为什么不修建模拟实验室来对证进化论？
很多人都有一个疑问：既然进化论是科学界的共识，为什么我们不直接在实验室里“模拟”一下进化过程，来证明它呢？听起来好像很有道理，但实际上，这个问题涉及到科学研究的本质、进化过程的复杂性以及我们目前的能力限制。
首先，我们需要理解什么是“进化”。 进化不是一蹴而就的瞬间变化，而是一个漫长、渐进的过程。它指的是生物种群的基因频率在世代传递中发生改变，并且这种改变能够累积，最终导致新物种的出现。这个过程受到自然选择、基因漂变、突变和基因流动等多种因素的共同影响。关键在于，“世代传递”是进化的基本单位，而很多生物的世代周期非常长。
为什么直接“模拟”进化这么难？
1. 时间尺度问题： 这是最核心的障碍。我们谈论的“进化”往往指的是从一个物种演变成另一个物种，这个过程可能需要数百万年甚至更长。设想一下，我们想要观察一种细菌演化出抗药性，这可能需要几千代甚至几十万代。即使是繁殖速度最快的细菌，其世代周期也以分钟或小时计，要模拟几十万代，也需要很长的时间。而如果我们想模拟更宏观的进化，比如从早期爬行动物演变成哺乳动物，那所需的时间更是我们人类文明史都无法企及的。人类的时间尺度和进化所需的时间尺度之间，存在着巨大的鸿沟。
2. 复杂性和变量控制： 进化是一个极其复杂的过程，受到无数变量的影响。在实验室里，我们想要模拟一个真实的自然环境，并精确控制所有影响进化的因素，这是几乎不可能完成的任务。
自然选择的压力： 自然选择是由环境决定的。在自然界，环境是动态变化的，食物来源、捕食者、气候、竞争者等等都在不断变化，这些都会施加不同的选择压力。在实验室里，我们很难完全复制这种多维度、动态变化的环境压力。我们可能只能模拟其中的某一个或某几个压力，但这可能无法完全捕捉到真实进化中的复杂相互作用。
突变的多样性： 突变是进化的原材料。虽然我们可以诱导突变（比如用辐射或化学物质），但自然发生的突变是随机的，而且种类繁多。在有限的实验室条件下，我们无法确保生成所有可能影响进化的突变类型，也无法控制突变的发生率和具体位置。
基因漂变的影响： 尤其是在小种群中，基因漂变（随机的基因频率变化）可能扮演重要角色。在实验室里，如果我们不能精确地模拟随机事件对基因频率的影响，那么我们就无法完全模拟基因漂变的作用。
其他进化机制： 还有基因流动（个体迁徙带来的基因交换）、基因重组等多种机制，它们在实验室里也难以被完美地重现和控制。
3. 研究的“目的”： 科学研究的目的是解释自然现象，而不是“创造”自然现象。进化论的证据来自于对现有生物及其化石记录的观察、分析和推断。科学家们通过比较不同物种的基因组、解剖结构，研究化石记录中的过渡形态，观察自然选择在现实世界中的作用（比如细菌抗药性的出现），来支持进化论。这些研究都在“证明”进化正在发生或已经发生，而不是试图在实验室里从零开始“表演”一次完整的物种进化。
那么，我们有没有在实验室里做过“模拟进化”的实验？
是的，我们有！但这与“证明”进化需要长达百万年的过程有所不同。科学家们通过研究繁殖速度快的生物（如细菌、酵母菌、果蝇）来观察和研究进化的某些机制。
著名的“长寿命实验”（Lenski's E. coli longterm evolution experiment） 是一个非常经典的例子。自1988年以来，理查德·伦斯基（Richard Lenski）的团队就一直在实验室中培养大肠杆菌种群，每个世代都会分离出少量的细菌继续培养，并冷冻保存之前的样本。这个实验已经持续了数万个世代，并且还在进行中。
他们观察到了什么？ 在这个实验中，科学家们清楚地观察到了细菌在适应实验室环境过程中的进化。例如，大肠杆菌演化出了利用柠檬酸作为能量来源的能力（在无氧条件下，这是它们原本不具备的能力）。这被视为一个进化事件的直接观察。
实验的意义和局限： 这个实验确实有力地证明了自然选择在实验室条件下可以导致生物体的适应性改变和基因频率的转变，支持了进化论的“机制”。但它并不是在“从无到有”地创造一个全新的物种，而是在现有的物种内部观察其如何适应环境并发生演变。它演示的是进化过程的“一部分”，而不是“全部”。
总而言之，为什么不修建一个“模拟实验室来对证进化论”？
不是我们不想，而是我们目前的能力无法在可控的时间和空间内，完整地“模拟”出从一个物种演变成另一个物种所需的数百万年、无数个变量和极其复杂的自然选择过程。
进化论本身就是通过大量的间接证据（化石、基因组学、比较解剖学、生物地理学等）和一些直接观察到的局部进化事件（如细菌抗药性）来建立的科学理论。它是一个关于过去发生的宏大历史的解释，而不是一个可以在实验室里被“演示”的化学反应。我们更多的是通过模拟实验来理解进化的“机制”，而不是“验证”它作为一个历史事实的存在。我们已经在做着，只是它不能以你想象的那种“一台机器运行，然后进化出了新物种”的方式来完成。
首先，我们需要理解什么是“进化”。 进化不是一蹴而就的瞬间变化，而是一个漫长、渐进的过程。它指的是生物种群的基因频率在世代传递中发生改变，并且这种改变能够累积，最终导致新物种的出现。这个过程受到自然选择、基因漂变、突变和基因流动等多种因素的共同影响。关键在于，“世代传递”是进化的基本单位，而很多生物的世代周期非常长。
为什么直接“模拟”进化这么难？
1. 时间尺度问题： 这是最核心的障碍。我们谈论的“进化”往往指的是从一个物种演变成另一个物种，这个过程可能需要数百万年甚至更长。设想一下，我们想要观察一种细菌演化出抗药性，这可能需要几千代甚至几十万代。即使是繁殖速度最快的细菌，其世代周期也以分钟或小时计，要模拟几十万代，也需要很长的时间。而如果我们想模拟更宏观的进化，比如从早期爬行动物演变成哺乳动物，那所需的时间更是我们人类文明史都无法企及的。人类的时间尺度和进化所需的时间尺度之间，存在着巨大的鸿沟。
2. 复杂性和变量控制： 进化是一个极其复杂的过程，受到无数变量的影响。在实验室里，我们想要模拟一个真实的自然环境，并精确控制所有影响进化的因素，这是几乎不可能完成的任务。
自然选择的压力： 自然选择是由环境决定的。在自然界，环境是动态变化的，食物来源、捕食者、气候、竞争者等等都在不断变化，这些都会施加不同的选择压力。在实验室里，我们很难完全复制这种多维度、动态变化的环境压力。我们可能只能模拟其中的某一个或某几个压力，但这可能无法完全捕捉到真实进化中的复杂相互作用。
突变的多样性： 突变是进化的原材料。虽然我们可以诱导突变（比如用辐射或化学物质），但自然发生的突变是随机的，而且种类繁多。在有限的实验室条件下，我们无法确保生成所有可能影响进化的突变类型，也无法控制突变的发生率和具体位置。
基因漂变的影响： 尤其是在小种群中，基因漂变（随机的基因频率变化）可能扮演重要角色。在实验室里，如果我们不能精确地模拟随机事件对基因频率的影响，那么我们就无法完全模拟基因漂变的作用。
其他进化机制： 还有基因流动（个体迁徙带来的基因交换）、基因重组等多种机制，它们在实验室里也难以被完美地重现和控制。
3. 研究的“目的”： 科学研究的目的是解释自然现象，而不是“创造”自然现象。进化论的证据来自于对现有生物及其化石记录的观察、分析和推断。科学家们通过比较不同物种的基因组、解剖结构，研究化石记录中的过渡形态，观察自然选择在现实世界中的作用（比如细菌抗药性的出现），来支持进化论。这些研究都在“证明”进化正在发生或已经发生，而不是试图在实验室里从零开始“表演”一次完整的物种进化。
那么，我们有没有在实验室里做过“模拟进化”的实验？
是的，我们有！但这与“证明”进化需要长达百万年的过程有所不同。科学家们通过研究繁殖速度快的生物（如细菌、酵母菌、果蝇）来观察和研究进化的某些机制。
著名的“长寿命实验”（Lenski's E. coli longterm evolution experiment） 是一个非常经典的例子。自1988年以来，理查德·伦斯基（Richard Lenski）的团队就一直在实验室中培养大肠杆菌种群，每个世代都会分离出少量的细菌继续培养，并冷冻保存之前的样本。这个实验已经持续了数万个世代，并且还在进行中。
他们观察到了什么？ 在这个实验中，科学家们清楚地观察到了细菌在适应实验室环境过程中的进化。例如，大肠杆菌演化出了利用柠檬酸作为能量来源的能力（在无氧条件下，这是它们原本不具备的能力）。这被视为一个进化事件的直接观察。
实验的意义和局限： 这个实验确实有力地证明了自然选择在实验室条件下可以导致生物体的适应性改变和基因频率的转变，支持了进化论的“机制”。但它并不是在“从无到有”地创造一个全新的物种，而是在现有的物种内部观察其如何适应环境并发生演变。它演示的是进化过程的“一部分”，而不是“全部”。
总而言之，为什么不修建一个“模拟实验室来对证进化论”？
不是我们不想，而是我们目前的能力无法在可控的时间和空间内，完整地“模拟”出从一个物种演变成另一个物种所需的数百万年、无数个变量和极其复杂的自然选择过程。
进化论本身就是通过大量的间接证据（化石、基因组学、比较解剖学、生物地理学等）和一些直接观察到的局部进化事件（如细菌抗药性）来建立的科学理论。它是一个关于过去发生的宏大历史的解释，而不是一个可以在实验室里被“演示”的化学反应。我们更多的是通过模拟实验来理解进化的“机制”，而不是“验证”它作为一个历史事实的存在。我们已经在做着，只是它不能以你想象的那种“一台机器运行，然后进化出了新物种”的方式来完成。
网友意见
低情商：
因为“对于进化论持有疑问”的人们没有拿出经费来做这种事。
这可能是他们没有刨根问底的意愿，可能是他们没有那么多闲钱，也可能是兼而有之。
至于“整个地球的生物学家”，他们巴不得有哪个冤大头跑出来掏钱搞这种项目呢。
题目里这个“虽然耗时”是个什么搭配呢，耗时不是正好么，这意味着冤大头得把生物学家们今后一百几十万代子孙的饭碗都给安排上，很好，有希望了。
当你认真地跟“对于进化论持有疑问”的人们讨论“在电费/水费/油价/过桥费/过路费/消费税里增添寒武纪实验室建设费”之类，人家可就会跟你讲“那怎么可以，我真的有头牛”了。
在没有冤大头掏钱的情况下，地球已经建好了实验室，你大可自己过去看看。
- 人们已经肉眼观看了北美苹果蝇、意大利麻雀、黄花约克麦草等新物种的自然诞生，欧洲杜鹃和北美杜鹃的杂种在荒地上蓬勃生长，北美野牛和家牛的杂种、马鹿和梅花鹿的杂种都可以产生可育后代而不再和祖先交配。
- 在加拉帕戈斯群岛上的鸟群中，人们观察到在仅仅3代内出现生殖隔离的现象[1]。
- 人类目睹了一种生物似乎正在从原核生物变成真核生物[2]、多种生物正在产生内共生现象，人类也可以自行引起内共生[3]。
- 600多年前，葡萄牙人将一小撮欧洲小鼠带到了马德拉岛上，现在岛上的小鼠已经分化成6个彼此不能产生杂交后代的物种，其染色体数从祖先的40条变成了22条到30条不等，染色体数相同的小鼠之间可以产生后代。
- 150多年前，英国人将一小撮蚊子关进了伦敦地铁系统，现在它们已经变成和地面上的蚊子不同的物种，有着新的食性和行为，不再跟地面上的蚊子进行杂交。
2020年有一项研究发现，在物种多样性较低的地区，新物种生成的速度比传统上认为物种多样性较高的地区更快[4]。
高情商：
人们已经在做了。最近数十年间，珊瑚礁在大面积地白化、死亡，海藻林逐步后退，而水母、栉水母、海绵在增加，大海呈现梦回寒武纪的趋势。
E.O. Wilson认为，按照现在人类破坏环境的速度，在公元2100年之前，地球上现有的一半物种会灭绝[5]。
关于地球上新物种的形成速度，不同学者的观点有很大差异，有的认为每年约2~3种，有的认为每次大规模灭绝事件都会引起更大规模的种化、增加物种多样性，人类掀起的灭绝速度如果有目前估计的“每年2万到14万种”，地球生物的种化速度将逐渐加快到每年4万到18万种以上。100年后，人类可能会被自己创造的数百万个新物种簇拥，这是地球历史上最快的物种形成速度——你可以称之为“人类世大爆发”。
参考
- ^ https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/100201_speciation
- ^ 在生物史上从原核细胞发展，是先有多细胞生物还是先有真核生物呢，这两者谁在生物史上的意义更重大呢？ - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/442444906/answer/1710886927
- ^ 内共生假说可否通过实验验证？ - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/391582063/answer/1189980451
- ^ https://www.cas.cn/kj/202012/t20201216_4770947.shtml
- ^ 这讨论的范围是多细胞生物。人们目前无法有效评估单细胞生物的状况
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