羚羊与蜜蜂(中)
它酿的蜜多,自己吃得可有限。每回收蜜,给它们留一点点糖就行了。它们从来不争,也从来不计较什么,还是继续劳动。
——杨朔《荔枝蜜》
牛结阵以却虎
“牛结阵以却虎”这句话据说出自战国诸子之一的尸佼。他这么说,是对真实动物有过切身的观察,还是出于臆想,已不得而知,但他还真说对了。
一些孔武有力的大型食草兽,在食肉猛兽面前,确实表现得相当勇敢和有纪律。亚洲水牛和麝牛(学名Ovibos moschatus)都会用防御阵型保护幼犊。麝牛与狼的对垒是很壮观的。这种动物生活在北极圈地区,体格壮硕,穿着厚厚的防寒毛衣,遇到狼群,大麝牛会肩并肩,把孩子牢牢围在中央,扬角奋蹄进攻。加拿大马鹿(学名Cervus canadensis)的鹿群由雌鹿和幼鹿组成(雄鹿单独活动),遇到狼,强壮的成年雌鹿会站出来,用前蹄猛踢,让小鹿借机撤退。
我们知道,在囚徒的困境中,胆小鬼会生存下来,但事实告诉我们,食草动物并不全是胆小鬼。小鸟见到猛禽飞过,会发出尖细的叫声,向同类报警。分析小鸟的“警笛”发现,这种声音是很特殊的,你很难判断它发出的位置。“警笛”是一个适应器,它对于小鸟的好处是显而易见的。捕食者偏爱“引人注目”的猎物,如果老鹰听出了它鸣叫的位置,就会循声先抓住它。但这也说明,它经过自然选择长时间的择优汰劣,肯定有很多叫声容易被定位的鸟,或者不太容易被定位的鸟,被老鹰抓走了。
发出警笛声的小鸟,如同愚蠢的囚徒,把自己送入了虎口。这样说来,小鸟一开始就沉默,麝牛一开始就掉头逃跑,不是更好的策略吗?
与捕食者对抗,是一个利他行为(altruism)。动物学中所谓的“利他”,跟常识的理解略有不同,把它称作“舍己为人行为”更恰当。利他行为不仅是“对别人好的事”,也是“对自己不好的事”。羚羊排便为青草提供了肥料,但我们不能说排泄是一个利他行为。舍己为人让自己吃亏,看来无法成为稳定的策略,但在生物世界里,利他行为不能说比比皆是,也绝不稀少。这是进化生物学面临的一个大谜团。
鹡鸰在原
1965年,研究蚂蚁出名的动物学家,当时已经小有名气的爱德华·O.威尔逊(Edward O. Wilson),在火车上阅读到一篇名为《社会行为的遗传进化》(The Genetical Evolution of Social Behavior)的博士论文。这篇文章企图解开动物的利他行为这个大谜团。
一开始威尔逊有些恼火,觉得论文里的答案太简单,想用这么单薄的理论解释生物世界,根本就是初生牛犊不怕虎。他把论文翻来覆去地看,希望运用自己丰富的昆虫知识找到破绽。然而,他越看越觉得引人入胜,越觉得这个年轻人的答案有道理。火车到站时,威尔逊已经“皈依”了。他说,伟大的观念应该是非常简朴而又非常巧妙的,能让人不禁反问“我怎么没想到呢”,就像威廉·D.汉密尔顿(William D. Hamilton)的“亲选择”(kinselection)理论一样。
进化需要漫长的时间,一代代进行自然选择。自然选择不是教练,它的工作方式,不是训练一只羚羊让它变得更快、更强或者更自私,而是在代代相传之间,通过细小的突变择优汰劣,逐步地改变羚羊的基因。汉密尔顿的高明之处在于他选择了基因的“视角”,去看待生物世界。
寻找配偶,生孩子,照顾孩子,需要牺牲大量的精力和时间。可怜天下父母心。然而生物都喜欢繁殖,有时到了疯狂的地步。一种生活在澳洲的剧毒蜘蛛,名叫红背蜘蛛(学名Latrodectus hasselti),甚至会让雌蜘蛛把自己吃掉,以争取时间让更多的卵受精。因为不繁殖的生物,或者在生儿育女方面不够努力的生物,无法留下后代,或者留下了后代,却被更努力的同类挤垮了,基因代代相传的链条就断掉了。无法传递基因的生物,也无法经过自然选择的筛选。
想传递你的基因,可以多生孩子,也可以好好照顾已有的孩子。如果一头麝牛生了许多小牛,哪个都不管,它的基因基本都会葬身狼腹。这就不如少生几个,好好保护它们。如果基因能让一头成年麝牛与狼作战,保护孩子,这样的基因会传递下来。因为孩子得到了母亲一半的基因(另一半是父亲的),小麝牛有50%的可能,也具有“保护自己孩子”的基因。
跟你拥有同样基因的,除了孩子,还有其他亲戚。首先注意到这件事在生物学中重要意义的人,是进化生物学界的祖师爷达尔文。在蚂蚁中,大个头的兵蚁是没有繁殖能力的,但一个个蚁窝里都会出现兵蚁。他很快找到了答案,兵蚁不能繁殖,但它的亲戚比如它的母亲、姐妹,会代替它生儿育女。同样,我们想要肉质肥美的牛,好吃的牛会被吃掉。但肉牛不会因此绝种,因为我们在吃牛肉的同时,还会养育它的亲戚,让“好吃”这一特征延续下去。
如果一头麝牛保护的不是孩子,而是年幼的弟弟。这个“保护弟弟”的基因,同样可以存活下去。假设它是从妈妈那里得到了“保护弟弟”的基因,因为妈妈也把一半的基因传给了弟弟,它的弟弟拥有同一基因的可能性也是50%。
“鹡鸰在原,兄弟急难,每有良朋,况也永叹”,出自《诗经》中的《棠棣》,意思是说,大难临头的时候,能帮助你的是兄弟而非朋友(这个说法并不全面,我后面还会讲到,《诗经》对朋友太轻视了)。人常说“血浓于水”,认为每个人都有义务为亲戚谋福利,越亲密的血亲越是如此。在一个人破坏公共资源,照顾自己亲戚的时候,我们又会指责其“自私”“大树底下好乘凉”。好像我们都相信,对亲戚好,就是对自己好,亲戚就是某种意义上的自己,近亲尤甚。
如果从麝牛(羚羊、人,或随便什么生物)基因的视角来看,亲戚确实是“一半的自己”,或者“一部分的自己”。近亲会多些,远亲会少些。稍微做一点除法,一个基因就可以“算出”,这头麝牛和它的任意一个血亲拥有同一基因的可能性。
(当然,基因不会算数。但是自然选择并不需要基因拥有理智。那些保护了素昧平生的麝牛,或者保护“八竿子打不着”的亲戚的基因,会被保护近亲的“聪明”基因排挤掉。经过长时间的生存竞争,存活下来的基因,就可以表现得精通“人情世故”。)
昆虫国度
在近亲组成的、比较小的兽(鸟)群里,可以看到报警、打击捕食者之类让人感动的“高尚”行为。从基因的角度看,帮助亲人就是帮助自己。参与迁徙的牛羚成千上万,大多是毫无亲缘关系的,或者关系很远,基因不会“命令”牛羚去救一个素不相识的同类。批评牛羚“胆小怕事”,至少是不公平的。
虽然我们见不到羚羊群和狮子作战,但自然选择确实在另一类动物里创造了军队。布氏游蚁(学名Eciton burchelli)属于行军蚁,这3个字足以让人不寒而栗。觅食的布氏游蚁大军结成阵型,形状仿佛分叉树枝扎成的扫把。“打头阵”的蚂蚁留下气味踪迹,让随后的大部队不至于走散,体形硕大,长着镰刀状利齿的兵蚁在外围护卫,它们的利牙适合专门攻击骚扰蚁军的大型动物。小型和中型的工蚁负责猎杀和搬运猎物,有时蜥蜴和青蛙都会被布氏游蚁杀死。对蚂蚁而言,青蛙的体型和力量,必定是非常恐怖,远超过羚羊眼中的狮子。蚁群看似杂乱,其实是一个联系紧密、秩序井然的团体。幸运的是,这支军队走得很慢,无法伤人。
如果你观察群居昆虫比如蚂蚁、蜜蜂,就会发现,它们的舍生忘死和团结精神,超出人类想象。它们舍己为人的利他行为,有些让人感动,有些怪异而恐怖。
美洲切叶蚁属(Atta spp.)的蚂蚁种植真菌当食物,这项工作非常复杂,需要多种“专业工人”合作完成。同一巢的蚂蚁发展出了不同的“工种”,在体型上,最小的工蚁身长不到3毫米,负责检查菌田,去除杂菌。大一点的工蚁把树叶嚼碎,做成真菌的肥料。更大的工蚁在外面采集树叶。巨大的兵蚁体重是最小工蚁的300倍,心形的大头充满肌肉,它的撕咬非常有力,人类都吃不消。
蜜蜂蜇人以后,会扯下一部分内脏,连同蜇刺留在创口上,让它继续注入毒液。众所周知,这样一来蜜蜂自己也会死掉。虽然冒着生命危险,蜜蜂还是勇猛地发动攻击,西方蜜蜂的意大利亚种(学名Apis mellifera ligustica)和西方蜜蜂非洲亚种(学名Apis mellifera scutellata)杂交的后代,会拼命攻击靠近蜂巢的动物或人,追出几百米,因此得到“杀人蜂”的恶名。
另一种比较温情的利他行为是分享食物。吃饱的蜜蜂会把流食吐出来,给同一窝的伙伴吃,而且非常“大方”——即使伙伴不饿也要喂。这样相互谦让,结果是无处不均匀,大家饱和饿的程度都差不多。每只蜜蜂都可以了解团体的近况,如果它饿了,那么整个蜂巢的成员肯定都饿了。著名的蜂王浆,是工蜂用来喂养幼虫和蜂王的分泌物,富含幼虫成长需要的蛋白质。作为分泌蜂王浆的代价,工蜂缩短了自己的生命。
超级生物
蚂蚁、蜜蜂这种秩序井然,富有牺牲精神的群体,是动物群体进化的最高成果之一,动物学家称之为真社会性(Eusociality)。真社会性群体的中心是多产的“女王”,她生出大量不能繁殖的“工人”和“士兵”,让它们照顾幼虫和女王、筑巢、觅食以及与入侵者作战。巢穴发展成熟,“女王”就会定期生产一些有繁殖能力的“王子”和“公主”,让它们去建立新的巢穴。
既然都是一母所生,同一窝的蜜蜂都是近亲。但真社会性昆虫的“大公无私”利他精神,远远超出了麝牛和小鸟。汉密尔顿的亲选择理论能解释它吗?
大多数社会性昆虫都是蜂类和蚂蚁,分类学上属于膜翅目(Hymenoptera)。膜翅目昆虫的真社会性,至少独立进化出11次,在其他昆虫里只有白蚁一次。
汉密尔顿注意到,膜翅目有个非常奇怪的特征:受精的卵孵出来都是雌性,没有受精的卵孵出来都是雄性。他认为这就是蜂巢“超级利他”的关键。雄蜜蜂的基因量只有雌蜜蜂的一半,繁殖的时候,它把自己全部的基因都传给精子,而雌蜜蜂和其他动物一样,只把一半的基因放进卵子。
我们现在转到基因的视角,看看这种奇怪的安排,会导致亲戚的远近关系,发生什么样的变化。
假设我是一个来自蜜蜂父亲的基因,现在到了女儿的体内,因为女儿是受精卵孵化,每个女儿都要继承父亲全部的基因。你身边的每个(同父)姐妹,都会有跟你一样的基因。或者说,所有的姐妹是“100%的我”。
再假设,我还是蜜蜂女儿的基因,但我的来源是蜜蜂“女王”而非父亲,因为女儿分到“女王”一半的基因,身边的(同母)姐妹,拥有我的复制品可能性是一半,也就是“50%的我”。
把“基因来自父亲”和“基因来自母亲”这两种情况加起来,平均一下,我们就可以算出,两个(同父同母)蜜蜂姐妹拥有同一个基因的可能性:
(100%+50%)÷2=75%
对于任何一个雌蜜蜂体内的基因来说,平均而言我的姐妹都是“75%的我”。
再来看看蜜蜂兄妹(或姐弟)的情况:
我是一个雌蜜蜂的基因。儿子是未受精卵孵化的,所以我的兄弟,跟我拥有同样的“来自父亲的基因”可能性是0%。
雌蜜蜂的兄弟如果有和她一样的基因,那一定是来自母亲。母亲把一半的基因给了卵子,所以同胞兄弟跟雌蜜蜂拥有同一个基因的可能性是50%。
(0%+50%)÷2=25%
雄蜜蜂和雌蜜蜂的关系要疏远得多,共享基因的可能性只有雌蜜蜂间的1/3。
对蚂蚁或蜂类来说,姐妹是超级近亲,比麝牛的姐妹或母女都要近。如果一个基因让女蚂蚁从青蛙嘴里救自己的孩子,那它只有50%的可能性拯救了自己的一个复制品;如果是救姐妹,这个可能性就会升高到75%。在蚂蚁的世界里,养育妹妹的基因受到自然选择的欢迎,比养育孩子的基因更加兴旺。
在蜂群和蚁群里,没有生育力的“工人”和“士兵”全是女的。男蜜蜂和男蚂蚁除了繁殖,什么事都不干。如果有选择,工蜂宁可要妹妹,也不要女儿,她们甘愿牺牲自己的生殖力伺候“女王”,把“女王”的生育力提高到惊人的程度(切叶蚁“女王”每分钟生一个卵)。有个笑话说,母鸡是鸡蛋生产鸡蛋的办法,同样也可以说,蚂蚁女王是一部基因生产基因的机器。
真社会性的生物群体是如此亲密无间,一群蚂蚁就仿佛一个巨大的生物,既奇妙又可怕,工蚁是肌肉,兵蚁是免疫系统,女王是生殖系统,相互哺喂的流食是血液。甚至蚁群发展壮大之后,向外释放“王子”和“公主”的现象,都可以比喻为这个怪兽的“成熟期”。甚至有个词专门用来表示这种奇异的群体:超级生物(Superorganism)。
超级生物的利他精神,是建立在亲选择基础上的。像迁徙的牛羚一样,遇到素不相识的同类,它们也会表现得冷漠,甚至凶残。蚂蚁和人类有一个可怕的相似点:举行战争,屠杀同类。威尔逊说过“给蚂蚁核武器,它们会在一星期内毁灭世界”,他这么说,一半是开玩笑,另一半大概是真的恐惧。
讲到这里,这一节应该结束了,不用再提白蚁。但白蚁实在是太奇怪了,值得解释一下。白蚁是蟑螂的亲戚,它们没有“未受精卵生儿子”的奇怪特征,但还是演化成了真社会性昆虫。白蚁吃木头,依赖体内的微生物分解木质素。为了随时得到新鲜的微生物,小白蚁孵出来后,就不能离开同类太远。大家都“猫在一堆”,就开始在近亲之间找配偶。“近亲结婚”越多,基因的相似程度就越高,不论男女。白蚁的工蚁有雌也有雄,没有“重女轻男”的现象。
“葡萄牙战舰”与“守护天使”
因为漂浮在水面上,管水母目(Siphonophora)的僧帽水母(Physalia spp.)得到了“葡萄牙战舰”的绰号。确实,僧帽水母是由许多微小的动物组成,它们精诚合作,就像同一艘船的水手。僧帽水母顶端是一个蓝色的口袋,这是一个单独的管水母,它的责任就是充满气体,让整个动物集团可以浮在水上,被风推动着前进。在这艘船上,它就如同船体和船帆。另一些管水母是厨师,负责消化食物,再分送给同伴。还有一些管水母担任桨手,喷水推动僧帽水母前进。剧毒的触手是管水母战士,捕获食物,打击敌人。
单个管水母的身体结构很简单,但它们靠着紧密相接,扮演不同的器官,就可以造出一艘复杂精密的“船”,生物团体进化的另一个极端。参与造“船”的管水母,都是由同一颗受精卵发育而来,基因100%相同。也就是说,根据亲选择,僧帽水母的基因帮同伴就是帮自己。这是动物群体进化的另一个巅峰,可以跟蜜蜂相比,甚至比蜜蜂更亲密无间。僧帽水母既是一个大动物,也是一群小动物组成的群体。
管水母让我们不禁产生怀疑,一只羚羊(或者人),真的是“个人”吗?还是更复杂、合作更亲密的群体?
网柱菌属(Dictyostelium spp.)的生物被称为黏菌,它们不是动物,而是原核生物。平时,黏菌都是单细胞生物,单独生活,就像变形虫一样。如果环境变恶劣了,许多单细胞的黏菌会聚集到一起,抱成一团,像小虫一样爬行。这时它又像一个动物。黏菌甚至还有一个像植物的形态。黏菌们组成一根细杆子顶着一个小球的形状,像一朵花,小球里的黏菌细胞如同花粉,被风吹走,或者被昆虫带到远处,寻找适合生存的地方。
人体包含数以亿计的细胞,所有细胞都来自同一个受精卵,所以人体是由近亲组成的超级团体。虽然这么说有点恶心,但你可以把自己的每一个细胞都想象成一只蚂蚁,或者一个管水母。它们精诚合作,才组成了庞大而精致的人体。细胞之间也有精密的分工:淋巴细胞像变形虫,肌肉细胞又瘦又长,神经细胞像电线。许多细胞的形态是如此古怪,如果离开其他细胞的帮助,根本活不了。
人和蚂蚁的另一个相似之处是,大多数细胞都不能繁殖。像蚂蚁一样,我们把繁殖的任务交给了“女王”——生殖细胞。单细胞生物通过分裂来繁殖,但人体想要活下去,非常重要的一条原则就是:不能随便分裂。如果一个细胞无休止地分裂,把营养和氧气消耗光,压迫周围细胞的生存,这是癌症,最后整个人体都会崩溃。
我们拥有“防止癌症”的适应器是情理之中的事,但它是通过“自杀”来达成目的,就只能说是意料之外了。有一个基因,科学家给它起名P53,它的责任,就是在癌变开始的时候,命令一个细胞开始自杀,科学家把这叫做“程序性死亡”(Apoptosis)。这很像蜜蜂牺牲自己的生命去蜇人,用个人的死换群体的生。被深深感动的科学家,给了P53“守护天使”的绰号。这当然是细胞群体(人体)的看法,如果我是一个细胞,就会认为称之为“东厂”更合适些。
同室操戈
文学家、翻译家杨绛讲过她下乡时见到的一件趣事:每只小猪吃奶都有特定的奶头,“就餐位置”在小猪刚出生时就决定好了,绝不越界。
这倒不是因为猪懂得纪律。母猪的奶头出奶的量不同,越靠近猪脑袋的越多,有实验发现,占据了前三对奶头的小猪,要比后四对的小猪多吃八成以上。所以小猪生出来没多久,就会互相厮打抢奶吃,最后建立起一个稳定的“就餐次序”。一群动物凭打架分成三六九等,强者可以优先得到某些好处(例如食物),动物学家称之为啄序(Pecking Order)。
虽然都是同胞,但猪兄猪弟之间,只能共享50%的基因,奶吃到兄弟的嘴里,还是不如吃到自己嘴里。资本家愿意为了50%的利润冒险,小猪也愿意为了80%的奶跟兄弟翻脸。把小猪、蚂蚁或细胞联系起来的,是共同的基因利益。但个人利益的诱惑太过巨大,即使亲人之间,也不免同室操戈。小猪一出生就有尖锐的乳牙,对单个的小猪而言,这是一个适应器,可以跟同胞兄弟咬架,抢夺好奶头。对猪群或猪这个物种,却是一种有害无益的东西。小猪会相互咬伤,还可能在吃奶时扎伤母猪。养猪人想要保护的是猪群,所以现在养猪,一般都会把小猪的牙尖切掉。
在真社会性昆虫的姐妹兄弟之间,也存在利益纠葛。美国生物学家罗伯特·L.特里弗斯(Robert L. Trivers)与霍普·黑尔(Hope Hare)检查了20种蚂蚁,发现一个有趣的现象。一个蚂蚁窝产生的“公主”,也就是可繁殖的雌性蚂蚁的重量,大概是“王子”的重量的3倍。这意思不是说“公主”的数量是“王子”的3倍,因为雌性蚂蚁需要脂肪储备来繁殖后代,“公主”都很胖。单个的“公主”比“王子”重得多,但是,把蚂蚁窝这个超级生物,一次生育的所有“公主”加起来,重量会是所有“王子”的3倍。
我们前面说过,膜翅目昆虫姐妹共享基因的可能性,是姐弟的3倍。根据亲选择,如果一个基因让工蚁对“公主”优待有加,牺牲更多的资源(比如食物)来养妹妹,自然选择会偏爱它。另一方面,对“女王”来说,不管儿子和女儿,都拥有她的一半基因。让“女王”不论王子和公主,一视同仁的基因,要比偏袒哪一方的基因更好。
蚁巢里的男女不平等,其实反映了工蚁和“女王”的利益冲突,而且获胜的一方是看似软弱的工蚁。女王养尊处优,然而她其实是个“傀儡政权”,工蚁把她当成了生产基因的工具。在精诚合作的表面之下,利益冲突并没有停止。用道金斯的说法就是,动物可以表现得卑鄙自私或者亲密无间,然而,背后指使它们的“老大”基因却永远是自私的。