生命进化的驱动力
自然选择一直以来被科学家们认为是驱动进化方向的主要因素，也是创造了生物多样性的主要原因之一，但是我们能够把自然选择当成是创造这个丰富多彩的大自然的唯一原因吗？纽约斯托尼布鲁克大学生态与进化学院的科学家马西莫·皮格留奇说：“我们认为目前生物学中最伟大的未解之谜之一就是对自然选择的定位问题，自然选择到底是不是推进进化方向和创造物种多样性的唯一原因？也许还有我们未知的因素一直在发挥作用。我希望这种假设最终会成为现实，以丰富对我们生活的这个世界的深层了解。”一些科学家列出了其他一些可能驱动生物进化的因素。皮格留奇博士说：“在过去的二十年间，科学家们开始推测复杂的生物系统（如活体生物本身）的某些属性对进化有驱动作用，它们和自然选择的作用合在一起，使得原始生物进化出了眼睛、细菌鞭毛、翅膀或者是龟壳一类奇怪的特征，以适应环境的需要。”这里我们引入一个叫做“显型可塑性”的概念，这种现象是指生物在适应环境的过程中，可以通过进化灵活地改变身体某一部分的特性，发育出新的器官和组织。但是这种差异不是在基因层面的，举个例子来说，蜜蜂的种群里工蜂和兵蜂的基因是完全一致的，但在发育的过程中不同的基因完成了性状表达，于是出现了这两种蜜蜂在行为和体征上的巨大差异，外界的环境因素，例如温度或是其在胚胎期的食物，都是促成工蜂和兵蜂表达不同基因的原因。生命的进化这种“显型可塑性”的意义在于，在进化过程中有益的形状可以遗传给下一代，当显性特征不断遗传积累的时候，外界的自然环境就会帮助一个物种淘汰掉不适应环境需要的性状，而保持那些有竞争优势的后代。有些研究学者认为，生物和非生物系统往往都具有一种自发的自我形成秩序的特性，这种自我组织的能力也是推进物种进化的动力之一，而且这种能力对生物来说还可以遗传给下一代。生物的有序性的典型的例子是蛋白质的结构，我们知道蛋白质是一长串氨基酸在空间中扭转缠绕形成的，其空间结构决定蛋白质的特性。蛋白质的特性千变万化是因为其空间结构可以有无数种，如果蛋白质仅仅是由100个氨基酸组成的，它形成的形状就足以达到天文数字。蛋白质形状的转换是在几秒钟或是几分钟的时间里有序进行的，但这种转换顺序即使我们使用今天世界上最强大的超级计算机也无法计算出来，因为这种转换次序实在是太复杂了。环境因素同样可以改变动物的外在特征和生活习性，这一现象吸引了很多科学家开展深入地研究。例如美国威斯康星麦迪逊大学的细胞生物学家西恩·卡罗尔就发现，东非的某些蝴蝶根据其破茧而出时的环境而呈现不同的颜色，在雨季羽化的蝴蝶一般都带有鲜艳的眼睛形状的花纹，而在旱季羽化的蝴蝶则呈现灰黯的保护色。到目前为止，生物学家对生物从受精卵到成熟个体的发育过程都十分了解，但是在其发育过程中环境和基因因素如何发挥作用则一直不得而知。科学家研究了一种叫做红腹滨鹬的海鸟，发现部分鸟类也会根据迁徙路线的不同改变某些生物性状。当红腹滨鹬被关进笼子里放养到气候比较寒冷的地区的时候，这种鸟的飞行肌肉和部分器官就会萎缩，以减少热量的损失，而这种改变的特性可以遗传给下一代红腹滨鹬。随着生物学、生态学、遗传学和计算机科学的综合发展，促进生物进化的各种因素和其在进化过程中所起的作用都会越来越清楚，而达尔文提出的自然选择驱动的进化论会在发展中更加丰富正确。
是什么决定了物种的多样性？
这是一个充满生命的行星，但是并非每一个角落的生命都同样繁荣。一些地区居住的物种的数量超过其他地区，热带比寒带拥有更多样的物种。为什么会出现这种情况？仅仅是因为热带比寒带更热？科学家认为，生物和环境之间的相互作用对物种多样性起着关键的作用。当然，还有其他一些改变物种多样性的力量，例如捕食和被捕食的关系。但是，科学家首先面临的问题是如何获取关于全球物种多样性的基础数据——到底有多少种生物。
物种的多样性
环境和生物的相互作用，生物之间的关系等这些因素和其他的力量到底如何共同作用形成了物种多样性？这至今是个迷。陆地和海洋中存在着无数的植物、动物和微生物。它们使这个世界变得完美：将阳光转化为能量，供给其他生物，并使碳和氮在无机和有机两种形式之间转化，改变着地球的景观。在一些地方和一些群落中，存在着成百上千的物种，然而在其他地方和群落中，只有很少的物种存在。例如，比起高纬度地区，热带地区是一个物种的天堂。生物学家试图阐明这其中的原因。什么是生物的多样性首先我们来看看什么是生物的多样性。生物多样性指的是地球上生物圈中所有的生物，即动物、植物、微生物，以及它们所拥有的基因和生存环境。它包含三个层次：遗传多样性，物种多样性，生态系统多样性。简单地说，生物多样性表现的是千千万万的生物种类。在地球上的热带雨林中生活着全世界半数以上的物种（约500万种），因此，那里的生物多样性最为丰富。我国的生物多样性主要分布在广东、广西、福建、四川、云南等地。生物多样性具有很高的价值，它不仅可以为工业提供原料，如胶、油脂、芳香油、纤维等，还可以为人类提供各种特殊的基因，如耐寒抗病基因，使培植动植物新品种成为可能。许多野生动植物还是珍贵的药材，为治疗疑难病症提供了可能。随着环境的污染与破坏，比如森林砍伐、植被破坏、滥捕乱猎、滥采乱伐等，目前世界上的生物物种正在以每天几十种的速度消失。这是地球资源的巨大损失，因为物种一旦消失，就永不再生。消失的物种不仅会使人类失去一种自然资源，还会通过食物链引起其他物种的消失。如今，人类都在呼吁保护生物多样性并为之付诸行动。你也是生物多样性的一部分。生物多样性使生命在这个行星上变得可能。没有生物多样性，你也不能在这个行星上生存。就算你可以生存下来，你也不可能喜欢这个灰暗的、无生气的、光秃秃的、无聊的世界。没有生物多样性，你不会感受到树林带给你的绿意、海洋带给你的蓝色，也不会有你呼吸的空气、吃的食物、喝的水。物种的多样性几千年前，人类以及他们所驯养的生物——狗、猫、猪就开始与自然有了矛盾冲突。随着人口数量的增加和农业技术的提高，我们需要清除更多的森林，并且保护自己的庄园以防各种人们虚构的或是真实存在的危险的发生。在这过程中我们已经开始令一些物种灭绝了，一些是因为被用来做衣服、做食物；另外一些是因为人类害怕，从而杀戮；还有就是为了体育运动的需要。专家估计，我们现在物种灭绝的速度是动物自然灭绝速度的50~100倍。有一些物种灭绝得更快，大约是自然灭绝速度的1000~10000倍。科学家们认为，如果我们不解决这个问题，34000种作物和5200种植物物种将会在未来的几年中灭绝。仅在欧洲，11000种高等植物的2400种已经处于危险之中，而不仅仅是熊猫、熊与象。你大概知道一些鸟类物种，包括渡渡鸟已经灭绝了，但是你知道八分之一的鸟类都已经濒临灭绝了吗？现在是继650万年前恐龙灭绝后最大的一场生物多样性危机。是我们的污染和损害物种的自然栖息地——生态系统，导致了这样的结果。地球上45%的森林已经被砍伐掉了，而其中大多数发生在过去的100年。高达10%的珊瑚礁已经被破坏，三分之一可能在未来的十至二十年内倒塌。海洋渔场正在被无情破坏。生物多样性丧失的几个原因对食物、能源和其他自然资源的不断增加的需求；对待生物多样性问题人类的无知与冷漠；短视行为，不考虑长期影响；空气、水、土壤污染；缺乏对生物多样性的经济利益的鉴别；在防止过渡利用资源上及适当管理上的失败；人类移民、旅行、国际贸易的增加；过度捕杀及过度捕捞；收集珍稀蝴蝶、鸟类物种做标本。对于人类的所作所为，地球只会承受，并忍耐着。问题是，人类作为一个物种并不是刀枪不入的。我们也许会认为人类是地球的主人，但是最终地球不管有没有我们人类都会存在下去。它先于我们存在，也最终将存在，即使我们消失。这不是夸张，这不是好莱坞的电影，也不是一个疯狂的环境主义者的天花乱坠的宣传。生物多样性丧失是这个星球的梦魇，我们正在这个噩梦的中间，一个可能走向明亮的未来或是再也无法回头的地点。到底什么使得多样性形成？这是一个挑战，因为我们缺少最基本的数据。例如，我们至今不知道地球上到底存在多少植物和动物。研究者甚至还不能开始预测微生物的种类和数目。研究进化的科学家也缺少一个标准的时间尺度，因为进化的发生会从几天持续到几百万年。而且，同一个物种内的变化会跟两个相近物种之间的变化几乎相同。我们也不清楚什么样的基因变化会导致一个新物种的产生，基因对物种形成的真正影响到底是什么。揭示多样性形成的原因需要全面的跨学科的合作，包括古生物学的提示，实地的考察，实验室的工作，基因组的比较和有效的数据分析。一些大的项目，比如联合国千年计划和世界范围内海洋微生物基因的鉴定，将增加基础的数据，但这些是远远不够的。古生物学家已经在跟踪许多物种过去一千年内分布和聚集方面取得了一些成果。他们发现，地理分布在物种形成中起了重要作用。进一步的研究将继续揭示大范围的物种分布模式，这或许将对阐明大灭绝的原因和研究这些灾难对新物种的进化的作用带来希望。通过对植物和动物的实地考察，研究者已经知道环境能够以加速或减慢物种形成的方式影响性状和行为——尤其是性选择。进化生物学家也发现物种形成过程会中断，例如，当分离的种群重新结合时，基因组会被匀质化（否则就会分化）。分子水平的力量，例如低的突变速率或者减数分裂的驱动——这些情况下特定的等位基因更可能从亲代传到子代——影响了物种形成的速率。在一些情况下，一个生态系统内的多样性会发生变化：生态系统的边缘的物种多样性有时比中部更低。对不同的生物群体，这些因素如何以不同的方式相互作用？进化生物学家的研究才刚刚开始，任务是严峻的。阐明多样性形成的原因对理解地球上正在发生的物种灭绝的本质和找到缓解的手段有非常重要的作用，而这我们的科学家们仍然努力探索之中。
人体基因结构
每个人体都有一个基因链条，这个链条上有3900多种核酸、氨基酸和脱氧核酸构成。这些核酸的排列不同，就构成了生命多种多样的形态和特点。但是这些基因是如何排列的，至今仍然是一个未解之谜。到目前为止，人类只解密了其中的一百多种结构，而人类目前所知的基因结构至少有十万种之多。如果将这些基因结构全部揭开，人类的生命和物种的起源之谜都将迎刃而解。对它的研究有助于人类认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。1985年，美国已经率先启动了“基因组计划”，但是这项解谜工作至今仍然在科学家们的艰苦努力和探索中。
人体基因图
美国科学家沃森和英国科学家克里克，1955年辨认出人的基因存储在一个螺旋形的大分子中，为此获得了诺贝尔奖。现代遗传学家认为，基因是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。人体基因的排列顺序称为基因组，这个基因组就像一幅神秘的地图，揭开了这个基因的秘密就相当于揭开了人类生命的奥秘，也揭开了物种起源的秘密。人类只有一个基因组，大约有5~10万个基因。人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于1990年正式启动，这一价值30亿美元的计划的目标是，为30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，从而最终弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。打个比方，这一过程就好像以步行的方式画出从北京到上海的路线图，并标明沿途的每一座山峰与山谷。虽然很慢，但非常精确。基因是具有独特的双螺旋结构的长链，这条长链是由4种脱氧核苷酸分子连接而成的控制生物遗传性状的最基本单位，生物所有的遗传信息和遗传性状都隐藏在其中。
人体基因组图
现代遗传学认为，基因是遗传的基础，它决定了人体的各种性状。例如亚洲人有黑眼珠，而欧洲人则为蓝眼珠，此外人的身高、相貌等大都由基因决定。不仅如此，人类所患的疾病有许多是基因病，基因与疾病有密不可分的联系。基因病又叫做遗传病，也可说是由于遗传物质的变化而产生的疾病。然而根据人们以往的理解，遗传病是与生俱有的，也就是说这种疾病是从父母那里遗传而来的。随着现代分子生物学的发展，人类对遗传病有了更加深入地了解。目前认为遗传病既有从父母那里遗传而来的可能性，也有不从父母那里遗传而来的可能性。例如尿黑酸症等病，它们既属于基因病也属于遗传病，可从父母那里遗传而来的；然而人人都怕的癌症就是基因病，它不是从父母那里遗传而来的，而是由于在出生后的成长过程中病毒感染或其他原因引起基因改变而产生的。
人体基因链图
在人类基因组计划完成的基础上，随着人类对自身基因了解的不断深入，科学家可以根据每个人独特的基因图谱判断人的健康情况，并且预测他患某种潜在疾病的可能性。通过这种判断和预测，人们可以进行有效地预防；或是采用基因技术，向人体导入功能基因，修补、改变相应的缺陷基因，达到治疗的目的；或是根据由基因图谱提供的遗传信息，最终解决长期以来一直困扰着人类的一些遗传性疾病，如糖尿病、肥胖症、精神病等。也许在不远的将来，活到一百五十岁将不仅仅是人们的梦想。除此之外，根据癌症、心脏病等疾病的病因，科学家可以在人类基因组计划的帮助下，有针对性地研制和开发价廉物美的基因工程药物。
