加拉帕戈斯群岛和北冰洋上的野外科考

( 芝加哥大学教授尼尔·舒宾和半鳍半肢淡水鱼Tiktaalik化石 )

三联生活周刊：170多年前，达尔文在加拉帕戈斯群岛观察和研究岛上的雀类，为进化论奠定了基础。他以后，一代又一代科学家继续对这些雀类的研究，他们的工作成果是什么？你的实验室对进化论又有什么贡献？

阿布茨哈诺夫：达尔文之后对岛上的生物进行研究的科学家包括著名的戴维·拉克(David Lack)、罗伯特·鲍曼(Robert Bowman)和罗斯玛琳·格兰茨(Rosemary Grants)。

鲍曼和格兰茨在加拉帕戈斯群岛上生活和工作了30年，细致记录了达尔文雀的喙在自然选择作用下是如何随时间慢慢发生变化的。达夫尼岛上主要是地雀和仙人掌雀，中喙地雀的喙较钝，它们啄开常绿植物或者蒺藜种子，以种子为食。仙人掌雀的喙更尖，它们食用仙人掌的果实并为仙人掌授粉。达尔文曾猜测，是气候变化引起了食物供应链变化，而食物供应链变化引起了鸟喙形状的变化。格兰茨证实了他的猜测。以中喙地雀为例，1977年，赤道附近的群岛受到拉尼娜现象的影响，小种子消失殆尽，大部分中喙地雀饿死了，但是喙较大的中喙地雀却依靠蒺藜种子生存了下来，地雀的喙因此平均增大了4%。1983年，厄尔尼诺现象又使小种子丰富起来，喙较小的中喙地雀反而更占优势，鸟喙又平均缩小了2.5%。

我们在加拉帕戈斯群岛上的研究对象是达尔文雀。我们要理解，产生不同鸟喙形状的基因机制是什么，比较不同种类的不同鸟喙，找出哪些基因参与了适应性进化。比如，我们发现，地雀长出又深又宽的鸟喙，能啄开大而坚硬的种子，决定这种进化的分子就是BMP4。仙人掌雀的鸟喙又长又窄，便于啄食仙人球的果实，决定这种鸟喙形状的分子叫钙调蛋白(Calmodulin)。而且这两种分子之间不会制约排斥，也就是说，鸟喙可以按不同方向生长，产生不同的形式，比如宽而长的喙，或者深而短的喙。我们的贡献是从分子的角度解释了进化如何塑造这些鸟喙的形状。现代生物学最终的目标，是要把这些研究归结到DNA层面上去。

三联生活周刊：在加拿大北冰洋上发现的半肢半鳍淡水鱼Tiktaalik，填补了生命从鱼到陆地过渡的环节。为什么选择加拿大的北冰洋？能否向我们描述一下北冰洋上的工作情况？你们如何寻找这样的化石？

( 哈佛大学助理教授阿布茨哈诺夫 )

舒宾：作为古生物研究者，我们首先寻找已有的化石记录中最早的脊椎动物——四角骓体，然后寻找鱼鳍中有与四角骓体的四肢相似骨骼结构的鱼类。我们研究了所有和水陆过渡相关的化石后，能定位出生物从水到陆地过渡的时间范围，应该在3.8亿年前到3.6亿年前之间，那我们就去找这个时间范围的化石。可是地球上有这么多的化石，上哪儿去找呢？幸运的是，地质学家为了寻找石油和煤，已经给地球上几乎所有的陆地和海洋都绘了地质图。而我们要找到大量裸露在地表的岩石，于是最终定位在北美洲的泥盆纪淡水区，而加拿大境内的北冰洋是唯一裸露的区域。

我们的考察始于1999年，第一年一无所获。第二年，我们发现了一个鱼类化石密集的区域，开始挖掘，大量完整的鱼类化石被挖掘出来。经过4年挖掘，我们终于在地表以下10英尺的岩层中发现了Tiktaalik，它的发现证实了科学家所预测的生命从海洋到陆地的进化。

三联生活周刊：能从学科的角度，解释一下你们的研究方法，以及它和达尔文进化论的关系吗？

阿布茨哈诺夫：进化发展生物学是从胚胎学和发展基因学的角度来理解进化论。进化生物学给我们提供了古生物记录，而借助DNA和RNA分子的谱系树状图，使我们能理解生物体之间的关系。发展基因学向我们解释基因和基因网络是如何构成生物体的，这些细胞是如何组成器官的，不同部分又是如何成为具有特定功能的有机体的。把这两方面结合起来，就能够在分子和细胞的层面上理解和解释进化论。

舒宾：要了解我们自己身体的基本结构，需要看一看我们和其他生物的进化关系。我们在Tiktaalik的体内发现了进化中的关键一步，它和鱼一样有鳍，但是很多活动关节和我们的四肢相似。在它体内，你能看到像鳍又像手臂的附属肢体，这是从海洋到陆地过渡的关键一步。这一步的推动力量是自然选择对动物的作用，在自然环境的压力下，DNA的智慧把身体塑造成这样。

三联生活周刊：能否向我们描述一下加拉帕戈斯岛和北冰洋的野外工作和生活情况？现在的野外考察和研究与达尔文那个时候有什么不同？

阿布茨哈诺夫：我们每天早晨5点钟起床，黎明破晓前鸟的活动最活跃。上午10点钟岛上太阳高照，很热，鸟的活动已经减少。我们跟着鸟儿的踪迹找到它们的巢，把巢的位置在地图上标注出来，过一段时间再回来搜集样本。在上岛前，我们已经做好了周密的计划，我们背着孵卵器、冷藏箱、收藏箱等来到这里，这些是野外考察的必备工具。和达尔文那时候不同，现在厄瓜多尔不允许带走物种，所以我们必须一次又一次地回到加拉帕戈斯岛搜集材料。你必须到较大的群岛，才能找到居住在那里的真正的山地鸟，小岛上的鸟类受外界环境的干扰很小。

达尔文时代的观察是基于形态学的，也就是观察生物外表。而我们关注分子层面的变化过程，因此要把采集到的标本保存起来，带回实验室研究。150年前，人们带着蝴蝶网，背着猎枪和望远镜就可以做一次野外考察，现在这些工具远远不够了。

在现代科学领域，要做一个前沿性的科学研究，你需要10～15年的大学教育和在研究机构的训练才能够胜任。武装一个实验室需要大量经费。生物学中仍然有一些学科只需要一些基本工具就可以做研究，比如动物学和生态学，但是在进化和发展研究领域，野外考察的费用比从前要贵很多。与150年前有所不同的是，这种野外经验和实验室科学紧密地结合在一起。

西方从事这些研究的大部分科学家仍然具有中产阶级背景，这与150年前博物馆在英国兴起时没有什么不同，对自然的热爱和兴趣引领这些人进入到这个领域里。和以前不同的是，不可能再在自家花园和家里研究生物医学了。

舒宾：加拿大的埃尔斯米尔(Ellesmere)群岛上，冬季温度异常低，几乎没有任何植被覆盖，到处是永久冻土。我们每年夏天去一次，待上几周，因为夏季很短暂。一旦发现有化石高度集中的地方，就打开地层开始搜集，小心翼翼地用刷子和鹤嘴锄让化石暴露出来。因为在岛上的时间有限，我们需要把这些化石运回实验室。我们用石膏把化石包起来，用直升机把它们运走，然后用木箱海运回实验室，用几个月的时间把它们从岩石中分离出来，研究、复制和展出，最后我们把这些化石归还给加拿大。

三联生活周刊：你们的研究是基于怎样的理论假设？和达尔文的进化论思想一致吗？

阿布茨哈诺夫：达尔文在《物种起源》中这样写道：“很有可能这个地球上所有的有机体存在都来自于原始的生命形式。当地球按地心引力的固有规律旋转的时候，生命从最简单的形式开始，进化出美丽和妙不可言的生命形式。”我们的研究，就是为生命的多样性找到DNA和分子层面上的解释。

舒宾：我们证明了生命从海洋向陆地进化，可以幽默地宣布，人类是从鱼类进化而来。但是这样的思想其实并不新鲜，它早已被达尔文表达过。达尔文在《人类的起源》中写道：“人类的身体中仍然抹不去比他低等的生命的烙印。”■（文 / 蒲实） 群岛科考北冰洋加拉帕戈斯野外