讲座 | 中科院院士舒德干：原来人类最早的祖先是“虫”

【编者按】

近日，中国科学院院士舒德干教授做客北大书店，围绕达尔文的《物种起源》和进化学说，舒教授结合他一生从事的古生物学发掘和研究经历，带领我们跨越数亿年的历史，向前追溯，寻找地球上人类最早的祖先。

两千多年前，古希腊哲学家柏拉图提出了一个哲学问题：“我是谁？我从哪里来？我到哪里去？”有人把它称为人类的“终极命题”。几千年来，统治我们思想的“神创论”认为，人类还有万物都是由上帝创造的，这在古代中国也有类似的说法，但这些并非是事实。人类历史上，有两场伟大的思想革命，它们否定并最终推翻了“神创论”：其中一个是1543年哥白尼的“日心说”，他否定了我们居住的地球是宇宙的主体，人类也不是上帝唯一创造的主体；还有一个就是1859年达尔文的进化论，不仅无机界不是上帝创造的，连有机界也同样不是。

后来，进化论不仅构成了生命科学的核心和灵魂，而且还深刻影响了其他的学科。特别是在一百年前，作为当时最领先的学科，物理学一直不承认进化论。在那之前，我们想象的宇宙空间是无边无界的，时间是古往今来没有起点和终点的。但是现在我们知道，宇宙是从大爆炸开始的，有起点、有终点，也有边缘，中间是不断演化的。而且，不仅仅是宇宙，银河系、太阳，还有地球也都在演化。诺贝尔奖得主普利戈金曾经说过：“放眼向宇宙各个方向、各个层次、各种物质去看一看，发现的只有两个字‘演化’或者‘进化’，所以“进化”被称为整个宇宙的第一原理。从这个角度来说，达尔文贡献非常之大，应该是思想史上第一伟大的人物。

“进化论”是怎么产生的？

达尔文之所以能成为一个进化论大师，除了他的禀赋，热爱自然、擅于观察和思考之外，五年的环球航行也是客观的一个因素。1831年大学毕业以后，偶然一个机会，他环球航行来到了太平洋上的加拉帕戈斯群岛，翻译成汉语是“龟岛”的意思，前些年我有幸曾经访问过这个群岛。达尔文当时去了四个岛，一共待了35天。群岛是海底火山喷出来的玄武岩形成的，在板块运动的推动下，三四百万年就形成了一个群岛。达尔文认为这里是他进化论思想的源头，当时他发现不同岛上的乌龟是不一样的，他就思考为什么不一样，可能是地理原因；而且他还在当地采集了一种叫Finch的鸟，并且回到英国后把标本交给了著名的鸟类学家古尔德，结果古尔德用了很短的时间便告诉他：这不是一种鸟，它发生的变异已经超出了“种”的范围，有些甚至都超出了“属”，这便促成了达尔文从“神创论”的“物种不变论”到“物种可变论”的改变。后来为了纪念达尔文，这种鸟被叫做“达尔文雀”。

之所以能够变成不同的物种，达尔文是这样猜想的，后面也得到了证实：这个鸟原来是吃果实的，飞翔能力也不强，从南美大陆飞到这个岛上差不多要960公里，当时有一小群鸟飞来之后，地上种子非常多，很快就繁殖成大群。但是后来由于遇到干旱，植物种子不够了，所以就开始发生斗争。有些鸟专门吃大种子，有些鸟专门吃小种子，所以它的喙部就发生了变化。等到种子都不够吃了，其中比较弱势的鸟就飞到树上，吃树上的叶子和果实，还有树洞里的虫子；还有一类弱势的鸟，种子吃不上，果实吃不上，虫子也吃不上，只好吃漫山遍野的仙人掌，所以由最初的一个种变成了十四个种。根据这一猜想，达尔文画了一张图，这张图很简单，即一个种群变成四个、八个种群的“生命树”。他悄悄把图藏了起来，成为他后来写《物种起源》的思想基础。现在的生命科学家普遍都接受了“生命树”的基本思想，它构建了某一类生物如何沿着某一个分支向前进化。

如何解开达尔文的“三个难题”？

沿着达尔文足迹往前走，就要发展进化论，实际上就是实证进化论。进化论曾遇到三个难题：第一个难题是生物学难题，达尔文时代没有遗传学，尽管他里面提到了变异和遗传，但是他搞不清楚，所以用的例子是混合遗传，但混合遗传是不可能支持他的自然选择理论的。自然选择的理论是建立在生物变异的基础上，有些变异对生物有利，自然选择把它保留下来，反之对生物无益的变异则会被淘汰。后来孟德尔创造了颗粒遗传，并由摩尔根发展了基因理论，才真正破解了这个难题。

第二个难题是5亿多年前的寒武纪生命突然出现，当时人们总是拿这个事为难达尔文。达尔文解释说生物并不是突然出现的，是之前的东西在海里面我们没有看见，等到以后科学找出更多证据会发现，它还是逐渐进化的。现在动物生物学家把动物由低等到高等归为三大类，也即三个亚界。最低等的叫基础动物，它们口和肛门是不分的，从口吃进去经过简单消化还从口吐出来，它的胚胎只有两层，比如水母和珊瑚。等到胚胎变成三层的时候，就是原口动物，它们有了专门的口和肛门，比如像低等的蚯蚓、高等的昆虫、蜘蛛。但是，有一部分动物在发育过程中出错了，口和肛门颠倒了，这就是所谓的后口动物，我们人类就属于这类“怪物”。

那么，古生物学家就要回答，这三个亚界是怎么形成的？什么时候形成的？我们花费了二十多年的时间，在云南省澄江地区一个距今5.2亿年的化石库找到了答案。澄江的化石有一个特点，当时掩埋得特别快，细菌都还来不及腐烂，所以许多动物的软躯体就保留下来了，鼻子、眼睛、肠子都有，这叫做软躯体化石，上面的生物学信息不仅丰富而且能提供一些本质特征。我们从1984年工作到1994年，有一个很重要的发现：在5.2亿年前，三个亚界都发现了，可以说是一百多年来整个生物界和古生物学界一个重大的进展。因为在此之前，普遍认为寒武纪的时候东西很少，就是三叶虫，但其实三叶虫只是中间5%的成分。1995年，我们在Nature和Science杂志上发表了十篇文章，报道了过去大家都不知道的六个门类，其中五个是现在后口动物亚界门类的祖先，还有一个灭绝了。这三个亚界是分三个阶段逐步形成的。当然也不是说寒武纪之前什么都没有，也有一些低等的，后面就变成高等的了，由此我们提出了“三幕式爆发”假说，可能最接近真实的自然。

第三个难题是人类的由来。在达尔文那个年代，所探索的实际上是狭义的人类由来，只研究人和猿之间有什么关系。当时还没有分子生物学，所以只能依靠古生物学家，达尔文指出要到非洲找人和猿的共同祖先，当时还有一个信奉达尔文的人，名叫黑格尔，他指出要到亚洲去找，后来发现了爪哇人。达尔文在1881年发表了《人类的由来》，当时在科学界的争议很大，所以接下来几年发现了爪哇人也并未引起重视。直到后来在北京找到了化石，才得到了全世界公认。循着达尔文的指引到非洲找，先找到南方古猿，然后又找到直立人，又找到智人，随着不断演化的过程，脑容量也逐渐增大。

谁是人类最早的祖先？

但是，由于达尔文研究的是狭义的人类由来，因为时间比较近，所以并不涉及到器官等构造的创新。但我更关心的是广义的人类由来，在这个过程中要回顾的是人类的器官是如何形成的。我们探索的工具有两个，一个是进化逻辑，也就是“生命树”的概念，另一个也是更为重要的是证据：基因、蛋白质的分子演化是间接证据，化石是直接证据。

我提出了“九大里程碑”的概念，也即广义的人类由来的九个重大事件。在这张图上，1、2、3是细胞级的不太确定，因为很多证据不充分；4、5、6是寒武纪生物大爆发，最后的7、8、9是器官的改造和改良。我们从现在往前倒过来看，第9个是刚才谈到的狭义的人类由来，第8个是从水里的鱼登上陆地，变成了两栖类、爬行类、哺乳类，其中发生了三次重要的器官改良，分别是由鳔到肺的呼吸，有了羊膜卵，出现了毛发和哺乳。第7个是从无颌到有颌的转变，这发生在4.2亿年前，颌的出现让我们成了有脸的动物。

再往前追溯，就是器官的形成时期，也就是第4、5、6个事件。脊椎动物一共有八大系统，包含了五十多种器官，其中最重要的是消化系统里的口、消化道，呼吸系统里的腮裂（肺），循环系统里的心脏，运动系统里的脊椎，还有神经系统里的脑。最早的动物是什么？第一，它肯定很小，像人类的卵子一样。第二，它是球形，也像卵子一样。第三，它要有口，必须从口里吃东西，不能从表皮渗透，这便是单囊体。再进一步演化成二分体，出现了可以专门进行呼吸的鳃裂结构，可以产生很多能量了，直到再后来的三分体有了脑和脊椎，以及肛后尾，就可以驱动鱼往前游动了。

人类早期的胚胎形状像一条鱼，所以要找到人类的祖先，先要找到最早的鱼。这是第6个事件，即出现了三分体，由中国科学家最早发现并命名了其中的昆明鱼目，当时Nature上还刊登了“抓住天下第一鱼”的评论。在脊椎动物的大谱系中，三分体在谱系的最底部。它的脊椎非常特别，是棒状的，而且是等距离、软骨型的，这跟人类胚胎的早期阶段是一样的：人类胚胎最早呈棒状，第二阶段有了软骨，第三阶段由软骨变成硬骨，第四阶段硬骨就靠紧了。可以说，它既有无脊椎动物的特征，又有脊椎动物的特征，是比始祖鸟更为重要的过渡类型，也为达尔文的进化学说提供了很好的证据。

再往前追溯，就是第5个事件，即二分体的出现，这也是我们发现的，叫华夏鳗。它的身体只有两部分，虽然它的体型还像原口动物，但它前半部分的两侧有五对鳃裂，这是后口动物最重要的特征，鲨鱼也有腮裂的结构，人类胚胎时期也有五对腮裂，甚至有些人出生后腮裂没有闭合，也就是“鳃瘘病”，这说明我们是由同一个祖先演化来的。二分体的肛门在后面，是肛前尾，也就意味着它无法像肛后尾的动物那样做很大幅度的摆动，不然吃进去的食物都摆出去了。以古虫动物为例，它前面的口很大，上面有肌肉，可以把水吸进去，其中的氧气进行呼吸，废水就从鳃裂里排出去，而不是从肛门出去，不然肠道里食物都一起排出去问题就严重了。所以说，这也是自然选择的一个形态学证据。

Nature封面上人类最早的祖先“皱囊虫”

继续再往前追溯，就是第4个事件，是在陕西发现的皱囊虫，距今5.35亿年前，逼近寒武纪的底限。它是一个微小的、囊状的有口动物，而且口很大，占到了身体的1/3多，但它没有肛门，消化道很窄，需要的能量也不多，也没有鳃裂的结构，通过表皮来吸收氧气。从时间上来看，它比澄江化石库还要早一千五百多万年，因而在世界范围内被视为最早的动物，也是最早的人类的祖先。当然，这只是一个开始，未来我们希望继续向前，在进化论的指引下，进一步认识已有世界，发现新的世界。

（注：以上讲座内容摘编自主办方提供的现场录音整理稿，经主办方校核，未经主讲人审定，小标题为编者所加。）