许多物理学家都埋头于“万有理论”的搜寻中,而生物学家们则可能已经发现了一个生物学的“万有理论”:有机体不仅要存活足够的时间繁衍后代,还要具备足够的魅力吸引异性以传递基因。无法达到这些要求的物种便会走入进化死胡同。然而,如何用基本的进化原理解释生物学中各种大尺度的格局,却争议连连,形成了不同的理论阵营。各阵营的倡导者往往强调自身理论的正确性,却很少承认对立理论并非水火不容。
自20世纪70年代初开始,两大最宏观的生命格局——物种在空间上和时间上的配置——将争论分割成两大阵营。一些人关注空间不一致性,即为什么热带地区物种更丰富。他们认为热带要么是物种产生频率更高的“源”,要么是物种不易消亡的“汇”。相比之下,关注时间格局的生物学家则争论新物种是以缓和渐进的方式形成,还是生命史实际上是一系列周期性大爆发。
两篇发表于《科学》杂志的文章有助于解决这些争论。空间生物学家开始研究时间因素,从1100万年前至今的化石记录;而时间生物学家则关注现存物种在基因水平上的快速进化阶段。
生物学的时空
空间生物学家一致认可试图解释的格局:几乎所有研究过的类群——真菌、植物、脊椎动物、无脊椎动物,无论生活在森林、河流或海洋——越靠近赤道物种数越多。然而,确定热带是源还是汇需要应用统计学方法。芝加哥大学的大卫·捷布朗斯基博士及其同事将过去1100万年分为三个时期,并将地球表面切为热带和“热带外区域”。他们分析双壳类软体动物的化石记录,发现431支海洋双壳类世系中,绝大多数出现在热带地区,然后向热带外区域扩散,表明热带确实是生物多样性的源。实际上,由于古生物学家多研究北温带,热带岩石样本可能不足,因此源假说可能更显著。但汇假说也并非错误:热带在产生多样性的同时也在保存多样性,双壳类世系主动向两极扩散并发展壮大。
跳跃与匍匐同在
时间生物学领域的争论双方是渐变论者和突变论者。英格兰雷丁大学的马克·佩格尔博士及其同事论证了间断平衡论能预测新物种形成速度与遗传改变速度的关系。他们研究了122个科的树种,发现约三分之一的树种DNA改变与衍生物种数正相关,约22%的遗传变化通过间断式进化解释,其余通过渐进式解释。这意味着仅凭遗传变化规律推算分化时间可能出错。
捷布朗斯基和佩格尔博士通过严格分析调和了对立观点,但也提出了新问题:为什么某些世系中间断式进化影响更大?各世系如何扩散到高纬度地区?老问题仍待解答,例如热带成为物种发源地是因为气候温和导致高突变率,还是种间相互作用加速进化?从折中角度看,两种观点可能都有道理。