Okavango 三角洲中的睡莲
导语
在漫长的地球生物的演化历史中，生物为了生存面临着残酷的竞争和自然选择压力。而盖亚假说却认为地球表面的生物圈层也类似与一个生物体，也在漫长的历史长河中不断演化。这一假说至今仍会引发无数争论。
在本文中，加拿大达尔豪斯大学的生物化学和分子生物学教授 W Ford Doolittle 会对盖亚假说给出他的新见解，并试图去描绘一种“达尔文式盖亚”（Darwinise Gaia）——从多层级自然选择的角度来讲述竞争所带来的广泛的合作。也许将地球视为一个整体后，生物圈层面就拥有演化的能力、并能为了增强其稳定性而进行自然选择的适应能力。
W Ford Doolittle| 作者
Leo| 译者
赵雨亭|审校
邓一雪|编辑
在面对“地球母亲”时，我们时常会有自相矛盾的感受涌上心头，科学家们也不例外。
通过对地球上的生态演化历史不断深入的了解，我们可以看到生态系统具备很强的自我调节能力，这种能力在过去的40亿年时间内自发地调节生态系统，使之更加适应环境的不断变化。在此基础上，人类也拥有了合适的生存空间。部分科研人员认为，虽然地球的生态仍有脆弱之处，但各个物种以彼此合作的方式在地球上生存。
而另一种声音则认为，为了在严酷的世间生存，生物之间必须进行残酷的达尔文竞争。能得以存活的物种都是生存能力与繁殖能力最突出的。如果说生物圈真的有什么平衡的话，那可能只是一场意外。
1. 盖亚假说：假如生物圈是一个生命
20世纪70年代中期，英国独立科学家兼发明家詹姆斯·洛夫洛克（James. E. Lovelock）与美国生物学家林恩·马古利斯（Lynn Margulis）提出了一个观点：地球本身就像是一个演化中的有机体。他们将这一观点称之为盖亚假说（Gaia hypothesis）。盖亚假说认为，地球上的生物圈就是可以维持地球内稳态的一个活跃的自适应控制系统。这样的一个可以自我调节的整体（包括但不限于生物）就被视为盖亚。基于这种假说的一些推论显得天马行空——洛夫洛克甚至表示海藻藻丛的出现是为了控制全球的温度，而澳大利亚的大堡礁则是一个控制海水含盐量的泻湖项目的一部分。
尽管这种假说激发了支持者的想象力，并将盖亚称为地球女神。但这种假说并没有被严肃的学术界承认，甚至遭到了蔑视。对于反对盖亚假说的人而言，将地球上的某些特征做出生物化的类比确实会来带一定的启发作用。但地球一点也不像一个能演化的生物体。与鸟类演化出的眼睛与翅膀不同，海藻藻丛、珊瑚礁并不能增强地球的适应能力。这与达尔文所提到的自然选择相违背。
2. 物种演化有没有方向？
在自然选择中，生物实体必须演化出可以遗传的属性或能力，从而留下更多的后代。例如，对于第一批拥有视觉的生物而言，无论它们的视觉有多么的模糊，都能增加它们生存和繁殖的能力。用专业的语言来说就是，生物实体必须在群体中表现出可遗传且有繁殖优势差异的变异特征，才能够被自然选择。
即使这种遗传属性是由不定项或者说随机基因突变带来的结果，但是经过种群几代的繁殖和筛选，也能够产生渐进的改善。也就带来了复杂的适应性。以前文提到的视觉为例，有脊椎生物的眼睛非常复杂，部分区域的细胞获得了聚焦和分辨颜色的能力。这种能力逐代积累，最终我们获得了可以清晰成像的现代生物眼睛。
因此，即便演化并不是一个有方向有目的的选择，但总会有一些事情能引导一定的方向。
早在1979年时，洛夫洛克畅销书《盖娅：地球生命的新视野》（Gaia: A New Look at Life on Earth）出版。领域宽广的演化生物学正在推崇还原论。三年前，理查德·道金斯（Richard Dawkins）出版了他的著作《自私的基因》（The Selfish Gene）。这本著作代表了一种坚定的基因中心主义：这种理念认为自然选择的基础是对基因的选择。也就是说，基因才是繁殖的本质，因为只有基因才能够复制并遗传给后代。基因复制意味着精确的一对一赋值备份。相对而言，繁殖就要宽容的多，所谓“龙生九种，种种不同”，父母所生出的后代往往会各有差异。这样的变化就表示了遗传时的适应性变异，也自然支持了自然选择带来的物种演化。
盖娅：地球生命的新视野（左图），自私的基因（右图）
在最近的几十年中，许多理论研究者已经意识到了：囊括了自然选择机制在内的物种繁殖不仅仅是存在于基因复制、细菌分裂、有性繁殖这样的层面上。现在研究者开始接受一种被称之为多级选择理论的新观点。多级选择理论认为生物可以被视为是一种能嵌套在更大的生物实体中的新一层实体。正如科学哲学家 Peter Godfrey-Smith 所言，理论上，基因、细胞、甚至是社会群体、生物物种都可以进行演化。
在传统意义上，自然选择能够得以运作的基本单位必须能通过基因交流联系在一起——互有亲缘关系。因为在传统的演化遗传领域的研究中心，繁殖与血缘关系是必不可少的。如果没有繁殖，适应能力就无从界定；没有血缘关系，那又何谈自然选择呢？
3. 从变异演化到自我适应
这也就是盖亚假说天马行空的地方，盖亚假说中所描述的多种生物聚集形成的群落，并不具有自我繁殖的能力，生物圈中数十亿的物种能独自进行繁殖，但作为一个整体，生物圈并不能繁衍——产生不出又一个“小生物圈”。即不存在传统意义上的遗传，也没有父母子女之间的亲缘关系——而是复杂多样、也不能彼此合作的种群。按照传统达尔文物种演化的思想，盖亚这样的生物圈并不是自然选择可以操纵的单位，也没有表现出适应性。诚然，我们知道，海草能控制全球变暖，珊瑚礁也能影响海水的盐度。这些生物群落内部的物种能出现协同演化的现象——利用其他物种所带来的生物环境——但是每一个物种都是独立自私的存在。植物的花朵会吸引蜜蜂采集花蜜，因为这样植物才能传粉授粉，才能繁衍它们的后代。想要在生物圈层面进行自然选择在四十年前是不可能的事情，直到今天也仍然是个难题。
科研人员在1981年提出了与一年后，理查德·道金斯在 The Extended Phenotype 中类似的观点：生物圈中没有类似达尔文式的种群竞争。
宇宙中可能充满了已经死亡的行星。这些行星的自我调节系统已经失效了，而在这些死亡行星中也点缀着星星两两能稳定运行调节良好的行星，地球就是其中之一。
The Extended Phenotype
不过理查德·道金斯也认为，尽管现实确实如此，但这远远不够。科研工作者们还要努力论证生物圈的可复制性——能否在一个新的行星上生成一个已有生物圈的副本。
这一观点仍然占据着主导的地位，在2015年， Godfrey-Smith 应《伦敦书评》的邀请为詹姆斯·洛夫洛克的 A Rough Ride to the Future 一书撰写的评论中曾提道：不同物种之间的反馈互动是无处不在的，而且一些互动甚至有利于生命的延续。但这只是偶然出现的副产品。物种间的互动反馈是物种内演化所带来的结果。这是由物种内的繁衍压力驱使的。因此那些与生物本身不相容的特征——即便生物本身能从中受益——依然不会保留下来。
Godfrey-Smith 所表达的含义与人择原理有类似之处。如果生命之间没有建立起稳定的反馈，那么我们就不会出现。既然我们出现了，也就说明，不管建立的过程有多么困难，这种机制的建立都是有必要的。但人们所期望看到的，不仅仅是一个能让生物圈实现稳定的机制，而是一种可以能以达尔文方式演化来的机制——通过自然选择将一些有益处的“意外”事件，转化为可以被通过自然选择并遗传下去的基因等价物。
4. 原子衰变与姓氏存留：
自然选择思想实验二则
首先我们要明白，对于生存而言，差异是必然存在的，这也是自然选择得以运行的基础。我们用一些放射性原子来做一下类比，在半衰期过后，衰变的原子和那些还没有衰变的原子本身并没有什么区别，只不过是概率问题而已。如果，原子也有某种突变的能力，那么在经过几次半衰期后，没有衰变的原子中，具备抵抗衰变能力的原子肯定会多一些。这就好比于对原子进行了自然选择，一次突变会为下一次突变积累一定的优势，最终复杂度适应能力就会出现。
也许放射性原子无法获得稳定的“基因突变”，也许包含众多能独立演化的物种的生物圈也难以做到这一点，但我们要注意对于后者而言，演化是有可能的。而且在生物学上，我们应当接受这种推理，这样我们就能接受为什么有些看似不可能的突变被接受，而另一些则没有。因为，这只是自然选择机制选择了这些看似不可能的事件，并逐代积累使其最终成为可能发生的事情。这样的观点就与达尔文的思想接近了。
