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作为自然界最出色的捕食者之一，游隼（falco peregrinus）是完美生物的代表。它有着极度轻盈的骨骼和健壮的肌肉，也是目前地球上飞行速度最快的动物。在旋转俯冲时，隼的飞翔速度可以超过每小时200千米。当隼俯冲而下用利爪抓住猎物时，由极高时速带来的冲击力几乎可以瞬间将猎物置于死地。即使不能，它也可以用锐利的喙折断猎物的脊柱。
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游隼有一双锐利的眼睛帮助它们迅速捕捉到活动的猎物。隼的视力是人眼的5倍，也就是说就算在1.5千米之外，它们也能看清楚一只鸽子。和其他的捕食者一样，隼有一种所谓的瞬膜结构，又称“第三眼睑”。瞬膜有点像挡风玻璃，能在高速飞行时帮助阻挡飞尘并保持眼球湿润。隼的眼睛还拥有更多的光受体及视杆细胞，使它能在昏暗的光线下看清事物，甚至看到紫外线。
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大自然的创造充满了神奇之处，但更奇妙的是，每一种不可思议的生物特性都是从一个极小的分子开始的，在漫长的世纪进化中，经过无数次的演变，最后交由大自然精挑细选。游隼的喙、爪子和羽毛的主要成分同人类的毛发和指甲一样，都是一种叫作角蛋白的蛋白质分子。色觉主要依靠视蛋白，而视觉的敏锐性与晶状体蛋白息息相关。
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大约在5亿年前，世界上出现了第一种能够合成晶状体蛋白的脊椎动物，而视蛋白在7亿年前就已经出现了。它们出现的时候，生命已经在地球上居住了超过30亿年。对于那些复杂的生物大分子而言，30亿年的时间听起来就比较符合情理了。每个视蛋白和晶状体蛋白都是由20种氨基酸按一定顺序结合形成的多肽链，再由一条或一条以上的多肽链按照特定规则结合形成高分子化合物。如果只有一种氨基酸能够感知光波或是构成透明的晶状体，那我们要从多少条含有数百个氨基酸的多肽链中才能筛选出我们需要的那条呢？假设一条氨基酸链上有两个氨基酸，那么第一个氨基酸有20种选择，第二个也是，如此一来，总共将会有202种氨基酸链的可能组合。如果一条氨基酸链上有三个氨基酸，那么最终的组合方式将会是203种可能。以此类推，如果是4个氨基酸组成的多肽，将会有16万种氨基酸的可能排列方式。对于一条含有100个以上氨基酸的蛋白质（晶状体蛋白或视蛋白的链还要更长），可能的多肽链将超过10130种。
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为了让你感受一下这个庞大的数字，我们来举一个例子。宇宙中数量最多的原子是氢原子，物理学家估计氢原子的数量可达到1090个，具体来说就是1后面跟着90个0。如此一来，蛋白质的可能数量就不仅仅是宇宙级了，而是超宇宙级：远远超过了宇宙中的氢原子数目。要从这么多可能的蛋白质中找出唯一正确的那条，概率甚至比赢得自宇宙大爆炸以来的每一年的乐透都小。如果亿万种生物从生命出现伊始每分每秒都在寻找那条特定的氨基酸链，那么到现在为止也可能只尝试了10130种蛋白质中极小的一部分，甚至都还没找到视蛋白。
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17世纪的诗人安德鲁·马弗尔（Andrew Marvell）曾叹息，“只要我们的世界够大，时间够多”，为了避免那“无垠永恒的荒漠”，他无心关注时间长河下的自然奥秘，只想和情人享受片刻的欢愉。这里我们对这首诗的关注点在于悠远漫长的时间。在无尽的时光中，自然选择加上生物的变异，迟早会让一种叫游隼的生物进化出那双锐利的眼睛。达尔文进化论的主流观点是，优势性状赋予生物的优势，无论多么微不足道，都将在生物漫长的繁衍生息中被无限放大，这个观点解释了包括游隼在内的所有生物的多样性。
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自然选择的神奇之处是毋庸置疑的，但它也有自身的局限性。自然选择能保留由变异产生的新性状，却不能创造它们。认为变异总是随机的观点，暴露了我们对变异的无知。自然界众多的生物性状，如果没有大自然对于生物进化的助益，其中许多近乎完美的结构可能永远都不会出现，而这种助益正是生物进化的能力。
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过去15年中，在纽约和瑞士苏黎世大学的实验室里，在一群才华横溢的科学家的帮助下，我有幸得以对这些奇妙的自然规律展开研究。我们使用了在达尔文和卢瑟福年代无法想象的先进实验方法和精准的计算技术，希望解释生命多样性和进化能力的来源。目前的研究数据告诉我们，进化的奥秘远远不止我们的肉眼所见。神秘的自然规律隐藏在每个精巧的DNA里，隐藏在每个独一无二而又美丽动人的生命体中。
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这本书的主题就是对那些自然规律的探索。
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适者降临：自然如何创新 萨 莉·加德纳（Sallie Gardner）可以算作世界上第一位电影明星。1878年，年仅6岁的“她”以惊艳的银幕处女秀宣告了电影的诞生。出生于英国的摄影师埃德沃德·迈布里奇（Eadweard Muybridge）想要解决一个当时让不少人都夜不能寐的问题：一匹奔马的四条腿会不会在某一刻全部离开地面？现在我们知道，答案是肯定的。而当时迈布里奇在马奔跑的路径上设置了24台摄像机，把一匹马飞奔而过的一系列照片用诡盘投影机[1]放映，萨莉就是那匹被拍摄的马。迈布里奇拍摄的布满噪点、镜头严重抖动的默片时长仅有一秒钟，这和21世纪初我们司空见惯的高清立体声环绕电影简直天差地别。然而从迈布里奇的片子发展到现代电影只用了近一个世纪的时间，并没有比达尔文发表的《物种起源》差多少。后者只比萨莉的亮相早了19年。
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在那个世纪里，生物学领域的变迁甚至比电影技术更加剧烈。生物学革命打开了新世界的大门，如果是达尔文面对这些新图景，恐怕他的感受就像穴居人面对着浩瀚的宇宙。新的知识帮助我们解答了一个有关进化论的重要问题，一个达尔文和他之后的科学家都无法回答，甚至无法触及的问题：更好、更强的最适者从何而来？生命起源于何处？大自然如何能无中生有？
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看到这里你可能不禁会疑惑，意识到生物可以进化并解释这种进化的发生原理，难道不正是达尔文进化论的伟大之处吗？不正是达尔文留给后人的财富吗？是，但也不是。毋庸置疑，达尔文的理论是那个时代乃至人类历史上杰出的学术成就。但生物进化的秘密远不止达尔文在进化论中所探讨的问题。事实上，达尔文甚至都没有意识到有关生物进化最核心的问题，更遑论解决。要说明来龙去脉，我们首先要看看达尔文在提出进化论的时候知道些什么、不知道些什么，他的进化论中又有哪些观点是走在时代前面的，而哪些不是。继而我们就会理解，为什么在一个多世纪之后的今天，我们才开始探讨“生命到底如何起源”这个问题。
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人类早在达尔文生活的时代之前就已经开始关注生物的进化现象。2 500多年前，古希腊哲学家阿那克西曼德（Anaximander）——“日心说”的祖师爷[2]，认为人是由鱼变来的。14世纪的伊斯兰历史学家伊本·赫勒敦（Ibn Khaldun）则认为，生命会沿着从矿物到植物再到动物的顺序发生演变。许多年之后，19世纪的法国解剖学家艾蒂安·若弗瓦鲁·圣伊莱儿（Etienne Geoffroy Saint-Hilaire）根据爬行动物的化石总结出，生物能够随着时间的推移发生变化。1850年，就在达尔文出版《物种起源》的9年前，维也纳植物学家弗朗兹·昂格尔（Franz Unger）提出，所有植物都是藻类的后代。另外，法国动物学家让-巴蒂斯特·拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）则坚持，生物进化的动力来自“用进废退”[3]。
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这些早期的学者似乎都预见到了生物进化的存在，然而，只要你稍微深究一下就会发现这些理论中的不实之处。比如阿那克西曼德认为人最初藏于鱼腹，待到孕育成熟，遂破鱼腹而出，诞于世间。这些与现今科学完全相悖的信条，在达尔文的时代依然大行其道。唯有一个观点受到了从古希腊到拉马克时代众多科学家的追捧：低等生物是由自然界的非生命物质自发生成的，比如湿泥巴。
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在达尔文时代来临之前，进化理论已经拥有了众多支持者，当然反对的声浪也同样喧嚣。我所说的支持者和反对者与当今“年轻地球创造论”（young earth creationist）的信徒不是一回事，该理论的支持者普遍接受过半吊子的教育，往往自以为是、目空一切，他们相信地球是在公元前4004年10月的一个周六的夜晚被创造出来的。他们还相信诺亚方舟拯救了100多万种物种，只是诺亚可能忘了把恐龙带上船。鉴于当时诺亚已经600岁了，爱忘事似乎也情有可原。我所说的进化理论的反对者，都是当时科学界的巨擘，其中之一是著名法国地质学家、古生物学创始人乔治·居维叶（Georges Cuvier）。
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古生物学的字面意思是“研究古代生物的科学”，例如恐龙。居维叶发现，古老岩层里的化石与年轻岩层中的差别巨大，而年轻岩层中的化石显示，它们与今天的生物十分相似。即便如此，他依旧坚信每种生物都是独一无二的，生物独特的形态不会变化，而只在极小的范围内存在个体差别。另一个反对者是卡尔·林奈（Carl Linnaeus），他仅仅比达尔文早出生了一个世纪。林奈是现代生物分类体系的鼻祖，然而这位分类学创始人直到晚年都视生物进化为谬论。
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基督教的教义是解释这种抵触情绪最好的理由。对居维叶来说，他在化石中看到的生物多样性并不意味着生物可以进化，而是印证了造物主无与伦比的创造力。不过，还有一个更重要的原因则要追溯到古希腊哲学家柏拉图。柏拉图对现代西方思想的影响十分深远，20世纪的哲学家阿尔弗雷德·诺斯·怀特海（Alfred North Whitehead）曾直言，欧洲哲学的发展不过是循着“柏拉图的脚印”罢了。