不同生物有共同祖先的证据——形态学

10.3 形态学作为进化与生物共同祖先学说的证据

《生物学思想发展的历史》 恩斯特·迈尔著 涂长晟等译 https://www.tuenhai.com 整理

在进化的各种证据中,达尔文很重视形态学。就形态学他曾讲过,“这是博物学中最令人感兴趣的一个领域,可以说是博物学的灵魂”(《物种起源》:434页)。为什么达尔文把它看得如此重要?为了回答这个问题便需要对它的历史作一简单回顾

形态学是研究动植物形态(form)的科学。它在升物学的理论框架中究竟占有什么位置一直有争议,而且在一定意义上来说,将来也会如此。值得十分注意的是,从18世纪晚期开始经常有人试图建立一种多少与升物学脱离的“纯粹形态学”(pure morphology),也就是升物学家、数学家和艺术家都同样爱好的一门科学。只有了解了形态学这个词常被人们用来表示一些互相无关甚至十分不同的事态发展后才有可能理解形态学的复杂历史

这些事态发展中有两项涉及近期原因:

  • (1)生长形态学,包括可以用数学公式表述的一切生长与发育过程,特别是异速生长(allometric growth)

  • (2)功能形态学,按照功能描述形态

  • 另外有三项涉及终极原因:(3)唯心论的形态学(idealistic morphology),即将形态解释为潜在本质或原(始)型(archetype)的产物

  • (4)种系形态学,形态起源于共同祖先的形态(通常是将形态回溯到重建的共同祖先的形态——reconstructed common ancestor)

  • (5)进化形态学,将形态看作是对环境需要的反应(拉马克式解释)或者是对选择压力产生的适应

由于对形态有各式各样的看法(还有一些其它的看法这里未加介绍),要对之作统一的讨论显然是不可能的,特别是涉及近期原因的形态学分别属于生理学和胚胎学范畴,这里也不讨论

从古希腊到18世纪,形态学的注意中心一直是人体解剖学。然而无论是盖伦的还是维萨纽斯的解剖学都只不过是生理学的辅助学科,这是基于下述认识的结果,即仔细研究结构(最好是配合实验)就能了解身体的大部分功能。从古希腊到文艺复兴解剖学一直被看作是生理医学的一个分支是不足为怪的

16世纪时出现了一种新倾向,当时解剖动物不仅是藉以有助于了解人体各部分的功能,而且还反映了人们对大自然的兴趣复苏的一个方面。Belon(1555)将鸟类和人类骨骼加以比较并制成有名的画图就是一个早期例证。随着越来越多的动物被解剖并加以比较(不仅有脊椎动物,还有昆虫,海洋无脊椎动物),动物学家们不由得回忆起这一领域的先驱、亚里斯多德。在亚里斯多德的著名升物学著作中确实为形态科学奠定了牢固基础

亚里斯多德有三个观点特别具有深远影响:

  • 头一个观点是“方案一致”(unity of plan)原则

    他清楚地认识到动物的某些类群是由方案一致原则联系在一起。例如一切温血陆栖四足类动物的特点不仅是有毛和其它外部特征,而且心、肺、肝、肾以及几乎所有内部器官也都彼此相似。亚里斯多德还对其它一些脊椎动物,无脊椎动物(如甲壳类和某些软体动物)确立了类似的方案一致原则,他认为具有同样设计方案的动物理所当然地也具有相同的结构(现在称为同源结构)。然而由于他主要侧重功能,所以没有区分这一类的类似性是由于现今称之为共同祖先所引起的还是由于功能相似。这种混淆不清的状况随后一直延续了两千年

  • 亚里斯多德还敏锐地觉察到某些互相关联现象(correlation)

    例如他观察到既有长牙又有角的动物是没有的。如果动物的某一部分(结构)增大了(和其它类似动物相比较),另外的一个部分就会缩小来补齐。亚里斯多德曾经说过:“自然总是将它从某个部分减掉的东西加到另一个部分上”。这种观点后来由歌德接受了下来,杰弗里并且精心地将之发挥成“平衡原理”(loi debalancement)(见第七章)

  • 亚里斯多德的第三个概念也是形态学史上非常重要的概念就是自然(界)阶梯

17世纪和18世纪中对比较解剖学重新燃起了兴趣的学者们对设计一致原则的印象极为深刻,并试图在一些极其不同的哺乳类中寻求类似性,即使是像鼹鼠那样能在地下挖洞的,像鲸能游水的,像蝙蝠能飞的。这些努力和亚里斯多德的一样,共同的缺点是没有进一步分析类似性究竟指的是什么。这样一来有些比较便是十分荒唐可笑的,例如植物学家切查皮诺曾将植物的根和哺乳类的胃,茎和心等等相比较,因为相当的器官具有类似的功能

在异国不断地发现新的动植物以及通过比较解剖不断发现新的内部结构使升物界的无限多样性稳步增长。然而从中也隐约的觉察到在表面之下的模式,这在某些类群的升物中特别以方案一致的形式表现出来。形态学家将之用来为生命世界建立秩序,正像伽里略、牛顿、哥伯尼的定律为物理世界带来了秩序那样。某种升物中的任何结构或现象只要和另一种不同升物中的结构或现象哪怕略微有点相似就立刻被用来推断同功现象(analogy)。林奈就是一位过去的同功大师,在他对花的描叙上就十分具有魅力的显示了出来。(Ritterbush,1964:110)

这种倾向在德国自然哲学派的唯心论形态学中达到了顶峰。这一动向是由诗人歌德引来的完全不是什么巧合,因为在一定意义上来说它是柏拉图的本质论与美学原则的融合。为了寻求潜在本质促使歌德提出植物的一切器官只不过是变形了的叶子。歌德对他的研究工作非常认真并于1807年创用了形态学这个词。他对动植物都同样感兴趣并作过一些解剖研究脊椎动物结构。这些情况连同他的理论思维促使他作出下面的论断:“升物有机体愈益完善,例如鱼类、两栖类、鸟类、哺乳类,一直到最完善的人类本身,都是按照一个原始型(Urbild)构成的,这个原始型只是在其基本上固定不变的部分多少有一点变化,并且每天都在发育,经过繁殖才发生改变”(Goethe,1796)。正如Lovejov和其它人指出的,这类观点和进化完全无关,然而歌德的某些思想观点却隐约预示了后来由杰弗里加以条理化而形成原理

奥肯(Lorenz Oken,1779—1851)是唯心论形态学的最富幻想也最怪诞不经的代表人物。他作出的最古怪的比较现在已被人们宽怀大度地忘却了,但是他有一个观点虽然大部分是错误的却在以后50年中占领了形态学阵地。和歌德在其叶子学说中相仿,奥肯不仅将不同升物的“相同”结构加以比较,而且还比较同一升物的不同结构,特别是那些连续处于不同体节中的结构,例如脊椎。这促使他提出了头脑是由融化的脊椎构成的著名学说。在这个特殊事例中后来虽然证明奥肯是错误的,但这种研究方法在节足动物形态学中却极有成效,有助于将口器和其它头部附件与端都(肢部)看作同源

形态学在进化前阶段(Pre-evolutionary period)极力想寻求一个解释性学说。在当时的本质论主导哲学思想的影响下,最后它把对某些结构类型(设计一致)的观察与柏拉图的“本质”概念结合起来,认为升物代表了数目有限的原型。形态学家在所观察到的大量变异性中寻找真正的本质,理想的模式,或者德文中所说的Urform。在动物学中,所谓的唯心论形态学只是昙花一现,历时甚短。欧文(Owen)是它的最后一位代表人物(1847;1849),虽然在本世纪还有少数人企图使之复活。在植物学中,虽然早期有许耐登、霍夫麦斯特、Goebel等的激烈反对,然而有一个唯心论形态学派一直存续到现代。Alexander Braun(1805—1877)是这个学派的早期领导人,Agnes Arber和W.Troll则是近期的代表。上一代的很多植物形态学家(如Zimmermann,Lain)的著作中确实散逸着这种哲学的强烈气息

正如Bowler(1977b)和Ospovat(1978)所指出,当唯心论形态学在19世纪初兴起时它就背离了正统的自然神学,后者认为升物的每一结构完全是为了某个特定物种的利益而设计的,在于提供最有效的适应(能力)。然而为什么有些动物的前肢,如鼹鼠的(挖掘工具),蝙蝠的(翼),马的(奔跑的腿)和鲸的(划桨),都具有基本相同的结构,而昆虫、鸟和蝙蝠的翼都执行同样的功能却具有非常不同的结构?在有神论者的概念中这是完全无法理解的,因为就这种概念而言,每个升物的一切细节都是特别设计来填补自然界中的某个特殊生境的,或者说是完全适应其环境的结果。解剖学者和古升物学家掌握的情况越多,则有神论者的解释、特别是设计好了的适应就越不符合事实。自然神论者为了绕过这种矛盾便将结构归之于能形成各种模式并能说明模式一致的自然规律。唯心论形态学的结构变化概念后来竟然成为通向共同祖先学说的理想跳板(另见Mcpherson,1972;Winsor,1976b)

唯心论形态学为升物界建立秩序这一原则固然是好的,却被它的两大弱点完全抵销而有余。由于它不是基于进化思想,所以它很少设法去区分由于共同祖先而产生的结构相似(同源现象)和由于功能相似而形成的结构相似(同功现象),因而往往导致非常混杂不均一的聚集(assemblages)。更重要的是,由于缺乏解释力,它完全无法说明原型的起源以及原型之间的相互关系。唯心论形态学所提供的主要是美学上的满足,这也正是它为什么在19世纪前半期的那个浪漫主义时代受到青睐的原因

居维叶

形态学历史上最重要的事情可能要数布丰建立了巴黎博物院。它在随后的一个世纪中成为形态学研究的世界中心。道本通(Daubenton,布丰助手;布丰的《博物学》一书的解剖工作主要由他完成)虽然强调设计一致,但在其它方面则大多限于描述。维克-特佐尔(Vicq-d’Azyr,1748—1794)则不然,在他的工作和著作中有一种完全新的精神或态度(Russell,1916)。他是第一位一贯坚持比较方法的解剖学者。道本通只限于研究外部形态和主要的内脏器官(肺,胃等等),维克-特佐尔则与之不同,他的兴趣在于一切解剖系统而不是限于选定的某些器官。然而他的主要成就可能还在于将解剖学和生理学紧密地联系在一起。居维叶的功能观点显然是受了维克-特佐尔的影响

居维叶之前的著名解剖学家几乎全都是医生出身,而他却是一位道地的动物学家。他强调生理学并不是出于对人体生理学的兴趣,而是因为他意识到只有通过研究结构和功能的关系才能真正了解给构。对居维叶来说,描述之所以必要是因为它能为普遍性的规律(概括)提供原始资料。他提出的两条著名的形态学规律是:器官互相关联规律(Principle of correlation of parts),性状隶属规律(principle of subordination of characters)

器官互相关联规律指陈,身体的每个器官在功能上是和其它的每个器官互相关联着的,升物有机体的和谐协调与运转正常是由于各个器官合作的结果。“正是由于功能之间的互相依赖和彼此互相提供的支援才能确立这种决定器官之间关系的规律。这些规律具有和形而上学规律、数学定理一样的必然性;因为互相作用的器官之间的恰当协调很明显是它们所从属的升物有机体生存的必要条件,如果这些功能之中的某一种功能发生了改变,却不能和其它功能的改变相匹配、相协调,升物有机体便不再能生存”(Coleman,1964:68)。这个规律使居维叶得以说明一些动物类群之间、特别是他的四大类群(门)之间的(空白)(中断)。类群之间的居间升物可能由于必然具有不相协调的器官因而不能生存

在实际运用这一规律时,居维叶认为根据化石的一小部分就能重建完整的升物(他想到的主要是哺乳类)。他曾讲过:“只要见到一根骨头,骨头的断片,我就能认出并重建这骨头所属的整个动物。这整个动物就在我的心目中”(Bourdier,1969)。虽然这的确是一条具有丰富想像力的工作法规,但是也有很大的局限性。因而它也曾戏弄过居维叶,他曾把爪兽类(Chalicothere)的颅骨当作马的,它的脚(爪)当作树獭的,因为他不知道有爪兽化石这样的一个科存在,而这一科的动物(奇蹄类)正具有这些奇特的性状

居维叶正是由于具有器官互相关联(而且这种关联又达到尽善尽美的程度)概念而引为自豪,也正是由于这个主要原因才使他不能察知任何进化演变。事实上他也从来没有研究过物种内和高级分类单位内的器官关联的变化,这样的研究将会使他立刻认识到器官关联并不是像他所声称的那样完美无缺

居维叶的另一个重要规律(虽然在某种意义上来说这规律只不过是前一个规律的应用)是性状隶属规律。这基本上是一个分类学原则,使他能够确立一套严格的法规来确认并分类排列动物的高级分类单位(见第四章)。居维叶将这两项规律联系在一起便能够论证升物的渐进链索并不存在而代之以他的四大类(门)。这四大类别之间并没有特殊的关系

布丰的设计一致原则到了居维叶手中便变成了模式概念。这个概念在达尔文以后的一个世纪中仍然支配着动物学教学,这可以从这一时期中出版的动物学教科书得到证明。为什么居维叶对形态学的影响如此深远?这有两个原因:头一个原因是他的谨慎,而又是经验性的研究方法和研究路线,摒弃了一切形而上学的推论,而这正好技合了那个时代由于自然哲学派过激思潮引起的逆反(反弹)心态。另一个原因是居维叶研究问题的适应性形态学观点,这种观点强调升物有机体与其生活方式有关的一切结构的功能意义,可以说这几乎是生态学路线。与此同时它还巧妙地和下面的这种认识相结合,即一切适应性变异都受模式一致原则约束

但是有一些重要问题十分明显地被居维叶躲闪了过去。第一个问题是模式一致概念的范围是什么?或者说它能伸展到多么远?在他划定的四大类群的某个类群(例如辐射类)之中和类群之间岂不是都存在着差异?更难办的是另一个问题,这四个类群(模式)的意义是什么?它们是怎样起源的?为什么只有四个模式而不是十个或一个?形态模式的起源和意义的问题一直是几十年后比较解剖学者十分关心的剜题。正是达尔文成功地回答了这些居维叶遗留给后人的问题

杰弗莱·圣希兰

当时另一位著名的法国形态学家是杰弗莱·圣希兰(1772-1844)。虽然他是居维叶的朋友并在巴黎博物院共事近40年,但是他的兴趣却朝着与居维叶极不相同的方向发展。和居维叶不同,杰弗莱几乎完全是一个形态学者,而且他的理想是建立一种纯粹(的)形态学,这可以由他的理论著作《解剖学的哲学》(Philosophie anatomique,1818)得到证明。他在比较研究和确立同源现象方面的工作比他的前人更加细致入微。人类已不再是比较研究的伟大模式。实际上杰弗莱的比较研究已遍及整个脊椎动物亚门

杰弗莱所确立的两条原则一直到现在仍然是决定同源现象的准绳:

  • 第一条原则是器官关系原则(Principle of connections),指的是当难以决定不同升物(如鱼和哺乳动物)的结构是否同源时,“能够运用的唯一原则是由这些器官或结构的位置,联系和依存性来决定,也就是说,由我称之为关系的原则来决定”。当某一结构的功能由于功能转变发生很大变化时,杰弗莱说这一原则是可靠的指针,因为“一个器官可以退化、萎缩、毁坏,但是不能改换位置。”例如脑骨总是位于肩关节和前臂骨(挠骨与尺骨)之间

  • 另一条是辅助性的组成原则,它是说一切同源结构或器官都由相同的元素组成,这就有利于对一系列结构进行元素检定。目前鉴定脊椎动物或节肢动物系列同源性的现代方法都是依据杰弗莱的原则。如果不是他还提出了一些怪诞的想法,杰弗莱的声誉可能还要高一些

杰弗莱无疑受到奥肯以及其他德国自然哲学派和唯心论形态学家著作的极大影响。这使得他反对居维叶并将设计一致原则伸展到一切动物,包括脊椎动物与无脊椎动物。这样他就接受了歌德的、整个动物界只有一个原(始)型的思想,杰弗莱和他的一些年轻朋友声称,通过把鱿鱼上下倒过来,部分地内外翻过来,就可以使鲸鱼(一种软体动物)的解剖和脊椎动物的解剖“同源化”(按现代的说法)。这就像杰弗莱所说的,“每个动物不是在它的脊柱之内,就是在脊柱之外。” 1830年2月15日的科学院辩论之前在巴黎的一次公开辩论中,居维叶断然反对这一观点。杰弗莱没有分清由于亲缘关系的相似和由于功能的相似(趋同)。居维叶将自己的论点归纳为:“头足类动物和任何东西都无关。它们并不是其它动物进化的产物,它们也不会发展成为比它们优越的另一类动物。”这彻底打垮了杰弗莱,因为杰弗莱曾说他能够把居维叶(将动物界分成)的四大类群精简成一个

居维叶认为功能决定结构。杰弗莱与之恰恰相反,坚持结构决定功能。杰弗莱说,如果结构发生了变化,它就会引起功能改变。“动物除了由它们的器官结构形成的习性外没有其它的习性。如果器官的结构改变了,它们的一切行为动机、一切能力和一切动作都同样会改变”(Russell,1916:77)。蝙蝠由于手的改变便被迫在空中生活。结构先于功能的这种彻头彻尾的非升物学臆想竟然在1900年之后奇怪地被一些突变论者鼓吹复活了起来。在1900一1910期间,cuenot、德弗里、贝特森相继声称升物一直处在突变之中,有些突变能使它们“预先适应”新的行为和适应性变换(adaptiveshifts)

杰弗莱的文章中有很多独到的创见。他提出的“平衡原理”指出,在发育中现存的物质是有限的,如果某个结构增大了,另一个结构便必须缩小以便保持精确的平衡。“某个器官的萎缩对另一个器官就有利。为什么如此的理由很简单,因为对每一种特殊的要求来说它所需要的物质供应并不是无限的。”后来茹(Roux)的“器官竞争”(Struggle of the parts)就是这一思想的复苏(歌德在1807年也提到这一点),并在现代得到了赫胥黎和壬席的支持,所不同的只是用了现代梧言:选择压力

理查德·欧文(Richard Owen)

欧文(1804—1892)是达尔文前最后的一位著名唯心论形态学家。他的主要著作《脊椎动物骨骼的原型与同源》(1848)试图为形态学建立起一个内在前后一贯的学说。这本书的体系包含了居维叶的目的论,杰弗莱的关系原则、奥肯的器官连续重复观点,以及拉马克的进化二重性的某些方面(静止观点)。他把原型概念推到了极端,脊椎动物的原型是分成节段的,甚至包括整个颅骨。他为了确定脊椎动物颅骨的每一块骨头的同源性,特地为它们制订了一套复杂的词汇,其中有许多现在还沿用,虽然欧文的学说早已被人忘却

欧文提出的另一类专门术语同样具有深远影响。唯心论形态学者的著作的最大弱点之一就是他们的结论大多是根据比较得到的相似性。然而他们却对这相似性是由于功能相似还是居维叶早就知道的、似乎不同却更具有根本性的相似在术语的应用上没有加以区分。欧文将这两种相似性区分如下:“同功(analogue),某种动物的结构或器官与不同动物的另一结构或器官具有相同功能”。“同源(homologue),不同动物的相同器官具有不同的形态和功能。”当然,困难在乎什么是成怎样确定“相同”,杰弗莱的关系原则在这方面特别有用

同源和共同祖先

唯心论形态学家完全无法解释设计一致原则,尤其是由于功能需要结构无论怎样改变为什么这些结构仍然严格保持它们的关系格式。正像达尔文正确地指出那样:“再也没有什么比试图解释同一类群中成员的相似性更困难,无论是从效用来解释还是用终极原因来解释”(《物种起源》:435)。达尔文还说过,真正有效的解释就像哥伦布敲破鸡蛋让它站在桌子上那样简单。一切哺乳类、鸟类,或昆虫都具有相同的形态学模式,从而导致解剖学上的极端相似,因为它们都是来自共同祖先并从共同祖先继承了这种结构方式。自然选择不断地改变着这结构方式的部分成分以便使它们能更加有效地执行它们必须实现的功能而勿须破坏其基本方式

达尔文就这样用共同祖先代替了唯心论形态学的原型。由于这个原因达尔文学派便将同源(现象)重新下定义为;“当两个升物的特性(attributes)是来自其共同祖先的相应性状或特征(equivalent characteristics)时,这两者的特性就是同源的。”达尔文本人虽然从来没有如此明确地下过定义,但在他的一些议论中却含蓄地表明了这一点。欧文由于没有说明同源现象的存在,便被迫用杰弗莱的关系原则来为同源下定义。在进化升物学中保留这一蹩扭的定义将是十分荒谬可笑的,这就是为什么现代学者(辛普森,波草,迈尔)要接来自共同祖先的字样重新为同源现象下定义的原因。为了证明这一定义在特殊情况也适用,必须运用所有的证据,包括“关系”证据。从进化观点为同源重新下的定义的一个重要方面是,它不仅适用于结构而且也适用手任何其它性质,包括行为,因为行为也可能来自共同祖先的遗传

就1859年当时流行的思想看来,达尔文在《物种起源》中讨论形态学时有一点很奇怪。他反复强调自然选择为所列举的全部形态学问题提供了答案,而实际上却是由伴有变更的共同祖先学说作出了解答,这一点是随后的所有进化形态学者也都同意的。然而当时所观察到的事实根本就没有对决定这种变更的动因的性质作出明确和肯定的说明。这就是为什么达尔文后的形态学家经常接“用进废退”或环境的直接影响与获得性状遗传两相结合的方式而不是根据自然选择来解释形态变化的原因

鉴于达尔文特别强调形态学的重要性而在《物种起源》中就这个问题又谈得很少,(434-439页),这不免令人感到奇怪。这有两方面原因,一方面是他在藤壶的研究专著中已含蓄地提出过他的进化形态学原则(Ghiselin,1969),另一方面是这个问题在他的长篇手稿(《自然选择》)中尚未触及到时他便在1858年将之搁下而转向撰写《物种起源》。因此,当他急忙草写《物种起源》手稿时只能勾划出有关形态学问题的大致轮廓,所留下的空白便由他的追随者,特别是Gegenbauer,海克尔和赫胥黎来填补

1859年以后的形态学

居维叶和杰弗莱以后,形态学已不再那么受欢迎,特别是在德国和法国。这有好几个原因。有人认为它只不过是(医学)生理学的侍女,不成大器;有人则将之贬低为单纯的描述性学科(不运用实验方法);反之又有人认为它过于理论性,尤其是自然哲学派搞的那一套。当《物种起源》出版时,形态学正在寻找新的自我或本性。达尔文的共同祖先学说赋予形态学研究以新的意义,特别是动物学,这可以从1859年以后的几十年(甚至一个世纪)中进化升物学几乎完全侧重系统发生这一事实得到证明。将Gesenbauer的著名比较动物学教科书的第一版( 1859年出版,恰好在《物种起源》之前)和十一年以后的第二版加以比较是很有意义的;除了“形态学模式”或“原型”等名词被“共同祖先”取代了以外,变动很少

杰弗莱和欧文所开始的研究工作(探索哪怕是解剖学中最不起眼的部分的同源现象)被更加热心地扩展到动物界的各个门。最有名的动物学家从海克尔,赫胥黎等以降,最关心的都是系统发生和共同祖先的再建。实际上从1859年到1910年左右动物学基本上就是比较解剖学和系统发生学。这种集中研究积累了关于动物界的大量知识并发现了很多前所未知的动物模式,包括新纲甚至新门。虽然这些工作大都是描述性的,但这种方法所取得的成就却不容低估。还有什么比下面脊椎动物的同源的事例更令人叫绝。哺乳类的中耳骨肇源于爬行类的颌部;四足类的四肢来自骨鳞鱼化石(rhipidistian)的鳍,转动眼球的肌肉起源于节肢动物的体节肌肉。更复杂而且仍然争论不休的是无脊椎动物之间的同源现象,特别是节肢动物的附肢(如口器,肢部等)

就系统发生形态学(phylogenetic morphology)的学说而言,大部分的比较研究仍然反映了进化前思想(Pre-evolutionarythinking)。其中的争议在很大程度上仍然是杰弗莱和居维叶之间的争论或问题,只不过是转译成与进化有关的术语而已。例如性状隶属问题,或现在称为性状加权的问题。当讨论到无脊椎动物的系统发生时,仍然在争论“哪一个性状优先”,体腔是否存在及其形式等,这些都是英国动物学者长期争论的问题,或者是维也纳学派所坚持的口的胚胎发育(原口动物、后口动物)问题

在这类争论中研究方法上的各种各样缺陷都暴露了出来,使得很多动物学家将注意力从终极原因的问题转移到近期原因问题上。有一个发源于胚胎学的学派试图从生理学角度(如果不完全是从机械力学的角度的话)来解释动物的形态(His)。茹的《发育力学》是这种倾向的逻辑结果。另一个学派则强调结构的功能方面,这一研究路线在与运动有关的结构上特别富有成效。(Boker,1935;Gray,1953;Alexander,1968)。纯粹功能形态学的最杰出代表人物是d‘Arcy Thompson(《生长与形态》,1917)。在这本著作中有一篇很长的驳斥达文尔主义(自然选择)的绪论也许并非巧合。将西斯,茹和Thompson联系起来的是他们都只重视形态的近期原因,不仅忽视而且实际是否定其进化原因(终极原因)。Raup(1972:35)曾正确指出:“就现代进化升物学的观点来看,Thompson坚信一个进化着的升物的遗传组成……是可塑的,它能够作为物种层次对直接功能问题的适应能力的一部分而完全改变。”自然选择能影响对蜗牛、菊石,有孔虫的几何形态有决定意义的生长常数参入遗传程序当然还只是近来才了解到的事

进化升物学对适应(现象)的解释很重视这一点几乎完全被达尔文后的形态学者所忽视。系统发生(种系发生)、同源,共同祖先(在概念上与欧文的原型很少区别)的重建在1859年以后的一百多年间共同瓜分了各自的势力范围。事实上像Naef,Kalin,Lubosch,Zangerl这样一些学者已完全返回到唯心论形态学。唯一的例外是Hans Boker(1935:1937),现在看来,在他所写的出色的功能-进化形态学中他就结构的适应意义及其变化都提出了确切有价值的问题,遗憾的是他的解释却是基干错误的进化理论(新拉马克主义)。因此,他的不切实际的研究并没有留下什么影响

直到本世纪50年代才出现了一种新动向,有时它自称为进化形态学。它不是采取传统比较解剖学的回溯共同祖先的研究路线,这一新学派的代表人物是从祖先出发去探索哪些进化过程与后裔的趋异现象有关。这个学派提出了下面一些问题:祖型为什么和怎么样产生了新的形态模式?生境占有的变化或侵入一个完全新的适应区在多大程度上影响解剖重建(anatomical reconstruction)?选择压力的本质是什么?行为是不是生态转移(ecological shift)的定调者(Pacemaker)?种群(决定性转移在其中发生)的本质是什么?等等。这一研究路线把以前建立的种系顺序、同源以及共同祖先的可能结构等等视为理所当然必须继续研究。对他们来说进化不仅仅只是系谱学(genealogy)而且是进化变化所包含的全部过程。这显然是一个边缘学科,因为它沟通了形态学,生态学和行为升物学。它所提出的新问题将使形态学在未来的很多年内紧张而又激动人心地忙碌一气

要解决形态学中最重要的问题还需要与遗传学建立联系,这种桥梁目前还不可能建成。我指的是重要的解剖模式的来源与涵义,这就是布丰早已知道的“设计一致”。例如在哺乳类的“建筑设计”(Bauplan)中,在哺乳类设计基本不变的情况下演变成鲸、蝙蝠、鼹鼠、长臂猿、马这样一些十分不同的功能型(模式)。为什么脊索模式如此保守以致在四足类的胚胎期中仍有脊索形成?为什么哺乳类和鸟类仍有鳃弓?为什么结构之间的关系如此坚韧以致能够构成杰弗莱关系原则的基础?这显然是发育生理学和遗传学的问题,用遗传型的内聚性(cohesion)或发育体系的内环境稳定(homeostasis)这样的一些术语来表示。目前这些术语只是用来掩饰我们的知识不足

当形态学研究扩展到包括显微结构时便又开辟了一个新领域。对细胞进行研究显示了动物细胞和植物细胞都是按完全相同的方式构成的(除绿色植物有叶绿体而外),这为动物界和植物界是单元(monophyly)的提供了第一个令人信服的证据。同时对低等升物细胞的研究表明在高等升物(真核升物具有发育完善的细胞核和有丝分裂)与低等升物(原核升物,无细胞核和完整的染色体,如兰绿藻、细菌)之间存在着明显的差异或突然的断裂

将这种分析再向前推进一步,延伸到高分子的形态学,就又展现了一个包含无数新研究课题的新领域。目前已经可以就某些研究得比较透彻的高分子(如细胞色素C)来建立从最简单的真核升物到最高等的动植物的种系树(有时甚至可以包括原核升物)。这一类研究总是一贯的证实了宏观形态学研究的结果,然而分子种系发生学有时能够解释前此模糊不清的亲缘关系序列

任何人生疑惑,请找 海云青飞 https://www.tuenhai.com