从科学发展趋势看自然观的演变

从科学发展趋势看自然观的发展趋势

进化在19世纪后用于生物学,特指生物学从简单到复杂,从低级到高级的变化和发展。也被称为进化论。evolution一词来源于拉丁语evolutio,意思是展开或松开紧紧缠绕的纸卷。参见进化。

历史

之前达尔文的生物变化思想的发展可以追溯到人类文明的早期。比如中国的《易经》阴阳八卦理论,把自然界简化为天、地、雷、风、水、火、山、泽八种基本现象,试图用阴阳八卦来解释物质世界的复杂变化规律。古希腊人阿那克西曼德(约公元前6世纪)认为,生命最初是由海中的泥产生的,原始的水生生物通过蜕变(类似于昆虫幼虫的蜕皮)变成了陆生生物。

在西方中世纪,基督教《圣经》将世间万物描述为上帝的特殊创造。这就是所谓的神创论。与神创论相伴而生的目的论认为大自然的安排是有目的的。“创造猫是为了吃老鼠,创造老鼠是为了吃猫,创造整个大自然是为了证明造物主的智慧。”从15世纪下半叶的文艺复兴到18世纪,形成并发展了现代自然科学。这一时期科学界的主导观点是不变性。当时这个观点被I·牛顿和C·V·林奈表述为科学定律:地球因为所谓的第一推动力而运动,然后会永远运动下去。生物物种过去会这样做,现在和将来都会这样做。18世纪下半叶,我康德的天体论首先在不变的自然观上打开了第一个缺口;随后,转化理论的自然观在自然科学的各个领域逐渐形成。这一时期的一些生物学家经常在两种观念中混淆不清。比如晚年,林奈在《自然系统》一书中删除了物种不变性的字眼;法国生物学家布丰(G.-L.de Buffon)将转化理论引入生物学,但他一生都在转化理论和不变性理论之间徘徊。J.-B.de Lamarck在1809出版的《动物哲学》一书中阐述了他对生物转化的观点,从未动摇。

18世纪末到19世纪末,大多数动物学家没有认真研究生物进化,背离了古希腊传统的唯物主义,陷入唯心主义。“生命力论”虽然承认生物物种是可以转化的,但却把进化的原因归结为非物质的内力,认为生物的“内力”即生命力驱动着生物的进化,使其越来越复杂和完善。然而,生命力理论缺乏实践证据,是一种唯心主义的推测。最著名的活力论者是法国生物学家拉马克。19世纪后期出现的终极目的论或直接出生论,认为无论外界环境如何变化,生物进化都有既定的路线和方向。

后人把拉马克关于生物进化的观点称为拉马克主义或拉马克主义,其主要观点是:①物种是可变的,物种是由变异的个体组成的群体。(2)自然界中的生物之间有一系列由简单到复杂的等级(步骤),生物本身就有一种内在的“意志力”驱使生物由低级向高级发展和变化。③生物对环境的适应性很强;环境的变化会引起生物的变化,从而提高其适应能力;环境的多样化是生物多样性的根本原因。(4)环境的改变会引起动物习性的改变,会使一些器官在经常使用时发育,而另一些器官在不用时退化;环境影响下的定向变异,即后天性状,是可以遗传的。如果环境向某个方向变化,由于器官的使用和后天的遗传,微小的变异逐渐积累,最终生物进化。拉马克学说中的内在意志是唯心主义的;后天多为表型变异,现代遗传学已经证明不能遗传。

达尔文主义1858年7月1日,C.R .达尔文和A.R .华莱士在伦敦林奈学会上宣读了一篇关于物种起源的论文。后人把他们的自然选择理论称为达尔文-华莱士理论。达尔文在1859年出版的《物种起源》一书中系统阐述了他的进化论。其自然选择核心原理的主要思想是:所有生物都倾向于过度繁殖,而生存空间和食物是有限的,所以生物必须“为生存而战”。同一种群中的个体存在变异,那些具有有利变异并能适应环境的个体将生存繁衍,那些没有有利变异的个体将被淘汰。如果说自然条件的变化是有方向性的,那么在历史进程中,经过长期的自然选择,微小的变异就会积累起来,成为显著的变异。这可能导致亚种和新物种的形成。

达尔文的进化论,从生物与环境相互作用的角度出发,认为生物的变异、遗传和自然选择可以导致生物的适应性变化。因为它以充分的科学事实为依据,经得起时间的考验,一百多年来在学术界产生了深远的影响。但达尔文的进化论仍有一些明显的弱点:①他的自然选择原理是基于当时流行的“混合遗传”假说。根据融合遗传的概念,父亲和母亲的遗传物质可以像血液一样融合;这样,任何新的突变都会在几代整合后消失。突变如何积累,自然选择如何发挥作用?(2)达尔文过分强调生物进化的渐变性;他认为“自然界不存在跳跃”,并用“中间类型灭绝”和“化石记录不完整”来解释古生物资料显示的跳跃进化。近年来,他的观点越来越受到不连续均衡理论家和新资本主义理论家的批评。

达尔文之后进化论的发展1865奥地利植物学家G.J .孟德尔从豌豆杂交实验中得出了粒子遗传的正确结论。他证明了遗传物质不会融合,在繁殖和传代的过程中可以分离和重组。随着20世纪初遗传学的建立,T.H .摩根等人进一步建立了染色体遗传理论,全面揭示了遗传的基本规律。这应该弥补了达尔文理论的缺陷,有助于进化论的发展;但当时大多数遗传学家(包括摩根)都反对达尔文的自然选择理论。人们对达尔文进化论的信仰已经出现了严重的危机。

(1)新拉马克主义和新达尔文主义。19年末到20世纪初,出现了一些新的进化理论。20世纪初,荷兰植物学家h·德·弗里斯(H. de Fries)根据月见草的变异提出了“物种由突变产生”的突变理论,反对渐变理论。这个理论当时得到了很多遗传学家的支持。尽管一些拉马克理论的追随者放弃了拉马克的内部野心概念,他们仍然强调获得性遗传,这被认为是进化的主要因素。米丘林的理论,由T.D .李森科于20世纪50年代在苏联宣传,强调生物在环境的直接影响下可以定向改变,后天可以遗传。所有这些观点都被称为新拉马克主义。1883年,A.F.L .魏斯曼用实验证明了后天遗传的错误,强调自然选择是生物进化的动力,他的观点被后人称为新达尔文主义。

②现代综合进化论。20世纪二三十年代,首先是R.A. Fisher、S.Wright和and J . B.S Haldane将生物统计学与孟德尔的粒子遗传学理论相结合,重新解释了达尔文的自然选择理论,形成了群体遗传学。后来,切特维里科夫(C.C. Chetverikov)、多布然斯基(T. dobrzanski)、赫胥黎(J. Huxley)、迈耶(E.Mayer)、阿亚拉(F.J. Ayala)、斯特宾斯(G.L)、辛普森(G.G. Simpson)和瓦伦丁(J.W. Valentine)根据染色体遗传理论、群体遗传学、物种概念以及古生物学和分子生物学的许多学科,发展并建立了达尔文学说。现代综合进化论完全否认后天性状的遗传,强调进化的渐进性,认为进化是群体而非个体的现象,重申自然选择的压倒性重要性,继承和发展了达尔文的进化论。

③中性理论和不连续平衡理论。65438-0968年,日本学者木村元夫以分子生物学的材料为基础,提出了分子进化的中性理论。认为在分子水平上,物种内的大部分进化变化和大部分变异都不是自然选择造成的,而是选择中性或接近中性的突变等位基因的随机漂移造成的,这与现代综合进化中自然选择的万能观点(见分子进化的中性理论)相悖。

1972年,N. Eldredge和S. J. Gould * * *都提出了“间断平衡”的进化模型来解释古生物进化中明显的不连续性和跳跃性,认为基于自然选择的物种下的渐进进化模型,即线性渐进进化模型,不能解释一个以上分类单元的起源,反对现代达尔文主义的唯一渐进进化观。争论仍在继续(见不连续均衡理论)。

小进化和大进化

美国遗传学家R.B. Goldschmidt认为,普通的自然选择只能作用于物种范围内的基因,产生小的进化变化,即小进化;从一个物种到另一个物种的进化步骤需要另一种进化方式,即大进化。他认为伟大的进化是通过他的系统突变(涉及整个基因组的基因突变)假说实现的。这样,一个新的物种,甚至一个新的属或科就能马上产生。美国古生物学家辛普森同意将进化的研究分为两大领域:物种以下进化变化的小进化和物种以上进化的大进化,但他不同意歌德的观点。他不认为小进化和大进化是不同的或不相关的进化方式。

小进化研究物种以下的进化变化,包括:①小进化的因素和机制,研究遗传突变、自然选择、随机现象(如遗传漂变)等因素如何引起种群遗传组成的变化。(2)物种形成,即研究新物种的形成方式和过程,微小的进化因素如何导致同种种群间隔离的形成和发展,研究种内分化和从亚种、半种到完全种的发展过程。

大进化研究在地质时间尺度上一个以上物种的分类单位的进化变化。主要对象是化石,最小的研究单位是物种。主要研究内容包括:①种及以上分类单元的起源和大演化因素。(2)演化模式,演化线系在时间维度上的变化和形成。③进化的速度、形态变化的速度、分类单元出现或灭绝的速度、物种的寿命等。④演变的方向和趋势。⑤灭绝的规律和原因及其与进化趋势和速度的关系。

小进化和大进化在物种的层面上是相通的。其实小进化和大进化都是研究物种形成的。近年来,关于小进化和大进化的关系,学术界有一场激烈的争论。间歇均衡派认为大进化的事实不能用小进化的机制来解释;而现代综合进化论认为,小进化是大进化的基础,小进化的机制可以在一定程度上解释大进化的现象。

进化模式从进化的角度来看,生活在同一时间的不同物种在时间维度上可以追溯到一个共同的祖先。因此,根据祖先关系,活着的和曾经活着的生物可以相互联系,这种代表祖先关系的生物进化系统称为系统发育。生物的系统发育可以形象地表示为一棵树:如果树根到树顶代表时间维度,树干代表同一祖先,大小树枝代表相互联系的进化谱系,这就构成了所谓的系统发育树或进化树。所谓进化模式,就是进化在时间和空间上的特征,即系统发育的特征,具体体现在进化树的形态上:树枝的延续和分枝方式,树干的倾斜方向和空间构型,树干的中断等。它代表了系统发育的中线演化、物种形成和灭绝的特征。

谱系进化有两种性质不同的进化变化。一种是形态结构及其功能从简单、相对不完善到复杂、相对完善的递进(递进)变化,称为递进进化;渐进进化的结果是生物的等级由低变高。另一种进化变化是线性分支,称为分支进化;分支进化的结果是新的分类单位的出现和生物多样性的增加。广义的渐进性包括除分支进化之外的各种进化变化,既包括渐进(递进)进化变化,也包括非渐进甚至退化变化。既没有渐进进化,也没有分支进化的情况称为停滞进化,比如活化石。

适应辐射

在相对较短的地质时间内,许多不同的分类单位从一个线状系统中分支出来,称为辐射。因为辐射分支通常适应不同方向的进化,所以也叫适应性辐射。

收敛进化和平行进化是独立进化出相似特性的不同线路,称为收敛进化,简称收敛。形态结构的进化趋同往往是因为功能的相似,而功能的相似往往是因为对相似环境的适应。

平行进化(Parallel evolution)是指拥有同一祖先的两个或两个以上的谱系,在其祖先遗传的基础上独立进化出相似的特征。一般来说,排比和趋同不容易区分,一般来说,排比既涉及同一作品,又涉及同一渊源;如果后代之间的相似性大于其祖先之间的相似性,则可称为趋同,如果后代之间的相似性与祖先之间的相似性相似,则可称为并行。

大进化的模式①渐变模式。认为形态演化的速度是恒定的、均匀的,形态演化是渐进的;形态变化主要是线理进化引起的,多发生在物种的生存期,与物种形成无关,而物种形成(线理分支)本身只是增加了一个新的进化方向。②间歇模式。认为形态进化的速度不是恒定的、均匀的,快速的“跳跃”与长期的停顿交替出现,即物种形成过程中进化加速,物种形成后保持相对稳定。进化中的形态变化与物种形成有关,即大多数形态变化发生在相对较短的物种形成期,在物种的一生中不会发生显著的形态变化,这可能长达数百万年(图2)。两个模型都有一些有利的证据,但证据本身需要进一步研究来证实。

单位时间内生物进化的变化量。为了衡量进化的速度,我们必须确定两个尺度:时间尺度和进化变化的尺度。时间尺度有绝对地质时间和相对地质时间两种,一般应采用绝对时间尺度;只有在必要时才使用相对时标。

进化趋势从长时间尺度来看,生物进化表现出一定的方向性,但这并不意味着自然界存在既定的进化轨迹。这里说的方向性是一个统计趋势。因此,进化趋势是由任何因素(包括随机和非随机因素)引起的进化的统计趋势。

小进化趋势小进化趋势是指生物物种的自然种群内部由于自然选择而导致的表型进化变化的趋势。这种演化趋势通常是适应局部环境的结果,演化变化发生在线系内部,因此也可称为线系演化趋势,表现为线系在时间演化变化坐标系中的倾斜。

大进化趋势是指直系分支主体在系统发育上的倾向。大进化趋势发生在一个以上物种的分类单元的谱系进化中,因此也可称为谱系进化趋势,表现为谱系上的偏离。许多学者提出了各种各样的假设来解释大进化趋势的原因,但由于缺乏证据,这些假设很少是有效的或令人信服的。

进化是生物逐渐进化和前进的过程。在这个过程中,生物学从低级发展到高级,从简单发展到复杂。今天地球上的生物很少有和古代的祖先一模一样的。同样,未来的各种生物也会和今天不一样,这是进化的结果。进化的过程极其缓慢,要通过长期的自然选择才能逐渐进化。除了由低到高的进化,生物的种类也在不断增加。今天的物种比5亿年前多得多,而且未来还会继续增加。

询问

进化论只是一种理论。它既不是事实,也不是科学规律。

很多人小学都学过。按照分类,理论在中间——比纯假设更有把握,但略逊于定律。然而,科学家并没有这样划分这些术语。根据美国国家科学院(NAS)的解释,科学理论是对自然界某一方面的有理有据的解释,可以包括事实、规律、推论和经过检验的假设。定律是对自然的一般描述,一个理论无论被证明了多少,都不会成为定律。所以当科学家谈论进化论(或者,就这件事而言,原子理论或相对论)时,他们不会对这一理论的真实性表示任何异议。

除了进化论(所谓进化论是指一代优于另一代的概念),人们还可能举出进化论的例子。美国科学院对“事实”的定义是“被反复证明、实际上被公认为“真实”的观察。化石记录和无数其他证据证明,有机物是随着时间逐渐进化的。虽然没有人直接看到这些变化,但间接证据清晰明了,足以令人信服。

无论哪种科学,依靠间接证据来解释问题是常见的。比如物理学家无法直接看到亚原子粒子,所以他们通过观察粒子在云室中留下的独特轨迹来证明粒子的存在。但物理学家并没有因为无法直接观察到而使结论变得不可信。

2.自然选择陷入了循环论证的怪圈:适者生存就是适者生存。

“适者生存”是自然选择的一个有争议的表述。实际上,更专业的表述应该采用“生存繁衍差别率”这个术语。这种描述并没有给每个物种贴上适应与否的标签,而是描述了每个物种在给定条件下可能留下多少后代。把一对繁殖快的雀科鸣禽和一对繁殖慢的雀科鸣禽放在一个食物丰富的岛上。在几代人的时间里,快速繁殖的鸣禽可能主宰了大多数食物来源。但是如果大嘴鸣禽更有可能咬种子,那么优势可能会转移到这些繁殖缓慢的鸣禽一边。美国普林斯顿大学的彼得·r·格兰特(Peter R. Grant)对加拉帕戈斯群岛的雀类进行了开创性的研究,观察到了野生条件下种群的变化。【参见格兰特在1992年2月刊上写的文章《自然选择与达尔文的鸣禽》。]

关键的一点是,一个物种的适应能力的定义可以不参考其生存能力而做出:一只鸟的大嘴更适合咬种子,不管这一特征在给定条件下是否具有增强生存能力的价值。

3.进化论是不科学的,因为它既不能被验证,也不能被推翻。其各种论断中所涉及的物种变化是无法观察到的,也是永远无法重现的。

这种对进化的全盘否定忽略了将进化分为至少两类的一些重要特征——微观进化和宏观进化。微观进化考察一个物种内部随着时间的变化,这可能是新物种形成的前兆。宏观进化研究物种水平之上的分类群体如何进化。其证据通常来自化石数据和DNA比对,以重建各种有机物质之间的关系。

如今,就连大多数神创论者都承认,实验室里的实验(如对细胞、植物和果蝇的研究)和实地调查(如格兰特对加拉帕戈斯鸣鸟口型进化的调查)都证实了微进化的存在。自然选择和其他机制(包括染色体变化、出生和杂交等。)可以促进生物群体的深刻变化。

宏进化的历史研究涉及基于化石和DNA的推断,而不是直接观察。然而,对于历史科学(包括天文学、地质学、考古学和进化生物学),科学家仍然可以测试假设,看它们是否与物理证据一致,以及它们是否可以对未来的科学发现做出可测试的预测。比如进化论,是指在人类最早的祖先(约500万年前)和解剖结构最早的现代人类(约65438+百万年前)之间,应该存在一系列其他原始人。其中猿类的特征越来越少,而人类的特征越来越多,这与化石数据完全吻合。但我们不会(也确实没有)在侏罗纪地层(约6500万年前)发现现代人类化石。进化生物学中的常规研究做出的预测比这要详细和准确得多,研究人员也在不断检验这些预测。

神创论者也可能以其他方式反驳进化论。如果我们能找到数据证明,甚至一种复杂的生命形式也是从无生命物质中自发产生的,那么我们在化石中看到的至少几种生物可能就是这样进化的。如果超智能外星人曾经出现并创造了地球上的生命(甚至创造了一个特定的物种),那么纯进化论的解释就会受到怀疑。但到目前为止还没有人拿出这样的证据。

应该指出的是,伪证罪是哲学家卡尔·波普尔在20世纪30年代提出的,是科学的一个决定性特征。由于对他的思想原则的狭义解释排除了许多真正的科学研究分支,直到近年来,他的思想观点才逐渐普遍化。

4.科学家越来越怀疑进化的真实性。

没有证据表明进化论的支持者在逐渐减少。翻开任何一期《生物学》杂志,你都会找到支持和发展进化论研究或者认同进化论是一个基本科学概念的文章。

与神创论的观点相反,严肃的科学期刊没有否认进化论的报道。20世纪90年代中期,美国华盛顿大学的乔治·w·吉尔克里斯特(George W. Gilchrist)调查了原始文献中列出的数千种期刊,试图找到有关“神的设计”或神创论的文章。他搜索了数十万份科学报告,却没有找到一份关于神创论的报告。在过去的两年里,东南路易斯大学的芭芭拉·福雷斯特和凯斯西储大学的劳伦斯·m·克劳斯独立进行了同样的调查,结果也是徒劳无功。

神创论者反驳说,思想封闭、顽固排外的科学界拒绝接受他们的证据。然而,据《自然》、《科学》等重要杂志的编辑称,他们几乎没有看到任何反对进化论的投稿。一些反对进化论的作者在严肃的科学期刊上发表了论文。然而,这些论文很少直接攻击进化论,也从未明确引用神创论的论点。他们充其量只是指出进化中存在一些未解决的问题(没人反对)。简而言之,神创论者拿不出足够的理由让科学界认真对待他们的主张。

就连进化生物学家也有各种分歧,这说明进化论所依据的科学基础根本就不牢固。

进化生物学家之间激烈争论的焦点是多方面的。比如物种是如何形成的,进化的速度,鸟类和恐龙的祖先是否有血缘关系,尼安德特人是否是不同于现代人的独立物种。任何学科都难免有这样的争议,进化论也不例外。然而,生物学家仍然一致接受进化论,并将进化视为真实的东西和生物界的指导原则。

不幸的是,虚伪的神创论者总是断章取义地引用科学家的话来夸大和曲解他们的差异。熟悉哈佛大学古生物学家史蒂芬·杰·古尔德著作的人都知道,古尔德不仅是标点平衡模型的创始人之一,也是进化论最积极的捍卫者和宣传者。(间断平衡的模型认为,大多数进化发生在相对较短的地质历史时期,这可以解释我们在化石记录中观察到的现象。但是,地质史上的短时期可能是几百代。然而,神创论者总是不遗余力地对古尔德丰富的著作断章取义,让人以为古尔德曾对进化论表示过怀疑。更有甚者,标点平衡的理论被曲解,好像标点平衡会让新物种一夜之间脱颖而出,或者从爬行动物的蛋里诞生出鸟类。

如果读者遇到科学权威质疑进化论的话,一定要结合上下文,看看这段话到底是什么意思。可以肯定的是,所谓科学家对进化论的攻击,最终被证明是无中生有。

6.如果人类是猴子进化来的,为什么现在还有猴子?

这种说法很常见,不同程度上反映了提问者对进化论的无知。第一个错误是进化论没有告诉我们人是猴子;只是说人和猴子的祖先是一样的。

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参考资料:

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