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生物化學(xué)作為一門重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程,受到學(xué)生們的重視,但也被廣大的學(xué)生們“仇視”。究其原因,無外乎因為這門學(xué)科抽象,復(fù)雜,枯燥。作為教師,也常常為事倍功半,教學(xué)效果不佳而苦惱。怎么才能讓學(xué)生從厭學(xué),苦學(xué),肯學(xué)到樂學(xué)呢?教育心理學(xué)家吉諾特曾說:“教學(xué)的成功和失敗,‘我’是決定性的因素,我個人采用的方法和每天的情緒是造成學(xué)習(xí)氣氛和情境的主因。[1]”那么每一位教師,施教中的“我”,怎么才能做到和學(xué)生很好的交流和互動呢?其中的一個關(guān)鍵因素就是教師在教學(xué)中要做到“與時俱進(jìn)”。
我們這里所說的教學(xué)中的“與時俱進(jìn)”,就是指任課教師要具備不耽于現(xiàn)狀,準(zhǔn)確把握時代特征,始終站在本學(xué)科理論實踐發(fā)展前沿,始終堅持開拓進(jìn)取,在大膽探索中繼承發(fā)展的特征。只有這樣,在教學(xué)實踐中,我們才能取得更好的成果。
一教師專業(yè)知識的持續(xù)提升
生物化學(xué)是一門古老的學(xué)科,人們對于它的應(yīng)用可以追溯到幾千年前。即使它的現(xiàn)代經(jīng)典理論,里程碑式的成果,距今也已經(jīng)有半個多世紀(jì)了。學(xué)生們通過原來中學(xué)的學(xué)習(xí),以及醫(yī)學(xué)其他學(xué)科的滲透,對這部分內(nèi)容都有一些了解。因此如果教師在生物化學(xué)課上依然講一些相對來說比較沉舊的內(nèi)容,舉一些已經(jīng)無數(shù)次被提及的例子,學(xué)生們肯定覺得索然無味。比如有些老師只要提到克隆,就會提起小綿羊多莉。多莉從1997年誕生以來,就一直受到廣泛關(guān)注。如果在當(dāng)年,多莉確實是一個新鮮事物,它作為例子可以打開同學(xué)們的視野,讓同學(xué)們對這項新技術(shù)有一個具體認(rèn)識。可是在十五年后的現(xiàn)在,我們還停留在多莉身上,非但不能取得好的效果,可能還會給學(xué)生留下過于保守和落后的印象,而提不起興趣了。
過去的20世紀(jì)被譽(yù)為信息技術(shù)的世紀(jì),而21世紀(jì)被譽(yù)為生命科學(xué)的世紀(jì)。特別是當(dāng)生物化學(xué)搭載了計算機(jī)這門新技術(shù)后,每一天,每一刻也許都會有它的新理論,新成果的誕生。所以教師在講解經(jīng)典理論的同時,也要注意把握住生物化學(xué)的研究前沿。比如,每一年的諾貝爾頒獎就是一個熱點。這個時候,學(xué)生們也會關(guān)注究竟花落誰家。我們就可以在講到相關(guān)的內(nèi)容時,引入這一話題。既能拓寬學(xué)生的視野,也能增強(qiáng)學(xué)生的興趣。比如2006年,諾貝爾化學(xué)獎授予了美國科學(xué)家羅杰?科恩伯格,因為其揭示了真核生物體內(nèi)的細(xì)胞如何利用基因內(nèi)存儲的信息生產(chǎn)蛋白質(zhì),而這部分的內(nèi)容正是生物化學(xué)基因表達(dá)部分,RNA轉(zhuǎn)錄所涉及到的內(nèi)容。理解這些內(nèi)容具有醫(yī)學(xué)上的“基礎(chǔ)性”作用,因為人類的多種疾病如癌癥、心臟病等都與這一過程發(fā)生紊亂有關(guān)。既可以幫助同學(xué)們提高對課堂內(nèi)容的理解,也可以增加同學(xué)們的興趣。反之,我們教師的知識結(jié)構(gòu)陳舊,知識儲備不足,課程內(nèi)容一成不變,僵化死板,就很難讓學(xué)生欣然接受。
二對學(xué)生心理的及時把握
現(xiàn)在高校的教師所面臨的學(xué)生正是被稱為“九零后”的一代。這代學(xué)生有著他們自身的特點,比如智商較高,好奇心強(qiáng)、接受新生事物能力強(qiáng);自信又脆弱;張揚(yáng)自我個性;信息和知識豐富,但內(nèi)心有時較為空虛。早在幾千年前,圣人孔子就提出了“因材施教”的理論,就是要求教師要準(zhǔn)確掌握我們施教的客體―――學(xué)生的這些特點。有充分了解,才能更好地達(dá)到教育的目的,收到理想的結(jié)果。也容易拉近教師和學(xué)生的距離,達(dá)到更好的交流和互動。
比如,在講解mRNA上的終止密碼子時,這三種密碼子很容易被學(xué)生遺忘。但是如果結(jié)合學(xué)生們的消費(fèi)熱點,就很容易被學(xué)生掌握。因為這三種密碼子都是三聯(lián)體密碼,均以U開頭,之后是A、G兩種堿基的排列組合。理論上可以形成四種:UAG、UGA、UAA、UGG。那么在給學(xué)生講解這個知識點時,便可以說只有大家熟悉的品牌UGG不是終止密碼子,剩下的都是。這樣學(xué)生們在笑聲里便記住了這部分內(nèi)容。
此外,在學(xué)習(xí)中也應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。現(xiàn)在,很多學(xué)生在學(xué)習(xí)生物化學(xué)課程時仍然是“上課記筆記,下課抄筆記,考前背筆記,課后就忘記。”[2]這種機(jī)械定式的方法功夫都停留在表面上,對于學(xué)生深入理解和掌握本學(xué)科的知識點幫助收效甚微。《論語》講:溫故而知新。生物化學(xué)這門學(xué)科本身就很難懂,學(xué)生在準(zhǔn)備不充分的情況下上課,很容易被大量涌入的知識點,信息量弄得頭昏腦漲,手忙腳亂,繼而就是理解了,記憶不住,久而久之就喪失了學(xué)習(xí)的興趣和信心。可如果在課前,哪怕是很短的時間內(nèi),學(xué)生提前把講過的內(nèi)容和要講的內(nèi)容瀏覽一下,就會做到事半功倍。
三教學(xué)方法的不斷改進(jìn)
教師以“傳道授業(yè)解惑”為天職,為了更好地達(dá)到這個目的,方法是必須講求的。
首先,荀子在《勸學(xué)》中講:“君子性非異也,善假于物也。”所以教師首先要學(xué)會利用教具。這里的教具包括多媒體,模型,實驗設(shè)備等。特別是多媒體在生物化學(xué)教學(xué)中扮演者越來越重要的作用。通過多媒體,“它具有將圖像,文字,動畫,聲音等等結(jié)合在一起,使使抽象的生物化學(xué)知識形象化的特點。突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式,顯著提高了教學(xué)效果。”[3]
多媒體教學(xué)雖然有諸多優(yōu)點,但是教師也要避免過度的依賴多媒體教具。而且在教學(xué)中,也要注意,由于多媒體的便捷性,使得教師在教學(xué)過程中減少了板書演示的過程,加快了教學(xué)的節(jié)奏。如果未加注意,就可能會出現(xiàn)適得其反,或過猶不及的現(xiàn)象。因此在教學(xué)中還要注意結(jié)合適合多媒體教學(xué)的授課方式。
其二,生物化學(xué)課程的任課教師在授課過程中要特別注意避免“滿堂灌”的教學(xué)方法。因為生物化學(xué)課每堂課的信息量都很大,如果授課教師從頭講到尾,不注意和學(xué)生之間的互動,只是讓學(xué)生單純的接受,記憶,很快就會讓同學(xué)對這門課程產(chǎn)生厭煩情緒。好的教學(xué)方法可以很好地避免這種問題。
PBL(problem-basedlearning)教學(xué)模式是一種逆向?qū)W習(xí)模式,強(qiáng)調(diào)從問題入手,使學(xué)生去探索那些他們需要知道的知識,并能應(yīng)用這些知識去解決實際問題。這種教學(xué)模式在美國等一些國外的高等院校已廣泛應(yīng)用多年,并取得了相當(dāng)大的成功[4]。PBL教學(xué)模式在生物化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。特別是現(xiàn)在高校校園環(huán)境已經(jīng)有了很大改善,互聯(lián)網(wǎng)基本已經(jīng)普及,學(xué)生們可以利用互聯(lián)網(wǎng)資源查閱老師提出的相關(guān)問題,并且分組進(jìn)行準(zhǔn)備討論。在討論的過程中,可以集思廣益,也可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的問題,及時加以解決。
通過這種教學(xué)模式,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果明顯提高,學(xué)習(xí)積極性增強(qiáng)了。而且在分組合作中還增進(jìn)了同學(xué)的合作意識,在討論中鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力。在課堂的提問中,使得教師及時和同學(xué)溝通,加強(qiáng)了任課教師和學(xué)生之間的交流。
很多學(xué)生畢業(yè)后,對一門學(xué)科的印象,往往只剩下了對任課教師的印象。可見教師作為一個知識的傳播者有著多么重要的作用。可是如果一個老師,像魯迅先生在《從百草園到三味書屋》里描寫的那樣搖頭晃腦,照本宣科的講解,怎么可能給學(xué)生留下深刻印象,就是留下,恐怕也是一些消極的印象。所以,想讓課程生動起來,首先教師就要靈動起來。講解,是一門語言藝術(shù)。教師最怕的就是“茶壺煮餃子”―――肚里有倒不出來,因此教師應(yīng)該注重提升自己的表達(dá)能力;此外,教師還應(yīng)該做一名優(yōu)秀的演員,把授課看做表演,把學(xué)生當(dāng)做觀眾。教師應(yīng)以飽滿的精神狀態(tài),激情的語言,惟妙惟肖的表演使學(xué)生受到感染,在愉悅興奮狀態(tài)下達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。
四實驗課內(nèi)容的及時調(diào)整
生物化學(xué)的理論知識幾乎年年都在更新,教學(xué)內(nèi)容的安排隨著學(xué)時調(diào)整,教材選用情況的改變而不斷改變,可是實驗課的內(nèi)容受到實驗器材,實驗經(jīng)費(fèi),課時安排等諸多元素的限制,總是滯后于理論更新的速度。這其實是一種很嚴(yán)重的理論實踐脫節(jié)。
學(xué)生們處于求知最旺盛的階段,所以他們更關(guān)注新技術(shù),新理論。如果在實驗課中,能讓學(xué)生親身接觸到這部分內(nèi)容,會吸引很多學(xué)生的注意力。比如我們給學(xué)生講解唾液淀粉酶的作用,如果讓學(xué)生親自取唾液,親眼觀察到唾液淀粉酶水解淀粉后,與碘液呈現(xiàn)出不同的顏色反應(yīng),效果肯定要好于單調(diào)地講解理論。
五注重結(jié)合中醫(yī)內(nèi)容
生物化學(xué)是一門西醫(yī)基礎(chǔ)課,現(xiàn)在作為中西醫(yī)結(jié)合基礎(chǔ)學(xué)科在中醫(yī)院校開設(shè),自然要結(jié)合中醫(yī)院校自身的特點,形成不同于西醫(yī)院校的教學(xué)特點。比如在內(nèi)容上,教師更應(yīng)注重同中醫(yī)內(nèi)容的結(jié)合。特別是由于生活節(jié)奏快,生活壓力大,全社會都越來越多的關(guān)注健康問題。所以,中醫(yī)治未病的很多調(diào)理方法,或是對已發(fā)病癥的治療吸引大眾關(guān)注。所以,在講解卵磷脂治療脂肪肝的時候,也可以介紹山楂消食化積,活血散瘀的功能。此外也可以在講糖尿病的時候,介紹一下傳統(tǒng)中醫(yī)對于“消渴”癥的診斷與治療。這些中西醫(yī)結(jié)合,或是西醫(yī)中藥結(jié)合的內(nèi)容,突出了中醫(yī)院校的特點,滿足了學(xué)生的需求,在教學(xué)中更受學(xué)生歡迎。總之,授課是一門綜合藝術(shù)。要想成為一名合格的教育工作者,教師必須有“路漫漫其修遠(yuǎn)兮,吾將上下而求索”的進(jìn)取精神。只有不停地前進(jìn),與時代同步,與科學(xué)比肩,才能夠與時俱進(jìn),稱為教育隊伍中一名優(yōu)秀成員。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:生物化學(xué);備課;教學(xué)改革
中圖分類號:Q5-3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)09-0194-02
生物化學(xué)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科和前沿領(lǐng)頭學(xué)科,也是醫(yī)學(xué)生必修的一門重要基礎(chǔ)課程。其在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的作用和地位也顯得尤為重要,因此,做好該課程的教學(xué)工作對于培養(yǎng)優(yōu)秀的醫(yī)學(xué)人才具有重要的意義。由于生物化學(xué)課程所涉及的知識體系龐大,并且許多知識點抽象難理解,因此,該課程成為學(xué)生評價出的學(xué)習(xí)難度較大的一門醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課,這給教師教學(xué)工作帶來了極大的挑戰(zhàn),尤其是對于新進(jìn)教師。新進(jìn)教師的教學(xué)經(jīng)驗少,對教學(xué)內(nèi)容的理解和教學(xué)重點難點把握不夠好。因此,作為生物化學(xué)課程的一名新進(jìn)教師,想要勝任教學(xué)工作,提高教學(xué)效果和質(zhì)量,必須做好教學(xué)前的準(zhǔn)備工作,這不僅要求做好課件那么簡單,而是涉及到各方面內(nèi)容的準(zhǔn)備。本文將從以下幾個方面淺談地方醫(yī)學(xué)院校新進(jìn)教師如何做好生物化學(xué)課程的準(zhǔn)備工作。
一、樹立強(qiáng)烈的教師責(zé)任感
醫(yī)學(xué)院校新進(jìn)教師多數(shù)都肩負(fù)有較重的科研任務(wù),并且面臨著從學(xué)生轉(zhuǎn)變?yōu)榻處煹慕巧D(zhuǎn)換,教學(xué)經(jīng)歷缺乏;尤其是擔(dān)任醫(yī)學(xué)主干課程生物化學(xué)的教學(xué)工作,新老師必須要有強(qiáng)烈的教師責(zé)任感,極高的教學(xué)積極性和高度的自信心,這是對學(xué)生負(fù)責(zé)任,也是勝任生物化學(xué)教學(xué)工作的關(guān)鍵。生物化學(xué)是研究生命活動的本質(zhì),其理論和技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域,與疾病的發(fā)生、預(yù)防、診斷和治療都有密切的相關(guān)性,它已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)課程。新進(jìn)教師自身認(rèn)識到課程理論知識的基礎(chǔ)性與重要性,將“上好一門課”作為教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié),將成為課程教學(xué)前備課的動力,也是備好生物化學(xué)課程的重要前提。
二、了解教學(xué)對象的專業(yè)和課時數(shù)
在備課前需要充分的了解教學(xué)對象,根據(jù)不同的教學(xué)對象準(zhǔn)備不同的教學(xué)案例及教學(xué)重點與難點。以重慶醫(yī)科大學(xué)為例,開設(shè)生物化學(xué)課程的專業(yè)就有臨床本科,臨床七年制,兒科本科,兒科七年制,康復(fù)本科,醫(yī)學(xué)影像技術(shù)本科,基礎(chǔ)醫(yī)學(xué),食品衛(wèi)生與營養(yǎng)學(xué)本科,護(hù)理本科,護(hù)理專科,麻醉本科,針灸推拿本科,生物信息本科以及成人專科、成人本科等各個專業(yè)。這些不同授課對象的基礎(chǔ)知識以及對生物化學(xué)知識的理解和掌握能力都是有所差異的,并且不同的專業(yè)的教學(xué)大綱中規(guī)定的學(xué)時數(shù)也有所不同,分別有45學(xué)時,72學(xué)時和96學(xué)時。因此,在備課時就要充分考慮到這些情況。總的來說,生物化學(xué)課程的前三篇章的內(nèi)容作為基本授課內(nèi)容,包括生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)和基因信息傳遞,其他的生物化學(xué)L餑諶萑繆液生物化學(xué)、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、肝臟生物化學(xué)等章節(jié)可以根據(jù)專業(yè)和課時數(shù)進(jìn)行合理安排[1]。
另一方面,在備課過程中要根據(jù)不同的專業(yè)準(zhǔn)備不同的實例。比如面對臨床的學(xué)生需要更多的列舉生物化學(xué)知識與臨床疾病相關(guān)的例子。譬如在講到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系時,可以舉例鐮刀形貧血病是由于人血紅蛋白β亞基的第6位酸性氨基酸谷氨酸突變?yōu)橹行园被崂i氨酸,導(dǎo)致原本水溶性的血紅蛋白聚集成絲,相互黏著,使紅細(xì)胞變形成為鐮刀狀而極易破碎,產(chǎn)生貧血。大量列舉知識點與學(xué)生專業(yè)相關(guān)的實例,強(qiáng)化生物化學(xué)課程與專業(yè)學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)度,將大大提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的主動性和積極性,十分有利于提高教學(xué)質(zhì)量。
三、充分利用教學(xué)團(tuán)隊資源
新進(jìn)教師進(jìn)入地方醫(yī)學(xué)院校,教研室成為課程理論教學(xué)的基本單元。在教研室對新進(jìn)教師開展的培訓(xùn)過程中,積極汲取教學(xué)經(jīng)驗豐富教師的授課經(jīng)驗;通過教學(xué)團(tuán)隊開展的教學(xué)論壇、隨堂聽課、教案撰寫、集體備課、教學(xué)互評等環(huán)節(jié),豐富個人教學(xué)知識背景、提高個人教學(xué)技巧、養(yǎng)成自身教學(xué)方式和突出個人教學(xué)特色。充分利用教學(xué)團(tuán)隊的教育教學(xué)資源,對新進(jìn)教師教學(xué)個性的養(yǎng)成具有極大的促進(jìn)作用。
四、搜集教學(xué)資源并深入掌握教學(xué)內(nèi)容
新進(jìn)教師僅憑科研階段掌握的生物化學(xué)知識來開展教學(xué)工作是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必須對生物化學(xué)知識有更加系統(tǒng)、全面和深入的掌握與理解。因此,在課程教學(xué)前搜集相關(guān)教學(xué)資源、梳理理論知識體系、整理課堂教學(xué)思路成為備課過程中的重要內(nèi)容。另外,將合理的教學(xué)技巧應(yīng)用于相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容中,將有助于提交教學(xué)效果、活躍課堂氛圍、促進(jìn)學(xué)生積極性。同時,針對不同專業(yè)的教學(xué)要求,對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行難點與重點的詳細(xì)劃分,也成為備課過程中的重要環(huán)節(jié)。
值得一提的是,新進(jìn)教師在進(jìn)行教學(xué)資源學(xué)習(xí)與整合時,需要進(jìn)行深入的思考與理解,將知識點與自身知識背景結(jié)合,通過列舉實例加以引導(dǎo),力爭做到知識點明確、重難點突出、抽象概念形象化,這對明確學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有重要的推動作用。同時,注重教學(xué)重點內(nèi)容的知識點拓展與相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的回顧,將成為鞏固舊知識點、強(qiáng)化新知識點的有效手段。例如,對生物化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容可以概括為敘述生化、動態(tài)生化和分子生物學(xué)三部分,敘述生化主要是介紹生物大分子如蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)與功能,以及與醫(yī)學(xué)密切相關(guān)酶的化學(xué)組成和催化作用;動態(tài)生化主要介紹糖、脂和蛋白質(zhì)三大營養(yǎng)物質(zhì)的代謝,重點是分解代謝;分子生物學(xué)則是以中心法則展開的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等內(nèi)容[2]。
五、學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)
目前,多媒體教學(xué)成為高校教師授課的重要方式。其中多媒體課件是課堂教學(xué)表現(xiàn)的主要方式。因此,多媒體課件的制作成為現(xiàn)今高校教師基本的教學(xué)能力之一。在生物化學(xué)教學(xué)過程中,簡潔清晰、思路明確、知識點準(zhǔn)確、重難點突出成為有效教學(xué)的基本要求。而豐富多彩的多媒體資源,例如圖片、視頻、動畫等,將使得教學(xué)內(nèi)容更加形象,教學(xué)環(huán)節(jié)更為輕松,教學(xué)效果更加顯著。例如,糖代謝途徑和生物氧化過程等內(nèi)容,通過視頻或動畫的展示,將使得學(xué)習(xí)內(nèi)容更加直觀與生動,有助于學(xué)生的理解和記憶。
微n指按照新課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)實踐要求,以視頻為主要載體,記錄教師在課堂內(nèi)外教育教學(xué)過程中圍繞某個知識點(主要是重點難點和疑點)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的精彩教與學(xué)活動全過程,微課已廣泛的應(yīng)用于高校教學(xué)工作中,且已取得較好的教學(xué)效果[3]。因此,新教師積極掌握制作微課的技術(shù),探索微課教學(xué)的模式,并將其應(yīng)用至生物化學(xué)的重難點的教學(xué)過程中,對豐富教學(xué)內(nèi)容、形象化教學(xué)知識點具有較好的效果。
總的而言,生物化學(xué)雖然知識點繁多抽象、知識體系復(fù)雜,但是只要新進(jìn)教師充分開展課程教學(xué)前的備課環(huán)節(jié),樹立高度的教師的責(zé)任感,充分利用教學(xué)團(tuán)隊資源,全面系統(tǒng)的掌握教學(xué)內(nèi)容并通過合理的教學(xué)技巧與教學(xué)方式開展教學(xué)工作,必將取得良好的教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。
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Experiences of Biochemistry Lecture Preparation of New Teachers in Local Medical University
CHEN Quan-mei1,2,LIU Xian-jun1,2,BU You-quan1,2
(1.Department of Biochemistry and Molecular Biology,Chongqing 400016,China;
2.Molecular Medicine and Cancer Research Center,Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China)
1997年,Pinker在《大腦如何工作》(HowtheMindWorks)一書中提出了“逆向工程”(reverseengineering)方法。在技術(shù)上,我們通常是先設(shè)計和制造某種裝置,然后再用它來實現(xiàn)相應(yīng)的功能,完成相應(yīng)的任務(wù)。而反過來,如果我們不知道某種裝置的設(shè)計制作機(jī)制和過程,那么就可以通過分析它的功能和所要完成的任務(wù),來對它的內(nèi)部設(shè)計機(jī)理做出一個假設(shè)式的預(yù)測說明。同理,假如我們把人類的適應(yīng)策略以及相應(yīng)的行為看作人類心智的功能,那么就可以根據(jù)這種功能的實現(xiàn)來假定內(nèi)在的心智結(jié)構(gòu),猜測這種心智結(jié)構(gòu)是如何被設(shè)計和創(chuàng)造出來的。為了獲得心智結(jié)構(gòu)方面的知識,就對心智的功能進(jìn)行分析,從而提出關(guān)于內(nèi)在設(shè)計機(jī)制結(jié)構(gòu)的假說。這就是逆向工程的研究方法,其實也就是從功能到結(jié)構(gòu)的研究方法。這種方法類似于Cosmides和Tooby提出的“預(yù)測的進(jìn)化心理學(xué)”。Cosmides和Tooby將進(jìn)化心理學(xué)的研究方法區(qū)分成解釋的和預(yù)測的。解釋的進(jìn)化心理學(xué)主要是針對當(dāng)代的人類行為,給出一個關(guān)于其起源的假說,其實也就是用祖先面臨的適應(yīng)性問題及其解決方案的假說來解釋當(dāng)代的行為。預(yù)測的進(jìn)化心理學(xué)則主要是認(rèn)為祖先所面臨的生存環(huán)境中的適應(yīng)性問題,是借助于內(nèi)在心智結(jié)構(gòu)的適應(yīng)來加以解決的,于是外在功能來源于其內(nèi)在結(jié)構(gòu)而我們就可以通過對外在功能的分析,來對其內(nèi)在心智結(jié)構(gòu)的設(shè)計機(jī)制提出一些可能性假說。在上述兩種研究進(jìn)路的基礎(chǔ)上,Buss提出了進(jìn)化心理學(xué)分析的層級理論。
Buss認(rèn)為進(jìn)化心理學(xué)的分析層次,包括一般進(jìn)化理論(如廣義適應(yīng)性理論)、中級水平的進(jìn)化理論(如性選擇理論),和具體的進(jìn)化假設(shè)(比如,若雄性會給后代提供資源,那么雌性在擇偶時會考慮對方獲取資源的能力和向自己投資的意愿)。在這些進(jìn)化心理學(xué)分析層級的基礎(chǔ)上,我們可以得到兩種形成進(jìn)化假設(shè)的科學(xué)策略。一種是自上而下的理論驅(qū)動型,從較高層級的理論推導(dǎo)出較低層級的理論,比如從廣義適應(yīng)性理論,我們可以推導(dǎo)出人類會更多的幫助較近的血親,而不是較遠(yuǎn)的親屬或者陌生人。另外一種是自下而上的觀察驅(qū)動型,從較低層級的經(jīng)驗現(xiàn)象得出較高層級的假設(shè)性理論解釋。比如,從男性在擇偶時更看重女性的外貌這一事實,可以得出女性外貌在遠(yuǎn)古時是男性推斷她們的生育能力的重要線索之一這樣的一個假設(shè)性解釋。Cosmides和Tooby給出的研究方法,相比較Buss給出的研究方法,更多體現(xiàn)了進(jìn)化心理學(xué)自身研究方法的特色,是進(jìn)化心理學(xué)家在進(jìn)行具體研究時更容易操作的方法,也是為大多數(shù)人所支持的一種研究方法。首先Buss的研究方法是任何學(xué)科都具有的一種形式,進(jìn)化心理學(xué)的理論建構(gòu)符合它是毫不奇怪的。其次Buss給出的研究方法的論述更多是一種理論重構(gòu),是對于已經(jīng)建立的進(jìn)化心理學(xué)的理論做出一個層次劃分,并沒有真正反映出進(jìn)化心理學(xué)家在做實驗研究時真正采用的研究進(jìn)路。所以,Cosmides和Tooby夫婦給出的兩種進(jìn)化心理學(xué)研究進(jìn)路代表了進(jìn)化心理學(xué)的基本研究方法,而Buss的理論則是對上述兩種研究方法得出的結(jié)論進(jìn)行了理論重構(gòu)。所以如果抓住了解釋的進(jìn)化心理學(xué)和預(yù)測的進(jìn)化心理學(xué)這兩條基本研究進(jìn)路,我們也就把握住了進(jìn)化心理學(xué)的基本研究方法。
二、“假設(shè)的故事”的批評
所謂“假設(shè)的故事”,是針對進(jìn)化生物學(xué)中的適應(yīng)主義綱領(lǐng)的批評。1979年,高爾德(S.J.Gould)和列沃汀(R.C.Lewontin)發(fā)表了題為“圣馬可的三角拱腹與潘哥洛斯范式:適應(yīng)主義綱領(lǐng)的一個批判”的文章,總結(jié)并激烈地批判了適應(yīng)主義綱領(lǐng)(adaptationistprogramme)。他們所說的適應(yīng)主義綱領(lǐng)基于這樣一種觀念:自然選擇具有至高無尚的力量,它用于支配生物體的設(shè)計與建造的,將是可能方案中最佳的。按照這種綱領(lǐng)來研究適應(yīng)現(xiàn)象,通常要進(jìn)行兩個主要的步驟:一是,“生物被原子化為‘性狀’,這些性狀又被解釋為由自然選擇按其功能設(shè)計的最佳結(jié)構(gòu)”;二是,“逐個部分的最優(yōu)化失敗后,通過斷言生物不能每一部分都最優(yōu)化又不伴以其他部分的消耗,而承認(rèn)了相互作用。‘權(quán)衡’觀念被引入了,生物被看成是(滿足各種)互斥要求的最佳妥協(xié)方案”。高爾德和列沃汀還列舉了適應(yīng)主義者的論證風(fēng)格,如“當(dāng)一個適應(yīng)性論證失敗了,就去試另一個”、“如果一個適應(yīng)性論證失敗了,就假定還存在另一個較弱形式的論證”、“強(qiáng)調(diào)直接的功利性而排斥結(jié)構(gòu)的其他性質(zhì)”、把適應(yīng)性論證的失敗歸因于對生物的生命缺乏完善的理解,等等。他們所要指出的是:一個適應(yīng)性故事的拒斥經(jīng)常導(dǎo)致它被另外一個解釋所取代,而非導(dǎo)致對于是否需要一個不同解釋的懷疑;一個故事的接受標(biāo)準(zhǔn)是如此的寬松,他們可能不需要確證就可以成立。也就是說,適應(yīng)性假設(shè)具有很大隨意性,缺乏一個客觀可靠的步驟、程序,也無法提供經(jīng)驗的證明。高爾德和列沃汀對適應(yīng)主義綱領(lǐng)的批判也成了對于解釋的進(jìn)化心理學(xué)最為著名的批評,因而也是對于進(jìn)化心理學(xué)作為科學(xué)的最大障礙之一。Cosmides在一個采訪中回應(yīng)了這種批評:“具有專業(yè)進(jìn)化生物學(xué)知識的人都知道,對于任何特征的事后解釋進(jìn)行虛構(gòu)都是不可能的,因為進(jìn)化解釋具有重要的約束。”也就是說進(jìn)化心理學(xué)提出適應(yīng)性假設(shè)的過程,是有著嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)而絕非任意的,那些批評進(jìn)化心理學(xué)是隨意編造的人都是門外漢,根本不具有專業(yè)的進(jìn)化生物學(xué)知識。Holcomb還明確地辯護(hù)道,進(jìn)化心理學(xué)是一個最佳解釋推理,而最佳解釋推理是科學(xué)事業(yè)中經(jīng)常用到的研究方法,所以進(jìn)化心理學(xué)的解釋也是科學(xué)的。
這里,需將“假設(shè)的故事”和“最佳解釋的推理”背后的邏輯展示出來。我們不妨先構(gòu)造一個進(jìn)化心理學(xué)的例子。通過對當(dāng)代人類個體行為的觀察可以發(fā)現(xiàn),1號男性喜歡腰臀比更低的2號女性而不是較高的4號女性,3號男性喜歡腰臀比更低的6號女性而非更高的8號女性,5號男性……,等等。這時,得出歸納命題:當(dāng)代男性中的大多數(shù)喜歡腰臀比值低的女性。我們暫時接受描述當(dāng)代人類行為的命題是真的。對于這個當(dāng)代人類行為的歸納命題,進(jìn)化心理學(xué)家提出一種解釋的假說,認(rèn)為這是由于遠(yuǎn)古祖先面臨著一個在繁殖中選擇最佳婚配對象的適應(yīng)性問題,如果那些具有喜歡腰臀比值低的女性這樣一個內(nèi)在心理傾向的男性,其繁殖更為成功,那么經(jīng)過多代的繁衍,當(dāng)代人群中具有喜歡腰臀比值低的女性的內(nèi)在心理機(jī)制的男性的數(shù)量就會更多。對此,進(jìn)化心理學(xué)家所經(jīng)常使用的表述,往往是將許多概念混雜在一起,讓人感覺似乎有道理,但概念的定義不明確,邏輯線索不清楚,同時也缺乏一種有力的理論表述形式。實際上,其核心命題不過是描述了兩個階段:第一個階段是外界環(huán)境條件所要求的適應(yīng)性問題,同時在一部分人群中出現(xiàn)了形成解決方案的內(nèi)在心理機(jī)制的變異;第二個階段則是自然選擇發(fā)揮作用,具體來說就是某些內(nèi)在心理機(jī)制的變異能夠成功解決適應(yīng)性問題,從而具有這種內(nèi)在心理機(jī)制的個體具有更高的繁殖率,經(jīng)過自然選擇其后代數(shù)量也就更多。概括起來說,自然選擇偏好那些具有能夠解決遠(yuǎn)古適應(yīng)性問題的內(nèi)在心理機(jī)制的個體。令上述的解釋性原因為假說a,把被解釋的當(dāng)代人類行為稱作假說b,然后從a可以推出b。根據(jù)a和b的真假,可以得到一個因果推理、一個最佳解釋推理和一個講故事的假設(shè):
1.如果a被考古等多方面的證據(jù)表明為真,b作為一個歸納命題被接受為真,那么我們對b作出解釋a時不會感到任何困惑。這正如用“下雨”對“地面濕”做出因果解釋一樣。
2.如果a的真沒有得到有效的證據(jù),而b作為一個歸納命題被接受為真,并且如果a是真的,則相對于其他可能性假說b得到最好的解釋,于是有理由認(rèn)為a是真的。這是具有蓋然性的溯因推理。接受大爆炸學(xué)說也是這樣:為什么所觀測到的宇宙數(shù)據(jù)是如此這般的,宇宙大爆炸學(xué)說比其它學(xué)說的解釋更為合理(有更多的歸納證據(jù)),于是大爆炸學(xué)說被人們所廣泛的接受。
3.如果a沒有得到有效的證據(jù)證明為真,而b作為一個歸納命題被接受為真,并且如果a是真的,則b得到一個并非最佳的解釋,那么a就是一個隨意的假設(shè)。這就是真正的講故事了,比如為什么所觀測到的宇宙數(shù)據(jù)是如此這般的,神創(chuàng)說比起宇宙大爆炸學(xué)說就是一種隨意的假設(shè),就好象講故事一樣,中國人可以說是開天辟地,而印度人則說是梵天創(chuàng)造了世界。在批評者眼中,進(jìn)化心理學(xué)屬于第三種情況。他們把進(jìn)化心理學(xué)中遠(yuǎn)古適應(yīng)性問題的假設(shè)都看成是隨意編造的故事,看不到進(jìn)化心理學(xué)家在做出適應(yīng)性假設(shè)時遵循的嚴(yán)格規(guī)范,把典型的最佳解釋推理或溯因推理完全混同于“選擇萬能論”的適應(yīng)性論證。實際上,進(jìn)化心理學(xué)家大都強(qiáng)調(diào)他們的理論在解釋力上優(yōu)于行為生態(tài)學(xué)的,其根據(jù)就在于歸納證據(jù)的數(shù)量。同時,進(jìn)化心理學(xué)在給出適應(yīng)性問題假說時,廣泛吸收了進(jìn)化生物學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)以及認(rèn)知科學(xué)的成果,有必要的科學(xué)事實依據(jù)。強(qiáng)調(diào)最佳的解釋力及假說的科學(xué)事實基礎(chǔ),就是最佳解釋推理區(qū)別于“假設(shè)的故事”的最重要的特征;而這兩個特征也最佳解釋推理作為科學(xué)方法的基本條件。Holcomb指出:“進(jìn)化心理學(xué)已經(jīng)建立起來了一套精致的專門的技術(shù)來檢驗關(guān)于行為的適應(yīng)意義和相關(guān)機(jī)制的假說。……隨著證據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量的提高,我們不僅僅認(rèn)為這些進(jìn)化假說是值得選擇的,同樣認(rèn)為它就是正確的。”
三、對內(nèi)部心智結(jié)構(gòu)的預(yù)測
有些批評者認(rèn)為,進(jìn)化心理學(xué)家都在忙于為當(dāng)前的人類行為編織各種各樣的可能解釋,很少做出一些可供實驗檢驗的經(jīng)驗預(yù)測。即使偶爾對內(nèi)在心理機(jī)制的結(jié)構(gòu)構(gòu)建出了各種模型,但這種預(yù)測也只是提供了一種可能的猜測,仍然缺乏明確的關(guān)于內(nèi)在心智結(jié)構(gòu)的獨(dú)立證據(jù),因而也是成問題的。而進(jìn)化心理學(xué)家則明確表示,進(jìn)化心理學(xué)研究的最終落腳點就是提供有關(guān)內(nèi)部心智設(shè)計機(jī)制的預(yù)測,其途徑和方法是:根據(jù)有關(guān)的環(huán)境信息輸入以及心智模塊所執(zhí)行的任務(wù)、表現(xiàn)出來的行為功能來預(yù)測內(nèi)部機(jī)制。進(jìn)化心理學(xué)家的具體作法有下面三個步驟。第一,進(jìn)化心理學(xué)家首先假定:我們都有一個石器時代的大腦,大腦最初被設(shè)計制造的時候是用來解決遠(yuǎn)古適應(yīng)性問題的,所以我們關(guān)注的不是當(dāng)前環(huán)境條件下的輸入輸出,而是遠(yuǎn)古環(huán)境條件下的輸入輸出。第二,大腦對輸入的信息進(jìn)行計算然后輸出特定的行為。通過大腦的功能也就是它所要解決的問題或者任務(wù),可以對它的內(nèi)部設(shè)計機(jī)制做出合理的預(yù)測并構(gòu)建出近似模型。這就類似于平克(StevenPinker),所說的“逆向工程”方法,如果我們知道了一個裝置的功能,那么就能夠?qū)ζ鋬?nèi)部的設(shè)計機(jī)制做出一些合理預(yù)測。第三,對于大腦內(nèi)部設(shè)計機(jī)制的假設(shè)模型仍然要進(jìn)一步經(jīng)受檢驗,具體的做法就是考察其輸入輸出是否完全符合我們大腦的真實輸入輸出,也就是考察假設(shè)模型在各種條件下的行為輸出是否符合人類的真實行為,符合度越高,那么我們的假設(shè)模型就越逼近對于大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)的真實描述。
按照Silverman的一項研究,我們的男性祖先要四處奔波狩獵,而女性祖先則是在固定地方采集,在這兩種適應(yīng)性環(huán)境條件下的男女具有不同的行為模式。綜合有關(guān)環(huán)境信息輸入和行為輸出的情況,可以假定男女具有不同的空間辨認(rèn)模塊,男性更加擅長于運(yùn)動中的精確定向和對三維物體進(jìn)行心理轉(zhuǎn)換,而女性則更加擅長于記憶物體之間的空間關(guān)系。“男女具有不同的空間辨認(rèn)模塊”的假說,還要被運(yùn)用于預(yù)見男女在其他方面的行為差異。比如,男性注重通過變換居住地來改善自己的居住條件,女性更注重通過裝飾和重新擺放家具來改善居住條件。如果根據(jù)空間辨認(rèn)模塊假說做出的預(yù)見都是真實的,就能證明人類男女大腦中的確存在不同的空間辨認(rèn)模塊。這和認(rèn)知心理學(xué)的研究方法有很大的相似性。認(rèn)知心理學(xué)強(qiáng)調(diào)將條件與結(jié)果加以對照,即將輸入和輸出聯(lián)系起來進(jìn)行推理,以發(fā)現(xiàn)某一心理現(xiàn)象的內(nèi)部機(jī)制。因此,認(rèn)知心理學(xué)特別注重實驗設(shè)計,以求獲得判定內(nèi)部心理機(jī)制所需要的材料。不過,進(jìn)化心理學(xué)并非是對當(dāng)下的輸入輸出進(jìn)行操作,而是通過考察遠(yuǎn)古環(huán)境的輸入和人類行為輸出之間的適應(yīng)關(guān)系來預(yù)測內(nèi)部心智結(jié)構(gòu)的。
進(jìn)化心理學(xué)與認(rèn)知心理學(xué),在研究方法上沒有本質(zhì)的不同。它們都同樣地把人類大腦假定為一個信息處理裝置,都相信這個裝置里面充滿了成百上千臺功能分化的微型計算機(jī),每一臺計算機(jī)專門負(fù)責(zé)處理一個特殊的適應(yīng)性任務(wù)。其實,整個認(rèn)知科學(xué)都采用這種功能主義研究進(jìn)路。雖然無法知道心靈的物理-化學(xué)結(jié)構(gòu),但可以知道電腦的內(nèi)部設(shè)計機(jī)制。而且,當(dāng)把電腦看作是人腦的模型時,可以成功的預(yù)見許多人腦支配行為的許多特征。按照功能主義的主張,即使在缺乏關(guān)于黑箱內(nèi)部實際經(jīng)驗證據(jù)的基礎(chǔ)上,我們也能夠憑借其輸入輸出,構(gòu)建出各種功能模型來對它進(jìn)行科學(xué)研究。所以即使沒有細(xì)胞學(xué)和生物化學(xué)的證據(jù),孟德爾關(guān)于遺傳因子(基因)的研究也是科學(xué)的,同時只要承認(rèn)模型在科學(xué)中的作用,就沒有理由懷疑進(jìn)化心理學(xué)有關(guān)內(nèi)部心智結(jié)構(gòu)研究的科學(xué)性,因為雖然各種心智模塊假設(shè)還缺乏直接的獨(dú)立證據(jù),但這不是進(jìn)化心理學(xué)獨(dú)有的“缺陷”,而是一切以模型為工具的科學(xué)研究共有的特征。
四、進(jìn)化心理學(xué)研究方法的不足
對于進(jìn)化心理學(xué)研究方法的許多批評,大都是出于對進(jìn)化心理學(xué)研究方法的誤解。進(jìn)化心理學(xué)中廣泛使用的溯因法和功能分析法,都具有科學(xué)的合理性。但是,這種情況并不表明進(jìn)化心理學(xué)在運(yùn)用上述兩種基本研究方法時完全沒有缺陷。實際上,它仍然面臨著直接證據(jù)不足、缺乏可檢驗性以及概念的定義不清晰等方面的困難。直到目前,進(jìn)化心理學(xué)家還沒有考慮在神經(jīng)生物學(xué)和遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上為諸如心智模塊這樣的內(nèi)在心智結(jié)構(gòu)假說提供直接的證據(jù)。這就使得進(jìn)化心理學(xué)遠(yuǎn)離了公認(rèn)的科學(xué)事實。盡管直接的獨(dú)立證據(jù)并非必需的,但置已經(jīng)得到科學(xué)家廣泛公認(rèn)的科學(xué)事實于不顧,讓心智模塊完全中立于神經(jīng)生物學(xué)和遺傳學(xué)的進(jìn)步,畢竟是一個不可忽視的缺陷。假如能把某種心智模塊與特定的基因聯(lián)系起來,有關(guān)內(nèi)在心智結(jié)構(gòu)的假說就有了直接的證據(jù)。而做到這一點,在當(dāng)前的科學(xué)背景下是有可能的。可惜,進(jìn)化心理學(xué)家還沒有打算這樣做。進(jìn)化心理學(xué)的功能分析要針對遠(yuǎn)古人類來進(jìn)行。這就需要搜集大量的古人類學(xué)資料。這不僅超出了進(jìn)化心理學(xué)家的能力范圍,即使是古人類學(xué)家搜集的資料也是不完整的。如果說進(jìn)化生物學(xué)家還有古生物學(xué)提供的化石作為直接證據(jù),那么進(jìn)化心理學(xué)家就沒有可資研究的關(guān)于遠(yuǎn)古人類行為的“化石”。根據(jù)今天的人類行為去推測遠(yuǎn)古祖先的心智結(jié)構(gòu),無論如何是難以從經(jīng)驗上加以檢驗的。更為嚴(yán)重的是,進(jìn)化心理學(xué)家對這樣一種困難還缺乏深刻的自覺。進(jìn)化心理學(xué)中的一些重要概念沒有明確的定義。例如,男性和女性的空間辨認(rèn)模塊,就是兩個含糊不清的概念。進(jìn)化心理學(xué)家不能把男性的空間辨認(rèn)模塊與狩獵行為穩(wěn)定地對應(yīng)起來,也不能把女性的空間辨認(rèn)模式唯一地與采集行為對應(yīng)起來。因為男性有時也愿意從事采集活動,女性有時也參與狩獵工作。
說起他所珍愛的化石,周忠和目光灼灼:“化石是我們古生物研究者最基本的研究材料,也是古代生物演化的最直接的證據(jù)。我們就像偵探一樣,通過各種蛛絲馬跡,用有限的信息盡量還原更多當(dāng)時的現(xiàn)實,有一分證據(jù)說一分話。”
結(jié)緣化石
在周忠和的記憶中,自己與化石的緣分可以追溯到高中時期。
周忠和1965年出生于江蘇省江都市的一個村子里,父親是大隊會計,為人勤勞本分。周忠和是長子,下面還有兩個弟弟和一個妹妹。周忠和回憶說:“我是個農(nóng)村出身的孩子,從小就在地里玩兒。但那時從來沒想到泥土、石塊里會有化石之類的東西。”
周忠和讀高中時,當(dāng)時的班主任吳鳳采老師訂了一份名為《化石》的科普雜志,周忠和與同學(xué)們都很喜歡看。
《化石》由中國科學(xué)院主管,中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所主辦,創(chuàng)刊于1973年,曾經(jīng)是主席特別喜歡閱讀的科普刊物,20世紀(jì)80年代初其發(fā)行量曾經(jīng)達(dá)到22萬多份。
周忠和從這份雜志中了解到一些關(guān)于化石的知識,并對化石產(chǎn)生興趣。
周忠和笑言:“這是我能和化石搭上邊的最早記憶了,后來我又到中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所工作,想來真是挺有緣分的。”
1982年,周忠和考入南京大學(xué)地質(zhì)系古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè),開始真正與化石打交道。
周忠和的大學(xué)生活單調(diào)又清苦,每月15元的伙食費(fèi),必須精打細(xì)算,如果中午吃了葷菜,晚上可能就要靠包子和免費(fèi)湯來打發(fā)了。
周忠和說:“當(dāng)時家里并不富裕,我上大學(xué),弟妹們也在讀書,四個孩子花費(fèi)很大。父親雖為村里的‘小官’,依然要下地干活,還要給家里開的雜貨店幫忙,以貼補(bǔ)家用,父母都很辛苦。”
懂事要強(qiáng)的周忠和在學(xué)校用功讀書,放假回家還要幫父母干農(nóng)活,鼓勵弟妹好好學(xué)習(xí)。在他的激勵下,兩個弟弟一個妹妹先后都讀了大學(xué)。
“弟妹們也很優(yōu)秀,父母十幾年前就‘退休’安享晚年了。”周忠和高興地說,“我每年春節(jié)都要回家過年,看望父母,也和弟妹們聚一聚。”
1986年,周忠和本科畢業(yè),進(jìn)入中國科學(xué)院研究生院地學(xué)部,師從古魚類專家蘇德造研究中生代魚類,畢業(yè)后留在中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所工作,從此和化石相伴一生。
“棄”魚“從”鳥
古生物學(xué)界有一個很有意思的說法:一塊化石常常能改變一個人的命運(yùn)。
1929年,古生物學(xué)家裴文中在北京周口店發(fā)現(xiàn)了北京猿人的頭蓋骨,一舉成名;60多年后,正在研究中生代魚類的周忠和,因為“巧遇”華夏鳥化石,從此改變了一生的研究方向。
1990年7月,一支由中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所金帆博士率領(lǐng)的科考隊,在中國遼寧省西部的朝陽地區(qū)跋山涉水,采集魚類化石,進(jìn)行熱河群地層的研究。周忠和就在這支隊伍中,由于他的碩士論文研究的是北票鱘,所以他分工負(fù)責(zé)尋找和研究鱘類化石。
時值盛夏,驕陽似火,揮汗如雨,但這絲毫不影響這些年輕學(xué)者的工作熱情。一天,在波羅赤鄉(xiāng)的一條小山溝里,周忠和發(fā)現(xiàn)了一塊看似不起眼的魚類化石。
這塊化石屬于白鱘科,從某種意義上講,是現(xiàn)代生活著的長江白鱘的最早的祖先。這一發(fā)現(xiàn)讓初出茅廬的周忠和興奮不已。考察結(jié)束后,他依然惦記著發(fā)現(xiàn)化石的那條小山溝。9月中旬,他一個人再次來到那里,希望能找到更多、更好的鱘類化石。
不過這一次,周忠和并沒找到鱘類化石,而是發(fā)現(xiàn)了兩塊保存得相當(dāng)完整的鳥類化石。化石拿回中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所,經(jīng)研究,發(fā)現(xiàn)這是距今1.2億年左右的鳥類化石,而當(dāng)時,這一時期的鳥類化石在全世界范圍內(nèi)都很稀少。
中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所非常重視這一發(fā)現(xiàn),專門安排人手對此進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)掘和研究。同時,為了培養(yǎng)年輕人,所里安排周忠和等也參與其中,周忠和自己也覺得這項研究很有意義,于是開始從事古鳥類研究。
1992年,周忠和、金帆和張江永一起研究了波羅赤出土的第一塊古鳥化石,標(biāo)本被命名為燕都華夏鳥,屬名“華夏”意指中國大地古稱,種名“燕都”意指化石產(chǎn)地朝陽古時屬燕國。
燕都華夏鳥是朝陽地區(qū)最早被發(fā)現(xiàn)的中生代鳥類之一。20世紀(jì)90年代初期,世界上從早白堊世地層中發(fā)現(xiàn)的鳥類化石,總數(shù)量加起來不過七八塊,而燕都華夏鳥是當(dāng)時發(fā)現(xiàn)的鳥類化石中保存最完整的。
燕都華夏鳥屬反鳥類型。反鳥是中生代分布極廣、數(shù)量很大的一類鳥,繁盛于白堊紀(jì)。反鳥的許多骨骼特征都與現(xiàn)生鳥類相反,故而得名。最初,古生物學(xué)家根據(jù)晚白堊紀(jì)的一些鳥類化石建立了這樣一個類群,燕都華夏鳥的發(fā)現(xiàn)則把整個反鳥類的分布向前延伸到了白堊紀(jì)早期。
同年,周忠和在德國召開的第三屆國際古鳥類與進(jìn)化會議上報告了他的發(fā)現(xiàn),引起了與會專家們的關(guān)注,他們認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了白堊紀(jì)早期鳥類演化史上一個長期的空白,很有意義。從此,周忠和“棄”魚“從”鳥,專心進(jìn)行古鳥類研究。
周忠和回憶說:“我的運(yùn)氣比較好,剛剛碩士畢業(yè)就發(fā)現(xiàn)了重要的鳥類化石,所里開明的權(quán)威專家也很支持,有一個很好的起點。”
周忠和的“運(yùn)氣”也使波羅赤成為中國鳥類化石產(chǎn)地中的一顆耀眼明星。在隨后的幾年里,周忠和與他的同事們又在同一地點發(fā)掘采集到共計20余個鳥類化石個體。這些化石后來被分別命名為幾種不同類型的古鳥:燕都華夏鳥、鄭氏波羅赤鳥、北山朝陽鳥和始華夏鳥等,周忠和等稱這一鳥群為“華夏鳥群”。
在研究工作中,周忠和逐漸萌生了去海外讀博士的念頭。1995年,周忠和赴美國堪薩斯大學(xué)生態(tài)學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)系留學(xué),師從世界古鳥類權(quán)威馬丁教授,攻讀古鳥類博士學(xué)位。
在美國,周忠和體驗到了不同的文化,開闊了眼界,英語能力有了很大提高。周忠和說:“我的英語出國前也不錯,但在美國,聽課、寫論文等都用英語,專業(yè)英語能力明顯提高。”
其次是專業(yè)知識的積累。周忠和說:“當(dāng)時學(xué)了許多生物學(xué)的課程。有一門名為《種群生物學(xué)》的課,對我理解進(jìn)化論幫助很大。我本科在地質(zhì)系,對這方面了解不多,沒有深入到分子生物學(xué)的程度去了解基因的選擇等內(nèi)容,在美國,我把這些課都補(bǔ)上了。”
領(lǐng)銜“熱河生物群”課題組
1999年,周忠和獲得博士學(xué)位。同年,他入選中國科學(xué)院“百人計劃”,歸國擔(dān)任中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所“熱河生物群”課題組的負(fù)責(zé)人,并繼續(xù)從事古鳥類研究。
美籍俄裔的果蠅基因?qū)W家杜布贊斯基曾經(jīng)這樣說過:“如果沒有進(jìn)化論,生物學(xué)的一切現(xiàn)象將無法得到合理解釋。”我借用這句話:如果不了解生物在特定古環(huán)境下的演化歷史,當(dāng)今分子生物學(xué)的研究將毫無意義。正如達(dá)爾文所指出的,我們應(yīng)當(dāng)按照生物的自然譜系對其進(jìn)行分類。如果對生物的分類、鑒定和命名足夠精確,這將反映出生物演化的歷程。這是完全可能的,因為關(guān)于過去的大量信息包含在了現(xiàn)今的生物體內(nèi)。人們最近才逐漸認(rèn)識到微生物學(xué)(廣義上是研究細(xì)菌以及它們的原生生物后裔的學(xué)科)對進(jìn)化的貢獻(xiàn)。微生物的細(xì)胞是生命的構(gòu)成單元,因此人們必定會越來越重視對于其自身以及它們對更大的生物演化的重要性。
生命世界可以截然地分成兩個互不重疊的類群:原核生物和真核生物。盡管卡爾·沃斯曾經(jīng)根據(jù)16srRNA提出了廣被接受的“三域”分類體系,但地球上只存在兩類最基本的生命形式。沒有任何化石記錄或者現(xiàn)存生物的證據(jù)偏離“原核一真核”法則(即真核生物由原核生物演化而來),也沒有任何證據(jù)證明這兩個類群存在一個原始祖先。原核生物和真核生物間的分歧是生命世界最大的鴻溝。查頓最早認(rèn)識到,并由代爾夫特微生物學(xué)院最早分析列出了古細(xì)菌、真細(xì)菌及真核生物間的差異。清楚地顯示這兩個原核類群間的關(guān)系比其各自與任何真核生物的關(guān)系都要近。無論是細(xì)菌細(xì)胞(其染色體組為染色絲且無生物膜包被)或是營有絲分裂的細(xì)胞(具有由脂蛋白生物膜包被的蛋白化染色體的核),都是所有生命的基本單位。
沒有任何物質(zhì)和能流體系比一個活細(xì)胞更為復(fù)雜,細(xì)胞核是唯一區(qū)分真核生物和細(xì)菌的特征。細(xì)菌細(xì)胞的起源等同于生命自身的起源,而連續(xù)內(nèi)共生理論則闡述了隨后真核生物通過共生方式的起源。
在進(jìn)一步討論前,我們有必要區(qū)分生態(tài)學(xué)中的“共生”和進(jìn)化生物學(xué)中“共生起源”的概念。
共生指的是不同的物種生活在一起;而內(nèi)共生作為一種拓?fù)錀l件,指的是一類由一個成員生活在另一成員內(nèi)部而形成的共生關(guān)系。共生通常是,但并非總是環(huán)境趨同的結(jié)果。共生并不是一個進(jìn)化的過程,而是由環(huán)境導(dǎo)致的生物間在生理上暫時的或拓?fù)涞年P(guān)系;共生起源則意味著由于長期的共生關(guān)系而產(chǎn)生了新組織、器官、生理過程以及其他新特征。真核生物的兩大細(xì)胞器一質(zhì)體和線粒體,即由共生起源演化而來。
異養(yǎng)需氧的α-變形桿菌可能被具運(yùn)動能力的厭氧原生生物(如現(xiàn)生的變形鞭毛蟲類)所吞噬。在選擇的作用下,遺傳和代謝發(fā)生退化,使得曾經(jīng)自由生活的真細(xì)菌演化成我們今天所見到的線粒體。此次共生所產(chǎn)生的后裔包括絕大多數(shù)的異養(yǎng)原生生物,如變形蟲、隱藻、唇滴蟲以及壺菌、卵菌(如馬鈴薯晚疫病菌)等。同樣,一些運(yùn)動型的原生生物將藍(lán)藻細(xì)胞作為食物攝入,但未能成功消化,它們最終也成了共生體。在光線充足的水域,自然選擇又一次減少了遺傳和代謝冗余,將不能消化的藍(lán)藻與吞食的原生生物進(jìn)行了永久的聯(lián)合。以這種方式,細(xì)胞質(zhì)中含有能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器的藻類產(chǎn)生了,經(jīng)過演化,一部分類群最終成為陸生植物的祖先。頂復(fù)門(一個包含了導(dǎo)致瘧疾發(fā)生的瘧原蟲屬的門)顯然是從這種藻類的一個譜系演化而來的。包括弓形蟲在內(nèi)的本門成員,保留了一個DNA的質(zhì)體殘體,但它們不再具有光合作用的能力,由此也可以看到“用進(jìn)廢退”的原理。自然選擇并無先見之明,早先為藍(lán)藻的質(zhì)體因無用而在演化過程中逐漸退化。一些自由生活的細(xì)菌(如藍(lán)藻)和某些細(xì)胞器(如綠藻的葉綠體)非常相似,這支持了這種觀點:某些細(xì)菌已經(jīng)在其他細(xì)胞中滯留了千百萬年。
由于從自由生活的α-變形桿菌得到了線粒體,并且從自由生活的藍(lán)藻得到了質(zhì)體,所以沒有人再去質(zhì)疑有氧呼吸和光合作用細(xì)胞器是共生起源的。
我們可以對現(xiàn)代共生關(guān)系進(jìn)行實驗分析,無論是內(nèi)共生還是外共生,都對理解進(jìn)化過程具有非比尋常的重要意義。細(xì)胞是如何發(fā)生合并的、如何減少冗余的,這些問題都與第一個真核生物(顯然即是第一個原生生物)的出現(xiàn)密切相關(guān)。具有諷刺意味的是,雖然大多數(shù)疾病的條件由于循環(huán)共生而變化多端,卻沒有幾個原生生物學(xué)家和微生物學(xué)家熟悉那些具有洞察力的、蓬勃發(fā)展的、分析這種幾乎無所不在的關(guān)系的文獻(xiàn)。
在我們假定的復(fù)雜真核生物個體起源的歷程中不存在任何“缺失環(huán)節(jié)”,每個假定的事件都可以在再生的微生物中觀察到。有關(guān)基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究,將證實或證偽這種主要以現(xiàn)生生物為依據(jù)構(gòu)建的演化歷史。個體生物學(xué)加上化石記錄的直接知識對重建進(jìn)化歷程必不可少。分子生物學(xué)技術(shù)和序列分析自身不足以創(chuàng)造可測試的進(jìn)化假說。
復(fù)雜的個體和栓核
與眾不同的細(xì)胞核是如何演化的?誰是第一個真核生物?在過去的時間中,我們深入地發(fā)展了連續(xù)內(nèi)共生學(xué)說。三個不同來源的新數(shù)據(jù),使得我們能夠?qū)?xì)胞核起源的關(guān)鍵步驟有新的認(rèn)識。
我們重建了從生活于太古代(35億~25億年前)的最早的原核生物到第一個復(fù)雜的真核生物個體的轉(zhuǎn)變過程。元古代(25億~5.41億年前)是原生生物層次上細(xì)胞出現(xiàn)的大背景。在連續(xù)內(nèi)共生學(xué)說中,所有的真核生物都是共生起源的產(chǎn)物,然而沒有任何原核細(xì)胞是由完整的細(xì)胞合并而成。
我們推測,基于硫的初級合作,在游泳型原生生物的核鞭毛細(xì)胞器系統(tǒng)演化過程中,聯(lián)合了熱原體古菌和類似于螺旋體屬的運(yùn)動型真細(xì)菌。最早的真核生物的栓核(細(xì)胞核連接器或根絲體、基體軸絲)內(nèi)至少具有兩個完整的細(xì)菌染色絲組。原生生物學(xué)家已經(jīng)知道,這種被稱為“核鞭毛”的細(xì)胞器系統(tǒng),最早是由杰尼基在20世紀(jì)30年代進(jìn)行了描述,他把核鞭毛系統(tǒng)看成是波動足的原基體通過纖維連接到細(xì)胞核。對細(xì)菌一無所知的人通常會這么說:“細(xì)胞核連接到毛基體和它們的鞭毛上,通常是兩個或四個。”我們將這種細(xì)胞器系統(tǒng)(鞭毛蟲的核鞭毛、水霉和黏菌的游動孢子以及許多運(yùn)動型的藻類細(xì)胞等)解釋為這些細(xì)菌第一次染色絲組整合的產(chǎn)物。有絲分裂的演化伴隨著具有組蛋白包被、核小體鉚釘?shù)娜旧|(zhì)的形成,發(fā)生在缺氧、酸性、富含有機(jī)質(zhì)、可能是泥質(zhì)的環(huán)境中,并且早于與后來成為線粒體的需氧α-變形桿菌發(fā)生的共生事件。
新的關(guān)于硫氧化還原過程在有核細(xì)胞和自由生活的硫共生體中所扮演角色的生化數(shù)據(jù),以及元古代水體主要環(huán)境的地質(zhì)信息,顯示我們所構(gòu)建的演化歷程似乎是正確的。我們認(rèn)為,現(xiàn)生的古原生生物(往往為多核的單細(xì)胞生物)是最早運(yùn)動型真核生物演化階段的遺留產(chǎn)物,我們應(yīng)該繼續(xù)對其進(jìn)行研究。
鞭毛蟲的核鞭毛概念由卡比(在1952年逝世時,他擔(dān)任加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校動物學(xué)系的主任)提出,目前已知是一種存在于多種現(xiàn)生有核細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器系統(tǒng)。根據(jù)定義,核鞭毛應(yīng)該至少包含三個部分:細(xì)胞核、細(xì)胞核連接器以及基體絲軸。(在一些原生生物中,組成核鞭毛的其他組分也保留至今,例如軸桿、小盾和高爾基體,其中高爾基體即為副基體。)我們認(rèn)為,最早的細(xì)胞核是以最簡化的核鞭毛形式出現(xiàn)的,這一細(xì)胞器系統(tǒng)是響應(yīng)選擇下的產(chǎn)物,結(jié)合了至少兩個不同原核生物染色絲組的細(xì)胞核,演化成現(xiàn)在連接古細(xì)菌和真細(xì)菌共生體的遺傳連續(xù)體。伴隨著不同細(xì)菌間的結(jié)合,細(xì)胞核就以整合的共生體形式——核鞭毛體系出現(xiàn),這樣就融合成了第一個真核生物。