在一个以随机突变为原材料的充满机会的世界里，进化的可预测性如何?

这是一个回顾一系列幸运的事件，肖恩·b·卡罗尔著。首先，卡罗尔利用机遇在我们生活中的决定性作用来否定人类中心主义宗教的有效性。然后，他讨论了偶然性环境灾难对进化过程的影响，自然选择作用下所有变异的随机起源，以及偶然性在人类生活中的决定性作用。

标题::

一系列幸运的事件，

H / b ISBN::

978-0-691-20175-7,

价格::

22.95美元,

页数::

第viii + 214页，

写的::

肖恩·b·卡罗尔，

发表的::

2020年，普林斯顿大学出版社，新泽西州普林斯顿。

肖恩·卡罗尔是一位技巧娴熟且多产的作家。他对发育生物学做出了重大贡献(卡罗尔2005)，帮助回答了Behe (1996)随机突变是否能促进适应性进化。他还向公众清楚地解释了生物学:他的一项主要成就是他非常成功的书，塞伦盖蒂规则，在生物化学，生理学和生态学的调节机制(卡罗尔2016)．

在一系列幸运的事件，卡罗尔认为，进化就像个体生命一样，在很大程度上反映了偶然性的影响。像Monod (1972)偶然性和必要性卡罗尔认为，机会的这种决定性作用暗含地证伪了基督教等以人类为中心的宗教。这与以前的观点形成了鲜明的对比:三个世纪前，帕斯卡抱怨说，笛卡尔的机械世界的决定论没有给上帝的行动留下任何空间，一旦他“让手指弹弹，让世界运动起来”(帕斯卡)1976， Pensée 77)。拉普拉斯所强调的这种决定论，在量子力学和混沌理论出现之前一直是物理学的特征1997)．卡罗尔和他的前任提出了两个主要的科学问题。首先，莫诺的客观性观点(旨在剥离人类中心主义的科学)是否导致他高估了机遇在生命起源中的作用?第二，考虑到自然选择作用于变异的随机起源，以及在进化史上偶然事件的重要性，我们能预测什么，如果有的话，关于将进化的生命形式?

在第6页，卡罗尔首先陈述了他在书中的计划:根据最近的研究更新莫诺德(mond)的论点，进一步混淆人类中心主义(1972进化是偶然的产物。他的项目的第一步是叙述一个特别不可能但具有毁灭性的事件:6500万年前，一个10公里宽的火球与墨西哥尤卡坦半岛相撞，形成了160公里宽的希克苏鲁伯陨石坑，并引发了一系列全球性的灾难(第31页:另见Schulte et al。2010)．这次碰撞灭绝了恐龙(除了少数鸟类)，这一偶然事件为大型哺乳动物的多样化和人类的进化开辟了道路。接着，他谈到了人类及其祖先在4000万年前印度与亚洲碰撞、喜马拉雅和青藏高原抬升以及后来破坏性的气候变化的过程中生存下来的能力。在这些变化中，值得注意的是更新世的冰川期和更短暂、更频繁、通常凶猛的气候变化(第46-52页)。

在提到了一系列不太可能的事件，导致达尔文通过自然选择形成了他的进化论之后，卡罗尔介绍了他的第二个主要主题:变异选择作用的随机起源。他首先指出(第79页)，达尔文认为这种变异是偶然事件的产物。然后他更新了莫诺的论点(1972(第112-115页)指出，突变就像印刷错误一样，无论是发生的时间，还是其影响与生物体或手稿的需求之间缺乏联系，都是随机的。Carroll详细展示了量子跃迁如何导致DNA序列中的鸟嘌呤-胞嘧啶对联被复制为腺嘌呤-胸腺嘧啶对联(第93页)。他比较了(第91页)细菌DNA复制，每分钟可以复制60,000个碱基，每10,000个碱基中只有不到一个错误，而专业的人类打字员平均每分钟复制300个字符，每30个字符中有一个错误。当然，在这两种情况下，初稿都是经过校对的:细菌校对机制将最终错误率降低到十亿分之一以下。细菌可以控制突变率，但不能控制突变的效果。

卡罗尔现在提出了(第100页)这个百年问题:进化中的创造性因素是什么?是达尔文认为的自然选择，还是卡罗尔认为是莫诺德提出的突变?莫诺(1972: 112-113)确实说过，突变是基因创新的唯一可能来源，是随机事件，所以“只有机会是每一个创新的来源，在生物圈中所有的创造。”卡罗尔提到了一两种突变产生决定性影响的案例。其中之一是鸽子头上的羽毛冠的编程突变(第100-108页)，这导致鸽子爱好者通过人工选择培育了几个品种的冠鸽。另一种是两种突变共同使西伯利亚长毛象的血红蛋白在其寒冷的四肢释放氧气(pp. 109-111)，这是允许长毛象祖先入侵冬季环境的几种适应之一。如果没有这些随机突变，自然选择确实无能为力。

然而，自然选择从无数有害的突变中筛选出少数有益的突变。多细胞生物具有促进这种筛选的特征:有性繁殖和重组(McDonald等。2016；利和齐格勒2019)．公平的减数分裂确保了选择只倾向于对携带这些突变的生物有利的突变(Leigh2010，第10页，斯科特和韦斯特2019)．

莫诺(1972(第23-24页)还指出，最初的出现，通过选择传播和不断改进的适应性更好的特征，是由于具有不变性的结构中的突变，以近乎精确的复制形式，可以保留偶然复制错误的影响，从而使它们受到自然选择的影响。毕竟，由于基因组的忠实复制，一个有益突变的传播允许第二个突变的发生和传播，放大第一个突变的影响，如此循环，直到第一个突变启动的适应被完善(pp. 116-118, Weinrich等。2006)．更一般地说，突变提供了自然选择的要素，使生物逐步适应它们在生态系统中的角色，就像鸽子爱好者选择那些新特征，共同产生了一种令人愉悦或迷人的外观的鸽子(第100-107页)。因此，自然选择是赋予生物秩序和适应能力的组织者和协调者。当卡罗尔(第120页)看到“生活的所有美丽、复杂和多样性”时，他被误导了，并得出结论:“我们生活在一个充满错误的世界，由偶然主宰。”

书中有关卡罗尔提出的科学问题的部分结束于第122页。在书的其余部分，他通过探索机遇在个人生活中的作用，努力“使机遇个人化”(第125页)。他清晰地解释了为什么每个人的基因型(同卵双胞胎除外)都是独一无二的(第130-134页)，并指出1%的婴儿患有由新突变决定的疾病，5%的婴儿将患有某种遗传决定的疾病(第134-135页)。他详细讨论了一个男性同性恋纯合子的突变体，改变了他的白细胞，使艾滋病病毒无法进入并破坏他的免疫系统(第136-144页)。然后他讨论了偶然性在我们死亡时间和方式中的作用。他对体细胞突变如何引起致命癌症的几率，以及为什么大多数但不是所有癌症的概率随着年龄的增长而急剧增加给出了引人入胜的解释(第152-162页)。他在书的结尾(第163-168页)用一段最引人注目的对话来结束这本书，这段对话是根据他自己、莫诺、作家加缪和冯内古特以及六位喜剧演员发表的引文和他听到的其他人的话构建的，内容涉及机遇在他们生活中的作用。

卡罗尔提出了两个科学问题。首先，我们的宇宙中有生命的可能性有多大?莫诺(1972(第21页)正确地断言，科学方法的基石包括系统地否认现象可以用“最终原因”来有效地解释(即使亚里士多德的生物学基础包括自由使用最终原因:Leroi)2014)．这一原则导致Monod (1972(第145页)，认为“宇宙并没有孕育生命。”然而，在这个地球上，如果喷口的碱性液体充满了氢₂和其他从海面以下涌出的元素遇到了充满CO的酸性海水₂在40亿年前就已经存在的具有半透膜的FeS的细菌大小的细胞泡沫中，生命的出现可能是不可避免的(Lane2009，2015)．然而，要产生像地球这样的行星，宇宙必须是长寿的，真正巨大的，并且能够产生长寿的恒星。这些要求对自然的基本常数施加了非常限制性的条件(斯莫林)1992，1997)．斯莫林想知道为什么这些常数的值如此奇怪。康威·莫里斯(2003(第69-105页)认为，即使在这个宇宙中，也需要一系列特殊的环境条件才能产生一颗像地球这样适合生命起源的行星。

第二个问题是:考虑到自然选择，作用于已经适应的表型的偶然修改，是生物适应性和多样性的来源(莫诺德1972，第118-119页)，我们能预测多少进化的产物?康威·莫里斯(2003， p. xi)表明，大多数进化生物学家会同意“如果寒武纪大爆发能够以某种方式重演，‘完全相同的认知生物——每只手有5个手指，有蚓状阑尾，32颗牙齿等等’再次进化的可能性不大。”我们能预测进化产物的更多一般特征吗?如果是，我们该怎么做呢?

Vermeij的方法(2006)的问题是，从生命起源开始，导致显著多样化的大多数创新是否都是反复发生的。如果大多数这样的创新只发生一次，生命的独立起源就会产生非常不同的历史。如果大多数创新都是重复的，即使只有一个谱系存活下来，那么进化的“历史将在功能角色和适应性变化方向的层面上是可复制的”(Vermeij2006第1804页)。Vermeij (2006)认为，尤其是在寒武纪之前，化石记录太不完整，很难解释，无法确定大多数创新是否被重复。在过去的3亿年里，当化石记录更完整、更可解释时，大多数这样的创新确实反复发生:因此，他推断在此之前也是如此。

莫诺(1972(第126页)指出，“如果陆生脊椎动物出现了，并能够从后来的爬行动物、鸟类和哺乳动物发展出这条奇妙的线，那最初是因为原始鱼类‘选择’在陆地上进行一些探索。”同样，群居性也开始在夜间活动的蜜蜂中进化，Megalopta当一些女性“选择”“驯化”一两个女儿作为非生殖工作者时(Kapheim et al。2020)．莫诺德认为，特别是在高等动物中，行为通过“定向选择压力”引导进化，这是Wcislo (Wcislo)最近评估的一个论点。2021)．这一过程因发展对环境敏感的灵活性而得到加强(West-Eberhard2003)．考虑到形态创新的可重复性，包括那些受到行为支持的创新，行为的影响是否会增强进化的可预测性?

康威·莫里斯(2003)从形态和生理的收敛程度来评估进化的可预测性，不同生物独立适应类似的挑战。这种趋同包括一些像开花植物一样进化出了“双受精”，动物传粉者通过“花”的视觉吸引，以及类似开花植物的木质部血管和叶脉(Conway Morris)2003，第136-137页)。类似地，鱼龙进化出流线型的外形、光滑的皮肤、恒温和绝缘的脂肪，与进化得更晚的海豚相似(Lindgren等)。2018)．最后，马达加斯加进化出了一种颜色鲜艳的森林地底蛙，曼在颜色和习性上都非常类似于热带美洲森林地面上的毒箭蛙(石箭蛙科)曼而石robatids，鲜艳的颜色警告(非常相似)它们皮肤中的毒素，从它们吃的一些节肢动物中隔离出来(Clark et al。2005；康威莫里斯2003)提供了足够的进化趋同的例子，有力地证明了进化的主要特征是可预测的这一观点。

生命随着一种存储信息的可复制结构的“发明”而出现，这种结构的承担者能够获得足够的能量，并适当地部署它，以生存和繁殖(洛伦兹1977第171页)。如何获取、保护和部署这种能量受到物理和化学定律的限制。这些限制可能如此限制了实践特定生活方式的选择，以至于进化变得可以预测。康威·莫里斯(2003(第146页)指出，并提供了证据，在极端条件下，应对的可行选项是最受限制的，进化收敛的可能性最大。麦克纳布(2012)探讨其中一些限制。

最后，进化是由自然选择的竞争过程所支配的。一种新的表型受益于通过占领新的栖息地或利用未使用的资源来避免竞争。因此，一旦初级生产者进化，他们的废物的消费者，死者的分解者和活着的捕食者将出现。这些生活方式中的一些要求选择新的感官能力和运动方式。新的栖息地将被殖民。30亿年前，陆地上出现了一个形成土壤的原核生物群落(Retallack etal。2016)，随后出现了许多殖民。一旦真核生物进化，迫使进化有序的有性生殖(莱恩2015使能量在细胞和更大的基因组中更好地分布，复杂的多细胞生物进化了三次，群居动物进化了很多次，每一步都为生存提供了新的方式。然而，只有当欺骗行为(受益于同组成员的工作而不为这些利益做出贡献)能够得到充分限制时，合作群体才会发展。这可以通过两种标准途径发生:形成近亲群体，这样一个人就可以通过帮助他人来传播自己的基因，或者合作应对共同的威胁，这种威胁如此强大，以至于所有人都必须合作才能生存2010；利和齐格勒2019)．合作的群体可以转变为连贯的个体，就像复杂的多细胞生物的进化一样(一个重大的进化转变:梅纳德·史密斯和Szathmáry1995)只有在所有利益冲突都能消除的情况下。只有几种方法可以实现这一点(Leigh1991；利和齐格勒2019)．因此，自然选择在推动适应中的作用使我们能够预测进化的许多特征。

这本书写得很清楚。书中的例子选得很好，解释得很清楚，很有说服力。它们本身也很有教育意义。这部虚构的喜剧演员、两位哲学小说家和两位分子生物学家之间的对话非常值得一读。然而，卡罗尔低估了自然选择的创造力，低估了进化趋同的意义，低估了大多数触发多样性的进化创新的重复出现。因此，他低估了我们对进化“产物”的预测能力。

不适用。

作者非常感谢E. Allen Herre的建设性批评，以及Revati Gireesh在电子提交过程中的指导。

作者在准备这篇书评时没有得到任何资助。

作者及隶属关系

1. 巴尔的摩，马里兰州，美国

   小埃格伯特·贾尔斯·利

贡献

EGL读了这本书并写了书评。作者阅读并批准了最终稿。

相应的作者

对应到小埃格伯特·贾尔斯·利．

相互竞争的利益

作者声明他没有竞争利益。

出版商的注意

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