達爾文的筆記本被偷了：它改變了生物學

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左：《物種起源》封面。右：1854年前後的達爾文。圖片均在公共領域內。

本周二，劍橋大學圖書館稱，記錄著達爾文“生命之樹”草圖的筆記本被盜。這本筆記本記載了達爾文在環球航行中的思考和洞見，並標志著演化理論和自然選擇論的萌芽。

1837年7月，在乘坐小獵犬號（The Beagle）完成環球航行後，查爾斯·達爾文（Charles Darwin）在自己的筆記本上寫下了“I think”
二詞，並在下面附上了一張草圖。

達爾文在1937年7月畫下的“生命之樹”草圖。來源：劍橋大學圖書館

在1859年出版的著作《物種起源》（On the Origin of Species
）中，達爾文將其稱為“生命之樹”
（Tree of Life）：從一個共同祖先開始，不同物種如同樹的枝葉一般發散，物種利用演化學的原則，適應各自的環境。
這張草圖不僅展現了他雄厚的閱曆和驚人的洞見，也對之後將近200年的生物學、醫藥學，甚至人工智能研究產生了不可度量的影響。

2001年冬天，在對達爾文筆記本的狀況進行了拍攝取樣後，其中兩本（包含畫有“生命之樹”的一本）居然不見了蹤影。在短暫的搜索過後，圖書管理員只好在無奈之下，將這兩本價值上百萬英鎊的筆記本標記為“失蹤書物”。開始的幾年，管理員們都默認筆記本只是在拍攝後放錯了地方。但二十年來的各項搜尋行動（包括今年史上最大的搜尋行動）都搜尋未果，圖書館只好在11月24日公布了搜尋結論：達爾文的兩本筆記本丟了，而且很可能是被偷了。

就在161年前的11月24日，《物種起源》由約翰·默裏出版社（John Murray）出版。雖然書中的許多概念已在兩個世紀的“演化”中更新換代，但在那個DNA和基因概念尚未誕生的時代，達爾文的洞見真正讓生物學煥發出了新的生機。

不是"蛻變"，而是演化

1809年2月12日，達爾文出生的時候，“演化”（evolution）還不叫“演化”。
達爾文的爺爺伊拉斯謨·達爾文（Erasmus Darwin）在《動物法則》（Zoonomia
）中將物種以代為單位，在外表和行為上逐漸變化的過程稱為“蛻變”（transmutation）
；在1809年的《動物哲學》（Philosophie Zoologique
）一書中，讓-巴蒂斯特·拉馬克（Jean-Baptiste Lamarck）也提出了相似的觀點。伊拉斯謨和拉馬克對物種“蛻變”的想法雖然與查爾斯·達爾文後來提出的自然選擇（natural selection）有相異之處，但無疑在小達爾文對物種的思考中，種下了一顆將要迅速萌芽的種子。

左：《動物法則》封面。右：約瑟夫·賴特為伊拉斯謨·達爾文畫的肖像畫。圖片均在公共領域內。

根據伊拉斯謨和拉馬克的“蛻變”說，所有物種都從同一祖先中變化而來。
在《動物法則》中，伊拉斯謨寫道：

"（是否有可能，）所有的恒溫動物都從一個生命中誕生，這個生命的活性（animality）由<上帝>賦予"

伊拉斯謨認為，每個動物都有朝著不同方向“蛻變”的潛力，這種潛力由各動物的意志、感覺等因素決定。
拉馬克則在《動物哲學》中進一步提出，物種的“蛻變”遵循“用進廢退”和“性狀遺傳”兩大規律。根據這種說法，如果一個孩子的父母都是舉重選手，那這個孩子就應該有比同輩更強勁的臂部肌肉。

小達爾文在這種思想的熏陶中長大，進入了劍橋大學基督學院（Christ’s College）攻讀學士學位。在同樣就讀劍橋大學的堂兄威廉·達爾文·福克斯（William D. Fox）的引導下，小達爾文愛上了收集昆蟲和翻閱標本。在對昆蟲學的狂熱研習中，小達爾文對各種不同的動物產生了濃厚的興趣，並決定出海，乘上帆船環遊世界，收集標本並記錄數據。就這樣，達爾文在1831年底踏上了小獵犬號
，跟隨船長羅伯特·菲茨羅伊（Robert FitzRoy）探索不同大陸的海岸。在出海第一周的日記裏，達爾文寫道：

"剛開始，（暈船）就將我置於極度痛苦之中，這種痛苦不是人能忍受的。只有平躺才能讓我好受一點"

1835年，在時好時壞的暈船中，達爾文抵達南美西岸的加拉帕戈斯群島
（Galápagos Islands）。正是這個群島，讓達爾文畫下了舉世聞名的“生命之樹”。

"生命之樹"

達爾文在加拉帕戈斯群島上發現了許多長相各異的鳥類。這些鳥在身材和色彩，甚至喙長上，都有巨大差異。有趣的是，不同喙的形狀和長度，仿佛是根據島嶼分布的
：在一個島上，或許主要居住著喙又長又彎的鳥，而另一個島上的鳥則大多數有又短又直的喙。

達爾文在加拉帕戈斯哥拉帕戈斯群島上發現的四種雀，不同島上發現的雀具有明顯不同的喙長和喙形。圖片在公共領域內。

作為一名昆蟲學家，達爾文深知自己需要鳥類學家的幫助來解讀這些差異——在發現這些差異的時候，他甚至都不知道這些是什麼鳥。於是，帶著從各個島上搜集的鳥類樣本，達爾文在1836年返回英格蘭。在倫敦，著名的鳥學家約翰·古爾德（John Gould）對這些樣本進行了分類，並得出結論：加拉帕戈斯群島上的鳥是雀（finch），而且達爾文觀察到的並不只是“差異”，而是13個不同的物種
。

得益於達爾文對雀樣本搜集地點的詳細記錄和古爾德的分析，“生命之樹”的雛形在達爾文的思想中逐漸成型。1837年，達爾文在筆記中寫下了文章開頭展示的那一頁。在“生命之樹”的草圖右邊，達爾文寫道：“當初的一代（動物）一定變成了當今很多不同的（動物）。”

8年後，在《小獵狗號遊記》（The Voyage of the Beagle
）中，達爾文寫道：“我們可以合理推斷起初（上帝）指定了一個物種，並將其向著不同的方向改造。”

在又曆經了14年的思索和修改後，達爾文在1859年出版的《物種起源》中，寫下了他對“生命之樹”概念成熟的看法。他說：“我們常常以大樹的形式來展現同種類（class）的相似生物。我認為這個比喻與現實相差無幾。
”

《物種起源》中的唯一一張插圖，是一棵跨越了14代的“生命之樹”：

《物種起源》中的唯一一張插圖——“生命之樹”。圖片在公共領域內。

而在2016年發表於《自然》子刊上的一項宏基因組學（metagenome）研究中，科學家仍在以相似的方式，為我們呈現現代生物學的“生命之樹”
：

2016年《自然》子刊論文中的“生命之樹”；人類屬於右下角的後鞭毛生物（Opisthokonta）演化支。來源：Hug et al., Nat. Microbiol.

萬物皆在演化，"何等壯麗恢弘"

達爾文於1882年逝世。他的“生命之樹”，連同他的自然選擇說和演化理論，都預設了一種“遺傳因子”的存在，能將每一代生物的性狀以可遺傳的方式傳遞給後代。當時已經誕生的孟德爾學說恰好提供了這一“遺傳因子”的證據：格雷格爾·孟德爾（Gregor Mendel）發現，豌豆的不同性狀必然通過某種能遺傳的物質向後代傳播，從而形成後代豌豆的不同性狀。可惜的是，因為各種原因，孟德爾學說在提出之時並未受到學界的廣泛關注。

由於缺少這樣關鍵的因素，達爾文的“生命之樹”並未在學者間生根發芽，19世紀末和20世紀初也被稱為“達爾文主義的式微”
（Eclipse of Darwinism）。然而在此期間，演化理論的替代品井噴，竟在無意之中促進了演化理論的成長；當人們再次發現孟德爾的遺傳學說時，生物學家羅納德·費希爾（Ronald Fisher）等人推動演化理論和其替代品一同“演化”成了現代綜合理論
（Modern Synthesis），以一個完整的體系呈現了地球上億萬物種的演化曆程和機制。

不斷的更新和修正揭示，達爾文對“生命之樹”的原本理解雖然在大體上准確，但也存在一些重要問題。例如，正如達爾文自己在《物種起源》中所承認，物種的定義十分複雜；現代生物學清晰表明，物種之間的界限比想象中模糊，“生命之樹”中那樣清楚的分界，可能並不存在。此外，微生物學也揭示了個體細菌之間直接交換基因的行為，這意味著所謂的“遺傳因子”有時並不需要由“遺傳”傳播——“生命之樹”更像是一張“生命之網”（Web of Life）。

即便如此，達爾文在1837年畫下的那一張草圖，仍毋庸置疑地奠基了現代生物學。萌芽於當初一張草圖的演化學，已在將近兩個世紀的時間裏滲入現代科學的各個角落。
從描述人類社會的“文化演化”（Cultural Evolution）理論，到人工智能中的演化算法（Evolutionary Algorithm）和深度學習（Deep Learning），都可溯源至“生命之樹”這一簡單的想法。

萬物都在演化，並在演化中適應各自的環境和任務
，正如《物種起源》結尾一句所說：

"無數最美麗與最奇異的類型，即是從如此簡單的開端演化而來、並依然在演化之中；生命如是之觀，何等壯麗恢弘！"

（苗德歲譯本）

《物種起源》的末尾句。有趣的是，雖然《物種起源》中多次提到上帝（如圖中下劃線處），史學家大多認為這只是達爾文為了避免教會迫害，做出的無奈之舉。據赫胥黎等人稱，達爾文在私下是一個明顯的無神論者。