一组团车位15#,南山小区一组团A区3单元901住宅、南山小区一组团A区3单元902住宅、南山小区一组团B区5单元17-01住宅、南山小区一组团B区4单元1701住宅、南山小区一组团B区4单元17-02住宅、南山小区一组团B区1单元17-01住宅、南山小区一组团B区4单元16-02住宅、南山小区一组团B区2单元16-01住宅、南山小区一组团B区4单元10-01住宅、南山小区一组团B区4单元15-01住宅、南山小区一组团B区4单元14-01住宅、南山小区一组团B区4单元14-02住宅、南山小区一组团B区4单元13-01住宅、南山小区一组团B区4单元12-01住宅、南山小区一组团B区4单元11-01住宅、南山小区一组团B区4单元9-01住宅、南山小区一组团B区4单元8-01住宅、南山小区一组团B区4单元8-02住宅、南山小区一组团B区4单元7-02住宅、南山小区一组团B区4单元6-01住宅、南山小区一组团B区4单元6-02住宅、南山小区一组团B区4单元5-01住宅、南山小区一组团B区4单元5-02住宅、南山小区一组团B区4单元401住宅、南山小区一组团B区4单元4-02住宅、南山小区一组团B区4单元3-01住宅、南山小区一组团B区4单元3-02住宅、南山小区一组团C区2单元13-03住宅、南山小区一组团C区2单元5-03住宅、南山小区一组团C区2单元4-03住宅、南山小区一组团D区2单元6-02住宅、南山小区一组团D区1单元603住宅、南山小区一组团D区1单元303住宅,南山小区一组团A座104门市、南山小区一组团A座105门市、南山小区一组团A座106门市、南山小区一组团A座107门市、南山小区一组团B座101门市、南山小区一组团B座102门市、南山小区一组团B座103门市、南山小区一组团B座105门市、南山小区一组团B座106门市、南山小区一组团B座107门市、南山小区一组团B座108门市、南山小区一组团B座109门市,地址:鸡西市鸡冠区电台路南山小区一组团。

    33.鸡西阔远房地产开发有限公司名下鸡西市城子河区长青综合楼1-201室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼1-202室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼1-301室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼1-401室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼1402室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼1-502室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼1-601室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼1-602室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼2-302室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼2-401室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼2-402室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼2-501室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼2-502室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼2-601室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼2-602室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-201室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-202室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-301室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-302室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-401室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-402室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3501室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-502室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-601室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼3-602室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-201室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-202室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-301室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-302室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-401室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-402室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-501室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-502室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-601室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼4-602室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-201室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-202室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-301室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5302室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-401室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-402室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-501室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-502室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-601室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼5-602室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-201室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-202室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-301室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-302室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-401室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-402室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-501室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-502室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-601室住宅、鸡西市城子河区长青综合楼6-602室住宅,鸡西市城子河区长青综合楼4号门市、鸡西市城子河区长青综合楼8号门市、鸡西市城子河区长青综合楼9号门市,地址:鸡西市城子河区长青综合楼。

    34.鸡西市中城建房地产开发有限公司名下鸡西市滴道区同乐六组团3号楼5号门市、鸡西市滴道区同乐六组团3号楼6号门市、鸡西市滴道区同乐六组团3号楼7号门市、鸡西市滴道区同乐六组团3号楼8号门市、鸡西市滴道区同乐六组团4号楼4号门市、鸡西市滴道区同乐六组团4号楼5号门市、鸡西市滴道区同乐六组团9号楼113号门市、鸡西市滴道区同乐六组团9号楼114号门市、鸡西市滴道区同乐六组团9号楼115号门市、鸡西市滴道区同乐六组团9号楼116号门市、鸡西市滴道区同乐六组团7号楼4号门市、鸡西市滴道区同乐六组团7号楼6号门市、鸡西市滴道区同乐六组团7号楼14号门市、鸡西市滴道区同乐六组团7号楼15号门市,地址:鸡西市滴道区同乐六组团(金街花园)。

    35.陈彦彬名下北京市通州区八里桥京铁潞园1号楼3单元2504室住宅,地址:北京市通州区八里桥京铁潞园1号楼3单元2504室。

    36.董凤珍名下鸡西市鸡冠区向阳办东风委4035-1-2-4住宅,地址:鸡西市鸡冠区向阳办东风委。

    37.王立明名下鸡西市鸡冠区南山办跃进鸡西大学1-1-1-103住宅,产权证号S200707622,地址:鸡西市鸡冠区南山办跃进委鸡西大学。

    38.刘泓弢名下鸡西市电工路商住楼-2-7-1住宅,产权证号S200702951,地址:鸡西市鸡冠区电工路商住楼。

    39.黑龙江正麒房地产开发有限公司名下鸡西市鸡兴东路北中国银行西鸡西市消防培训中心综合楼及附属设施,产权证号S201408904,地址:鸡西市鸡冠区消防培训中心综合楼西侧。其名下尼斯花园A1栋4处住宅、A2栋4处住宅、A3栋4处住宅、B1栋4处住宅、B2栋4处住宅、B3栋4处住宅、B4栋6处住宅、C1栋4处住宅、C2栋4处住宅、C3栋4处住宅、C4栋6处住宅,地址:鸡西市鸡冠区鸡兴东路、鸡西气象局东侧。

    40.黑龙江沈矿瓦斯发电有限公司名下独栋鸡西市鸡冠区广益城农贸市场北侧办公楼1栋(鸡西市交通运输局原办公楼),产权证号G5235,地址:鸡西市鸡兴东路北、中国人民银行西。

    41.陈红博名下河北省固安县大卫城三期孔雀城大卫城乐园4栋1单元1层0107门市,地址:河北省固安县大卫城三期孔雀城大卫城乐园4栋1单元1层0107门市。

    42.黑龙江省华诚建筑安装工程有限公司名下兴凯湖新开流景区5处木屋餐厅,地址:密山市兴凯湖新开流观景台东侧。

    三、车辆

    1.鸡西滨港特种车有限公司名下车辆,品牌型号夏工XG951,牌照号CXG00951C0L1A9165。

    2.鸡西滨港特种车有限公司名下车辆,品牌型号夏工XG955,牌照号XG955CXG00955P0L1C2231。

    3.鸡西滨港特种车有限公司名下车辆,品牌型号夏工XG955,牌照号CXG00955K0L1C2232。

    4.鸡西滨港特种车有限公司名下车辆,品牌型号夏工XG955,牌照号CXG00955T0L1B3379。

    5.鸡西滨港特种车有限公司名下车辆,品牌型号钩机,牌照号SH350SMT350A5P00BH3036。

    6.鸡西滨港特种车有限公司名下车辆,品牌型号山推SD16,牌照号AA126720。

    7.鸡西滨港特种车有限公司名下车辆,品牌型号山推SD16,牌照号AA126998。

    8.李克峰名下车辆,品牌型号白色雷克萨斯5700,牌照号黑A8570F。

    9.董国政名下车辆,品牌型号白色丰田兰德酷路泽5700,牌照号黑G7868E。

    10.李彬名下车辆,品牌型号福特嘉年华,牌照号黑G8K267。

    11.杨贵春名下车辆,品牌型号福特嘉年华,牌照号黑G6K700。

    12.郑鑫名下车辆,品牌型号大众辉腾,牌照号黑A923DZ。

    13.黑龙江省鹏通煤层气开发有限公司名下车辆,品牌型号东风皮卡,牌照号黑G12180。

    14.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号本田雅阁,牌照号黑G06729。

    15.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号依维柯,牌照号黑G08078。

    16.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号依维柯,牌照号黑G06829。

    17.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号依维柯,牌照号黑G06866。

    18.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号别克轿车,牌照号黑G81090。

    19.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号长城汽车,牌照号黑G08106。

    20.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号沈阳金杯,牌照号黑GB5017。

    21.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号长城汽车,牌照号黑G08137。

    22.沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司名下车辆,品牌型号沈阳金杯,牌照号黑GG2396。

    23.黑龙江沈矿瓦斯发电有限公司名下车辆,品牌型号大众辉腾,牌照号黑GG5507。

    24.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号庆铃皮卡,牌照号黑G13736。

    25.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号本田汉兰达,牌照号黑G07969。

    26.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号大众桑塔纳,牌照号黑G07976。

    27.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号大众桑塔纳,牌照号黑G09692。

    28.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号大众桑塔纳,牌照号黑G09597。

    29.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号大众桑塔纳,牌照号黑G04711。

    30.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号大众桑塔纳,牌照号黑G04448。

    31.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号别克GL8,牌照号黑G08757。

    32.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号别克昂科威,牌照号黑G04447。

    33.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号别克昂科威,牌照号黑G04066。

    34.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号现代格瑞,牌照号黑G08878。

    35.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号五菱宏光,牌照号黑GU4966。

    36.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号五菱宏光,牌照号黑G08796。

    37.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号五菱宏光,牌照号黑G09708。

    38.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下车辆,品牌型号铲车,牌照号柳工50。

    四、土地、滩涂

    1.鸡西市阔远房地产开发有限公司名下鸡西市鸡冠区财政局培训中心北、学府街东,学府街09-01号地块,面积27858平方米。

    2.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下鸡西市鸡冠区文成街东、规划路南,A-60-01-b号净地,面积10015平方米。

    3.鸡西市德帮物贸有限公司名下鸡西市污水处理厂西侧2012-12号地块A-01号土地,面积14154平方米。

    4.黑龙江北唐煤矿量费监控系统工程开发有限公司名下鸡恒路东、鸡西永金液化气有限公司南侧,鸡冠国用(2013)第200052号土地,面积38100平方米。

    5.黑龙江省北方建成汽车贸易有限公司名下鸡西市鸡冠西端南侧,宗地号3-23-47号土地,面积154198平方米。

    6.黑龙江优丰农业开发有限公司名下租赁鸡西市城子河区永丰乡永平村土地,面积21571平方米。

    7.郭立星名下租赁鸡西市城子河区永丰乡永平村水域滩涂,面积44800平方米。

    8.鸡西金色农业科技有限公司名下租赁鸡西市良种场地块800亩(面积533336平方米)。

    9.黑龙江正麒房地产开发有限公司名下鸡西市鸡兴东路北中国银行西106/18/166地块(A-50),面积34985平方米。

    10.鸡西市中城建房地产开发有限公司名下鸡西市鸡冠区长征街东、涌新路北,鸡冠新区二期A-64-2号地块净地,面积61497平方米。

    11.鸡西市中城建房地产开发有限公司名下鸡西市鸡冠区长征街东、涌新路北,鸡冠新区二期A-66-2号地块净地,面积66724平方米。

    12.鸡西市阔远房地产开发有限公司名下鸡西市鸡冠区兴国东路北、冉昭街东,鸡冠区东A-02、东A-03、东A-04号A02-B-4-3地块,面积25681平方米。

    13.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北,鸡冠区2015-08号A-01(腾飞北路)地块,面积130162平方米。

    14.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北,鸡冠区2015-08号F-03(腾飞北路)地块,面积12911平方米。

    15.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北,柳浪街(鸡冠区2015-08号地块A-04地块)道路工程,面积25493平方米。

    16.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北,鸡冠区2015-08号A02(腾飞北路)地块,面积43992平方米。

    17.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北,鸡冠区2015-08号E-05-a(腾飞北路)地块,面积16531平方米。

    18.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北,鸡冠区2015-08号E05-b(腾飞北路)地块,面积2375平方米。

    19.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北、柳浪街东,鸡冠区2015-08号D-01地块,面积91296平方米。

    20.黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司名下鸡西市鸡冠区腾飞路北、柳浪街西,挂2016-9号,面积15423平方米。

    21.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下鸡西市沈阳煤业(集团)鸡西盛隆矿业有限责任公司西侧,2011-30号A-07-5号地块,面积41118平方米。

    22.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下鸡西市文成街西前进路北,鸡冠新区二期A-68-2号地块,面积3655平方米。

    23.鸡西泛华城市建设投资有限公司名下鸡西市鸡恒路西汽车产业园内,鸡西(鸡冠)工业新城B-03-4号地块,面积4579平方米。

    24.张亚凤名下租赁鸡西市和平林场沈家沟土地(120.69亩),面积80460平方米。

    25.鸡西滨港特种汽车有限公司名下鸡西市鸡冠区2011-30A-11号地块、鸡西市鸡冠区2011-30A-01号地块、鸡西市鸡冠区2011-30A-03号地块,三块土地共计面积137006平方米。

    五、林地

    1.哈尔滨市滨港投资有限公司名下鸡西市梨树区碱场矿林地18557亩(12371395.19平方米)。

    2.黑龙江优丰农业开发有限公司名下租赁鸡西市团山子水库西岸林地980亩(653336.6平方米)。

    3.黑龙江沈煤林木开发有限公司名下租赁鸡西市鸡冠区原立新矿樟子松、落叶松林地699亩(466002.33平方米)。

    4.黑龙江沈煤林木开发有限公司名下租赁鸡西市鸡冠区原立新矿樟子松林地144亩(96000.48平方米)。

    5.黑龙江沈煤林木开发有限公司名下租赁鸡西市鸡冠区原立新矿落叶松林地105亩(70000.35平方米)。

    6.鸡西盛隆矿业有限责任公司鸡东林场名下租赁小和平林场II区永和施业区、软阔叶混交林24825亩(16550082.75平方米)。

    7.黑龙江省青山煤矿林场名下租赁黑龙江省林口县(市)亚河公社(镇)青山煤矿林场26220亩(17480087.4平方米)。

    8.鸡西市园林绿化中心名下鸡西市鸡冠区太阳升村苗圃用地及表面栽种树木246860平方米。

    六、设备黑龙江绅港能源开发公司名下的2000KW太阳能光伏发电设备、蒸汽型吸收式热泵(水源热泵)、冷渣机。

    七、股权

    1.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江沈矿瓦斯发电有限公司100%股权。

    2.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江沈矿物流有限公司100%股权。

    3.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西泛华城市建设投资有限公司100%股权。

    4.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江泛华物流产业园投资管理有限公司100%股权。

    5.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江绅港能源开发有限公司100%股权。

    6.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西市湖泊湿地保护研究中心100%股权。

    7.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西兴凯湖大白鱼养殖繁育推广中心100%股权。

    8.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西隆衡房地产开发有限公司100%股权。

    9.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西阔远房地产开发有限公司100%股权。

    10.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江龙远房地产开发有限责任公司100%股权。

    11.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江北唐煤矿量费监控系统工程开发有限公司100%股权。

    12.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江优丰农业开发有限公司100%股权。

    13.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西金色农业科技有限公司100%股权。

    14.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江安泰矿产开发有限公司100%股权。

    15.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的黑龙江省鹏通煤层气开发有限公司100%股权。

    16.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西元通城市燃气投资有限公司100%股权。

    17.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的鸡西滨港特种汽车有限公司100%股权。

    18.犯罪嫌疑人李传良名下个人实际持有、控制的沈煤鸡西隆丰矿山机械制造有限公司鸡东林场100%股权。

  • 钱穆:中国文化之地理背景

    中国是一个文化发展很早的同家,他与埃及、巴比仑、印度,在世界史上上古部分里,同应占到很重要的篇幅。但中国因其环境关系,他的文化,自始即走上独自发展的路径。在有史以前,更渺茫的时代里,中国是否与西方文化有所接触,及其相互间影响何如,现在尚无从深论。但就大体言,中国文化开始,较之埃及、巴比仑、印度诸国,特别见为是一种孤立的,则已成为一种明显的事实。

    中国文化不仅比较孤立,而且亦比较特殊,这里面有些可从地理背景上来说明。埃及、巴比仑、印度的文化,比较上皆在一个小地面上产生。独有中国文化,产生在特别大的地面上。这是双方最相异的一点。人类文化的最先开始,他们的居地,均赖有河水灌溉,好使农业易于产生。而此灌溉区域,又须不很广大,四围有天然的屏障,好让这区域里的居民,一则易于集中而到达相当的密度,一则易于安居乐业而不受外围敌人之侵扰。在此环境下,人类文化始易萌芽。埃及尼罗河流域,巴比仑美索不达米亚平原,印度印度河流域,莫不如此。印度文化进展到恒河流域,较为扩大,但仍不能与中国相比。中国的地理背景,显然与上述诸国不同。

    普通都说,中国文化发生在黄河流域。其实黄河本身并不适于灌溉与交通。中国文化发生,精密言之,并不赖藉于黄河本身,他所依凭的是黄河的各条支流。每一支流之两岸和其流进黄河时雨水相交的那一个角里,却是古代中国文化之摇篮。那一种两水相交而形成的三角地带,这是一个水桠杈,中国古书里称之曰“汭”,汭是在两水环抱之内的意思。中国古书里常称渭汭、泾汭、洛汭,即指此等三角地带而言。我们若把中国古史上各个朝代的发源地和根据地分配在上述的地理形势上,则大略可作如下之推测。唐、虞文化是发生在现在山西省之西南部,黄河大曲的东岸及北岸,汾水两岸及其流入黄河的桠杈地带。夏文化则发生在现在河南省之西部,黄河大曲之南岸,伊水、洛水两岸,及其流入黄河的桠杈地带。

    周文化则发生在现在陕西省之东部,黄河大曲之西岸,渭水两岸,及其流入黄河的桠杈地带。这一个黄河的大隈曲,两岸流着泾、渭、伊、洛、汾、涑几条支流,每一条支流的两岸,及其流进黄河的三角桠杈地带里面,都合宜于古代农业之发展。而这一些支流之上游,又莫不有高山叠岭为其天然的屏蔽,故每一支流实自成为一小区域,宛如埃及、巴比仑般,合宜于人类文化之生长。而黄河的几个渡口,在今山西省河津、临晋、平陆诸县的,则为他们当时相互交通的孔道。

    据中国古史传说,虞、夏文化极相密接,大概夏部族便从洛水流域向北渡过黄河,而与汾水流域的虞部族相接触。其主要的渡口为平陆的茅津渡,稍东的有孟津。周部族之原始居地,据旧说乃自今陕西渭河上流逐步东移。但据本书作者之意见,颇似有从山西汾河下流西渡黄河转到陕西渭河下流之可能。无论如何,周部族在其定居渭河下游之后,常与黄河东岸汾水流域居民交通接触,则为断无可疑之事。因此上述虞夏周三氏族的文化,很早便能融成一体,很难再分辨的了。这可以说是中国古代较为西部的一个文化系统。

    中国古代的黄河,流到今河南省东部,一到郑县境,即折向北,经今河南浚县大伾山下,直向北流,靠近太行山麓,到今天津附近之渤海湾入海。在今安阳县(旧彰德府)附近,便有漳水、洹水流入黄河,这里是古代殷、商氏族的政府所在地。他们本由黄河南岸迁来,在此建都,达二百八十年之久。最近五十年内,在那里发掘到许多牛胛骨与龟版,上刻贞卜文字,正为此时代殷商王室之遗物,因此我们对于此一时期中在此地域的商文化,增多了不少新智识。

    原来的商族,则在今河南省归德附近,那里并非黄河流经之地,但在古代则此一带地面保存很多的湖泽,最有名的如孟诸泽、蒙泽之类。也有许多水流,如睢水、濊水(即涣水)之类。自此(归德)稍向北,到河南中部,则有荥泽、圃田泽等。自此稍东北,山东西部,则有菏泽、雷夏、大野等泽。大抵商部族的文化,即在此等沼泽地带产生。那一带正是古代淮水、济水包裹下的大平原,商代文化由此渐渐渡河向北伸展而至今河南之安阳,此即所谓殷墟的,这可以说是中国古代较为东部的一个文化系统。这一个文化系统,再溯上去,或可发生在中国之极东,燕、齐滨海一带,现在也无从详说了。

    但在有史以前很早时期,似乎上述的中国东西两大系统的文化,早已有不断的接触与往来,因此也就很难分辨说他们是两个系统。更难说这两大系统的文化,孰先孰后。

    现在再从古代商族的文化地域说起。因为有新出土的甲骨文为证,比较更可信据。那时商王室的政治势力,似乎向西直达渭水流域,早与周部族相接触,而向东则达今山东、河北两省沿海,中间包有济水流域的低洼地带。向东北则直至辽河流域,向南则到淮水流域,向西南则到汉水流域之中游,说不定古代商族的文化势力尚可跨越淮、汉以南,而抵达长江北岸。这些地带,严格言之,早已在黄河流域外,而远在商代早已在中国文化区域里。及到周代兴起,则长江流域、汉水、淮水、济水、辽河诸流域,都成为中国文化区域之一部分,其事更属显明。

    我们只根据上文约略所谈,便可见古代中国文化环境,实与埃及、巴比仑、印度诸邦绝然不同。埃及、巴比仑、印度诸邦,有的只籍一个河流和一个水系,如埃及的尼罗河。有的是两条小水合成一流,如巴比仑之底格里斯与阿付腊底河,但其实仍只好算一个水系,而且又都是很小的。只有印度算有印度河与恒河两流域,但两河均不算甚大,其水系亦甚简单,没有许多支流。只有中国,同时有许多河流与许多水系,而且都是极大和极复杂的。那些水系,可照大小分成许多等级。如黄河、长江为第一级,汉水、淮水、济水、辽河等可为第二级,渭水、泾水、洛水、汾水、漳水等则为第三级,此下还有第四级第五级等诸水系,如汾水相近冇涑水,漳水相近有淇水、濮水,入洛水者有伊水,入渭水者有沣水、滈水等。此等小水,在中国古代史上皆极著名。中国古代的农业文化,似乎先在此诸小水系上开始发展,渐渐扩大蔓延,弥漫及于整个大水系。我们只要把埃及、巴比仑、印度及中国的地图仔细对看,便知其间的不同。

    埃及和巴比仑的地形,是单一性的一个水系与单一性的一个平原。印度地形较复杂,但其最早发展,亦只在印度北部的印度河流域与恒河流域,他的地形仍是比较单纯。只有中国文化,开始便在一个复杂而广大的地面上展开。有复杂的大水系,到处有堪作农耕凭藉的灌溉区域,诸区域相互间都可隔离独立,使在这一个区域里面的居民,一面密集到理想适合的浓度,再一面又得四围的天然屏障而满足其安全要求。如此则极适合于古代社会文化之酝酿与成长。但一到其小区域内的文化发展到相当限度,又可藉着小水系进到大水系,而相互间有亲密频繁的接触。因此中国文化开始便易走进一个大局面,与埃及、巴比仑、印度,始终限制在小面积里的情形大大不同。若把家庭作譬喻,埃及、巴比仑、印度是一个小家庭,他们只备一个摇篮,只能长育一个孩子。中国是一个大家庭,他能具备好几个摇篮,同时抚养好几个孩子。这些孩子成长起来,其性情习惯自与小家庭中的独养子不同。这是中国文化与埃及、巴比仑、印度相异原于地理背景之最大的一点。

    其次再有一点,则关于气候方面。埃及、巴比仑、印度全都近在热带,全在北纬三十度左右,物产比较丰足,衣食易给,他们的文化,大抵从多量的闲暇时间里产生。只有中国已在北温带的较北地带,在北纬三十五度左右。黄河流域的气候,是不能和埃及、印度相比的,论其雨量,也远不如埃及、印度诸地之丰富。古代中国北部应该和现在的情形相差不远,我们只看周初时代《豳风·七月》诗里所描写那时的节令物产以及一般农民生活,便知那时情形实与现在山西、陕西一带黄河、渭水附近甚相类似。因此中国人开始便在一种勤奋耐劳的情况下创造他的文化,较之埃及、巴比仑、印度之闲暇与富足的社会,又是绝不相似了。

    根据上述,古代中国因其天然环境之特殊,影响其文化之形成,因有许多独特之点,自亦不难想像而知。兹再约举其大者言之。

    第一:古代文化发展,皆在小环境里开始,其缺点在于不易形成伟大的国家组织。独有中国文化,自始即在一大环境下展开,因此易于养成并促进其对于政治、社会凡属人事方面的种种团结与处理之方法与才能。遂使中国人能迅速完成为一内部统一的大国家,为世界同时任何民族所不及。

    第二:在小环境里产生的文化社会,每易遭受外围文化较低的异族之侵凌,而打断或阻碍其发展。独有中国文化,因在大环境下展开,又能迅速完成同家内部之团结与统一,因此对于外来异族之抵抗力量特别强大,得以不受摧残,而保持其文化进展之前程,逐渐发展。直至现在成为世界上文化绵历最悠久的国家,又为世界任何民族所不及。

    第三:古代文明多在小地面的肥沃区域里产生,因此易于到达其顶点,很早便失却另一新鲜向前的刺激,使其活力无地使用,易于趋向过度的奢侈生活,而招致社会内部之安逸与退化。独有中国文化,因在较苦瘠而较广大的地面产生,因此不断有新刺激与新发展的前途。而在其文化生长过程下,社会内部亦始终能保持一种勤奋与朴素的美德,使其文化常有新精力,不易腐化。直到现在,只有中国民族在世界史上仍见其有虽若陷于老朽,而仍有其内在尚新之气概,此又为并世诸民族所不逮。

    因于上述三点,所以中国文化经过二三千年的发展,完成了他的上古史之后,一到秦、汉统一时代,正为中国文化开始走上新环境、新气象之另一进程,渐渐由黄河流域扩展至长江流域的时代。而与他同时的几个文明古国,如埃及、巴比仑、印度等,皆已在世界文化史上开始退出他们重要的地位,而让给其他的新兴民族来扮演另一幕的主角了。

    若照全世界人类文化已往成绩而论,便只有西方欧洲文化和东方中国文化两大系统,算得源远流长,直到现在,成为人类文化之两大主干。我们不妨乘便再将此两大文化约略作一简单的比较。

    欧洲文化的远祖是希腊,希腊文化灿烂时期,正和中国西周乃至春秋、战国时代相平行。但双方有一极大的不同。希腊诸邦,虽则有他们共同的文化,却从没有他们共同的政治组织。希腊永远是一种互相独立的市府政治,每一市府,各成一单位。中国西周乃至春秋时代,虽亦同样有许多国家,每一国家虽则几乎亦同样以一个城市,即中国古书中称为“国”的为中心,但这些国家,论其创始,大体都由一个中央政府,即西周王室所分封,或经西周王室之正式承认。因此西周时代的中国,理论上已是一个统一国家,不过只是一种“封建式的统一”,而非后代郡县式的统一而已。

    中国此时之所谓“封建”,亦和欧洲中世纪的封建不同。惟其如此,所以一到春秋时代,虽则西周王室东迁,他为中原诸侯共主的尊严早已失去,但还可以有齐桓公、晋文公一辈在列国诸侯中称霸为盟主的起来,代替王室,继续联合和好与统一的工作。这是西方希腊政治所不能完成的。因此西方希腊诸市府,一到中国秦、汉时代,便不免完全为罗马所吞灭,从此西方文化又要走入一新境界。但中国秦、汉时代,却并非如西方般,由外面来了一个新势力,把旧有的中国吞灭,中国秦、汉时代,只是在旧中国的内部,自身有一种改进,由封建式的统一,转变而成“郡县式的统一”,使其统一之性质与功能,益增完密与强固而已。

    我们继此可以说到西方罗马与汉代之不同。罗马政府的性质,论其原始也和希腊市府一般。后来逐步向外伸张,始造成一个伟大的帝国。这一个帝国之组织,有他的中心即罗马城,与其四围之征服地。这是在帝国内部显然对立的两个部分。至于中国汉代,其开始并没有一个像希腊市府般的基本中心,汉代的中国,大体上依然承袭春秋、战国时代来,只在其内部组织上,起了一种新变化。这一种变化,即如上节所说,由封建式的统一转变成为郡县式的统一。

    因此汉代中国,我们只可说他有了一种新组织,却不能说他遇到一个新的征服者。罗马帝国由征服而完成,汉代中国则不然。那时的中国,早已有他二三千年以上的历史,在商、周时代,国家体制早已逐渐完成了。一到汉代,在他内部,另有一番新的政治组织之酝酿与转化。因此在罗马帝国里面,显然有“征服者”与“被征服者”两部分之对立,而在汉代中国,则浑然整然,只是一体相承,并没有征服者与被征服者之区分。西方习惯称罗马为帝国(Empire),汉代中国决不然,只可称为一国家(Nation)。照西方历史讲,由希腊到罗马,不仅当时的政治形态变了,由市府到帝国,而且整个的国家和人民的大传统也全都变了,由希腊人及希腊诸市府变到罗马人与罗马帝国。而那时的中国,则人民和国家的大传统,一些也没有变,依然是中国人和中国,只变了他内部的政治形态,由封建到郡县。

    我们再由此说到罗马覆亡后的西方中古时期,和中国汉代覆亡后之魏晋南北朝时期,两者中间仍有显著的不同。罗马覆亡,依然和希腊覆亡一样,是遇到了一个新的征服者,北方蛮族。此后的欧洲史,不仅政治形态上发生变动,由帝国到封建,而且在整个的人民和国家的大传统上也一样的发生变动,由南方罗马人转变到北方日耳曼人,又由罗马帝国转变到中世纪封建诸王国。中国汉代的覆灭,并不是在中国以外,另来了一个新的征服者,而仍然是在中国内部起了一种政治形态之动荡。东汉以后,魏、蜀、吴三国分裂,下及西晋统一,依然可以说是一种政治变动,而非整个民族和国家传统之转移。此后五胡乱华,虽有不少当时称为胡人的乘机起乱,但此等胡人,早已归化中国,多数居在中国内地,已经同样受到中国的教育。他们的动乱,严格言之,仍可看作当时中国内部的一种政治问题和社会问题,而非在中国人民与中国国家之外,另来一个新的征服者。

    若依当时人口比数论,不仅南方中国,全以中国汉人为主体,即在北方中国,除却少数胡族外,百分之八九十以上的主要户口依然是中国的汉人。当时南方政治系统,固然沿着汉代以来的旧传统与旧规模,即在北朝,除却王室由胡族为之,其一部分主要的军队由胡人充任以外,全个政府,还是胡、汉合作。中国许多故家大族,没有南迁而留在北方的,依然形成当时政治上的中坚势力,而社会下层农、工、商、贾各色人等,则全以汉人为主干。因此当时北朝的政治传统,社会生活,文化信仰,可以说一样承袭着汉代而仍然为中国式的旧传统。虽不免有少许变动,但这种变动,乃历史上任何一个时代所不免。若单论到民族和国家的大传统,文化上的大趋向,则根本并无摇移。

    因此西方的中古时代,北方蛮族完全以一种新的民族出现而为此下西方历史之主干,旧的罗马人则在数量上已成被压倒的劣势而逐渐消失。反之,在中国史上,魏晋南北朝时代,依然以旧的中国人为当时政治、社会、文化各部门各方面之主干与中坚。至于新的胡人,只以比较的少数加入活动,如以许多小支流浸灌入一条大河中,当时虽有一些激动,不久即全部混化而失其存在了。这一层是中国魏晋南北朝时代和欧洲中古时期的绝大不同处。

    因此西方的中古时期,可以说是一个转变,亦可说是一个脱节,那时的事物,主要的全是新兴的。北方日耳曼民族成为将来历史和文化之主干,这是新兴的。当时所行的封建制度,亦是新兴的。西方的封建,乃罗马政治崩溃后,自然形成的一种社会现象,根本与中国史上西周时代所谓的封建不同。中国的封建制度,乃古代中国统一政治进展中之一步骤、一动象;西方封建,则为罗马政治解消以后一种暂时脱节的现象。那时在西方主持联合与统一工作的,主要者并非封建制度,而为基督教的教会组织。这种教会组织又是新兴的。

    希腊、罗马和基督教会之三者,成为近代西方文化之三主源。在中国魏晋南北朝时代,虽同样有印度佛教之流入,并亦一时称盛,但在历史影响上,复与西方中古时期的基督教绝然不同。基督教是在罗马文化烂熟腐败以后,完全以新的姿态出现而完成其感化北方蛮族的功能的。但魏晋南北朝时代的中国,则以往传统文化并未全部衰歇。孔子的教训,依然为社会人生之最大信仰与最大归趋,只在那时又新增了一个由印度传来的佛教,而一到唐代以后,佛教也到底与儒教思想相合流相混化。因此我们可以说,在欧洲中古时期,论其民族,是旧的罗马民族衰歇而新的日耳曼民族兴起。在中国则只在旧的中国汉民族里面增加了一些新民族新分子,胡人。

    论政治,在欧洲中古时期,是旧的罗马统治崩溃,而新的封建社会兴起。在中国则依然是秦、汉的政治制度之沿续,根本上并无多少转换。论文化与信仰,在欧洲中古时期,则由旧的罗马文化转变到新的基督教文化。在中国,则依然是一个孔子传统,只另外又加进一些佛教的成分。却不能说那时的中国,由旧的孔教而变成为新的佛教了。

    由此言之,西方的中古时期,全是一个新的转变,而魏晋南北朝时代的中国,则大体还是一个旧的沿袭。那些王朝的起灭和政权之转移,只是上面说的一种政治形态之动荡。若论民族和国家的大传统,中国依然还是一个承续,根本没有摇移。

    根据上述,来看近代西方新兴的民族国家,他们在两洋史上,又都是以全新的姿态而出现的。论其民族和国家的大传统,他们复和古代的希腊、罗马不同。但中国史则以一贯的民族传统与国家传统而绵延着,可说从商、周以来,四千年没有变动。所有中国史上的变动,伤害不到民族和同家的大传统。因此中国历史只有层层团结和步步扩展的一种绵延,很少彻底推翻与重新建立的像近代两方人所谓的革命。这是中西两方历史形态一个大不同处,因此而影响到双方对于历史观念之分歧。

    西方人看历史,根本是一个“变动”,常由这一阶段变动到那一阶段。若再从这个变动观念上加进时间观念,则谓历史是“进步”的,人类历史常由这一时代的这一阶段,进展到另一时代的另一阶段。但中国人看历史,则永远在一个“根本”上,与其说是变动,不如说是“转化”。与其说是进步,不如说是“绵延”。中国人的看法,人类历史的运行,不是一种变动,而是一种转化。不是一种进步,而是一种绵延,并不是从这一阶段变动、进步而达另一阶段,只是依然在这一阶段上逐渐转化、绵延。

    变动、进步是“异体的”,转化、绵延则是“同体的”。变动、进步则由这个变成了那个。转化、绵延则永远还是这一个。因此两方人看历史,常偏向于“空间”的与“权力”的“向外伸展”;中网人看历史,常偏向于“时间”的与“生长”的“自我绵延”。西方人的看法,常是“我”与“非我”两个对立。中国人的看法,只有自我一体浑然存在。双方历史形态之不同,以及双方对于历史观念之不同,其后面便透露出双方文化意识上之不同。这一种不同,若推寻根柢,我们依然可以说中西双方全都受着一些地理背景的影响。中国在很早时期,便已凝成一个统一的大国家。在西方则直到近代,由中国人眼光看来,依然如在我们的春秋、战国时代,列国纷争,还没有走上统一的路。

    中国历史正因为数千年来常在一个大一统的和平局面之下,因此他的对外问题常没有像他对内问题那般的重要。中国人的态度,常常是反身向着内看的。所谓向内看,是指看一切东西都在他向己的里面。这样便成为自我一体浑然存在。西方历史则永远在列国纷争、此起彼仆的斗争状态之下,因此他们的对内问题常没有像他们对外问题那般的重要,西方人的态度,则常常是向外看的。所谓向外看,是指看一切东西都在他自己的外面,所以成为我与非我屹然对立。惟其常向外看,认为有两体对立,所以特別注意在空间的“扩张”,以及“权力”和“征服”上。惟其常向内看,认为只有一体浑然,所以特别注意到时间的“绵延”以及“生长”和“根本”上。

    其次说到双方经济形态,中国文化是自始到今建筑在农业上面的,西方则自希腊、罗马以来,大体上可以说是建筑在商业上面。一个是彻头彻尾的农业文化,一个是彻头彻尾的商业文化,这是双方很显著的不同点。

    依西方人看法,人类文化的进展,必然由农业文化进一步变成商业文化。但中国人看法,则并不如此。中国人认为人类生活,永远仰赖农业为基础,因此人类文化也永远应该不脱离农业文化的境界,只有在农业文化的根本上再加绵延展扩而附上一个工业,更加绵延展扩而又附上一个商业,但文化还是一线相承,他的根本却依然是一个农业。

    照西方人看,文化是变动的,进步的,由农到商截然不同。照中国人看,则文化还是根本的与生长的,一切以农为主。这里自然也有地理背景的影响。因为西方文化开始如埃及、巴比仑等,他们本只有一个狹小的农业区,他们的农业文化不久便要达到饱和点,使他们不得不转换方向改进到商业经济的路上去。希腊、罗马乃至近代西方国家莫不如此。在中国则有无限的农耕区域可资发展,因此全世界人类的农业文化,只有在中国得到一个继长增荣不断发展的机会。

    中国历史,在很早时期里,便已有很繁荣的商业了。但因中国开始便成为一个统一的大国,因此他的商业常是对内之重要性超过了对外。若西方各国,则常是对外通商的重要性超过了对内。因此双方对商业的看法,也便有异。西方常常运用国家力量来保护和推进其国外商业。中国则常常以政府法令来裁制国内商业势力之过分旺盛,使其不能远驾于农、工之上。因此在西方国家很早便带有一种近代所谓“资本帝国主义”的姿态,在中国则自始到今常采用一种近代所谓“民主社会主义”的政策。

    再换辞言之,农业文化是自给自足的,商业文化是内外依存的。他是要吸收外面来营养自己的。因此农业文化常觉得内外一体,只求安足。商业文化则常觉彼我对立,惟求富强。结果富而不足,强而不安,因此常要变动,常望进步。农业文化是不求富强但求安足的,因此能自本自根一线绵延。

    我们继此讲到科学和工业,科学知识和机械工业在现世界的中国是远为落后的。但中国已往历史上,也不断有科学思想与机械创作之发现,只因中国人常采用的是民主社会主义的经济政策,“不患寡而患不均”。对于机械生产,不仅不加奖励,抑且时时加以禁止与阻抑,因此中国在机械工业一方面,得不到一个活泼的发展。在中国的机械和工业,是专走上精美的艺术和灵巧的玩具方面去了。科学思想在中国之不发达,当然不止此一因,但科学没有实际应用的机会,自为中国科学不发达的最要原因之一。

    其次我们再说到中西双方对于人生观念和人生理想的异同。“自由”(Liberty & Freedom)一词是西方人向来最重视的。西方全部历史,他们说,即是一部人类自由的发展史。西方全部文化,他们说,即是一部人类发展自由的文化。“人生”、“历史”和“文化”,本来只是一事,在西方只要说到“自由”,便把这三方面都提纲挈领的总会在一处了。在中国则似乎始终并不注重“自由”这个字。西方用来和自由针对的,还有“组织”和“联合”(Organization & Unity)。希腊代表着自由,罗马和基督教会则代表着组织和联合。这是西方历史和西方文化的两大流,亦是西方人生之两大干。我们只把握这两个概念来看两方史,便可一一看出隐藏在两方历史后面的一切意义和价值。

    但中国人向来既不注重自由,因此也便不注重组织和联合,因为自由和联合的后面,还有一个概念存在的,这便是“两体对立”。因有两体对立,所以要求自由,同时又要求联合。但两体对立,是西方人注重向外看,注重在空间方面看的结果。是由西方商业文化内不足的经济状态下产生的现象。中国人一向在农业文化中生长,自我安定,不须向外寻求,因此中国人一向注重向内看,注重在时间方面看,便不见有严重的两体对立,因此中国人也不很重视自由,又不重视联合了。中国人因为常偏于向内看的缘故,看人生和社会只是浑然整然的一体。

    这个浑然整然的一体之根本,大言之是自然、是天;小言之,则是各自的小我。“小我”与“大自然”混然一体,这便是中国人所谓的“天人合一”。小我并不和此大自然体对立,只成为此体之一种根荄,渐渐生长扩大而圆成,则此小我便与大自然融和而浑化了。此即到达天人合一的境界。中国《大学》一书上所说的修身、齐家、治国、平天下,一层一层的扩大,即是一层一层的生长,又是一层一层的圆成,最后融和而化,此身与家、国、天下并不成为对立。这是中国人的人生观。

    我们若把希腊的自由观念和罗马帝国以及基督教会的一种组织和联合的力量来看中国史,便得不到隐藏在中国史内面深处的意义与价值。我们必先了解中国人的人生观念和其文化精神,再来看中国历史,自可认识和评判其特殊的意义和价值了。但反过来说,我们也正要在中国的文化大流里来认识中同人的人生观念和其文化精神。

    继此我们再讲到中两双方的宗教信仰。西方人常看世界是两体对立的,在宗教上也有一个“天国”和“人世”的对立。在中国人观念里,则世界只有一个。中国人不看重并亦不信有另外的一个天国,因此中国人要求永生,也只想永生在这个世界上。中国人要求不朽,也只想不朽在这个[让界上。中同古代所传诵的立德、立功、立言三不朽,便从这种观念下产生。中国人只想把他的德行、事业、教训永远留存在这个世界这个社会上。中国人不想超世界超社会之外,还有一个天国。因此在西方发展为宗教的,在中国只发展成“伦理”。中国人对世界对人生的“义务”观念,反更重于“自由”观念。在西方常以义务与权利相对立,在中国则常以义务与白由相融和。义务与自由之融和,在中国便是“性”(自由)与“命”(义务)之合一,也便是“天人合一”。

    西方人不仅看世界常是两体对立,即其看自己个人,亦常是两体对立的。西方古代观念,认人有“灵魂”“肉体”两部分,灵魂部分接触的是理性的“精神世界”,肉体部分接触的是感官的“物质世界”。从此推衍,便有西方传统的“二元论”的哲学思想。而同时因为西方人认为物质世界是超然独立的,因此他们才能用纯客观的态度来探究宇宙而走上科学思想的大园地。中国人则较为倾向“身心一致”的观念,并不信有灵肉对立。他看世界,亦不认为对我而超然独立,他依然不是向外看,而是向内看。他认为我与世界还是息息相通,融为一体。

    儒家思想完全以“伦理观”来融化了“宇宙观”,这种态度是最为明显了。即在道家,他们是要摆脱儒家的人本主义,而从宇宙万物的更广大的立场来观察真理的,但他们也依然保留中国人天人合一的观点,他们并不曾从纯客观的心情上来考察宇宙。因此在中国道家思想里,虽有许多接近西方科学精神的端倪,但到底还发展不出严格的西方科学来。

    以上所述,只在指出中西双方的人生观念、文化精神和历史大流,有些处是完全各走了一条不同的路。我们要想了解中国文化和中国历史,我们先应该习得中国人的观点,再循之推寻。否则若从另一观点来观察和批评中国史和中国文化,则终必有搔不着痛痒之苦。

    本文原载《中国文化史导论》,商务印书馆,2023年版

  • 三星堆

    三星堆遗址位于四川省广汉市三星堆镇鸭子河南岸。
    根据文物分析得出三星堆文化遗存的年代是距今3600年到距今3000年之间。
    目前发现的三星堆遗址近12平方公里,明代挖掘的运河马牧河穿过三星堆的西城墙。遗址三面环墙,北临鸭子河。沿着马牧河,依次分布有祭祀区、宫殿区、居民区、手工业作坊区。河北岸有一片台地,像一轮弯月,是三星堆遗址的核心区域,约3.6平方公里。

    1929年当地农民燕道诚家院子旁发现过一个埋葬有400余件玉石器的长方形土坑,为三星堆考古之开始。

    青关山1号大房子,。
    青关山1号建筑平面结构图:面积超过1000平方米,8个埋葬坑出土的器物与建筑中各功能区分布契合,建筑内通道两侧126个柱洞可以用于安装青铜人像和青铜面具
    八号坑神坛:方形基座上为献祭平台,共有13个青铜人像。第一组人像4人,各自面向斜外侧,跪于献祭平台四角。第二组人像4人,可见獠牙,坐在献祭平台各侧边中部的镂空小凳上。第三组人像4人,体型大于其他小人,各自跪在一个小型柱状台基上,4人共同扛起一个由铜杆构成的抬架。第四组人像1人,跪在献祭平台中心的一座山形台基上,并背负一件有盖圆罍
    金面罩铜人头像
    戴金面罩青铜人头像
    戴尖脊帽铜小立人像
    铜扭身跪坐人像
    青铜眼形器
    金面罩
    铜太阳形器
    铜鸟
    铜神树
  • 下岗记述

    一、概念、数字与由来

    1990年代初期,有些地方出现“停薪留职”,有些地方“厂内待业”,有些地方出现“放长假”“两不找”等现象。90年代中后期,下岗职工问题作为一种社会经济现象开始突显。

    据2000年、2003年《中国统计年鉴》,1995-1997年国有单位职工人数变化不大,分别为10955万人、10949万人,10766万人。从1998年开始,人数就开始暴跌:1998年,8809万人;1999年,8336万人;到2002年,这项数据已落至6924万人。 6年间,国有单位职工减少将近4000万。与此同时,城镇集体单位职工人数也呈大幅下降之势,从1995年的3076万人变为2002年的1071万人,减少2000万。下岗人员增多,城镇登记失业率攀升,1995年2.9%,2002年4.0%。

    1996年,中国社会科学院研究院冯兰瑞认为:如果再加上城镇新增长劳动力、农民工等,“九五期间”,失业率可能达到21.4%。

    据2002年2月劳动和社会保障部发布的全国下岗职工报告:1998-2000年,全国国有企业共发生下岗职工2137万人。其中1998年年初为691.8万人,当年新增562.2万人;1999年上年结转610万人,当年新增618.6万人;2000年上年结转652万人,当年新增444.6万人。

    从总量上看,三年间年度下岗职工总量呈下降趋势。从地域分布看,下岗职工主要集中在老工业基地和经济欠发达地区,东北三省占25%;从行业分布看,主要集中在煤炭、纺织、机械、军工等行业。

    2001年初,国有企业(含国有联营企业、国有独资公司)下岗职工为657.3万人,当年新增234.3万人,减少376.2万人,增减相抵,2001年末实有下岗职工515.4万人。2001年底,国有企业再就业服务中心实有下岗职工463.6万人,进再就业服务中心比例为89.9%。

    1996年中央经济工作会议,朱镕基做总结讲话分析了三大行业的冗员情况。首先是煤矿行业: “我记得统配煤矿是360万人,顶多有120万人就足够啦,多了240万人,人工成本占吨煤成本的三分之一。” 然后是铁路系统: “铁路系统现在也是亏损的一塌糊涂,去年亏损100亿元,也是因为300多万人有100多万人就够了。” 最后是粮食系统:“粮食系统更不得了,现在有400多万人。前几天,我请了国家粮食局的一些老同志来座谈当前的粮食问题。大家都感到过去300万人,现在400万人,减一半都没有问题。”

    改制“三转”(政府转换产权,职工转换身份,企业转换机制)中,国企职工转换为失业人员,通过“买断工龄”下岗,签订《解除劳动合同书》后领取当地上一年平均工资三倍安置费(1~2万元)。

    二、社会影响

    1997年10月-11月,江西省社科院社会学所对南昌市下岗职工进行调查发现,490多人中,45.7%月收入低于120元,30.4%在120-200元之间,14.9%在201-400元之间,大部分属于低收入人群。

    1999年,一份对多地下岗职工的调查显示:“(下岗工人)80%-90% 是进入社会职业声望较低的传统零售、服务业,以及过去是以农民工为主体的苦脏累岗位或临时就业岗位。”

    2003年《中国改革》刊载了一篇李培林对东北抚顺、本溪等四座城市下岗职工的调查报告,其中42.6%的人认为当前社会很不公平,37.7%的人认为太不公平,至于家中的主要困难,除了吃饭,依次是:子女教育费太重,有病看不起,养老没着落,以及住房、冬天取暖、穿衣等问题。

    2006年,吉林大学一个团队走访了200多位东北下岗职工,以下是部分受访者的回答:
    “我们现在要求不高,能买米能买油,粗茶淡饭饿不死,就行了。”
    “能实实在在给点钱就啥也不说了。”
    “我们这好多两人都下岗,孩子都像你们这么大都上学呢。……我,晚上出去捡破烂去,白天卖了五块钱,够吗?这孩子生活费在哪出?我们家姑娘上大学呢,爷们还有病。白天出去捡怕人笑话,晚上出去,…欠水费,卡我电。……这法律应该欠水卡水,欠电卡电,现在卡着你老百姓,一个礼拜没有电了。”
    “……现在富的太富了,轻轻松松好几百万,穷的太穷了。以前大米八毛一斤,现在一块多一斤,什么买时都得寻思寻思。买菜一个月真是啥菜便宜买啥菜,肉是半个月吃一回……。”
    “有时都不想活了啊。没有生活来源呀……你就等着饿死,……这下岗那下岗,饭都没有吃的。孩子大了上学你能不愁吗?现在供个大学多少钱,挣多钱的孩子能上学,当父母的没能耐的,孩子大了将来上学不就完了吗?现在孩子上学交学费咱父母都累,别说上大学了。对不起孩子啊,孩子以后咋整?……”
    “现在招工,要去一个月400到500块钱,真都不如低保,采暖啥的还能给你免了,农民工干这活行,他不用考虑(采暖费,水电费,子女教育费等)……现在老板太黑,人有的是,400一个月你干不干?你不干,农民工干。就这价,农民工干也不容易。”
    “现在吧,有门道不下岗,一个月好几千,咱这样一分钱没有,你有本事,有技术没有用,老子英雄儿好汉,你爸爸厉害,你啥也不用干。”

    三、重点区域

    铁西区密布着沈阳市80%以上国有工业企业,是著名的核心工业区,拥有各类钢厂、水泵厂、电缆厂、新华印刷厂、东北制药厂等,绝对数超过1000家。保工街、卫工街、轻工街、重工街……老铁西区的大部分街道,都以“工”命名。1995年,铁西区停产、半停产企业增加到三分之一, 30多万工人中有13万人下岗。工厂因为没有太多加工订单,为保持运作,只能放一部分工人回家“休假”。

    据不完全统计,从二十世纪九十年代开始,上海先后有100多万国营工人加入下岗潮行列,庞大的工人群体因为所在工厂的关闭、转产和改制,纷纷下岗。2003年,上海市劳动和社会保障局宣布:上海市已没有下岗职工,“再就业服务中心”已全部关闭,成为首个“下岗工人”消失的城市。

    四、其他表现

    电视剧《抉择》:以山西中阳市纺织印染厂工人下岗为背景

    沈阳有一路公交车是202路,从和平区沙山发车,穿越和平、铁西、进入皇姑区段的塔湾站。据当地人讲,司机师傅都不爱跑这条线,因为这条线附近的老百姓穷,所谓“素质低”,有上车不给钱的,有骂人的,有抢座位的,有小偷小摸的……这条线路跑的是铁西区与皇姑区交界的地方,这里的下岗工人最多,那个时候有人还给202线公交命名为“下岗车”

    铁西区一时间变成了“休假”职工的“工人度假村”,铁西的应昌市场每天都有挂着牌子的下岗工人在找零工,擦玻璃、刷油漆等,人才市场最大的特点就是众多求职者都戴着白色的口罩。这些曾经的国有工人觉得丢人,不愿被人认出来。
    当时在铁西颇为流行一首诗歌——《下岗工人》:“习惯了接订单的手,今天的指间流出彷徨,装工资的口袋,今天写满空荡……”

    2011年,电影《钢的琴》上映,男主角陈桂林是位钢铁工人,下岗后组建了一支婚丧乐队,奔波于各红白喜事现场。

    期间,中国大量引进白羽鸡,养鸡业快速成长,一跃成为了世界三大白羽肉鸡生产国之一。市场上的鲜鸡供应由此达到一个可观的规模,便宜的鸡架成为下岗工人热爱的食物——由此创造了一道独特的地方菜肴,“沈阳鸡架”。