达尔文的藤壶

对甲壳类动物的痴迷是如何引导这位博物学家得出最重要的见解的。

通过萨姆肯恩2021年10月5日
达尔文和藤壶的拼贴画
插图:Clay Cansler;托马斯·约翰逊/科学史研究所,beplay sport官网乔治·索尔比/生物多样性遗产图书馆

如果让我们选择一种影响查尔斯·达尔文的动物,我们大多数人都会选择同一种:标志性的Galápagos雀,它们有着精心制作的喙,每一种都适应不同的生态位。

但事实是,达尔文并不真正关心雀类。他在著名的海上航行中收集了一些小猎犬号但却继续把它们弄得一团糟。实际上,他错认了这些鸟,把它们叫做粗嘴鸟,不得不让英国的一位专家纠正过来。更糟糕的是,他忘记记录大多数雀类的起源岛,这使得它们在进化研究中毫无用处。达尔文甚至没有在他的不朽著作中特别提到Galápagos雀类《物种起源》

因此,虽然流行文化通常将进化论与Galápagos联系在一起,但达尔文离开岛屿时仍停留在他抵达时的状态——一个神创论者。那么,是什么动物塑造了他的进化论呢?鸽子和蠕虫都起了作用。但对达尔文影响最大的是一种卑微的、备受鄙视的海洋生物——藤壶。


1835年1月,在航行了三年之后小猎犬号停泊在智利海岸附近,达尔文在旅途中一直晕船,他爬上岸,在海滩上散步。他发现了一个郁郁葱葱的绿色树冠覆盖着光滑的沙地,远处可以看到白雪皑皑的山峰。岸边长着野土豆,水獭在水里嬉水,捕捉螃蟹。

在海滩上达尔文发现了一个奇怪的贝壳。它有椰子那么大,有一个令人困惑的特征:几百个毫米大小的洞,好像有人用小铅弹炸过它。他从未见过这样的东西。

那天晚上,回到了小猎犬号达尔文在他的显微镜下研究了这些洞。他用一根针,从它们里面撬出一些意想不到的东西——微小的藤壶,大约十分之一英寸长。他们是奶油色的,像发夹一样弯着腰。

与其他藤壶不同,这些藤壶没有壳。虽然大多数藤壶会分泌一种像水泥一样的胶水,并把自己锁在任何方便的东西上——轮船、码头、鲸鱼的腹部——但这些藤壶是以寄生虫的形式生活在另一种生物的壳内。从来没有科学家记录过这样的东西,尽管达尔文在接下来的航行中看到了所有其他的奇迹,他的思想仍不断地回到那种奇怪的藤壶物种上。他给它起了个绰号“节肢动物先生”,意思是“有关节的藤壶”。1836年回到英国后,他急切地想更彻底地研究节肢动物先生。

唉,生活干预。随着小猎犬号达尔文是美国的博物学家,他有正式的报告要写。1839年出版了一本游记,1842年又出版了一本关于珊瑚礁的书。与此同时,达尔文读了牧师托马斯·马尔萨斯写的一篇关于饥饿和生存斗争的悲观文章。渐渐地,经过几个星期,这激发了达尔文的一个想法。如果生活是一场斗争,那么有益的特质会给某些生物带来优势。结果,这些生物会有更多的后代。这是他现在著名的自然选择理论的第一个暗示。

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黑白照片的男人穿西装

1855年查尔斯·达尔文。由Maull & Polyblank拍摄。

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尽管如此,在当时,这只是一个暗示——几乎不是证据。更糟糕的是,达尔文很快就意识到他的思想有一个很大的缺陷:一致性。

小猎犬号达尔文从世界各地收集了成千上万的动物,当然,他可以看到不同物种之间的差异。但一个物种,所有的个体看起来都差不多,即使在他的博物学家眼里。

这是一个问题,因为自然选择需要变异来进行。如果甲壳动物A、B和C都是相同的,自然选择就无法将它们区分开来,那么生存就纯粹是靠运气了。令达尔文沮丧的是,他意识到这种一致性可能对他的理论是致命的。

尽管感到困惑,达尔文还是在1842年写下了他的想法的摘要,并指示他的妻子艾玛,如果他突然去世,就发表它。然后就回到了小猎犬号磨。达尔文出版了一本关于火山的书(1844年),然后又出版了一本关于南美洲地质的书(1846年)。与此同时,他的伟大想法却一直没有实现。考虑到他如何从一个话题跳到另一个话题,一些历史学家称这一时期的达尔文是“真正的业余爱好者”。

不仅仅是历史学家。在写给植物学家约瑟夫·胡克的信中,达尔文秘密地阐述了他的进化论和物种起源理论,寻求胡克的意见。胡克不以为然,事实上还谴责了达尔文。胡克问道,如果达尔文从来没有详细研究过一个物种,他怎么能声称知道物种的起源呢?

达尔文是屈辱。他基本上被称为业余爱好者,业余爱好者。他需要立即扭转局势。

这时他想起了节肢动物先生。达尔文决定花一个月的时间详细描述它,以证明他对胡克和其他人的真诚。然后他就可以回到他关于进化论的伟大理论中来,并支持它。这一切似乎都很容易。相反,藤壶将主宰他接下来的八年生活。


为了描述节肢动物先生,达尔文需要知道它与其他藤壶物种的区别。于是他开始给博物馆写信,索要藤壶标本。不幸的是,人们很快就发现,所有现存的关于藤壶的研究都是草率的、三流的。有漏洞,明显的错误,冗余。达尔文叹了口气,意识到他必须自己重新对一切进行分类。他开始写更多的信,要求更多的标本。

世界各地的臭烘烘的盒子开始陆续送到他家。他把它们放在书房里摇摇欲坠的堆里。他在显微镜下观察,用大头针和豪猪刺解剖藤壶,并梳理它们纤细的器官。每当他看到一些有趣的东西,他就会把轮椅推回去,用他糟糕的笔迹写下一张纸条。尽管任务艰巨,但他最终还是爱上了这份工作。正如他对一位朋友说的那样:“多年来,我一直忙着写过去的地质观察报告,现在又能用眼睛和手指了,真是令人愉快。”

他经常在一盏油灯下工作一整夜——工作得太辛苦了,以致于他得偏头痛、肠胃不适,甚至做恶梦。医生们恳求他停下来;他的身体几乎垮了。达尔文拒绝了。邮差每天都来送信,藤壶也一天比一天高。

关于达尔文狂热的消息很快就传开了。作家爱德华·利顿-布尔沃(Edward lytton - bulwer)写了一个轰鸣的cliché网站,名为《那是一个漆黑的暴风雨之夜》(It was a dark and stormy night)。他在一本小说中讽刺达尔文,称他为“朗教授”。还有关于达尔文儿子乔治的故事。小时候,乔治去朋友家做客,得知朋友的父亲既没有解剖台,也没有显微镜,不禁大吃一惊。乔治结结巴巴地说:“那他在哪儿捕藤壶呢?”

但无论人们如何嘲笑达尔文,他的藤壶为进化论提供了迷人的见解。首先,他注意到一种藤壶的某些器官经常在另一种藤壶中被改变用途。这与古代哺乳动物的前肢变成蝙蝠的翅膀和海豚的鳍的过程类似。

相反,他发现未使用的器官往往会枯萎,尤其是在藤壶交配时。Arthrobalanus先生就是一个典型的例子。

当时所有已知的藤壶实际上都是雌雄同体,有男性和女性性器官。达尔文称这个标本为“先生”,是在开玩笑。但事实上,这个玩笑开在他身上。事实证明,节肢动物先生的物种并非雌雄同体。事实上,Arthrobalanus先生甚至不是一个先生——她是Ms。Arthrobalanus,女性。

那么雄性呢?令人尴尬的是,达尔文几乎把它们扔掉了。他一直在寻找附着在节肢动物女士身上的类似蜱虫的小东西——他猜想是寄生虫。所以他就把他们干掉了。事实上,这些“扁虱”是男性。它们比雌性小十倍,由精子囊组成。雄性的其他身体部位,比如胃和头,都在进化过程中被削掉了。

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古代解剖线条图

的插图Cryptophialus minutus达尔文在他的第二卷中给这种藤壶起了个绰号“节肢动物先生”关于Cirripedia亚类的专著(1854)。图1显示雌性与附身的雄性(z).插图由George Sowerby绘制。

生物多样性遗产库

这种安排使达尔文大吃一惊。但这也引起了他的思考,尤其是当他发现了另一种没有雌性的藤壶。在那个物种中,一半的个体是雌雄同体,另一半是矮子——雄性的路上变成了充满精子的虱子。

换句话说,他发现了雌雄同体动物和节肢动物的性别分明的藤壶之间的过渡状态。一个缺失的环节。这一发现让他兴奋不已:“在他的藤壶下面,”一位传记作者写道,“他觉得自己看到了进化的实际过程。”

更好的事情即将到来。达尔文最初探索的进化论仍然有一个很大的缺陷:一致性。如果一个物种内的所有生物都是相同的,那么自然选择如何决定谁生谁死呢?

但是一只一只的箱子,一只一只的藤壶,达尔文训练了他的眼睛,把自己变成了藤壶专家。结果,他开始注意到以前从未注意过的变化。一种藤壶可能有更薄的壳或更宽的嘴。另一些人可能有更长的腿或形状奇怪的内脏。这些都是很小的变化,很容易被忽视。但它们足以让自然选择发挥作用。

达尔文随后将他从藤壶中学到的知识扩展到其他生物。他曾经惊叹于“每个部分的变化……每一个物种。当对同一器官在许多个体中进行严格比较时,我总能发现一些细微的差异。”后来他又补充说,“我相信,即使是最有经验的博物学家,也会对自然界中变异现象的数量感到惊讶。”这消除了他理论中的致命缺陷。尽管表面上是这样,但大自然根本不是统一的。在研究藤壶之前,达尔文缺乏观察所有细微差别的技能和专业知识。

达尔文的经历并不是我们通常想象的创造性突破。我们期待着灵光一现。我们想要的戏剧。达尔文在那些臭烘烘的藤壶上所做的,似乎是创造力的对立面——琐碎的苦差事。但是那个病人,多年的分娩实际上是很重要的。多亏了他对藤壶的痴迷,他曾经模糊的进化论本身进化到了一个更高的层次。