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关于达尔文青少年时代、贝格尔号航行、《物种起源》的简史 精选

已有 14544 次阅读 2017-7-27 09:48 |系统分类:科普集锦| 加拉帕戈斯群岛, 达尔文, 物种起源, 贝格尔号, 小猎犬号

   达尔文是自然科学历史上最伟大的生物学家之一,他所建立的进化理论,不只是对于生命科学本身来说具有非常重要的意义,同时还关系到人类如何看待地球以及整个宇宙演变的历史,如何看待科学与宗教之间的关系,如何看待人类自身在自然界中的地位,甚至于关系到人类从对自然历史的认知中思考自身的行为准则和生存方式。进化理论的这些意义都超出了对于生命科学本身的贡献,而是对于生态与环境科学、地质学、天文学、哲学、社会科学等众多其他学科都产生了重要的影响。

   接下来就从达尔文的小时候说起吧,简单回顾一下他如何一步一步最终发展出经典进化论的认识,并于1859年发表影响深远的著作《物种起源》。达尔文是英国人(Charles Darwin),1809年2月12日,他出生在英格兰什罗普郡什鲁斯伯里镇,父亲是一名医生、思想开明,祖父和外祖父都是废奴主义者。达尔文是家里6个孩子中的第5个,他有3个姐姐,1个哥哥,和1个妹妹。他8岁开始上学,也在那一年,他的母亲去世了,享年52岁。从9岁开始,达尔文进入什鲁斯伯里镇的中学就读,并且寄宿在学校里;那时英格兰的普通中学里主要讲授拉丁文、希腊文等语法内容。这可能会显得有点奇怪,为什么他上了一年小学就去上中学了呢。因为那还是200多年以前,并不像今天的英格兰,孩子们一般会在5到11岁念小学,然后11-16岁念初中,17-18岁念高中。

   从儿时起,达尔文就对大自然感兴趣,采集过一些昆虫和矿石标本。上中学的时候,达尔文对课业内的拉丁文语法等主要内容不太感兴趣,对课业外的几何学和物理学则表现出一定的兴趣,成功的证明一道几何题或者理解一个物理学原理后,他都会兴奋不已;并且还受到他的哥哥喜欢化学的影响,做过很多化学实验。那时的达尔文还养成了擅长打猎鸟类的本领,枪法很准。此外,他还热爱阅读各种科学书籍、莎士比亚的剧集、以及一些诗人的诗歌作品,时常可以在看书的时候一连坐几个小时。有一次,他从一位同学那里借到一本书,其中讲述世界上其他国家的一些奇观,这使他萌生了要去远方旅行的心愿。

   我们不难发现,少年时代的达尔文对自然科学有着更大的兴趣,并且既乐于阅读也乐于实践。但遗憾的是,那个时候这些方面的知识被他的中学校长视为毫无用处的问题。由于达尔文在中学的成绩并不理想,他的父亲决定让他不待毕业就提前退学,并且他在16岁那年随他的哥哥一起进入爱丁堡大学医学院就读。在医学院学习期间,达尔文对医学课程和解剖实验、外科手术都不感兴趣。但是在那期间,他结识了其他几位爱好自然历史的年青人,加入了一个叫普林尼学会的学生社团,从朋友那里了解到法国动物学家拉马克的进化观点,还有随渔船一起出海捕捞牡蛎并采集海洋生物标本,还学习了鸟类标本制作技术和植物分类,帮助整理了爱丁堡大学博物馆的一些标本收藏。

   随着达尔文年龄的增长,他对自然历史研究的兴趣不断增长,但是另一方面却不具备毕业之后找一份收入可靠并且受人尊敬的工作的能力。这引起了达尔文父亲的担忧,他因而提议达尔文进入教会成为一名乡村牧师。达尔文虽然不十分情愿,但是还是接受了父亲的决定,可能是他也认为自己没有什么更好的选择的缘故吧。要想成为一名牧师,必须先取得大学的学位,因此达尔文回到什鲁斯伯里镇找了一名私人教师补习拉丁文和希腊文,并于1828年进入剑桥大学学习,那一年他19岁。

   在剑桥大学,达尔文度过了3年时光。虽然他对于拉丁文和希腊文等学业依旧缺乏兴趣,但是为了取得文学学士学位,还是修完了所有的必修课程,并且成绩不错,最后在基督学院的毕业名单上名列第十。在剑桥期间,他旁听了植物学课程,还参加过植物学课程教授组织的野外旅行和考察。此外他还痴迷于采集各种甲虫。在剑桥的最后一年,他曾经阅读了德国地理学家洪堡所撰写的赴南美洲进行科学考察的个人游记。他被其中的一些描述深深地吸引,并激发起他想要随商船出国航行的强烈愿望。1831年8月,达尔文随剑桥大学的地质学家塞奇威克教授去威尔士北部,进行绘制地层的工作。在此期间,他学会了一些方法,去调查清楚一个地区的地质情况,这其中包括采集岩石样品,在地图上标出岩石层理等等。

   总结达尔文的大学时代,我们可以看出,一方面他为了自己将来的就业花了必要的精力去取得文学学士学位,另一方面他在自然历史研究方面的兴趣促使他旁听了一些相关课程、参加了相关学生社团的一些活动,跟随一些著名的教授进行过野外考察工作,在地质学、植物学、海洋动物学、昆虫学、鸟类学等方面都积累了相关的知识和技能。

   就在达尔文结束在北威尔士的短期地质考察回到家中的时候,他收到了一封将改变他未来一生人生轨迹的一封信。这封信来自他在剑桥期间旁听的植物学课程教授亨斯洛。信中说英国皇家海军的贝格尔号军舰将在四周之内离港,赴南美洲进行测量海岸线的活动、计划持续时间是2年,贝格尔号是英文单词beagle的音译,根据意思也可以翻译成小猎犬号。这艘军舰的舰长菲茨罗伊打算让出自己在船上房间的一部分,带上一位自己承担旅费、作为航行期间博物学家的青年人。

   如果回想一下之前提到的,达尔文曾经有过的想要随船出海航行进行考察的强烈愿望,就可以想象他在读到这封信时有多么兴奋。不过达尔文想要随贝格尔号航行的想法遭到了父亲的反对,认为这种行为纯属浪费金钱和时间;不过非常有意思的是,达尔文的父亲在反对的同时还说了这样一句话,他对达尔文说,如果能有任何一位有识之士赞成这件事情,他就让达尔文去。达尔文自己也没有想到,这句话将为这件事留下奇妙的转机。他当时只是随即给亨斯洛教授回信婉拒了这个难得的机会,然后继续自己的生活。不过就在第二天他外出为打猎做准备的时候,他的舅舅派人找到他,带达尔文一起去找达尔文的父亲商量随贝格尔号航行的事。由于在达尔文父亲心目中,达尔文的舅舅是一位非常有见识的人,因此达尔文的父亲很快就被说服,同意资助达尔文随贝格尔号赴南美洲进行考察。

   我们现在恐怕已经很难考证,达尔文的父亲当时为什么没有彻底否决这件事情,而是说如果能有任何一位有识之士赞成这件事情,他就同意达尔文去。或许这样说是为了显示,并非他对达尔文过于严厉,而是所有有识之士都会认同他的看法;又或许他虽然认为自己的正统观点是有道理的,但是在内心中也认为远行考察并非完全没有意义,长期的远行考察至少会磨练一个人的意志品质、锻炼一个人的能力。总之,达尔文是幸运的,他最终于1831年12月27日,也就是过完圣诞节之后,开始了随贝格尔号远行的旅程。

   贝格尔号在大西洋上航行了2个多月,期间停靠过大西洋上的一些岛屿,军舰于1832年2月28日抵达南美大陆的巴西萨尔瓦多。正如原先计划的那样,每当舰船停靠港口,船员们就在舰长的带领下测量海岸线,而达尔文则深入南美大陆进行地质学考察,他总是随身携带舰长菲茨罗伊给他的《地质学原理》第一卷,这本书是英国地质学家赖尔所撰写的,达尔文后来和赖尔成为了很好的朋友;此外,达尔文还收集各种生物标本,包括植物,海洋无脊椎动物,昆虫,鸟类,哺乳类,等等。每过一段时间,达尔文会将收集的标本和一些信件寄回剑桥大学给亨斯洛教授,把自己记录的旅行日志寄给家人,同时也会收到家人的来信。

   贝格尔号一站一站逐渐沿着巴西、乌拉圭和阿根廷的海岸线向南偏西的方向航行,然后进入太平洋,逐渐沿着智利和秘鲁的海岸线向北航行,当船离开秘鲁首都利马向西北方向驶向加拉帕戈斯群岛的时候,已经是1835年9月8日了。也就是说贝格尔号的考察花在南美大陆的时间就有3年半左右,远远超出了原先计划的2年。在这3年半左右的时间中,虽然达尔文的进化观点尚未确立,他的进化理论也远未成形,但是有一些让人印象深刻的发现对于他日后的思考是非常重要的。这里我们举4个例子。

   第一个例子是他发现了十分巨大的哺乳动物化石,后来发现这些化石所代表的大地懒与现在仍然生活在南美洲的树懒在骨骼特征方面有很多相似之处,两者之间的亲缘关系应该很近,但是大地懒的体型比树懒大很多。类似的情况还有犰狳,犰狳也是中南美洲特有分布的一类哺乳动物,化石类群中有体型很大的种类,比所有现生犰狳物种的体型都大。为什么在同一片大陆上,不止一次地出现近缘类群之间有的已经绝灭,有的则存留至今?这其中实际上包含了今天进化生物学中所经常涉及的物种多样性的起源、分化过程、差异化生存等多个问题。

   第二个例子是,达尔文在随阿根廷的牧民做横穿阿根廷的考察期间,观察到遍布阿根廷北部的美洲鸵,但是同时他还听说在南部也有一种大鸟。就在一天晚餐烧烤的时候,达尔文突然意识到他所吃的这种鸟和他之前见到过的美洲鸵不一样,他救回了翅膀和头部等一些残骸,后来的研究发现这是一种与美洲鸵相似但不同的另一个物种,被称为美洲小鸵。美洲鸵分布在尼格罗河以北,美洲小鸵则分布在尼格罗河以南。在这个例子中,两个近缘但是不同的物种分布在同一大陆两个相邻的不同区域。

   第三个例子是,除了美洲鸵之外,达尔文还见到了企鹅和船鸭,这三类鸟都不会飞,其中尤其以船鸭最令达尔文困惑,当时还接受“上帝造物”、“物种不变”观点的他,无法理解为什么造物主会创造不会飞而用翅当桨在水面划水的鸭子。

   第四个例子是,达尔文在智利考察期间,向西到达安第斯山位于智利与阿根廷交界处的一个区域,并登上海拔3000多米的位置。在那里他发现很多地层中都含有生物化石,让达尔文感到不可思议的是其中大量都是海洋中浅海区域贝类的化石,并且这样的地层厚达1500米左右。在离南美大陆西海岸150公里、海拔3000多米的地方,怎么会有如此大量海洋贝类的化石?达尔文基于他在地质学家赖尔所著的《地质学原理》一书中看到的观点,认为这是地球上常见的地质活动随时间不断推移所造成的长期效果,因此他推测那片区域原先是海洋。回想到之前一个月他和船员们亲身经历的一场大地震,他曾经亲眼目睹大地可以在地震中被抬高十米之多。这件事情同时也提示了达尔文,地球的实际年龄可能远不止圣经中所说的几千年。

   回到达尔文的旅程中,贝格尔号在离开秘鲁首都利马之后,用了大约一个星期的时间到达加拉帕戈斯群岛。这里日后将成为达尔文看待自然历史观念的转折点,刚开始登上加拉帕戈斯群岛的时候,他还会在日记中写下“创造中心”这样的词,其中的创造指的就是上帝创造世界的意思,这说明他当时还不是一个进化论者;而当他离开加拉帕戈斯之后,他则对创世论有了深深的怀疑。这一改变是由他对生物标本的认真收集与观察引起的。

   当时给了达尔文最重要启发的一类叫作嘲鸫的鸟类,这是一类鸟喙下弯的类群,在加拉帕戈斯群岛中的多个岛屿都有分布,而达尔文在所有他见到有嘲鸫分布的4个岛也都采集了相应的标本。他在日记中写到,“这些鸟与智利的类群较近的亲缘关系,但是每个岛上的标本都比较独特而与其它岛上的不同,四个岛上的标本可能各自是不同的变异类型或物种,以后可能会被认定为2到3个不同的变异类型,每个变异类型在各自的岛上都是经久不变的延续……”。从日记中的这些内容我们可以看出,一方面达尔文仍然倾向于物种不变的思想,但是另一方面,他也明确提及采自加拉帕戈斯群岛上四个岛的嘲鸫标本有可能是不同的物种。如果是不同的物种,那么其间的相似性无疑暗示着物种随地理分布发生变化的可能性。那时的达尔文,距离形成明确的进化论思想,可以说只有一步之遥了。

   在加拉帕戈斯群岛停留了一个多月后,贝格尔号经由塔希提岛和新西兰前往澳大利亚大陆和塔斯马尼亚。在航行的途中,达尔文不断思考,他愈发觉得,加拉帕戈斯群岛以及南太平洋岛屿上的生物应该源于大陆物种,但是又与大陆上的物种不同。在澳大利亚停留期间,达尔文看到鸭嘴兽和袋鼠等体现澳大利亚区系特有性的物种,以至于他在日记中写到,肯定有两个不同的造物主共同参与创造了这个世界。虽然这仍然是造物论的观点,但是与圣经中认为存在唯一万能的造物主相比,也有了本质的区别。我们可以看到,随着贝格尔号航行的不断展开,达尔文越来越多从自然界本身的角度去思考物种起源与分化的原因,而不是不假思索地背诵圣经的描述。

   离开塔斯马尼亚之后,贝格尔号继续向西航行,于1836年4月1日到达印度洋东部的基林群岛,也叫作科科斯群岛。大约一个月后,他们横跨南印度洋抵达毛里求斯。离开毛里求斯之后,他们经过马达加斯加南部,但是没有登岛考察。5月底,贝格尔号抵达南非的好望角。7月中旬前后,先后抵达南太平洋上的圣赫勒拿岛和阿森松岛。在此期间,他继续在日记中记录着,自己对于采自加拉帕戈斯群岛的嘲鸫标本的思考。他开始怀疑自己之前认为不同岛屿上的标本可能是不同变异类型的推测,对这个案例的进一步思考迫使达尔文认为,群岛上的这些动物所表现出的情况可能另有原因,虽然可能性不大,但是很值得考察,因为这有可能动摇人们对于物种稳定性的认识。

   在返回英国的途中,由于舰长菲茨罗伊希望再次确认他们之前对于南美大陆海岸线的测量是准确的,因此贝格尔号并没有直接北上,而是再次抵达了巴西的萨尔瓦多港对海岸线进行勘测。最后的回程途中,他们又先后经过巴西的伯南布哥州和北大西洋上的亚速尔群岛,最终于1836年10月2日抵达英格兰的法尔茅斯港。至此,原先预计2年的行程,最后经过了近4年零9个月才得以完成。不过一切都是值得的,因为贝格尔号的这次航行不仅会改变达尔文的一生,也会在很大程度上改变人类对于世界的认识。

   在启程之前,达尔文是一个预备的神职人员,而旅行结束的时候,他已经是出色的博物学家,并且脑海中已经开始具有初步的进化论倾向。除此之外,还有另一件同样值得欣慰的事。达尔文在贝格尔号航行的4年多时间中,不断将他所采集的矿石、化石和生物标本寄回剑桥大学,同时还把自己在很多地方进行地质勘察的结果和思考写在给亨斯洛教授的信中。由于亨斯洛教授在达尔文回到英国之前已经把信件中的部分内容在一些科学研讨会中进行了宣读,通过达尔文寄回的标本和亨斯洛教授的推介,不少地质学家和古生物学家都对达尔文的考察成果称赞有加,这些消息陆续传到达尔文父亲那里,使得达尔文的父亲对于达尔文的表现颇感欣慰,改变了之前认为达尔文多少有些游手好闲、不务正业的观念。他也因此继续资助达尔文,用于邀请各方面的顶尖专家对相关标本进行进一步的整理和研究。

   1837年1月4日,达尔文将哺乳类和鸟类标本交给英国动物学会。鸟类学家古尔德(John Gould)负责鸟类部分的标本研究。2个月后,他告诉达尔文,来自加拉帕戈斯群岛的嘲鸫属于3个不同的物种。不仅如此,巴塔哥尼亚高原的美洲鸵也是2个不同的物种,加拉帕戈斯群岛上的陆龟和雀鸟中也都存在若干不同的物种。1837年3月中旬,达尔文在他的红皮日记本中推测,物种是有可能发生改变的,这样才可以解释不同地理分布区域中存在近缘但是又不同的物种。到7月中旬时,他在笔记本中画下今天人们非常熟悉那棵进化树,认为谈论不同物种间的相对高级和低级是荒唐的,明确摒弃了拉马克的线性上升式进化的观念。应该说,这个时候达尔文已经是一个进化论者了,这一年,他28岁。1838年3月,他开始担任英国地质学会的秘书,成为了一名职业博物学家。

   当然,这个时候他也还有一个没有想明白的问题,那就是进化是如何发生的。这个时候,达尔文自幼养成的广泛阅读的习惯为他的思考提供了一条新的路径。1838年10月,他读到了马尔萨斯的《人口论》,其中提到人类会孕育数量庞大的后代,其数量超过环境中食物等各种资源的承载能力。达尔文突然意识到,这对于其它生物来说也是如此,再联想到他之前已经熟知的群体内个体差异和生存竞争的认识,因此物种发生进化改变的秘密就在于,在环境中具有更高生存能力的变异类型的个体才有更多生存和繁殖的机会,这使得有利的变异通过遗传而逐渐在群体中得到积累,形成物种随时间发生改变的动力。至此,达尔文已经基本完整地形成了我们今天称之为达尔文主义或者经典进化论的思想。达尔文后来将这个理论称为自然选择。在自己的回忆录中,他也曾提到,1836年到1839年期间是他告别造物论、建立进化论的时期。

   虽然在29到30岁的时候就已经形成了比较成熟的进化论思想,但是他知道这样惊世骇俗的理论是大多数人无法接受的,由于担心引发太多人的抨击甚至亵渎,达尔文并没有将这一思想成果公开发表,而是仅对自己非常信任的少数几个关系要好的朋友有所表达,例如著名的地质学家赖尔。赖尔本人虽然是坚定的有神论者,但是他也认为一个人有不信上帝的充分自由。从1840年到1854年,达尔文陆续出版了基本地质学著作,并对甲壳动物中的蔓足类进行了分类学研究,也出版了相关著作。其中在1842年和1844年期间,也曾两次整理扩充他关于自然选择的理论的笔记。

   1854年9月,达尔文开始重新整理他所有关于物种变异问题的笔记。1856年,赖尔读到了英国的另外一位博物学家华莱士的一篇论文,题为“形成新物种的调控法则”,他认为其中所表达的设想类似于达尔文的思想,他因此建议达尔文将笔记尽快整理为可以出版的书稿。到1858年时,书稿大约完成了一半。然而也就在这一年,一件令达尔文无论如何也想不到的事情发生了。华莱士根据自己在印度尼西亚群岛多年的生物标本收集与研究,形成了一篇论文手稿并寄给达尔文,题目叫做“论变异类型无限离开其原始模式的倾向”,其中的思想与达尔文的自然选择理论相差无几。华莱士的请求是,如果达尔文赞同文稿中的观点,那么请交给莱尔先生审阅。虽然达尔文对于自己花费毕生心血形成的重要理论可能被占先发表感到震惊,但是还是非常有风度地将华莱士的信交给了赖尔,并且在给华莱士的回信中说,愿意把华莱士的手稿寄给任何一份学术杂志。

   为了公平起见,赖尔和植物学家胡克决定,将达尔文书稿中的部分内容和华莱士的手稿合在一起作为一篇论文,于1858年7月1日在林奈学会进行宣读。随后,赖尔和胡克竭力劝说达尔文将他的自然选择学说完整出版。然而由于当时达尔文身体健康欠佳,他只好将已完成的书稿进行大量的缩减,并按照缩减后的内容紧凑程度完成了剩余的写作,即使这样也花了13个多月的时间。1859年11月26日,《物种起源》这部进化生物学历史上最著名的著作出版,印刷的全部1250本书在出版当天就全部售出。一个多月之后,经过少量修改勘误的第二版出版,印刷的3000本再次很快全部售出。虽然后来达尔文对该书进行过修订再版,一共出版了6个版本,但是目前国际上普遍认为第一版和第二版是最能恰当体现达尔文自然选择思想的2个版本。

   《物种起源》的出版标志着达尔文进化论的正式诞生,而达尔文进化论的出现则是进化生物学发展的起点,也是自然科学整体从宗教和哲学中解放的明确标志。虽然从后来的科学发展来看,当时的达尔文进化论中在物种概念、遗传机制、地球年龄等几个方面存在明显的不足和缺陷,但是基本的逻辑框架是合理的,并且其中还包含共同祖先、个体差异、自然选择、渐进改变等原创性思想。

   在讲述贝格尔号的航行带给达尔文和科学历史的影响之外,我们不应该忘记一件事,那就是达尔文晕船。虽然在4年零9个多月的旅程中,大部分时间是在陆地上度过,但是作为一次环球航行,在海上度过的时间也很多。然而在达尔文的日记和舰长的日记中,没有任何达尔文因为长时间晕船的巨大痛苦而对决定参与这次航行萌生悔意的记录。达尔文对于自然界进行考察、思考自然界奥秘的兴趣,远远超过了晕船带给他的痛苦,这样由强烈好奇心支撑起来的探索欲望和坚强意志也非常值得我们敬佩和学习。




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