鳥兒愛嗦螺，是怎么把蝸牛變得五顏六色的？

達(dá)爾文提出，生物變化的機(jī)制包括隨機(jī)性變異和自然選擇，而自然選擇是物種演化最為重要的推動(dòng)力量。這一觀點(diǎn)在今天看來牢不可破，但在演化理論發(fā)展史上，自然選擇理論的地位一直處在風(fēng)口浪尖，甚至有人認(rèn)為，演化的主導(dǎo)力量應(yīng)該是偶然，俗稱“看臉”。

“看臉”還是適者生存？

傳教士約翰?古利克就是其中之一，他搜集了數(shù)以萬計(jì)的夏威夷樹蝸牛（Achatinella spp.）外殼標(biāo)本，這些蝸牛的形狀、顏色、紋理呈現(xiàn)出近乎無限的多樣性，但與自然環(huán)境之間似乎找不出任何關(guān)聯(lián)。因此他認(rèn)為，這些蝸牛的變化并無規(guī)律所循。到了20世紀(jì)30年代，學(xué)界基本上接受了“隨機(jī)主導(dǎo)演化”的觀點(diǎn)。

夏威夷樹蝸牛形態(tài)極多的外殼 | Wmpearl / Wikimedia Commons

1949年，亞瑟?凱恩和菲利普?謝潑德來到英格蘭南部，研究這里的森林蔥蝸牛（Cepaea nemoralis），發(fā)現(xiàn)環(huán)境確實(shí)與蝸牛的外殼形態(tài)有著聯(lián)系，比如，在草地等綠色為主的環(huán)境中，黃色外殼的比例高；而在山毛櫸林這種光線昏暗、地上鋪滿褐色落葉的地方，粉色或褐色外殼的比例更高。

森林蔥蝸牛 | Angus Davison / Wikimedia Commons

凱恩他們敏銳地察覺到自然選擇的影響。當(dāng)?shù)赜幸环N鳥，歐歌鶇（Turdus philomelos），它會(huì)叼起蝸牛，在平坦的石頭上砸碎，所以根據(jù)外殼碎片，就能知道歐歌鶇經(jīng)常捕食什么樣的蝸牛。綠色環(huán)境里，歐歌鶇很少捕食黃色的森林蔥蝸牛；而在褐色環(huán)境里，外殼碎片也很少有褐色的。

這是一項(xiàng)漂亮的研究，但它并沒能給爭論畫下完美的句號(hào)。因?yàn)椴畈欢嗤粫r(shí)期，法國人馬克西姆?拉莫特，得出了截然相反的結(jié)論。他的研究對象除了森林蔥蝸牛，還有花園蔥蝸牛（Cepaea hortensis）。它是森林蔥蝸牛的同屬近緣種，外殼也有豐富的底色和紋理。如果是鳥類的捕食壓力造成了森林蔥蝸牛的紋理變化，那么某種顏色的森林蔥蝸牛越多，同樣顏色的花園蔥蝸牛也應(yīng)該更多。然而這兩類蝸牛的顏色分布頻率并沒有什么關(guān)系。

花園蔥蝸牛 | gailhampshire / Flickr

與此同時(shí)，凱恩他們也發(fā)現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象：相距很遠(yuǎn)的地方會(huì)出現(xiàn)同一類型的森林蔥蝸牛，而相距很近的地方，又會(huì)出現(xiàn)長相完全不同的森林蔥蝸牛。難道蝸牛真的不受自然選擇所左右嗎？

五顏六色事出有因

回答這些問題的任務(wù)，落在了凱恩的學(xué)生布萊恩?克拉克的身上。克拉克重復(fù)了拉莫特的研究，也得到了同樣的結(jié)果。但他注意到一個(gè)拉莫特忽略的現(xiàn)象：黃色的花園蔥蝸牛較多的地方，同為黃色的森林蔥蝸牛反而較少。

克拉克重新拾起了鳥類捕食的假說，但在凱恩的基礎(chǔ)上推進(jìn)了一步：他認(rèn)為，鳥類是用經(jīng)驗(yàn)來捕食的。

黃色的花園蔥蝸牛 | Pixabay

在開放環(huán)境中，花園蔥蝸牛本來就占據(jù)絕對優(yōu)勢，所以如果這個(gè)群體中純黃色類型較多，鳥類就會(huì)捕食到更多的純黃色類型，學(xué)會(huì)識(shí)別黃色的蝸牛。而生活在開放環(huán)境中的森林蔥蝸牛，幾乎都是純黃色類型，或者是僅有一根條紋的黃色類型，當(dāng)鳥類學(xué)會(huì)了捕食黃色的花園蔥蝸牛后，黃色的森林蔥蝸牛也成了犧牲品。但花園蔥蝸牛在開放環(huán)境中還有五根條紋的黃色類型，它是鳥類學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)下的盲區(qū)，不容易被熟悉純黃色蝸牛的鳥找出來。結(jié)果便導(dǎo)致兩類黃色蝸牛你多我少。

歐歌鶇吃剩的蝸牛殼 | Rosser1954 / Wikimedia Commons

隨后克拉克又通過數(shù)學(xué)模型證明，不同地區(qū)蝸牛顏色的差異，可以通過自然選擇的效果實(shí)現(xiàn)。再加上1950年代伯納德?凱特威爾同樣無可辯駁地證明了，樺尺蛾（Biston betularia）變黑是自然選擇的結(jié)果，學(xué)術(shù)界終于接受了自然選擇的觀點(diǎn)。

“看臉”其實(shí)沒錯(cuò)？

但科學(xué)常常會(huì)在出人意料的地方展現(xiàn)全新的發(fā)現(xiàn)。隨著1953年揭曉DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，演化學(xué)者們很快意識(shí)到他們可以在更為基礎(chǔ)的層面探索演化的奧秘。

木村資生研究了蛋白酶的變異作用，發(fā)現(xiàn)在分子層次上，演化是隨機(jī)突變所引起的。而萊斯特?金等人發(fā)現(xiàn)，有些基因突變并不會(huì)改變它們編碼的蛋白質(zhì)。所以這些突變對自然選擇必定是中立的。克拉克當(dāng)然無法接受變化全靠“看臉”的結(jié)論，但經(jīng)過20多年的論戰(zhàn)，木村資生的“中立理論”還是獲得了世界性的支持。

不同顏色的花園蔥蝸牛 | gailhampshire / Flickr

不過科學(xué)不是非此即彼的零和游戲。人們最終發(fā)現(xiàn)，有一些突變雖然不會(huì)影響最終形成的蛋白質(zhì)，但卻會(huì)影響mRNA到蛋白質(zhì)的翻譯速度。所以看似無功無過的突變，仍然可能具有利弊之分。

蝸牛的故事還有新的后續(xù)。隨著越來越多的信息浮出水面，人們又發(fā)現(xiàn)，森林蔥蝸牛的分布規(guī)律，固然有自然選擇的原因，但隨機(jī)的突變和遷移的影響也不可無視，此外還有氣候和人為因素的影響……蝸牛的研究還將持續(xù)下去，而我們能從中得到的啟示，也許就是如日本的蝸牛研究者千葉聰所說的，無論多么微小而受限的生物，都有可能揭示出宏大而普遍的意義。