Interview: Evolution of New Species, Venom, Wings, and More with Sean B. Carroll

你能不能带上胚胎时期的哈基姆，给我打一针，改变指令，然后我就有了獠牙和毒液？——可以。（两人都笑了）（脉动的音乐）——肖恩·卡罗尔，欢迎来到“思想粒子”。——谢谢你邀请我。——是啊，我很高兴你能来，伙计。你是一位进化生物学家，研究新物种的起源。当我听到这个的时候，我想到了我们人类。我们在很短的时间内发生了很大的变化。我们将进化成什么样子，又是什么时候？（肖恩笑了）——天哪，我们真想知道。——是啊。——很难预测进化的进程，因为其中涉及很多因素。在地球生命的大部分历史中，地球在变化，生命也随之变化，我们就是其中的一部分。我们有点像是冰河时代的产物。但后来我们开始控制自己的环境，现在我们进入了一个全新的领域。我想说，因为我们相对容易地遍布全球，我们很容易相互融合，我认为我们的未来将是一个庞大、相互融合的种群。这与过去我们有更多孤立的情况大不相同，比如岛上的人，生活在高海拔地区的人，等等。这让我们看起来更加不同。我认为未来，基因库将全部混合，所以也许我们会变得更加相似，但我看不到任何超能力出现。——没有。——我只希望我们不要失去我们已经拥有的东西，那就是图书馆、科学方法，这些帮助我们应对的小东西。——好吧，根据斯坦·李的说法，我们进化成了“智人”，并且确实拥有超能力。在我们深入讨论之前，我们使用一些术语，有时我们经常说一些短语，这让我们觉得我们知道我们在说什么，但实际上我们并不知道。我在我的领域经历过“大爆炸”这个短语，我认为当人们听到“进化”这个词时，很多人会想，“从猴子到人。”对吧？“不可能。”让我们来谈谈进化到底是什么，以及它是如何真正运作的。——当然。进化就是随时间而变化。就这样。让它沉淀一下。它真的就只是这样。随时间而变化。所以你可以想想这两件事。我们说的变化是什么意思？嗯，那是外表的变化，是某物性质的变化，对吧？时间，时间是一个重要的因素。而时间对人们来说确实是很难理解的，达尔文对此深有体会，因为在他那个时代，整个思维模式都是关于创造或基本上是瞬间创造事物，他面临着两个巨大的挑战，那就是让人们摆脱那种思维模式，理解自然过程足以解释他们所看到的世界，并且有大量的时间可供利用。而这些是巨大的科学鸿沟，对吧？即使是达尔文认为，哦，也许世界有三亿年的历史，我的意思是，他错了十倍，对吧？比达尔文意识到的时间要多得多，好吧？所以，让我们从随时间而变化开始，我们可以从任何方向来分解它。变化是如何发生的，然后，少量的时间，大量的时间。变化的程度在某种程度上与时间成正比。但事物可以迅速变化。如果地球上的事物变化迅速，你就会看到快速的进化变化。如果地球相对稳定，你就会看到相对缓慢的进化变化。——哦，有意思。有意思。是的，因为我知道地质学上有一个时期叫做“无聊的十亿年”，就在寒武纪大爆发之前，那是否意味着地质上很无聊，所以生命也很无聊？——不，嗯，我的意思是，我认为任何地质学家都会说，地球上从来没有什么无聊的事情，因为地球发生了巨大的变化，尤其是氧气水平，这意味着生命的代谢也发生了很大变化。我认为“无聊”来自于我们的视角，那就是生命非常渺小。在那十亿年里，生命是微生物，对吧？——我明白了。——所以，如果你在那十亿年里从别处访问地球，在寒武纪之前，你可能会环顾四周说，“好吧，我看到一些藻类，我看到一些细菌。下一个。”——是啊，那不是，是的。——但我们是动物，所以我们对更大的东西感到兴奋，对吧？而动物的进化在寒武纪才真正进入快车道。然后当生命登陆时，当然，你就有了植物、树木以及我们更熟悉的所有这些东西。所以，这种视角取决于你是什么样的生物。如果你是一亿五千万年前的蓝藻，那么地球就是美好的。那是天堂。——是啊。现在有点……——现在，我得和所有这些家伙分享，是的。——还要给他们喂氧气。所以，新物种进化的想法，当一个物种灭绝时，就很明显了，它们就消失了。你怎么知道一个新物种何时出现？——这是一个很好的问题。这是一个极其好的问题。我认为我们从小就认为物种，物种的概念是相当静态的，而且非常，好像这些是界限分明的类别，就这样，没有混合或其他什么。但事实并非如此。事实上，我刚在新闻上看到，这是一个非常酷的故事，关于绿松鸦和蓝松鸦，绿松鸦来自墨西哥，蓝松鸦在美国很常见。在德克萨斯州观察到了杂交种。杂交种不像任何一个亲本。所以，当这些群体接触时，即使我们称它们为不同的物种，你也可以得到杂交形式。——好吧。——那不一定是一个人群和另一个人群之间的水泥墙。它可以是一个有漏洞的屏障。现在让我们来谈谈物种形成过程本身。当它发生时，你怎么知道有什么东西分裂成了两个？因为你必须意识到，这些种群可能很难区分。所以，如果你以山脉或河流为例，很多物种的形成是因为种群之间的隔离。——对，是的。——所以，让我们稍微回顾一下过程，说，好吧，山脉，或者你在不同的岛屿上看到什么。所以，如果你开始有两个非常相似的种群，并且随着时间的推移，它们之间存在隔离，它们生活在某种屏障的两侧，你怎么知道它们是不同的物种？——是的，那个开关什么时候会翻转？——这不是一个开关，因为，首先，我告诉你它是一个有漏洞的屏障，其次，这取决于时间。它们之间是否有少量的相互融合，这会使这些屏障降低？所以，我们人类喜欢分类。将事物归类为物种很有用，但我们不希望人们认为这些事物是某种绝对的、完全独立的种群，因为它们可以混合。然后在物种形成的过程中，这是一个种群逐渐分离成两个的过程。所以，物种形成是分裂。一个变成两个。而这在生命之树上到处都在发生，对吧？——是啊。——而且它可能由两个种群经历的不同条件驱动。所以，也许想想山坡上，那些适应树线附近或以上环境的生物，与生活在树线以下的生物不同，最终它们会分开。我们可以看到像昆虫这样的东西正在发生。但没有生物学家可以走进来，说，“好吧，就是今天。就是今天物种形成发生的那一天。”这是一个渐进的变化。对于某些种群，比如动物，它可能是一个长达两百万年的过程，基本上变得如此独特，以至于无法回头。——你刚才给我脑海里描绘了一个电影，一个实验，你有这些，你把一个物种分成两个岛屿，然后几代科学家观察它们，然后你就可以说，“啊哈！2027年7月8日。”但即使你这么做了，你会通过让两个成员配对来看吗？你会通过看它们的基因来确定它们是不同的物种吗？你怎么知道？——我认为，从功能上讲，我们会说两件事。如果它们不配对，好吧，那就这样了，它们是分开的。如果它们不配对，就无法挽回。或者如果它们配对，但它们的后代没有活力或不育，那就这样了，好吧？但通常情况是，我的预测是这样的。假设我们用两个岛上的鸟来做这个。这在自然界已经发生过几次了，对吧？科学家们在那些岛上待了很长时间，一万年，五万年，十万年。我认为当你做这个实验时，它们仍然会配对，它们的后代仍然有活力，二十万年，三十万年，四十万年。也许在五十万年，一百万年后，好吧，现在也许它们开始，它们的行为足够不同，它们不会配对，或者它们的基因足够独特，以至于如果它们配对，后代就没有活力。所以，这是时钟漫长而渐进的滴答声，我们所说的时钟滴答声是，在隔离的情况下，突变发生在种群中，性状发生一些变化，等等。所以最终，行为或生物学可能足够不同，以至于你无法将它们重新混合在一起。但有一个漫长的窗口，事情是可渗透的，对吧？——是啊。——你开始时的问题是关于我们。在过去20到25年里，最令人震惊的发现之一是尼安德特人对智人的贡献。——对，对，是的，是的。——所以很长一段时间我们都认为，“好吧，这是我们的物种。我们与其他一切都不同。”对吧？——是啊。——但现在我们知道，我们大多数人身上都有一点尼安德特人的基因，对吧？——是啊，还有丹尼索瓦人。——是的，没错。所以，它的历史比简单的分裂、分裂、分裂要复杂得多。生命之树的方便图景是，你不断地将物种分裂成两个，一个变成两个，有些灭绝了，有些继续存在，等等。但这些分裂，它们会重新接触。——啊，没错。——它们为什么会重新接触？嗯，它们会重新接触，因为我们的地球在变化。想想这里的冰河时代。北美有多少次被冰盖覆盖？所以，这将驱动生命——南。——进入避难所。进入没有被冰覆盖的地方，事物会混合在一起，然后冰盖又收缩，事物又会扩散开来。这个种群在落基山脉的一边，那个种群在别的地方，然后冰又来了，又回来了。所以，随着地球的变化，种群会被分开，也会被拉到一起。所以，物种形成，我们就称之为“混乱”。——是啊，而且不仅如此，我们还有——它不是一个干净的从一到二的分裂。——是啊，而且你刚才指出的另一件事是，这些地质变化如何驱动它，而且自从智人拥有文明以来，我们一直相当稳定。我们没有经历过像超级火山和冰河时代这样重大的地质剧变。所以，我们现在认为的正常，其实并不是正常。——是啊，是在一个很短的区间里，对吧？——是啊。——我的意思是，文明持续一万两千年，或者至少是农业和驯化以及所有这些东西，对吧？——没错，是啊。——但我们的物种已经有三十万年的历史了。——对，所以他们看到了。——他们看到了很多严重的事情，并且经历过瓶颈。我的意思是，我们可能已经减少到，我不知道，也许一千两百对繁殖对。——我听说了，是的，大约九十万年前，我们减少到大约一千三百对。——是啊，在一些气候压力下。让这一切成为我们的教训。——它持续了大约十万年。但它也说明了我们的韧性。我们挺过来了，而且我们比那些嬉皮士拥有更多的技术，对吧？我的意思是。——是的，我们有。我们绝对有。——这个播客来自NOVA的制作方。NOVA由Carlisle Companies提供支持，这是一家创新的建筑围护系统制造商。建筑物的能耗占总能耗的三分之一以上，Carlisle的节能解决方案旨在减轻能源网络的压力。例如，Carlisle的UltraTouch Denim Insulation由可持续回收棉纤维制成，可提供能源效率，同时易于处理和安装。由80%回收牛仔布制成，UltraTouch每年可将近2000万磅的纺织品废料从垃圾填埋场转移出去。Carlisle在北美运营，致力于建设一个更可持续的未来。请访问carlisle.com了解更多信息。所以，生命中发生了许多转变，我们听到的这些故事，对吧？从陆地到空中，动物从海洋到陆地又回到海洋。甚至有一种说法，人类是水猴子。还记得那个说法吗？——是啊。偶尔会在我讲的研讨会上提到，但是——哦，不会吧！是的，是的。那么，这些转变是如何发生的，需要多长时间？如果一个四足动物要变成鲸鱼或海豹，然后你有了像水獭这样的动物，它们介于两者之间，这是怎么回事？——嗯，那是古生物学家，那是与我不同的一个分支。我不是化石猎人。你有一个非常——所以，那个故事写在哪里——是的，那个故事就在化石里，我认为这是合理的，我认为估计，让我们看看一个大的。让我们看看有脊椎的动物登陆。所以，鱼到陆地，对吧？从鳍到肢，用肢体行走。这需要更长的时间。还有很多物种形成事件。你不会一步就从鱼变成两栖动物。你不会一步就从地面生活变成飞行。粗略地说，根据各种事物的化石记录，我认为执行这样的变化需要10到15到20年，因为有很多解剖结构在变化。如果你看看骨骼的全部重塑，你从非常像鳍的东西变成了一个我们认为更像爪子的东西，是的，这需要一段时间。但古生物学家们正在寻找那些标志着这种转变的化石，而这，再次强调，在过去的30年里，一直是古生物学的一个黄金时代。——嗯，这让我想起了你看到的动画。动画展示了一条小鱼，然后它们来到陆地上，然后变成两栖动物，然后变成爬行动物。——是啊。——每一步都是——是的，这是加速的，但我们知道有一些生物生活在浅水区，然后可能在浅水区进行一些空气呼吸，你可以开始想象，因为其他事情也在发生。不仅仅是四肢在变化，例如。你必须记住它们必须呼吸空气，所以它们必须从鳃变成肺。你认为——是的，所以很多变化——需要多长时间？——会同时发生。——是啊，很多事情都在变化。然后你可能会看到眼睛和头的位置从可能在这里变成在上面，或者朝前。我最近学到的是，四肢从向外张开变成直接在下面。——是的，你必须支撑，因为你来了，重力不同，对吧？你来到陆地上，你必须支撑整个身体，而否则你就是在水中漂浮。——那么它是如何发生的呢？所以，所有这些变化，从鳃到肺，从鳍到肢，我想如果你在水中，那么你的身体必须进行某种盐度平衡的调整。——没错。生理学也在变化，等等。是的，是的，是的。——那么那些——饮食也会改变，对吧？整个事情，对吧？你要吃的东西会改变，整个事情，对吧？是的。事实上，可能是食物驱使你上岸，对吧？有时在食物短缺时，你会发现陆地上有东西可以吃。——或者你就是食物。我们快走吧。——绝对。我们快走吧。——就像飞鱼一样，它是怎么进化的？——所以，事物在驱动事物。——但是什么从内部驱动它呢？所以，进化的故事是，你有一些优势让你成为成年并繁殖，这样你就能把这个性状传下去。——没错。——所以，这个性状在整个物种中会有一些变异。所以，它是非常缓慢的，尽管对你来说很快，还是说这些突变正在发生，然后突变发生，然后，“嘿，看！我们突然取得了一个飞跃！”——它不是跳跃式的，你知道吗？我认为一百年前，我们曾考虑过事物可以跳跃式地移动，但实际上并非如此。当我们真正分解这些转变时，有很多解剖结构在变化，有很多生理机能也在变化。而且它是渐进的。而且这种渐进不是，哦，这一代好1%，下一代好2%。那也相当快了。必须有许多协调一致的变化，而且我们也看到，当这些事情发生时，一些谱系会灭绝。你可以看到有些东西正在接近，但那个分支没有成功。是其他的东西做得更好，并且是最终我们在陆地上看到的东西的更直接的祖先。所以，这是一个充满灭绝的过程，因为在千万年的时间里，有很多灭绝。很可能大多数物种只存在一百万到两百万年。——哦，哇。好吧，等等。所以有两种灭绝的方式，对吧？——我只想把这个画面弄清楚。它不是一条单行道。那条开始走向陆地的线，就像一个超级谱系之类的。它也会经历灭绝。分支会死亡，等等。这是一个混乱的过程。——那么精神上的改变呢？比如猿类从南方古猿变成能人，现在你在制造工具，你在设计工具，你发明了多部件工具。那是怎么回事？——那是个很好的问题。天哪，我们真想知道很多细节，对吧？但是，看看，我们所知道的是，大约两百五十万年前，我们开始制造工具。那是精细的运动技能，对吧？而且我们的生活方式更加依赖视觉。所以，相对于其他哺乳动物，你可以看到的一件事是，我们的视觉系统，我们投入相当多的脑空间用于视觉，例如，用于嗅觉的就少。所以，如果你把它与那些可能在地面上行走的哺乳动物相比，即使是我们最喜欢的伴侣，比如狗等等，它们也投入了大量的脑空间和大量的基因来帮助它们通过嗅觉来感知世界。我们是通过视觉来感知世界的。——这是因为我们直立吗？因为你把它和地面联系起来了。——我们直立，所以我们离气味更远，因为如果你生活在靠近地面的地方，如果那里有你的食物，你正在寻找气味踪迹，那里有你的伴侣，对吧？所以，只是，我的意思是，无论你想到啮齿动物还是犬科动物之类的，靠近地面，用鼻子感知世界。看，我们用狗来探测东西。它们在这方面比我们好得多。嗯，它们有更多的嗅觉受体，它们投入更多的脑空间来探测这些气味。嗯，我们采用了不同的生活方式。我们实际上放弃了许多我们远古祖先拥有的嗅觉能力。你以后可以问我，我们如何看到其中一些遗迹。我们过着更视觉化的生活方式，而类人猿拥有全彩视觉。所以我们处于一个————这不寻常吗？——非常不寻常。所以，其他哺乳动物没有，好吧？所以，大约在两千五百万到三千万年前，我们进化出了另一种视网膜光感受器，它连接到了我们的大脑。所以，例如，我们可以区分红色、绿色、蓝色。嗯，在丛林中吃叶子时非常有用，你可以分辨出成熟的和未成熟的叶子，等等。所以，我们看到的是全彩。正如我所说，我们是更具视觉性的物种，我们已经放弃了那种以嗅觉为驱动的生活方式。所以，当你谈论变化时，这体现在各种方式上。在大脑中，有多少用于视觉处理，有多少用于嗅觉处理。在基因组中，老鼠或狗可能有上千个嗅觉基因。我们已经禁用了数百个。你仍然可以在我们的基因组中看到它们。换句话说，我们知道它们存在于我们的祖先身上，这些是微小的化石文本。它们就像被删节的文本，几乎还在，但随着时间的推移，其中积累了错误。这是一种回顾我们过去的方式，我们DNA中有化石化的基因，这告诉我们我们祖先的生活方式。——所以，如果由于某种外星入侵或其他什么原因，我们发现，哦，我们最好把头放在离地面四英尺以下，我们仍然有那个古老的基因组可以回到嗅探——是的，我们得做些修复，当然，现在我们有技术来做这些修复，来改变我们自己的DNA。但是，是的，生物的生活方式和它们祖先的生活方式，这是我们几十年前没有想象到的，那就是在DNA中，我们可以看到过去的遗迹，可能不再使用了，但其中一些文本仍然存在于DNA中，这是回顾并说，“嗯，我们的祖先在做什么，而我们不再做了？”——那么趋同进化呢？所以有很多物种会飞。所以我们有昆虫会飞，我们有会飞的爬行动物，我们有会飞的哺乳动物。所以，所有这些都创造了一种翅膀，不一定是相同的物理原理。——不。——那么，翅膀是如何形成的呢？我是一个四足动物，但我现在觉得我需要飞。我如何从我变成我，但有翅膀？——嗯，它们都做得不一样。所以，翼龙，你提到的恐龙，以及鸟类，它们本质上也是会飞的爬行动物，还有蝙蝠，解剖细节都不同了。它们都必须创造这个，它们必须创造某种表面来捕捉空气。——这是基因的吗？激活这些的基因部分？——它们都做得不一样。——它们都做得不一样。——好吧，但它们都改造了前臂。所以它们都用了这个，但它们制造蹼，基本上创造翅膀表面，是不同的。所以，你可以把它展开得更宽一些。你可以创造一个，我得稍微回忆一下细节，我得查一下，但是蝙蝠、鸟类、翼龙，这就是为什么我们知道它们都是独立的发明，那就是当你观察翅膀的设计时，它们使用前臂解剖的不同部分来创造翅膀表面。你正在发明一个翅膀，你从一个相似的起点开始，但结果是它们设计了三种不同的途径，蝙蝠、鸟类和翼龙来制造翅膀。现在，新颖性的起源，我感兴趣的普遍事情，以及许多进化生物学家感兴趣的事情是，好吧，看看完成的翅膀，然后说，“哇，看看那些翼龙，太棒了！蝙蝠，太棒了！”但是，这到底是怎么发生的呢？——是啊，怎么才能做到？——这是一个问题，它确实是进化生物学的核心。它从一开始就困扰着达尔文，因为他会看着这些东西，然后说，“嗯……”他描述的进化是一个非常渐进的过程，如果你想到眼睛或翅膀，那么半个翅膀或半个眼睛有什么用呢？对吧？所以，你怎么才能做到呢？所以，你必须开始思考，也许它首先是一点点膜，它是一个滑翔表面，在你拥有动力飞行之前，对吧？我们想到会滑翔的东西，比如滑翔的松鼠。甚至有蛇会滑翔，对吧？——哦，天哪，是的。——所以，我们必须思考中间阶段的价值，当然，古生物学家们正在努力通过实际找到告诉我们这些中间阶段是什么样子的化石来帮助我们。所以，从鳍到肢的转变看起来相当不错。到翅膀就有点难了，比如蝙蝠的翅膀，我的意思是，那些化石很难找到，比如蝙蝠化石或蝙蝠的近亲之类的。我们有大量的鸟类化石，我认为，我们对羽毛的进化有一个相当好的故事，因为我们认为，这是我将要跳进去的另一件事。当我们想到羽毛时，我们想到的是飞行。但你现在可能从发现不会飞但有羽毛的恐龙那里知道了，哦，羽毛在飞行之前就存在了。所以，让我们来思考一下，对吧？因为，再次强调，人类来了，我们像工程师一样思考。“好吧，我想飞起来。我怎么才能飞起来？”我们设计它，但那是进化。——不。——不，不，进化必须以某种方式即兴发挥，对吧？而羽毛只是进化过程的一个很好的例子，因为它们最初不是为了飞行而存在的。它们可能是为了保暖，也许是为了展示，也许是为了伪装，等等。但当你开始制作这些翅膀或什么的，现在你就有了一些可以捕捉空气的东西，然后你开始进化出飞羽。——你就像，“嘿。”——所以，羽毛是这个过程的一个很好的例子，在生物学中，我们称之为“协同作用”。我们使用一些最初用于其他用途的东西，然后将其协同作用于另一个目的。所以，进化必须利用现有的材料。它不能从零开始发明。事实上，进化不是从零开始的。它总是必须利用现有的材料，所以，随着时间的推移，它会找到一种方法。——甚至不是通过突变？即使不是通过突变，你也不能？——哦，不，不，突变就是它。所以，突变就是给你提供动力的燃料——不，我的意思是，比如说，你能有一个突变，让你的孩子突然出生，然后它有羽毛？（哈基姆笑了）——那是一大步。——或者像羽毛一样的……——你可以有一个孩子，这更多的是关于，如果你已经有了，例如，如果你已经有某种羽毛状结构，是的，你可能会有一个孩子全身都是羽毛，好吧？——对，是的，是的。——但要凭空创造一根羽毛是很棘手的。——这不会发生。那么，关于去除东西呢？因为如果我们看看从鱼到陆地脊椎动物的转变，鱼可能有一个背鳍。那么那个背鳍去哪儿了？——东西一直在消失。这是一个很好的问题。这是一个很好的问题。因为我们经常认为进化是一个积累新东西的过程。我们一直在丢弃东西。你可能会注意到，我们的尾巴在哪里？——是啊，没错。它不见了。——对吧？对，不见了，对吧？因为我们所有的亲戚都有尾巴，对吧？——对。——所以，我们停止了那个发育过程的一部分。我们有制造尾巴的能力，但我们没有制造它，好吧？——对。——所以，这在进化中一直在发生，就是东西的丢失。——你认为这更常见吗？是比重新利用更常见吗？——是啊，我可能会冒险说，丢失一直在发生。因为随着条件的变化，这基本上是进化中的“用进废退”原则。——你认为我们的设计或动物的设计背后有什么效率原则吗？——是啊，是啊，因为制造那个身体部位是有成本的，或者操作那个身体部位也是有成本的。所以，如果它没有为性能做出贡献，那么逻辑就是，抑制其形成或减小其尺寸等的突变，对我们来说要么没有成本，要么实际上是有益的，因为我们不会浪费精力去建造那些不影响我们性能的东西。所以，这些东西就消失了。它们随着时间的推移而消失。所以，进化，我们无法为未来做计划，对吧？所以，我们没有保留我们的尾巴，以防万一我们可能需要它们，好吧？对吧？——是啊，是啊，是啊。——它不能等待。它不能改变。这一切都是在当下权衡的。所以，那些能增强我们性能或对性能至关重要的东西，我们会保留。这就是自然选择的作用。但那些不影响性能、生存、繁殖等的东西————把它去掉。——这些东西就消失了。是的，是的。所以，当我们回顾进化时，丢失是非常普遍的。我的意思是，看看那些以丢失为标志的生物。我最喜欢的群体之一是蛇，对吧？——哦，没有腿。——那些腿在哪里，对吧？嗯，它们变成了穴居生物，一种全新的生活方式。所以，它们从蜥蜴进化而来。所以，它们从四足动物进化而来，但你有一整群动物，它们只是抛弃了它们的腿，对吧？也抛弃了它们的耳朵。——哦，天哪。——是啊，蛇也没有耳朵，对吧？——对。——所以，是的，丢失相当普遍，同时——所以蛇相当高效。——蛇相当高效。——它们只是把自己简化成一条带肌肉的管子。——变成一条管子，是的，它们是一条管子，有很棒的肌肉。但它们一直在发明毒蛇。——毒液，是的。——在过去三四千万年里，毒蛇在发明各种毒液方面非常有创造力，以捕获它们的猎物，这是我们在整个动物界都能看到的另一个例子。独立的例子，你知道蜘蛛毒液，你知道蜜蜂毒液，你知道蝎子毒液，你知道有毒的水母等等，都是毒液的独立发明。——哇。——所以，这些是新分子的发明。发明一直在进行，但这有助于那些动物获得晚餐，这是进化中一个非常强大的力量。如果你有办法捕捉猎物，有办法获得食物，这就好像进化在快进一样。——所以，语言对人类来说就像其他动物的毒液，对吧？因为我们可以合作并捕猎这些——在我们今天的文化中，语言非常像毒液。是的，我认为你正在做这个类比。但是，是的，毒液是这些动物拥有的特殊力量，而且对它们日常生存至关重要。是的，语言是我们想出来的东西，直立行走和语言，非常重要的发明，你敢打赌，还有发声来形成语言。——那么，让我们更深入地探讨这些转变。所以，我们有了脊椎动物从海洋到陆地的转变。所以，有时我会想出一个疯狂的想法，它对我来说很有道理，然后我稍后会去查。所以，我提出的疯狂想法是，嘿，我们有一个从嘴到屁股的管子。我们都是蠕虫。我们只是在这个管子周围进化出了额外的东西。但后来我查了一下脊椎动物的起源，故事是关于某种滤食性动物决定不变成成年体，而在其幼虫阶段，它就像一只小蝌蚪，然后变成了第一个脊索动物，最终变成了像七鳃鳗一样的动物，然后有了脊柱，然后登陆了。这是一个惊人的故事。——这是一个惊人的故事。是的，那些早期脊椎动物的阶段，追踪起来有点困难。再次，这取决于化石记录有多好。当我们稍晚一些，化石就很棒了。鱼类记录，然后鱼类向陆地转变的记录，这要归功于一些勇敢的古生物学家，他们去了世界的偏远角落，我们现在拥有比25或30年前更丰富的化石记录。——真的吗？——是啊，哦，是啊，哦，是啊。不，我们比以前看得更清楚了。——哇。——是啊，所以我想突破性的化石可能是叫做Tiktaalik，由Neil Shubin发现。——等等，TikTok？——Tiktaalik，Tiktaalik。不，不，它与社交媒体应用程序无关。它与因纽特语有关。它是为了纪念因纽特人而命名为Tiktaalik的。这是在北极发现的一块化石，如果你必须画一条鱼和四足动物之间的过渡性化石，就是它了，对吧？这就是你梦想出来的，它是一种复合体，或者如果你有，我们称它们为鱼类和四足动物，四足动物，你可以说Tiktaalik是鱼足动物。在我详细介绍之前，让我先告诉你它的意义，宏观意义。当达尔文写《物种起源》时，他知道他的理论有很多预测，其中一个预测是，动物的大群体之间应该存在中间生物。但他没有。我的意思是，他基本上是在拿他的理论冒险，他在书中承认，他说，“如果找不到这些，我的理论就会被粉碎。”——嗯，这很棒的科学。他提出了一个可证伪的预测。——绝对，而这使得《物种起源》成为有史以来最杰出的科学著作之一，因为它明确分析了他自己理论的所有弱点，比如证据上的漏洞在哪里。——那太好了，是啊。——现在，令人惊讶的是，在《物种起源》出版两年后，有人在德国的一个采石场发现了一种叫做始祖鸟的生物，你可能听说过，它具有爬行动物和鸟类的特征。这非常符合达尔文的理论。150年后，差不多150年后，尼尔·舒宾和他的同事们，经过大量搜寻，在北极发现了一种具有过渡性特征的生物。它的眼睛长在头顶上，好像在向上看，而不是左右看，但它的四肢正在发生变化。所以，要登陆，鱼的生活方式必须发生很大的变化。它需要四肢来支撑动物的体重，因为它是在四足行走，而不是在水中漂浮，那些有关节的脚趾，而不是你想象中的笨拙的鳍。如果我们看看陆地上的海豹，它们看起来并不那么敏捷，对吧？——对，对，是的。——好吧？如果你有一个更灵活的爪子——所以它有脚趾？——是的，它有脚趾的骨骼结构。这就是我们在Tiktaalik身上看到的，因为它是一种过渡性生物。它不是一个完全成熟的四足动物，但它正朝着那个方向发展。这就是我们能从它身上看到的。它有一个可以移动的脖子。——哦，鱼没有脖子。——不。——是啊。——它有脖子。怎么样，对吧？——哇。——所以，这些是明确的迹象，它肯定不是鱼，也不是一个完全成熟的四足动物，但你可以看到它正朝着那个方向发展。这就是为什么它如此 remarkable，我们称之为过渡性化石，因为它确实标志着两个群体之间的大转变。我们谈论的不是两个物种之间的转变。我们谈论的是鱼到四足动物，这是其中一个大转变。——对，对，对。如果我能在这里插入一下，当人们批评进化论，他们想不相信它，他们会指出，他们说，“哦，我们看到微观进化，是的，但不是宏观进化。”你所描述的就是他们所说的宏观进化，宏观进化的证据。——是啊，你看到了大群体、大分类、大类别之间的巨大转变，在这种情况下是动物，你看到了这些过渡性形态。所以我只是在描述这个生物的特征，它告诉你一些关于它的生活方式，以及它与鱼有什么不同，与四足动物有什么不同。但进化过程也在发生。你的身体如何变化？身体如何进化？现在这是一个非常有趣的领域。再次，50年前，你无法说太多，那是因为发育过程，从卵子到完整个体的形成过程是一个黑箱。我的意思是，我们可以在显微镜下观察它，观察青蛙卵的发育或其他什么，但我们只是旁观者。我们只是看到——所以你指的是卵子、胚胎的过程？——是的，一直到动物，一直到无论是幼年还是成年动物，那个过程，我们可以观察它——我猜我想问的是，所有这些都是在那些最早的阶段就定下来的吗？因为我们谈论人类在子宫里有鳃，当我们开始的时候，但最终我们会变成一个成熟的人。——没错。没错。所以，这个发育过程，让我们花点时间来欣赏一下，因为它几乎是我们身边每天都在发生的日常过程。你提到了青蛙卵，你在池塘里看到一个青蛙卵，它即将成为地球上最壮观的景象之一。从一个单细胞卵子变成一个完整的个体是 remarkable。我看了数百万次，从来没有厌倦过。——仍然 remarkable。——仍然 remarkable。当然，任何有过孩子的人，你都会想象所有这些阶段，如果你看超声波，你会想，“哦，我的天哪，看看这个即将到来的生命，它将成为如此 remarkable 的东西。”所以，我认为如果我们只是欣赏这一点，然后说，这一定是我们可以想象的最复杂的事情之一，但它却是日常的，对吧？无论是橡子变成一棵树，还是卵子变成一头大象，每天地球上都在发生这个发育过程。而且，直到我开始说大约40年前，我们才真正了解它，我们才开始了解发生了什么，卵子中发生了哪些化学变化，开始塑造组织、器官、形态，并开始说，“好吧，这里来了一个生物。”了解发育是生物学的一场巨大革命。从进化的角度来看，发育为什么重要？因为是发育的变化让你产生了不同种类的生物。这就是过程。如果你想制造一个脖子更长或四肢更短的生物，所有这些都将在发育过程中发生。所以，进化中实际被调整的过程就是发育过程。所以，如果你想了解进化是如何运作的，你就必须了解发育是如何运作的。这是我年轻时作为一个生物学家做出的决定。我说，“好吧，我想知道进化是如何运作的，”我首先成为了一名发育生物学家。我想了解胚胎发育过程，而通过了解这一点，这意味着，例如，所有必要的遗传成分，要制造一个完整的生物，让一切顺利进行。正如我所说，你看到我脸上的笑容，因为它很壮观。它很 amazing。我认为很多人在与进化作斗争时，他们会觉得，它似乎很难，很难想象如何从鱼变成两栖动物之类的。嗯，让我告诉你，从一个单细胞卵子变成一个拥有37万亿个细胞的成年人，这很难想象。——对，是啊。——好吧？——我的意思是，我们基本上是从液体开始的。——是的，没错。但我们可以看到它。这就是关键。我们可以亲眼看到它，对吧？而我们只是看不到进化。它发生在过去，它埋在岩石里，等等。这对我们来说有点难。这是令人难以置信的时间。——没错。——但无论是白天、一周、一个月还是九个月，我们都可以观察生物的发育，现在我们可以进去，我们可以对其进行调整，我们可以确切地了解这个过程是如何展开的。这是一系列 remarkable 的见解——你在实验室里怎么做？你有没有某些物种，比如，老鼠经常被使用？——是的，我们必须归功于应得的，而理解发育的主要催化剂是果蝇。——总是在嘴里的果蝇。——果蝇，是啊。嗯，让我告诉你，果蝇宝宝付了我的房贷，好吧？所以，这就是为什么我们必须归功于应得的。果蝇，果蝇的优势，生命周期非常短，只有几周左右，你可以把它们放在一个小空间里，而且它们便宜，但它们是复杂的动物。所以，你有一个像那样的小动物。它构建了所有这些组织。它有翅膀，有四肢，有一个小心脏，有一个大脑，有一双眼睛。所以，我们可以观察这些生物的发育，我们可以改变发育过程中发生的事情。——所以，我猜它发生在像卵子、蛹这样的转变中。——卵子、幼虫、蛹、成虫，是的。——所以，你是在扫描幼虫——当然。——然后看里面？——我们可以把所有这些阶段放在显微镜下观察。但赋予我们力量的是遗传学方法。所以，遗传学方法是，我们故意诱导果蝇的突变，并开始研究出现的有趣果蝇。所以，像最著名的果蝇之一是，有些果蝇的头上不是触角而是腿。——哦，天哪。那听起来没什么用。——不，但它是一个实验室突变体，除了它是一个极其有用的实验室突变体，因为那是完全形成的腿，而不是触角。然后你开始想，“你怎么把腿放在触角的位置？”然后你绘制出这些突变的位置，它指向一个单一的基因，而那个基因恰好是一个协调发育很大一部分的基因。——那么，让我们谈谈过程。你是盲目地进行基因改变，看看结果是什么，然后回头看基因组，是这样吗？——宾果。没错。而且你挑选那些有趣的果蝇，对吧？你说，“也许我有一只果蝇改变了眼睛的颜色。”我去绘制出它发生在哪里。但在这个例子中，我拿了一只头上长着腿的果蝇，然后我说，“发生了什么？”——那么，让我问你一个问题。在天文学中，我更了解，发现爆炸的恒星和移动的物体，如小行星的一种方法是进行图像减法，所有保持不变的东西都会消失，唯一剩下的就是改变的东西。DNA也是这样吗？——逻辑上，它非常相似。对于遗传学家来说，它可以绘制出突变，因为它能弄清楚基因组中变化发生在哪里，而且你可以以一种低分辨率的水平做到这一点，就像染色体水平一样，说，“我认为它在这个染色体部分。”现在有了DNA测序工具，我们可以直接测序动物，然后说，“就在那里。就是那个变化。”父母没有，这个有——等等，你这么说很容易，伙计。当我看着这些DNA序列的图像时，我只看到条形码，我只看到点。——是啊，嗯，我们需要电脑的帮助来筛选所有这些DNA。但是，是的，我们现在可以通过测序DNA来精确定位突变。如果你拿一只没有变化，触角位置正确的动物，以及一只头上长着腿的动物，你就能看到区别。1983年我进入这个领域时，我们做不到。——明白了。——我们没有那些工具。我们现在有了那些工具。所以，这是一场漫长的征程。

在那些日子里，走向发现。但那些发现，真正重要的是，它教会了我们有一个基因的子集。所以果蝇可能有 14,000 个基因，差不多是这样。有一小部分基因在某种程度上协调了发育，对发育产生了非常大的影响，如果你弄坏了其中一个基因，就会发生奇怪的事情，比如有些基因你会发现只有一半的节段。所以如果你看过昆虫，你可能也在盘子里看过龙虾，不管是什么，它是分节的，对吧？它有胸部的节段，腹部的节段。所以有些基因在果蝇身上，你弄坏了它，它就会出现一半的节段，对吧？或者有些基因你弄坏了，它就没有眼睛。——哦，哇。——所以你得到一只无眼的果蝇，一只成年的无眼果蝇。那么，这有什么帮助呢？嗯，我们绘制了无眼基因的图谱，它告诉我们制造眼睛所需的基因。然后，这将是这次谈话的另一个方向。然后你知道什么让我们震惊吗？人类拥有相同的基因，当我们突变时，人类就没有眼睛。——我正要问这个问题。它会转化为其他物种吗？——是的。没人预料到。——所以这意味着制造眼睛的基因早于分裂。——没错。完全正确，这是正确的推断，对吧。这让我们震惊，没人预料到。你想象一下果蝇的解剖结构，人类的解剖结构。听着，我有一个博士学位。我本来要去从事这项工作，我的导师说：“你研究果蝇，你就等于走到了世界的边缘，因为你找到的任何东西都与制造像我们这样的毛茸茸的动物无关。”这就是当时全世界存在的偏见。然后一小群研究果蝇的人说：“嘿，看看这个基因！嘿，看，你们也有，我们也有。哦，天哪，弄坏了它，我们也看不见了。”——那四肢呢？比如头上的腿。所以鱼有鳍，节肢动物有肢体。所以它们有一个共同的祖先，肢体基因存在，你可以操纵它吗？——没错，实际上在我实验室里已经证明了。——不会吧！——那个共同的肢体承载者。是的。——我来得太晚了，没能获得作者身份或认可。——是的，1997 年。如果你在 96 年来到我的实验室，你就会做到了。再次，这让我们感到惊讶，因为当时的教条是这些肢体都是独立发明的，对吧？因为果蝇的行走腿是一个中空的结构，它在上面行走，而我们的肢体中间有骨头，等等。但本质上，作为从身体主体伸出的附肢，这些指令可以追溯到 5 亿年前，而这些只是在你和我身上与果蝇不同地展开。所以果蝇是通往整个动物王国的通行证。——哇。——没人预料到，但我笑了，因为我冒险了，正如他们所说，这得到了丰厚的回报。——它得到了回报。但除了现在允许我们研究各种生物的发育之外，它还允许我们研究进化，因为我们发现了这些构建身体和身体模式的基因。再说一遍，这是一小部分基因，它们基本上是为此而存在的。很多基因，它们只是在运行正常细胞的生理功能。但有一些基因是专门用于塑造身体的。它们影响身体部位的数量、大小、形状、颜色，而这正是进化中真正有趣的东西。所以我们开始研究看起来不同的东西，无论是昆虫与其他节肢动物，还是蝴蝶与果蝇，你如何获得斑点翅膀之类的东西？然后我们开始弄清楚，哦，你如何创造新事物？总的规则是，我将告诉你突破，总的规则是，基本上你采用旧基因，然后以新的方式使用它们。——好的，好的。——这不是一个简单的陈述吗？——这是一个非常，不需要新的创造。——天哪，如果我知道这一点，我就可以去华尔街，跳过我整个生物学生涯。但事实证明，这是一段更好的旅程。是的，这也告诉我们为什么这些基因在数百年、数亿年里得以保存，因为它们在不同的生物体中以新的方式使用。——说起这个，我们提到了我们如何在人类身上发现了尼安德特人 DNA 和丹尼索瓦人 DNA 的证据，但我们体内有更多的病毒 DNA，对吧？那么这是病毒感染发生在整个进化过程中的动物的结果，还是都是早期的？——哦，不，不，它一直在发生。是的，是的，是的，是的，是的，是的。所以我们会看到病毒通过 DNA 传播的这些遗迹。我们在各种进化谱系中都看到了这一点，而且它可能随时重新发生。——嗯，我第一次注意到它是在最近一次发现中，我们神经的鞘，它允许快速、长距离的神经信号传输，是从病毒那里继承来的。所以说，我不知道病毒需要那个。——是的，是的。但我们劫持了那些遗传信息，并以新的方式重新利用了它们。这就是我的意思，这种重新利用，这种共同选择。所以我们可能会采用动物的身体构建基因，并以新的方式使用它们，事实上，这就是蝴蝶如何在翅膀上产生斑点。你见过长着大角的甲虫吗？——是的，是的，是的，有角的甲虫。——好的，它们采用了肢体构建基因，并在头部激活它们，从而在它们的角上制造出类似附肢的东西作为例子。但我们也劫持了那些病毒物质，并将其用于，它只是可以被使用和重复使用的材料。——斑点和条纹，条纹和斑点呢？最初是什么？——嗯，斑点，蝴蝶身上的斑点制造程序实际上使用了一点肢体制造程序，但它启动得非常晚，好吧？所以如果你只是在建造，如果你有胚胎，它只是一个昆虫胚胎，它们通常看起来像小小的迷你足球，好吧？就像一个没有形状或形式的椭圆形，没有特定的组织，等等。当你激活肢体程序时，你就会制造出肢体，并制造出身体的基本肢体。但几天或几周后，当你有了蛹，并且已经制造了肢体，已经制造了翅膀，在翅膀上激活那个肢体制造程序，将其与色素沉着程序联系起来，这样你就建立了一个新的联系，并制造出斑点图案。——你刚刚把一个全新的领域引入了这个对话。不仅仅是打开和关闭基因。现在你可以连接它们了。——你可以连接它们，对吧。所以有整个，我称之为软件，也就是基因在发育过程中是如何连接的，而正是这些连接的变化是解剖学进化的重要组成部分。——哇。——所以你可以采用相同的，我给你做一个思想实验。采用 14,000 个基因，我认为我可以用这 14,000 个基因来建造一只果蝇、一只龙虾、一只螃蟹、一只蜻蜓和一只蝴蝶。我不需要任何新基因。我所要做的就是不断改变它们的线路。——什么？——这是重大发现。这是重大发现，是的。——我的天哪。——不是你拥有的基因，而是你如何使用它们，以及你如何使用它们就是基因之间的连接。——所以基因就像乐高积木？——没错。——你可以用那些来建造不同的动物。你可以用相同的基因来建造不同的动物，是的。——哇。——是的，是的，是的。然后我们看到那个工具包，那些乐高积木——你给了我很多功课。我现在有很多事情要思考。——好吧，很好。——这真是太棒了。——但希望它有点扎实，有点扎实。然后你说，“好吧——”——嗯，我需要了解更多。——“那个工具包已经保存了 5 亿年。”我们有了。蚯蚓也有。大象也有。海胆也有。——同样的 14,000 套？——嗯，它们有相同的，是的，数量有所不同。我们可能有 20,000 个。——那么，如果看后来进化的物种，它们会有，所以有一个核心集，然后你添加或操纵？——是的，有一个核心的身体构建集。有一个核心的生理学集，它只是为了运行细胞代谢，那可能，我不知道，我猜是五六千个基因，只是为了做每个细胞需要做的事情。在我们身上，有几千个身体构建和身体模式基因。然后剩下的可能是，我们有免疫基因，大量的基因涉及免疫，适应性免疫来应对感染。所以有一些发明出现了。例如，我们的免疫系统比无脊椎动物要复杂得多。我说的很多哺乳动物擅长闻气味，昆虫也是。它们有很多相同的气味受体之类的东西。所以我们看到一些能力随着生活方式的改变而扩张和收缩，但有一个核心的身体构建和核心的细胞生理学基因集，你会在整个动物王国中找到。——嘿，各位，如果你喜欢这个播客，请点赞或留言，并确保订阅，这样你就不会错过任何一集。你们的支持意味着一切，并帮助我们触及更多像你一样的好奇心。现在回到节目。所以我想提一个我听过的词，一个概念，我第一次听到它时查了一下，那是在我准备和你谈话的时候，但我后来忘了，那个短语是 evo devo。——哦，是的。——听起来像一个欧洲乐队什么的，对吧？——所以不知何故，发生的事情是，这叫做进化发育生物学。——哦，好的。——缩短为 evo devo，为了押韵，有点玩弄 devo 这个词。但我一直在向你描述进化发育生物学，因为那意味着 devo 部分是发育的变化导致了我们解剖学上的进化变化，好吗？——你说的发育是指胚胎发育吗？——是的，所以是制造一个生物体过程中发生的变化，会让你看到不同的生物体。所以如果你要改变你的解剖结构，那些变化是在发育过程中发生的。——在建造过程中。——在建造过程中，没错。所以一定有一些指令发生了变化，改变了建造过程，所以你得到了一种不同的动物。所以 evo devo，是的。——从指令到建造。——没错。没错。所以它在建造过程中发生变化。所以 evo devo 的意思就是，它真正关注的是形态的变化，三维形态的变化，如何描述生物体，对吧？我正在试图理解发育中的进化变化。这就是 evo devo 科学家所做的。——好的，那么请告诉我，聪明绝顶的进化发育科学先生，你能把胚胎中的我（Hakeem）插一针，改变指令，让我长出獠牙和毒液吗？——是的。（两人都笑了）——哦，什么？——现在，我得说原则上。——原则上。——我不会说这是不可能的。可能需要一点知识才能完善。但当你了解制造牙齿的程序，我们对此了解很多，当你了解如何稍微修改它来制造一个带有中央管道的拉长牙齿，也就是獠牙时，我们就可以调整它，对吧？——哇。——然后我们知道如何制造毒液，是的。——哇，那是我想要深入探讨的，伙计，因为制造这种分子，毒液，对我来说太神秘了。我当时想，“它怎么会这样出现？”——这里的普遍想法是，我们谈论的所有这些特征，所有这些让我们着迷的生物，对吧，制造它们的指令都在 DNA 中，而这本书已经向我们敞开了，对吧？——那么我问你一个关于那个的问题，抱歉打断你。——哦，不，随时都可以。——每个动物都有完整的说明书，还是后来的动物拥有全部，因为它们拥有之前的一切？——嗯，每个人都有自己的说明书。有时有些章节被撕掉了，留下了，有些则有一些新章节，但它们有很多共同的说明，因为它们有共同的动物性。它们有很多细胞生物学上的共同点，甚至比动物更深，它们有与真菌、细菌、植物等共同的细胞生物学，对吧？所以代码本有一些共同的部分，也有一些独特的部分。但那本代码本，再次，我们无法访问，并且从 20 世纪 80 年代初开始变得可以访问，然后今天，哦，我的天哪，我的意思是，速度和成本现在几乎是微不足道的，对吧？——哇。——以前，太贵或不可能。——天哪。——所以是的，我的意思是，我们可以查看任何动物的基因组。——你玩得很开心。——我们玩得很开心。我们玩得很开心。所以我们所做的，很多科学都是侦探工作。你在猜测，你在四处张望，你在寻找线索等等，而如今的 DNA 科学正是侦探工作。你说，“好吧，我这里有一个没有这种能力的生物，我这里有一个有这种能力的生物，我在四处寻找，试图弄清楚它有什么，它有什么。”如果我比较，例如，无毒动物，比如蜥蜴之类的，与有毒蛇或无毒蛇与有毒蛇，我就可以确切地看到当我看向基因组的正确位置时发生了什么。这告诉我们，再次，这是共同选择的事情，利用了某些东西，它被用于其他目的，然后重新利用它。所以基本上发生的是，蛇正在利用蛋白质，这些蛋白质在体内用于做一些正常的事情，它们正在制造它们，通常是大量的，在一个腺体里，并通过那个獠牙注入猎物，它们将相同或修饰过的蛋白质注入猎物，通常是过量的，通常会破坏一两件事，在有毒蛇类中，它们要么破坏血液止血，如凝血、心率和血压，要么破坏神经系统。它们停止神经系统，例如呼吸骤停。——那么这最初是如何开始的呢？我敢肯定，它一开始并不是完整的獠牙和毒腺。——它们咬。——所以化学物质只是分泌在嘴里，然后它们咬，然后它们以某种方式得到一些特殊的——是的，是的，可能是唾液的成分，是的。想象一下，这些动物最初是如何捕获猎物的，它们是咬住并抓住。现在咬住并抓住有点危险。你可能会被甩得很厉害，被弄得很惨。所以你可以想象，能够出击然后坐着等待猎物死亡，这是一种更安全攻击模式，对吧？——对。——所以如果你能在最初的咬伤中向猎物输送一些东西来制服它，那就行了。所以我们嘴里有很多酶，我们唾液里有很多酶。所以毒液的进化来自于拥有消化酶等基本能力，而不是仅仅在咬伤时被动地转移，通过这种经过改造的牙齿或獠牙，一种输送装置，可以输送更强力的这种东西。——哇，哇。——所以你可以感觉到从咬住，抓住，用一些弱唾液到出击，坐着等待，非常强力的毒液输送，让它完成工作。——这听起来有点像你之前描述的连接基因，但现在你将唾液腺与牙齿形成腺体连接起来，现在它们成为一个单一的毒液系统。——现在这是一个完成工作的装置。当我们看毒液成分时，这些是非常迷人的东西。我有很多故事，我脑子里想着，“我应该告诉你哪一个？”但我会告诉你一个非常引人注目的，我的一位学生现在正在研究它。所以，我不知道，澳大利亚蛇的名声，对吧？我们可能听说过澳大利亚很危险——哦，是的。当我们谈话时，我正想着箱形水母，那是另一个，是的。——是的，另一个，是的。所以在陆地上，它们有几条蛇叫做棕蛇和太攀蛇。——哦，是的，太攀蛇，是的。——它们让我紧张，我喜欢蛇。这是怎么回事。——你被咬过吗？——我被无毒蛇咬过，是的。我有一个老朋友，他有一句很棒的话，他说有两种蛇类爱好者，一种是从未被咬过的，另一种是被咬了很多次的。——所以没有中间地带。——如果你还记得它来自哪里。——哦，是的。——是的，因为，好吧，你可以把它拼凑起来。总之。——哦，我明白了。——是的，是的。所以，太攀蛇和棕蛇，它们毒性极强。所以按重量算，它们的毒液是地球上毒性最强的物质之一。它们做了什么？这只是为了让你了解毒液的策略是什么。如果你看看它们的毒液对猎物血液的作用，你可以在试管里看到，它会像这样凝结。它们所做的是，它们采用了两种凝血蛋白，我们通常用来在受伤时凝血的蛋白质，将它们装入毒液腺，注入猎物，然后血液就会像这样凝结。——天哪。——所以基本上是瞬间中风和血压下降，猎物倒下。——哇。——所以它们采用了体内使用的蛋白质，然后将其用于自己身体外部对猎物，这就是毒液的策略。所以你会认为，“毒液，等等，这是一种特殊的物质，等等？”不，它是以新的方式使用现有的蛋白质。——哇。——对吧？——是的。——而且你可以看到，当你已经拥有那种能凝血的蛋白质时，只是需要制造更多，并以新的方式将其注入另一个生物体，以一种不受监管的方式，所以那个生物体，那个生物体非常谨慎地平衡血液凝血。你只是压倒它，所以它会立即凝结。——猎物会通过进化变化来应对毒液吗？——哦，太棒了，太棒了。那是一场军备竞赛。那是一场军备竞赛。而且我们看到——所以它们会？——是的。我们在世界各地都看到了这一点，当猎物被有毒生物捕食时，它们正在进化出各种各样的机制。其中一些是，嗯，它们在各个层面。所以毒素的作用目标正在进化。因为如果你不容易受到影响，那么你就有可能在被咬后存活下来，或者被咬后不会致命，不会那么危险，等等。这一切都在发生，这很了不起。对进化生物学家来说的快乐，或者说进化生物学家的目的就是研究这个，就是那些军备竞赛正在进行，这意味着捕食者，有毒动物有压力不断地产生更强效的毒液，而猎物也有压力不断地想办法逃避那种毒液。所以你有点像在双方都以快节奏进行进化。——哇。——这使得进化过程，我们有更多可以挖掘的东西，当它以那种时间尺度发生时。所以这是测量，反测量。这就是为什么我们称它们为军备竞赛，显然是类比人类。到处都是。你去西部，有对蛇毒有抵抗力的啮齿动物。——哦，哇。——有吃蛇的蛇，它们对蛇毒有抵抗力。——那么这里有一个问题。所以我们开发抗蛇毒血清，从我看的电影来看，我们通常用蛇毒来制造抗蛇毒血清。——是的。——我们是否使用猎物的机制来制造抗蛇毒血清？——天哪，你问的问题太棒了。还没有人这样做过，但我认为这是一个新的机会。现在我们已经学到了足够多的知识，这实际上是我实验室在研究的，现在我们对自然防御机制有了足够的了解，我们可以利用它们。所以我们所做的，抗蛇毒血清是在 19 世纪末开始的，与此同时，我们也在制造像白喉毒素和破伤风毒素之类的抗毒素，我们会免疫一匹马之类的动物，然后取马的血液，提炼它，这就是我们会给患有破伤风或被蛇咬伤的人的产品。那是 19 世纪的比喻。——所以你是在利用那只动物的免疫系统，它已经被暴露了。——没错。没错。而且考虑到这一点，我们今天使用抗体。我的意思是，我们今天使用的一半药物是单克隆抗体，我们在实验室里制造出来，然后给人们治疗从癌症到湿疹等各种疾病，等等。但这些自然防御机制，其中一些在我看来，它们看起来非常，非常强大且作用广泛。我认为将会有一些抗蛇毒血清来自于这种新的知识分支，来自于猎物防御机制的工作方式。——考虑到我们在这方面的能力有多先进，我想知道为什么有些能力我们没有。这里是：我不断听到研究人员去亚马逊，找到某种植物或动物，它们产生一种对我们有用的新分子。但为什么我们不能说，“哦，我们有一个问题。我将使用我的计算能力来计算我需要什么分子来解决这个问题，然后我将合成它？”所以，而不是在自然界中寻找它，而是自己承担这个角色，但以一种直接的方式。——我们两者都做。我们真的两者都做，我举个例子。例如，我们对艾滋病的控制比在艾滋病危机初期或中期要好得多，而且很多药物都是由人类凭空设计的。我们说，“好吧，我需要设计一种药物，它能嵌入酶的口袋并将其关闭，”我们在电脑上设计它，然后在实验室里制造它，然后进行测试，就这样了。——哦，哇。——这就是从零开始的药物设计。我们做到了。——好的。——与此同时，大自然已经花了数百万、数百万年的时间来研究这些东西，有时会产生相当复杂的化学物质，很多抗生素等等，这些都不是化学家在空闲时间就能合成出来的，对吧？它们是看起来很花哨的分子，当你第一次看到它们时，你会想，“是的，大自然想到了它，”有时它们是通过更长的途径产生的，大量的化学修饰，因为那些军备竞赛发生在，比如说，土壤中的真菌和细菌之间，哦，我的天哪，那些太古老了。所以让我们利用大自然数百万年来一直在 tinkering 的东西，同时我们也————当你说是数百万年时，你的意思是数千万年和数亿年。——数千万年和数亿年等等，是的。我的意思是，一个很好的例子，一个被低估的故事是第一种他汀类药物。——什么是降胆固醇药物？——降胆固醇药物。每个人都在————斯塔滕岛？——不。人们没有停留。——那是武当派的故乡。——人们正在服用降胆固醇药物来控制胆固醇。——哦，是的，是的，是的，是的。——第一种他汀类药物来自一种真菌，因为一位日本研究人员，我大概是在 80 年代初，他想，“你知道，如果我能阻止胆固醇代谢，如果我能参与胆固醇代谢，我真的会受益，例如，人类的胆固醇水平。嗯，我打赌在大自然中，某种真菌会用这种策略来阻止入侵者。”他筛选了大约 6,000 种真菌菌株。——等一下，他是怎么联系起来的，人类胆固醇，一种真菌阻止细菌？——是的，嗯，这有点像人们寻找抗生素的策略。很多这些都是真菌产品，是抗生素。所以他想，“一定有一种抗生素可以用于胆固醇。”因为胆固醇用于制造膜，他想，“好吧，这可能是一个真菌会使用的目标。”我想他筛选了大约 6,000 种真菌菌株，这开启了一场药物革命。——他发现了什么？——第一种他汀类药物。一旦你有了第一种他汀类药物，你就有了第一原理，然后化学家就来了，他们说，“好吧，我们会修改这个。我们会修改那个。我们会让这个更有效。我们会让这个对胃更好，”等等。但第一种他汀类药物是从大自然中提取出来的。所以有两种策略在进行，如果可以的话，利用大自然。我对抗蛇毒血清也有同样的看法。这些动物已经花了数千万年时间来研究这些防御机制。让我们利用这些知识，同时，实验室里，我们也可以利用我们，我们有越来越强大的药物设计工具。——所以你想两者都做。——我们生活在一个我们可以两者都做的时代，我们确实两者都做，让竞争开始吧。因为在药物开发中，通常有一个第一代，你没有某样东西，然后你有了某样东西。但这对艾滋病来说是真的。我的意思是，你不得不吃很多不同的药片，它们很大，而且有副作用等等。所以多年来，你所做的是更有效的药物，基于那些第一原理，毒性更小，服用更方便。现在减肥药也是同样的故事。——对，对。——你知道这个减肥的根源——是的，奥森匹克之类的。——是的，你知道这个的根源——不。——告诉我。——是希拉毒蜥。——什么？不会吧。——是的。这是发现。减肥药是基于在希拉毒蜥中发现的。所以爬行动物可以在两餐之间很长时间不进食。——是的，是的。——它们怎么做到的？它们如何在这些长时间的间隔中控制它们的生理功能？——它们是冷血动物。——不，它们做的比这多一点。所以导致了现在的奥森匹克、蒙扎罗等等的药物，都是在希拉毒蜥中发现的。——哇。——这就是为什么当你和生物学家交谈时，我们恳求支持基础研究，因为我们对大自然如何运作了解得越多，我们就越能想出新的方法来，例如，干预人类医学。如果不是有人研究希拉毒蜥如何在两餐之间的长间隔中调节它们的生理功能，我们就不会有这些减肥药，而我们现在开始理解这些药物正在帮助心血管健康、肝脏健康等等，而且我们正在从注射剂（因为你在观察药物制造的进化）转向口服，这要方便得多，更容易依从，我们也在减少副作用等等。这是一个同样的故事，一个来自大自然的线索，一个同类中的第一个药物，然后人类的集体创造力介入，我们想出了更有效、更安全的服用方法，等等，等等。——那么请告诉我，我们作为一个物种是否已经跨过了门槛？因为令人印象深刻的一件事是我们为这次大流行病开发疫苗的速度有多快。——这太惊人了。——那么现在我们是否已经达到了化学和生物学理解的门槛，我们已经摆脱了细菌和病毒大流行的灭绝可能性？——这是一个很好的问题。显然，我们知道这现在有一些非常深远的影响。——嗯，我的意思是，我们确实变得更好，我们确实变得更好。——我会说是的，我们变得更好了。在我的一生中，我为之震惊。我为创新的速度感到震惊。事情的发展速度和程度远远超出了我的想象。科学家是乐观主义者。你必须是一个乐观主义者才能从事这个行业。所以即使是我最乐观的预测，我们也远远超出了那个水平，好吗？所以我想说，是的，如果我们保持警惕，我们的疫苗开发、药物开发等的组合，是的，我认为我们可以应对——基础研究。——我认为我们可以应对即将发生的事情。显然，我们现在正在经历的是，我们在社会层面如何优先考虑这些事情以及谁在做这些事情方面遇到了一些社会斗争，而且有很多关于实际发生的事情以及什么安全有效的信息误解，等等。所以我们在信息方面遇到了一些困难，但在科学实力方面，我们状态很好，或者说我们可能状态很好，我应该说，这就是为什么科学界大规模裁员令人担忧，显然我们不想陷入政治问题，但让我们谈谈现实。这与我们的能力有关，对吧？——是的。——美国国立卫生研究院有一位科学家，因为你提到了科尔贝特，她碰巧在研究一种与 COVID-19 相关的病毒。她实际上在研究一种叫做中东呼吸综合征病毒（MERS）的病毒，这种病毒从未传播到我们的海岸，或者从未大流行过，好吗？但它是中东的一个问题，我相信它是通过骆驼传播的。她当时正在研究那种病毒的刺突蛋白，这时来自武汉的关于后来成为 COVID-19 的报告出现了。所以她和她的合作者拥有关于这种病毒家族和这些刺突蛋白的知识，以及这个————对，而这些刺突蛋白位于病毒的末端，允许————对。而它是她针对 MERS 的疫苗目标，她可以立即将她多年研究 MERS 所获得的知识转化为，“好吧，我有了新的东西。激活工具包。”所以我们碰巧处于一个有利的位置，因为我们对这种相对晦涩的病毒家族有一些基础知识，对吧？我们可以激活它，然后我们再次激活了 mRNA 疫苗的知识，而这些知识以前从未在大规模上得到检验。所以我想在 COVID 之后会发生的是，我们也会把架子填满。我们主要有 PAXLOVID。我妻子上周得了 COVID，所以她用了。——哦，天哪。——我想我们现在应该有更多的抗病毒药物了，因为大流行病，它是基于 COVID 所属的这种特定病毒家族，我们没有什么现成的。就像流感一样，我想说，据我所知，我们有大约四种流感药物。所以如果一种流感病毒失控，而我们又没有疫苗，我们确实有药物，这可能会让人们继续工作和上学，等等。所以没有药物是 COVID 的一个大挑战，我想我们现在应该已经解决了，并且我们应该准备好一些现成的抗病毒药物，以防发生其他疫情。这是我有点担心的事情，我们没有完全吸取 COVID 的教训，因为虽然研制疫苗需要时间，但如果你有一些现成的药物，社会就可以继续运作，而我们基本上是在治疗感染病毒的人。但我们对 COVID 没有治疗方法。我们没有针对 COVID 的特定抗病毒治疗方法。所以我们需要更多的想象力和基础设施来做好准备。所以回到你的问题，我们是否跨过了门槛，我认为这可能就在我们的能力范围内，但我们还没有抓住它，这只是一个社会挑战，需要投入资源并说，“嘿，我们想有一个现成的抗病毒药物来应对任何可能发生的事情。”——明白了。那么我的另一个问题是，将这个与进化联系起来，有没有办法预测，哦，我们看到这些病毒很可能在未来以这种方式进化，或者有没有办法识别我们生物学上的脆弱性并说，“哦，我们可能想堵住这个漏洞？”——是的，绝妙的问题，绝妙的问题。所以关于预测进化过程的问题，尤其是在微生物、细菌和病毒方面，这是一个非常肥沃的领域，有一些非常出色的研究人员正在这个领域工作，并且拥有我们的工具。所以一旦你看到像刺突蛋白这样的东西，你就说，“好吧，这个刺突蛋白是如何工作的，它如何获得我们细胞的访问权限？”因为它就是入口，然后我们对其进行疫苗接种，因为我们试图阻止它。但随着我们对其进行疫苗接种，或者在感染过程中产生抗体，这就会给病毒带来改变的压力。那么刺突蛋白有多少种不同的方式可以改变并逃避我们的免疫系统并进入我们的细胞呢？所以这就是，这是一场军备竞赛。——这是一场军备竞赛，是的。——这是我们的免疫力对抗病毒。人们正在绘制这场军备竞赛的图谱，并试图领先于病毒，并说，“好吧，病毒有多少条开放的途径？我们需要做什么来预测并堵死所有这些途径？”所以，例如，人们正在研究他们希望的通用 COVID 疫苗。所以你不需要按毒株——阻止所有这些。——阻止所有这些，它基本上就是堵死所有路径。目前，疫苗正在逐季变化，因为病毒在传播完后找不到更多可以感染的人，这就是进化的压力，要做一些新的事情。所以我们考虑通用疫苗，这需要预测病毒可能在做什么，病毒将来可能在做什么。流感也是如此，其他事情也是如此。我们也有细菌问题，因为我们基本上已经用尽了微生物的武器库，抗生素的武器库来对抗细菌，并且我们对处理一些已经进化出————超级细菌。——超级细菌，它们已经进化出对我们大部分武器的抗性。所以那里需要很多创新，因为，我的意思是，科学家的难处，再次，我们是乐观主义者。COVID 甚至超出了我们社会的想象。我从未想象过如此有效的东西。——嗯，有些人不满意。有些人对我们的疫苗不满意，因为我觉得他们就像，“哦，我以为疫苗意味着你甚至不会感染。”但事实并非如此，你仍然可以感染。然后人们依赖于，“但是自然免疫，我们应该进行自然免疫。”——是的。——所以这让我想到机会的作用，因为大自然是通过机会来做这件事的。它会进行所有这些实验。我们更有方向性，但我们没有那么多时间和机会。所以谈谈机会在进化中的作用。——它非常大。嗯，这是一个大话题，被低估了，我认为，以及我们生活中的机会，我们如何到达那里，我们甚至如何到达这里。所以我们可以停留在病毒等规模上，嗯，它们通过随机突变而改变，发生的事情是，条件筛选出赢家和输家，对吧？所以影响刺突蛋白的突变，使其失效，无法感染，嗯，我们从未见过这些突变，因为那种病毒无法传播，对吧？——对。——但那些改变病毒，使其逃避我们的免疫系统并仍然能够感染细胞的突变，你猜怎么着？——我们看到了。——我们肯定知道这些会发生，对吧？所以基本上突变过程就像生成随机彩票。而条件则筛选出赢家和输家，当然输家我们永远看不到。输家被过滤掉了。它们根本没有获得任何优势。这就是进化过程的根本。突变一直都在发生。每个人类出生时都有 30 到 50 个突变，这些突变在父母身上不存在。——哦，哇。——我们 DNA 文本中的单个变化，这只是因为它是 DNA 本身内置的。它不是一个 bug。它是 DNA 的一个特征。我们理解 DNA 的化学性质是这样的，每一代都会发生 DNA 的变化，我们每代会获得大约 30 到 50 个。——所以这比生命更根本，它真的是化学和物理学吗？——是的。——是的，所以它————这是基本的化学。这是一个，抱歉。这是 DNA 碱基中氢的位置的一个小偏移。——哇。——而这将会发生。这就像物理学中的闪烁。当它发生并锁定在一个位置时，我们就称之为突变。所以这正在发生。这只是内置的。现在，当你说到 30 或 50 时，就像，“哦，我的天哪。”但这些分布在 30 亿个碱基中，而且大多数时候它们只是落在无处。——无处。没有任何影响。——没有任何影响。但偶尔，当然，它们会产生影响，要么只是让我们发生一点点变化，让我们和父母有点不同。当然，有时它们会产生严重的健康影响。但突变过程一直在发生。它发生在所有生物体中，而且没有它，我们就不会有任何生物多样性，对吧？生命将保持不变。——这很有趣，因为即使在我研究的宇宙学领域，也是这些随机的量子涨落产生了至今的一切。——嗯，这就是 DNA 与你的世界相遇的地方，DNA 中的随机涨落是突变的根源。——所以涨落就像机会和可能性。——是的。——那就是，是的，是的。——是的，是的，它会给你带来蝴蝶身上的斑点和癌症。——好吧。——我的意思是，癌症是一种遗传病。它是由于细胞中的突变导致控制细胞增殖的正常过程失控。所以我们必须了解我们现在生活的时代。我们对人们的肿瘤样本进行 DNA 测序的原因是，这是强大的信息，它表明你的乳腺癌与别人的乳腺癌不同，让我们现在利用我们对乳腺癌中突变的基因的了解，我们开发的靶向其中一些突变的药物，以及我们根据具有这些突变的肿瘤的行为而开发的预后。所以这是了解突变和正在发生的事情的强大知识。它彻底改变了肿瘤学，希望带来更长久、更好的生活。我的意思是，突变有一个负面的含义，当我提到疾病和癌症时，确实如此。但当然，它是进化的燃料，这就是为什么理解它如此重要，无论是在健康还是疾病方面。——哇，哇。先生，卡罗尔博士，这太棒了。谢谢您，先生。——这是一次爆炸。——你随时都可以回来，因为谁没有关于生命的问题？——你打赌。非常感谢。——谢谢你，伙计。（脉冲音乐）