趙華斌

（武漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430072）

一、生態(tài)學(xué)專業(yè)開設(shè)進(jìn)化生物學(xué)課程的必要性

進(jìn)化生物學(xué)（或演化生物學(xué)）是研究地球上生命多樣性的進(jìn)化過程、機(jī)制和規(guī)律的一門獨(dú)立學(xué)科，其基本理論就是進(jìn)化論。進(jìn)化論一詞最初由法國博物學(xué)家拉馬克提出；英國生物學(xué)家達(dá)爾文于1859年出版的《物種起源》一書奠定了進(jìn)化論的科學(xué)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)上認(rèn)為，進(jìn)化生物學(xué)是生物學(xué)的一個子領(lǐng)域；如今，進(jìn)化生物學(xué)已經(jīng)融入生命科學(xué)的各個領(lǐng)域。正如著名進(jìn)化生物學(xué)學(xué)者邁爾教授所言：進(jìn)化論是生物學(xué)中最大的統(tǒng)一理論［1］（P1）。

在生態(tài)學(xué)家的腦海里，生態(tài)學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)是密切相關(guān)的。生物學(xué)的發(fā)展歷史表明，生物學(xué)幾乎不存在統(tǒng)一的、普遍性的理論，而達(dá)爾文提出的自然選擇學(xué)說是生物學(xué)中唯一可能的統(tǒng)一理論。事實(shí)上，許多學(xué)者認(rèn)為，自然選擇學(xué)說是一個生態(tài)學(xué)理論，是在達(dá)爾文生態(tài)學(xué)觀察的基礎(chǔ)之上提出的，幾乎所有的生態(tài)學(xué)問題最終都涉及自然選擇和適應(yīng)［2］。如今，生態(tài)學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)的研究在某種程度上都直接關(guān)聯(lián)著適應(yīng)或者自然選擇，大量生態(tài)現(xiàn)象都有著進(jìn)化原理的解釋。遺傳是進(jìn)化的結(jié)果，進(jìn)化也是一種生態(tài)過程，畢竟遺傳物質(zhì)的進(jìn)化需要外部環(huán)境提供的物質(zhì)與資源，因此，進(jìn)化過程和生態(tài)過程在根本上是不可分割的。生態(tài)學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)是緊密聯(lián)系的，生態(tài)與進(jìn)化作為一個大的領(lǐng)域，通常是對自然界的研究，這也是國際上很多學(xué)校設(shè)立生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系的主要原因。另外，在生態(tài)學(xué)提出之時，科學(xué)家也認(rèn)識到進(jìn)化生物學(xué)在生態(tài)學(xué)研究中的重要性。1866年，德國博物學(xué)家?？藸枌游镄螒B(tài)學(xué)與達(dá)爾文建立的自然選擇學(xué)說相聯(lián)系時，提出了“生態(tài)學(xué)”學(xué)科；他進(jìn)一步指出，進(jìn)化理論是生態(tài)學(xué)理論和學(xué)科確立的基礎(chǔ)［3］（P3）。因此，進(jìn)化生物學(xué)理應(yīng)成為生態(tài)學(xué)本科專業(yè)的必修課。

二、進(jìn)化生物學(xué)教學(xué)改革探索

（一）充分挖掘天然的課程思政元素

培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人是我國教育工作的根本任務(wù)。專業(yè)課教師同樣肩負(fù)著高校思想政治教育工作的社會使命，而進(jìn)化生物學(xué)課程本身蘊(yùn)含著豐富的思政元素；充分挖掘這些思政元素，并通過恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式或方法有效傳遞給本科生，將是該課程在思想政治教育工作中的重要貢獻(xiàn)。現(xiàn)舉例闡述該課程的思想政治教學(xué)策略有以下幾方面內(nèi)容。

1.科學(xué)精神。進(jìn)化思想和理論的形成，經(jīng)歷了很多爭論；通過比較法對比分析拉馬克學(xué)說、達(dá)爾文的進(jìn)化學(xué)說、綜合進(jìn)化論等，告知學(xué)生這些理論產(chǎn)生的先進(jìn)性和局限性，讓學(xué)生理解科學(xué)研究是一個不斷發(fā)展的辯證過程，幫助學(xué)生形成進(jìn)化的世界觀，用辯證唯物主義思維和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度分析和解決問題；同時，進(jìn)化理論的不斷進(jìn)步，要?dú)w功于學(xué)術(shù)民主與科學(xué)精神。

2.家國情懷。在講授物種概念、物種形成、物種多樣性維持和保護(hù)的時候，強(qiáng)調(diào)我國是世界物種多樣性最豐富的國家之一，是研究生態(tài)與進(jìn)化的理想國度，從而為學(xué)生厚植家國情懷，使其在情感層面發(fā)自內(nèi)心地?zé)釔圩鎳?/p>

3.生態(tài)文明。在講授自然選擇與適應(yīng)的時候，特別指出生物演化與適應(yīng)都與生態(tài)環(huán)境的變化息息相關(guān)，時時滲透生物和環(huán)境的相互依賴性，幫助學(xué)生形成生物—自然—社會和諧統(tǒng)一的生態(tài)文明意識。

4.全球視野。在介紹“選擇”對種群遺傳平衡影響的時候，可以通過舉例不同國家、地區(qū)的男女性別比例說明選擇對人類種群遺傳平衡的作用，指出亞洲、歐洲、美洲和非洲等一些國家的“重男輕女”思想和行為對人口性別的影響，培養(yǎng)學(xué)生全球視野，從政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會環(huán)境等方面看待人口問題［4］（P357）。

（二）理論與技術(shù)相結(jié)合

與生態(tài)學(xué)類似，進(jìn)化生物學(xué)也有較完整的理論體系，但缺乏自身的技術(shù)體系［2］。與生態(tài)學(xué)不同的是，進(jìn)化生物學(xué)已經(jīng)融入生命科學(xué)的各個領(lǐng)域，利用其他學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)，在本領(lǐng)域已取得了諸多引人注目的進(jìn)展。利用基因組學(xué)領(lǐng)域的高通量測序技術(shù)，比較與進(jìn)化基因組學(xué)研究解析了許多遺傳和發(fā)育功能的演化歷程；利用古生物學(xué)領(lǐng)域的古DNA捕獲技術(shù)，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的科研工作者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了東亞尤其是中國古代人類遺傳、演化、適應(yīng)方面的重要信息，為研究人類的進(jìn)化歷史與文化演變提供了重要啟示；利用表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的高通量檢測技術(shù)，進(jìn)化生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)環(huán)境能夠通過表觀遺傳學(xué)機(jī)制對基因組做出永久性的可遺傳的改變，進(jìn)而讓進(jìn)化論的先驅(qū)拉馬克提出的用進(jìn)廢退學(xué)說得到了復(fù)興。因此，在進(jìn)化生物學(xué)教學(xué)過程中，教師不但要教授學(xué)生理論知識，還要有意識地強(qiáng)調(diào)新技術(shù)對傳統(tǒng)學(xué)科的重要性，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生重視技術(shù)對理論創(chuàng)新的關(guān)鍵推動作用。

（三）理論與應(yīng)用相結(jié)合

進(jìn)化生物學(xué)常常被認(rèn)為僅能提供解釋生物學(xué)現(xiàn)象的理論框架，對自然界和生物學(xué)的理解，包括多樣性和復(fù)雜性，因此被學(xué)生普遍認(rèn)為實(shí)際應(yīng)用價值不大，進(jìn)而失去了對這門課的學(xué)習(xí)興趣。事實(shí)上，進(jìn)化生物學(xué)與人類生活息息相關(guān)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值和社會意義，其研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)與健康、農(nóng)林牧副漁業(yè)生產(chǎn)，以及生態(tài)文明建設(shè)和社會發(fā)展等多個領(lǐng)域，有些強(qiáng)調(diào)進(jìn)化生物學(xué)應(yīng)用價值的學(xué)術(shù)期刊也應(yīng)運(yùn)而生，如Evolutionary Applications,Evolution,Medicine,Public Health等。2018年諾貝爾化學(xué)獎得主控制了分子進(jìn)化，并用其給人類帶來最大利益，即采用定向進(jìn)化產(chǎn)生的酶制造從生物燃料到藥品等；進(jìn)化生物學(xué)手段提供了一套策略來應(yīng)對威脅生物多樣性的全球挑戰(zhàn)，包括減少生物體與人類改變的環(huán)境之間的不匹配；“達(dá)爾文農(nóng)業(yè)”就是指利用進(jìn)化生物學(xué)原理選育作物和畜禽品種，漁業(yè)生物的適應(yīng)性進(jìn)化規(guī)律可以用來掌握捕撈對漁業(yè)種群的作用機(jī)制并制定科學(xué)合理的漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)與管理策略；進(jìn)化生物學(xué)也被廣泛應(yīng)用于傳染病的溯源和防控、病毒與宿主的“軍備競賽”、癌癥的發(fā)生與發(fā)展等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，“達(dá)爾文醫(yī)學(xué)”或“進(jìn)化醫(yī)學(xué)”的概念也應(yīng)運(yùn)而生。

（四）進(jìn)化知識與進(jìn)化分析實(shí)踐相結(jié)合

在學(xué)習(xí)進(jìn)化生物學(xué)基礎(chǔ)知識和具體案例的時候，學(xué)生是非常感興趣的，但是，他們無法理解這些知識或案例在實(shí)際研究中是如何得到的，進(jìn)而像聽故事一樣只是“一聽而過”，沒有形成深刻的印象，也無法體會進(jìn)化生物學(xué)研究的快樂。因此，教師在講授具體知識或案例的時候，可以結(jié)合自身在實(shí)驗(yàn)室工作的經(jīng)驗(yàn)，在課程上展示進(jìn)化生物學(xué)的實(shí)際操作和分析。例如，在介紹基于基因序列進(jìn)行分子系統(tǒng)發(fā)生研究的一般步驟的時候，可以同時講解“分子進(jìn)化遺傳分析軟件”MEGA的安裝和應(yīng)用。當(dāng)學(xué)生動手操作軟件的同時，教師示范在實(shí)驗(yàn)室如何研究進(jìn)化生物學(xué)的科學(xué)問題，學(xué)生在明確問題、選擇序列、多序列比對、模型選擇、系統(tǒng)樹構(gòu)建等方面得到了親身的體驗(yàn)，初步掌握了進(jìn)化樹的構(gòu)建與分析技術(shù)，進(jìn)而留下了深刻的印象；讓學(xué)生認(rèn)為進(jìn)化生物學(xué)研究并不是高深莫測、遙不可及的，從而激發(fā)他們對進(jìn)化生物學(xué)的研究興趣。

（五）教師的科研融入教學(xué)

教師是學(xué)生能近距離接觸到的一線科研工作者，教師的科研工作對學(xué)生具有至關(guān)重要的引導(dǎo)與示范作用，學(xué)生甚至?xí)A向于從事授課教師的科研領(lǐng)域。例如，在講到哺乳動物進(jìn)化的時候，筆者提到哺乳動物食性的多樣性，用一篇筆者發(fā)表的研究論文與學(xué)生一起探討。論文2010年發(fā)表于Molecular Biology and Evolution期刊，題目是：“Pseudogenization of the umami taste receptor geneTas1r1in the giant panda coincided with its dietary switch to bamboo”，截至2022年6月20日，該論文已經(jīng)被引用154次［5］。該研究顯示，大熊貓的近親北極熊、黑熊等是食肉的，其祖先也是食肉的，但是如今的大熊貓是專性食竹的，其化石記錄顯示的食性轉(zhuǎn)變時間與鮮味受體基因丟失的時間是一致的，提示大熊貓的植食性是它丟失品嘗肉類鮮美的鮮味受體基因的主要原因，為哺乳動物食性進(jìn)化提供了來自味覺感知方面的解釋。在講到物種多樣性保護(hù)的時候，筆者引入了新冠病毒傳播情況下對蝙蝠物種多樣性的影響，用一篇筆者最新參與研究發(fā)表的論文與學(xué)生一起探討。論文2021年發(fā)表于Nature Ecology &Evolution期刊，題目是：“ACE2 receptor usage reveals variation in susceptibility to SARS-CoV and SARS-CoV-2 infection among bat species”［6］。該研究對46個蝙蝠代表物種的冠狀病毒受體ACE2基因進(jìn)行進(jìn)化分析和細(xì)胞水平上的功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)蝙蝠物種不能支持新冠病毒的感染，提示大多數(shù)蝙蝠物種不可能是該病毒的自然宿主；同時，對46種蝙蝠的棲息地進(jìn)行了調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)蝙蝠棲息地與人類居住地的距離與蝙蝠ACE2受體能否支持新冠病毒的感染并沒有明顯的相關(guān)性；這些結(jié)果從ACE2受體使用范圍的新視角提出了大多數(shù)蝙蝠物種與新冠病毒無關(guān)的觀點(diǎn)，為該病毒傳播形勢下蝙蝠的物種保護(hù)提供了關(guān)鍵的科學(xué)證據(jù)。這些研究在課堂上的講述，給予學(xué)生耳目一新的體驗(yàn)，顯著提高了學(xué)生的聽課熱情，培養(yǎng)了他們對進(jìn)化生物學(xué)的研究興趣。

結(jié)語

進(jìn)化生物學(xué)是自然科學(xué)中最活躍的學(xué)科之一，已融入生命科學(xué)的各個研究領(lǐng)域。進(jìn)化理論是生態(tài)學(xué)理論和學(xué)科確立的基礎(chǔ)，進(jìn)化過程和生態(tài)過程在根本上是不可分割的，因此，進(jìn)化生物學(xué)理應(yīng)成為生態(tài)學(xué)本科專業(yè)的必修課。進(jìn)化生物學(xué)課程具有豐富的思政元素，在講授基礎(chǔ)理論知識的同時，要結(jié)合新技術(shù)、新的應(yīng)用實(shí)例、進(jìn)化分析實(shí)踐，把教師的科研充分融入教學(xué)之中，最終充分調(diào)動學(xué)生的積極性、創(chuàng)造力、好奇心和研究興趣，不斷探索和優(yōu)化進(jìn)化生物學(xué)課程的教學(xué)方法。