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2019.08.06 08:30 臺北時間

【王道還科普專欄】世界如棋盤

【王道還科普專欄】世界如棋盤
達爾文想找出造成植物不連續分布的機制。有些物種在當地像是天外飛來,鄰近地區根本找不到同胞或親近物種,牠們來自何方、怎麼來的?

王道還科普專欄〈世界如棋盤〉全文朗讀

1855年5月7日,達爾文寫信告訴表兄,他這天心緒不佳,因為他的實驗都不順利。其中一個是到倫敦的動物園餵金魚,他準備的飼料是日常蔬、穀的種子,包括小米、萵苣、甘藍、亞麻仁、大麥、洋蔥。一開始金魚似乎願意嘗鮮,可是幾秒鐘後便吐了出來。另外一個實驗是將那些種子浸泡到鹹水中,結果有5種直沉水底。看來大自然直截了當地否決了他的臆測。
原來達爾文企圖討論的問題是:生物的地理分布。生物的地理分布是支持演化論的證據之一。不過這個問題早在達爾文出生前半個世紀,便是自然學者必須面對的問題,因為地理大發現之後,歐洲人大開眼界,殊方絕域的奇花異草、珍禽異獸紛至沓來。然而整體來說,生物在世界上的分布,有些方面看來自然而然,其他方面又不似理所當然,到底怎麼回事?
當年達爾文隨英國海軍小獵犬號環球一周
達爾文在還沒有動念構思生物演化理論的時候,便直接觸及了這個問題——那已是將近20年前的往事了。當年他隨著英國海軍小獵犬號環球一周,返國途中在澳洲雪梨停靠了19天。達爾文雇了人帶他到野外去認識這一塊南方大陸,一路上見著了袋鼠與鴨嘴獸——澳洲特有的動物。可是也與一種熟悉的昆蟲邂逅相逢:蟻蛉。蟻蛉屬脈翅目,成蟲頗類小蜻蜓,但是幼蟲形態有點像甲蟲,在沙地上布陷阱獵食其他昆蟲。達爾文在日記中記下了感想:

對一個只相信理性而不信(基督)教的人,澳洲大陸與其他地方的生物大不相同,必然出自不同的造物者,⋯⋯然而澳洲的蟻蛉與歐洲的即使不是同一物種也是同一屬,對於這個事實,那位只相信理性的人會怎麼說呢?兩位分別獨立造物的工匠,居然造出同樣美麗、簡淨、又機巧的動物——那怎麼可能?宇宙顯然只有一位造物者。地質學者可能會說,造物渺焉悠邈,循序漸進,大功告成後祂便歇手。(1836年1月19日)
最後一句源自《創世記》的經文:

到第七日、神造物的工已經完畢、就在第七日歇了他一切的工、安息了。(2:2)
對於生物分布問題,達爾文的立場顯然支持「理性」,因為他心儀的地質學者,主張以「現在觀察得到的自然過程」理解地球、生物的歷史。不過,達爾文表達感想的方式,透露了生物地理在當年知識生活中的重要地位,它觸及了神學與哲學的終極問題:起源。地球的起源、生物的起源、物種的起源,以及人——我們——的起源。
氣候與地質變遷是解釋生物分布現況的萬能鑰匙
難怪在達爾文發表生物演化論之前,生物的地理分布模式早就是學者必須處理的問題。一般而言,氣候與地質變遷是解釋生物分布現況的萬能鑰匙。地殼升降、地貌改變造成的滄海桑田,使生物棲境破碎,後果便是不連續的分布。何況生物也會對環境變遷做出反應,趨吉避凶。此外,地質學、古生物學調查都能為古往今來的各種變遷提供細節。
但是,也許生物分布問題太重要了,有些學者寧願採取基進立場,不僅訴諸常識、理性,神話、傳說也不放過,例如「亞特蘭提斯」。「亞特蘭提斯」典出柏拉圖,傳說是一個「沉沒於大西洋的大島嶼」,學者藉以論斷現在看來孤懸海外的島嶼,其實本來與大陸陸塊相連,只是連結的陸塊後來沉沒了。例如北大西洋上的馬德拉、亞速群島(隸屬葡萄牙),就有非洲、歐洲大陸上的物種。還有人為了解釋北極圈內與南方的蘇格蘭、斯堪的納維亞、瑞士阿爾卑斯山脈有類似的植物相(如虎耳草),不惜假設整個歐洲曾經陸沉,因此那些突出水面、展露頭角的山巔可能藉著現已消失的「踏腳石」互通有無。
達爾文對這類狂放想像非常反感,甚至在1856年6月向他的科學教父萊爾(Charles Lyell, 1797-1875)提出警告:如果地質學者繼續瞎扯下去,遲早會被打入地獄最下一層。萊爾是19世紀英國最知名的地質學家,認為地球是個永遠處於動態的平衡系統。他能夠引導讀者想像:南美洲太平洋岸的山脈逐漸上升,同時大西洋岸正在沉沒。這個動態系統的最大特徵就是:運行得緩慢而無聲無息。去過鐘乳石洞嗎?猶如出自鬼斧神工的瑰麗奇觀,全是水滴石穿的結果。而水滴石穿,正是「現在觀察得到的自然過程」。論輩份、論學理,達爾文認為萊爾比誰都有資格出面整飭學風。
洋流可以把蘆筍帶到4500公里之外
達爾文的種子實驗,是在這個背景下成形的:他想找出造成植物不連續分布的機制。有些物種在當地像是天外飛來,鄰近地區根本找不到同胞或親近物種,牠們來自何方、怎麼來的?根據常識,種子與孢子可以透過空飄、水送的方式傳播到遠方異域;沾附在飛鳥身上也能達到同一目的。1855 年5月達爾文做的實驗,推理過程是:魚吃種子,鳥吃魚,種子因而越過地理障礙。海闊從魚躍、天空任鳥飛,甚至洋流,都是植物穿越空間的巧門。
達爾文以種子餵魚,魚兒不合作。其實牠們即使合作,也很難評估實驗結果。倒是把種子浸泡到海水裡的實驗,最後的結果令達爾文非常欣慰。 

72/94種植物在浸泡了10天後下沉;有7種,平均漂浮在水中67天。然後拿那些植物的曬乾標本浸入海水,62/94在10天內下沉。因此曬乾並不能幫助種子。但是有例外:蘆筍。新鮮種子浸泡了23天後下沉,但是曬乾的標本可以漂浮86天,依然順利發芽。(1857年4月12日)
根據達爾文的計算,洋流可以把蘆筍帶到4500公里之外。
然而,對達爾文在一個半世紀前做的實驗,我們該注意的並不是他的樂觀估計,而是他認定的自然機制。我們在生物學課本裡學到的生命史,即使只談脊椎動物,從魚類演化到兩棲類,然後是爬行類、恐龍、哺乳類、鳥類,歷經4、5億年,達爾文卻從人的育種經驗談起。生物散布四方,翻山越嶺、飄洋過海,達爾文卻從我們以肉眼觀察得到的現象著手——浸泡種子。肉眼觀察得到的現象是科學的起點與基礎。
一粒胚胎已成形的鱂魚卵
去年,巴西研究生修瓦(Giliandro Silva)在野外採集的南美天鵝糞便標本中發現了一粒胚胎已成形的鱂魚卵。那是個意外,因為當時他搜尋的是植物的種子與無脊椎動物的胚胎。鱂魚有上千個物種,許多生活在邊緣棲境中,例如水體變化極大、容易乾涸的池塘。牠們存活的時間不長,可是胚胎卻練就龜息大法,能夠暫時停止發育,藏身於池底淤泥中。有些鱂魚是受歡迎的觀賞魚,牠們的胚胎甚至可以郵寄。因此修瓦懷疑南美天鵝也能夠將鱂魚胚胎送到遠方。
於是修瓦到動物園,將兩種本土鱂魚的胚胎混到3隻天鵝的飼料中,給牠們4個小時吃。然後守候兩天,收集糞便,搜尋胚胎。結果一共發現了5粒看來完整的卵,回收率約1%。在實驗室中,那5個胚胎有3個繼續發育,但是其中兩個因真菌感染而死亡,最後只有1個孵化,小魚看來悠哉悠哉,沒受過驚擾。這個結果一定會令達爾文開懷。
王道還(王道還提供)

作者小傳─王道還

台北市出生,從小喜歡閱讀,但是從未想過寫作,因為小學五年級投稿國語日報兩次皆遭退稿。大學三年級起意外接到翻譯稿約,以後寫作亦以翻譯為起點(意思是抄襲)。在思想上,對於「思考」產生全新的認識,是在高二暑假讀了《西洋哲學史話》(台北:協志工業出版)、《相對論入門》(香港:今日世界出版社)兩本書。從高一起就對演化生物學發生興趣,後來以生物人類學為專業可能並非偶然,可是對科學史、科學哲學的興趣從未間斷。
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更新時間|2023.09.12 20:30 臺北時間

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