《达尔文的疑问》第四十五节
戴维森的研究表明,建立新的动物躯体模式需要新的发育基因调控网络(dGRNs),而改变已有的dGRN会破坏发育,这与工程学中功能集成度越高越难局部改动的约束原则相矛盾……
戴维森的研究表明,建立新的动物躯体模式需要新的发育基因调控网络(dGRNs),而改变已有的dGRN会破坏发育,这与工程学中功能集成度越高越难局部改动的约束原则相矛盾,从而对新达尔文主义机制提出挑战。戴维森指出,物种分化的小变化不能作为躯体模式进化的模型,新达尔文主义关于蛋白质编码序列改变驱动形态进化的假设是反事实的。这一问题也与寒武纪生命大爆发相关:新形态需要新的发育程序,但早期调节基因和dGRN的突变会破坏原有程序,使自然选择无利可选,进化终止;达尔文所疑惑的中间形态化石缺失,本质上是一个无法通过逐渐改变紧密整合的遗传因素来创建新动物形态的工程学难题。
然而,一系列实验显示DNA并非发育的唯一信息来源:1924年施佩曼和曼戈尔德将蝾螈胚胎的一部分移植后,受体长出双体胚胎而DNA未变;哈维发现海胆胚胎去核后仍能分裂到约500个细胞;比利时科学家阻断两栖胚胎DNA转录后,胚胎仍发育到数千细胞;加拿大生物学家将海胆分裂元件注入去核青蛙卵,胚胎仍能进行早期发育。这些实验证明DNA是完成发育所必需的,但早期阶段另有信息在指导发育。
2003年穆勒和纽曼主编的论文集指出,基因本身不能决定动物三维形态,起关键作用的是储存在细胞结构中、不在DNA序列里的表观遗传信息,它对胚胎的身体组装至关重要,也是动物躯体模式起源和演化的重要因素;他们认为新达尔文主义缺乏生成理论,回避了形态起源问题,正因为它无法解释表观遗传信息的起源。作者回忆1993年与刚获伯克利发育生物学博士学位的乔纳森·威尔斯同车时,威尔斯指出发育生物学是整个进化理论将被揭开谜团之处,此后威尔斯基于表观遗传信息对新达尔文主义解释躯体模式起源的充分性提出了有力反驳。作者进而说明,形体是机体材料组分在众多可能布局中的一种高度特异排列,按香农信息理论,排除的可能方案越多信息量越大,因此即使不以数字编码,对形态产生的约束本身也传递信息;DNA的核苷酸序列和细胞、组织、器官、dGRN的精确排布都包含特定信息,新达尔文主义者认为基因是信息的唯一存储库且基因变异足以产生新形态,但发育生物学发现表明信息存在于生物结构的多个层次。