如果人是猴子变的，那为什么现在还会有猴子呢？

本文转载自：格致论道讲坛"公众号(ID:SELFtalks)

大家好，我叫邹征廷，来自中国科学院动物研究所。今天非常荣幸来到格致校园，跟大家分享生命演化的图景。

人是不是猴子变的？

已完成：10%//////////

作为一个演化生物学研究者，我经常会被大家问到一个问题：人是不是猴子变的？这个问题其实由来已久——在达尔文发表《物种起源》之后，有很多演化理论的反对者画了一些漫画来讽刺他。

比如这张漫画里，猩猩就指着达尔文说：这个人居然想上我的族谱！由此可见，“人到底是不是猴子变的”一直是大家非常纠结的问题。

这个问题还有一个进阶的版本，它涉及到我们对生命演化整体图景的理解，经常会把我们演化研究者也给绕晕：如果人是猴子变的，那现在为什么还会有猴子呢？

如果我们去网上搜索“演化”这个关键词，大概率会看到这样一个经典的梗图：一只猴子沿着一个路径一步一步地走，最后就变成了一个人。那现在我们要认真地去探讨一下，生命演化的整体图景到底是不是这样单一的路径？

其实不是的，演化其实更像是一棵树。我们在研究当中，把它叫做系统发育树或者演化树。1859年，达尔文发表的《物种起源》这本书的第一版中，只有唯一的一张插图。这张插图，就是达尔文手绘的一张系统发育树的图。

▲ 达尔文手绘的系统发育树

所以说，达尔文对于演化理论的核心贡献其实有两条：首先是他提出了所有的物种都有一个共同的祖先，并且所有的物种是沿着一个树状的演化关系，从这个共同祖先分化出来的；其次才是他的自然选择理论，来表明自然选择是演化过程当中的推动力。

系统发育树是演化研究里非常重要的一个概念，因为几乎所有的演化事件都发生在这样一棵树上。在达尔文的这棵树上，时间是由下向上流逝的，像左边这张图一样。

如果我们把这棵树侧过来放，让时间从左向右流逝，我们就可以得到右边的这棵树。在这棵树上，我们可以标明祖先物种，也可以表现出祖先物种经过多次的分化事件，分化出来一些新的物种。其中有一些物种，又经历了灭绝的事件。

我们经常探讨的——物种适应了环境，发生了自然选择的过程，其实也是在这棵树上发生的演化事件。有了这样一棵树之后，我们其实已经可以去回答前面第二个问题了：如果人是猴子变的，现在为什么还有猴子呢？

从这棵树上，我们可以很轻易地看到现代的人和猴子，是具有一个共同祖先的。我们都是从共同祖先分化而来，所以现在既有猴子也有人，并不是一件很稀奇的事情。

如果我们要追溯第一个问题：人是不是猴子变的——其实就是在追问，人和猴子的共同祖先叫什么？我们能不能把它叫做猴子？这是物种分类和命名的问题，所以它是一个分类学问题。

分类学的开端，其实要远远早于演化生物学。在1735年的时候，瑞典的博物学家卡尔·林奈就已经发表了《自然系统》这本书，提出了近代的一个物种分类方法。

▲ 卡尔·林奈

大家可以看到，林奈是把物种分类做成一个表。在这个表中，他把动物分成了四足类、鸟类、两栖类和鱼类等等。

所以，分类学在这个时期，仅仅只是对物种分门别类，与它们之间的演化关系并没有关联。事实上，林奈并不认为物种之间有一个演化关系，或者说它们有一个共同的祖先。但是，现在我们从演化的角度再去重新审视理解分类学，能发现这两者之间有什么样的关联呢？

我们知道，分类学是按照域、界、门、纲、目、科、属、种这样几个分类阶元，把物种分成不同的类别。我们可以想象，如果同样的一个类别当中的物种，它们的演化关系也是更近的，我们就说分类学和演化历史是相一致的。

▲ 人类在自然界的分类地位

比方说在这棵树里，人和黑猩猩的亲缘关系是很近的，那么包含这两个物种在内的人科物种，它们的共同祖先在演化历史上，就是距离我们现在这个时间点更近的一个史前物种。如果再加上普通猕猴，由于猴子跟我们人的亲缘关系相距更远，所以包含人、黑猩猩、普通猕猴这三个物种的狭鼻小目这一分类阶元——这些物种的共同祖先在演化上，就要追溯到一个更远的历史时间点。

▲ 狭鼻小目的分类阶元

那么 ，如果我们能够分辨出人和普通猕猴的共同祖先能不能叫做猴子，我们也就能回答前面那个问题：人是不是从猴子演化来的？在理想中，当我们说猴子这样一个俗称或者说一 个分类学名词的时候，我们总是希望它是系统发育树上一个完 整的分支。

什么叫做完整的分支呢？就是像图中这样，我们用一把剪刀可以一下就从树上把这个分支剪下来，这样一个类群，我们就把它叫做单系类群。一个单系类群里的所有物种，都具有相近的亲缘关系，并且具有相近亲缘关系的所有物种都被包含在这个单系群里面。

▲ 单系类群

那么，如 果我们所有的分类阶元都是一些单系类群，我们对物种的分类就是和真实的演化历 史完美对应的。现实情况是不是如此完美呢？当然不是的，其实我们的猴子就不是一个单系类群。

通常，我们会称为猴子的、比较熟悉的猴子包含两类：一类是分布在美洲的新世界猴，另一类是分布在旧大陆的旧世界猴。那么，这两类物种——大家可以看到，在系统发育树上并不能用剪刀一下剪下来，我们至少要剪两下。那么，这种至少要剪两下，但又是同一个分支的，我们把它叫做并系类群。

所以，现在我们可以说，人其实是从猴子这样一个并系类群当中演化产生的。我们也可以说，在人和猴子的共同祖先这里，它仍然属于猴子这个并系群，所以这个共同祖先也可以叫做猴子。

▲ 并系类群

经过了比较复杂的逻辑推理之后，我们最后得出的结论是——人确实是由猴子变来的。这个并系群的存在促使我们去重新思考，传统分类学当中的很多分类阶元是不是合理？

这里我们再举两个例子，一个就是白蚁和蟑螂。这两种昆虫类群在形态上差别非常大，在传统分类中，我们会把它们叫做蜚蠊目和等翅目，两个平行的分类阶元。但是如果我们看系统发育树，就会发现白蚁是从蜚蠊目，也就是蟑螂中演化出来的一个分支。

所以，知道了这一点之后，我们分类学家就可以根据这个演化历史修改传统分类。我们把白蚁从原本的等翅目降级变成等翅下目，把等翅下目和所有的蟑螂合并在一起，形成新的蜚蠊目。这样更改之后，我们的分类系统就跟演化历史更相符了。

另外一个更有意思的例子，就是爬行类和鸟类。在传统的分类学当中，这是两个平行的纲，我们把它叫做爬行纲和鸟纲。我们知道，爬行类其中包含很多类别，包括我们熟悉的龟鳖类、鳄鱼、蜥蜴和蛇等等，也包括小朋友们都很喜欢的翼龙、恐龙和鱼龙这样一些史前生物。

如果我们考察系统发育树，我们会发现这两个类群——鸟和爬行类并不是独立的，鸟类其实是恐龙当中的一个分支，也就是兽脚亚目演化而来的。这样一看，我们就不得不把爬行类叫做并系类群。换句话说，鸟类其实就是一种恐龙。

因此，我们把鸟类和爬行类在分类当中并列起来，也是不太合适的了。前面我们了解了系统发育树的概念，现在我们就来看一下，不同的生物类群在系统发育树上，能够给我们呈现什么样的演化现象。

趋异演化vs趋同演化

已完成：50%/////// / / /

首先，大家可能都非常关注，为什么不同的生物会长得多种多样？这里我们举一个达尔文雀的例子：

达尔文雀是分布在加拉帕戈斯群岛上的一个类群，从一个共同的祖先开始，达尔文雀经历了200万年的演化时间，演化出了18个不同的物种。

▲ 加拉帕戈斯群岛

从这棵系统发育树上，我们可以看到这18个物种——它们的喙，也就是嘴的形状、大小长得都各不相同。这是因为什么呢？我们大家都不难想到，这是因为不同的达尔文雀物种，它们吃的食物是不同的，就像人类吃不同的食物、用不同的餐具一样。

▲ 达尔文雀的系统发育树

不同的达尔文雀物种，在吃昆虫、种子的时候，所需要嘴的形状是不同的。因此，我们说，这是不同的物种对环境发生适应，从而发生的趋异演化。这个趋异演化可以让生物长得多种多样。

▲ 达尔文雀嘴型与食物的关系

我再举另外一个例子来解释趋异演化，那就是非洲丽鱼。水族爱好者都会非常熟悉，这就是我们所 说的“三湖慈鲷”。“三湖”指非洲的三个大湖，在50万年的时间之内，慈鲷的共同祖先 就在这三个大湖当中，演化出了上千个物种。

我们可以看到，这些物种的形态各不相同，非常绚丽多彩，并且它们的生活习性差别也非常大。这也是趋异演化让生物长得多样的惊人例子。

讲完了趋异演化之后，我们再来说一下生物什么时候会长得更像？有的人可能觉得，这件事情难道不是很简单吗？我们两个物种亲缘关系很近，当然就会长得更像。

既然如此，我请大家来猜一下图中展示的三个物种——非洲草原象、马岛猬、大耳猬，这三个物种哪两个物种是近亲，或者哪两个物种的亲缘关系更近呢？

▲ 左：非洲草原象 中：马岛猬 右：大耳猬

大家可能会觉得，马岛猬和大耳猬看起来身上都有很多刺，长得非常相似，它们应该是近亲。但是，如果我们去看系统发育树，就会发现马岛猬居然跟大象是近亲，而大耳猬是一种真正的刺猬。它和另外两个物种的亲缘关系，其实是非常远的。这就是一个趋同演化的例子。趋同演化可以让适应了相同生活方式的生物长得更像。

讲到这里，可能大家已经有点迷糊了。我们的生物类群什么时候会发生趋异演化？什么时候会发生趋同演化呢？

这里我们再举一个例子——澳洲的有袋类。有袋类从一个共同祖先演化出了很多不同的物种，比如说会在空中滑翔的袋鼯、能够在地下钻洞生活的袋鼹、食草的袋熊和食肉的袋狼等等，这就是同一个生物的演化支系适应了不同的环境，从而变得多种多样的趋异演化现象。

我们把澳洲的有袋类和北美洲的有胎盘类哺乳动物进行对比，会发现这两个不同的演化支系当中，有一些物种在适应相似的环境的时候，会发生趋同演化。比如说，我们非常熟悉的狼和有袋类的袋狼，它们都是各自生活环境当中的顶级捕食者，都是吃肉的，所以它们的体型也会长得非常相似。

所以总结一下，同一个支系适应不同环境的时候发生趋异演化，不同的支系适应相似的环境的时候就会发生趋同演化。

基因演化研究

已完成：70%///////// /

前面我给大家介绍了很多有趣的演化的历史图景，现在我想来给大家解释一下，我们是怎么研究这些历史图景的。

我本人是研究基因组演化的，我们认为演化的历史图景，大概率是写在我们基因组当中的。每个动物的个体，每个生物的个体，都有我们自己特殊的基因组。我们的基因组，存在于身体的每一个细胞当中。

我们可以把它理解成是一个零件加工手册，我们的细胞根据这个加工手册，加工出一些不同的蛋白分子，作为构成我们身体的零件。这些零件会进一步组装成细胞，这些细胞就像机器的部件一样，再进一步地组装，就构成了我们像机器一样的身体。

我们每一个生物个体具有不同的形态和功能，不同的生物个体之间形态功能的差异，其实就是来源于基因组上的差异，或者说是在演化上产生的一些突变。所以，我们做分子演化或者基因组演化研究的这些工作者，希望从基因组当中去读出一些演化的历史。

我们平时的工作，可能跟很多人想象当中的，或者传统印象里的演化生物学家去研究古生物或者做实验是不同的。我们更像是一些程序员，每天主要的工作就是在电脑上编写程序，对大量的基因组数据进行分析，试图从中去解释我们感兴趣的一些演化现象，读出演化的历史。

大家可能会好奇，在基因组当中怎么找到演化信息？能找到什么样的演化信息？

这里我再举一个同样是趋同演化的例子。大家知道，蝙蝠和齿鲸都具有回声定位能力，它们能向前发出超声波，然后通过听到环境返回的超声波，从而判断前方是不是有障碍物，或者是不是有猎物。

在201 0年的时候，我的一位师姐发表了一个研究，她在蝙蝠和齿鲸这两类生物当中，发现了同样的突变。这个突变在这两类生物中是分别独立发生的，所以是基因组层面的趋同演化。非常凑巧的是，这个突变恰好发生在一个叫Prestin的蛋白上，这个蛋白又正好分布 在我们内耳的细胞膜上，那么它可能与这个动物的听觉，尤其是对超声波的听觉有非常密切的关系。

所以，四年之后，我的另外一位师兄又做了一个研究。他用实验的手段直接证明了我们在基因组当中发现的这个突变，确实导致了动物听到频率更高的声音，与回声定位能力是有关系的。

我是做基因组演化计算研究的，我们的工作是通过数学模型的计算，去检测之前发现的这样一些趋同突变跟动物适应环境，是不是有决定性的因果关系。比如说，我的师兄师姐所发现的这个突变，是否真的与蝙蝠和齿鲸为适应昏暗的环境，发展出来的回声定位能力有关系。

在我们的基因组当中，还存在着其他上万个基因。其他基因是否也发生了适应性的变化？是否与蝙蝠和齿鲸的回声定位能力有关？这都是我们可以通过一些算法算出来的。

讲到这里，有细心的观众可能就会说，你们发现的这些突变，难道不都受到自然选择的控制吗？难道还有突变与环境适应没有关系吗？

的确，如果一个物种它想要去适应环境，那它肯定要发生一些变化。这些变化就来源于像我刚才说的基因组中产生的突变。所以我们说，突变是演化的原材料。如果它能够帮助一个物种适应环境，那么自然选择就会把它保留在这个物种的基因组当中。因此，自然选择是演化的推动力。

那么，除了自然选择之外，还有没有其他的因素能够决定突变在一个物种基因组当中的命运呢？其实是有的，这个效应就是遗传漂变。遗传漂变是指演化的随机性，具体来说，它描述的是遗传突变或者遗传信息在演化历史当中随机的保留和丢失。

举个例子来说，大家可能并不会意识到，我们人类是受到遗传漂变影响非常大的一个物种。

我们都知道“人类走出非洲”是指原本生活在非洲的一些古人群，其中很少一部分从非洲走出来，扩散到全世界各地的过程。在这个过程当中，原本存在于非洲人群当中很多的、多种多样的遗传突变，也只有很少一部分碰巧存在于这些人的身上，被这些人带到了世界各地扩散开来。

所以今天，如果我们去看世界各地人群的遗传多样性，我们会发现非洲人群的遗传多样性很高，仍然保留多种多样的遗传突变。但是我们世界各地的其他人群，虽然长相多种多样，但是遗传多样性是比较低的，我们保留下来的遗传突变是比较少的。这就是遗传漂变对于人类这个物种的影响。

所以，相对于自然选择这样一个适者生存的过程，遗传漂变更像是幸者生存。一个突变，哪怕对物种适应环境没有任何影响，它也可能仅仅凭借着概率、凭借着幸运在物种的基因组当中保留下来。

现在，我们有了自然选择和遗传漂变这样两个因素。大家可能会好奇，谁在演化当中会占据上风，是更主导的作用呢？这个问题的答案，其实在我们研究者当中也有一个演变的历史。

在20世纪的上半叶，有一些遗传学家和统计学家继承了达尔文的选择理论，发展出了新达尔文主义。新达尔文主义者认为，好的突变才能保留下来。那么，自然选择就是演化过程当中的一个主导因素。

▲ 支持新达尔文主义的科学家

但是，在20世纪的下半叶，一些分子演化学家又提出了中性演化学说。大 家认为，大部分保留下来的突变可能是不好也不坏的。也就是说，遗传漂变在演化当中占据了主导地位。

▲ 提出中性演化学说的科学家

今天，随着演化理论的不断进步，随着大家更多地去研究演化，我们会发现自然选择和遗传漂变的强度，在不同的物种当中是不一样的。这与不同物种的群体大小有关系。

比如说在细菌这样群体非常大的物种当中，不同个体之间的竞争非常激烈，因此自然选择的作用就很强。而像我们哺乳类，尤其是一些濒危的动物，像猎豹这样的一些小群体物种，随机事件对于种群中产生突变的影响就会变得非常大。总结一下，大的群体自然选择强，小的群体随机漂变的影响更大。

若无演化之光映照

已完成：90%//////////

最后，我想给大家介绍一下为什么要去做演化研究。实际上，我们熟悉的很多过程都是演化的过程。

比如说，病毒在人群当中的每一次流行，事实上都是不同病毒株系优胜劣汰的演化过程。癌症的发展，其实也是癌细胞在我们人体内发生优胜劣汰的一个演化过程。甚至于说，我们世界各地不同语言、不同方言的演变也可以用一个演化的模型来描述。所以学习演化，可以帮助我们更好地去理解世界。

我在童年时期，对生物的高度多样性感到非常吃惊，想要去知道它背后的原理。在大学的学习和研究里面，我也发现演化理论原来就是试图去用一套统一的理论，去描述生物界的多样性如何产生、发展的。

所以，我非常喜欢演化生物学家杜布赞斯基的一句话：若无演化之光映照，生物学毫无道理。

另外一位生物学家恩斯特·迈尔也提出，演化理论其实就是生物学各种现象的一个终极解释。

因此，我也希望大家能够喜欢演化、了解演化、关注演化，用演化更好地理解世界。

“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。本文出品自“格致论道讲坛”公众号(SELFtalks)，转载请注明公众号出处，原创文章未经授权不得转载，违者将追究法律责任