進化有方向嗎？

01-30

進化論是現代生物學的基礎和前提，我們應該慶幸公眾越來越普遍地選擇了它所代表的科學，但是另一方面，與任何精深的理論一樣，公眾總是對它充滿了誤解，這又是一件棘手的事情。

比如就以中文裡「evolution」一詞的譯法來說，就有進化和演化兩種，雖然它們在絕大多數情況下都沒有意義上的區別，但是也有一些聲音更加支持後者——這種偏向的理由就是「進化沒有方向」。

而這也是本期內容將要反駁的觀念。

https://www.zhihu.com/video/914589683672055808

－文字稿－

你有沒有聽過這句話，Evolution 應該翻譯成演化，而不是進化，因為生物在大時間尺度上的變化不受意志主宰，沒有方向，所以不應該用具有方向意義的「進」字。可惜這個說法是錯的，而且錯得很嚴重——它完全混淆了「突變」和「進化」的關係。
無論何時談及進化，我們都要知道，進化的動力是隨機突變和自然選擇——前者提供了進化的素材，而後者就能決定進化的方向。這個概念似乎有些抽象，但在一組經典案例的幫助下就顯而易見了。
魚類是水中最成功的舵式游泳者，它們擁有紡錘形的身體，減小了阻力；尾部成後掠的月牙形，以強大的肌肉往複擺動，提供持續不斷的推力——我們已經命名的魚類有3萬多種，占現存脊椎動物一半以上，多樣性極高，但所有靈活遊動的魚類都是這個身體構造。

不僅如此，那些曾經在陸地生活的脊椎動物一旦重回海洋，也總是變成這樣，其中最成功的就是鯨類——儘管它們的祖先是偶蹄目某種河馬一樣的動物，卻在5多萬年的時間裡脫胎換骨，完全變成了魚的樣子。
而在中生代更漫長的進化史中，還有一大批類似的案例，比如興起於三疊紀的魚龍和崛起於白堊紀的滄龍，它們的祖先都是像蜥蜴一樣的爬行動物。類似的情況數不勝數，翼龍是恐龍的旁系，鳥類是恐龍的後裔，蝙蝠是食肉目和偶蹄目的旁系，乃至甲殼動物進化來的昆蟲，彼此沒什麼瓜葛，但都從體側發展出了振動的薄膜，或者叫翼。
如果更精細地觀察，蜂鳥、蜜蜂和天蛾為了高效地接近花朵，都很需要懸停的功能，我們發現它們翅膀的形狀也高度類似，都是頂部尖、基部窄，而近基部闊的銳角三角形，蜂鳥和天蛾甚至進化出了相當類似的虹吸式的嘴。
所以我們看到，經歷了漫長的歲月，原本親緣疏遠且形態迥異的生物可以逐漸趨於相似，我們將此稱作「趨同進化」（convergent evolution），它極其普遍地出現在每一個物種身上，這種「殊途同歸」已經表現出了強烈的方向，很足以說明問題了——但趨同進化給我們的啟示還不止於此。
每一個物種都生活在具體的環境中，只有成功應對其中具體的挑戰才能倖存下來——而這些具體的挑戰往往有一些「最優解」，比如減少阻力的流線型身材，比如快速吸取花蜜的虹吸式軟管，比如過濾食物顆粒的絲網結構，比如增強防禦的球形厚殼。

這就意味著，無論突變是多麼隨機，產生了多麼多樣的後代，自然選擇都只會留下那些最逼近最優解的後代。結果就是在漫長的進化中，物種會朝著某個方向持續發展，任何一個物種的進化史都清晰展示了這樣的歷程，體現出極強的方向性。
我們可以據此預測，獵豹和羚羊會越跑越快，刀嘴蜂鳥的喙也會越長越長——除非環境發生了明顯的變化，有了新的最優解，才會出現從河馬到藍鯨那樣巨大的轉折。
另一方面，與趨同進化相反的，還有一種輻射進化，是指一個物種進入了新的環境，分異成了多個差異很大的物種——這剛好鞏固了我們的發現：進化是在逼近最優解，那麼如果多樣的環境有多個最優解，物種就會分異出多個形態，分別對應這些最優解。所以在人類創造的城市生態系統中，一定會有新的物種誕生。

最後，對於「進化沒有方向」這種觀點，我們的回應是「隨機突變的確沒有方向，但是自然選擇有」。