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21世纪生物学对计算机的依赖性，犹如摄影技术之于相机。计算机的适用范围绝非仅限于实验室，从超低温冰箱到咖啡机，它们凭借自身强大的能力在各个领域占有一席之地。就像17世纪的显微镜一样，计算机带领我们走进了一个新世界，一个如此微小的世界，即使是最尖端的电子显微镜也无法欣赏得到，即分子的世界。称计算机为“21世纪的显微镜”当之无愧，可以帮助我们看到连达尔文都不了解的分子网络。
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生物学领域中，计算机技术的整合是一个新兴现象。纵观生物学的发展历史可以看到，生物学的发展总是受制于数据处理能力。早期探险家需要航行数年，才能在偏远的小岛上发现新的物种；即便在分子生物学发展早期，分离一个基因也通常需要花费好多年时间。如今这种景象已经一去不复返了。由于科学技术的发展日新月异，生物信息数据如雨后春笋般喷薄而出，你不仅可以在数千个不同的数据库中找到基因和基因组的信息，还能找到许多其他生物大分子，以及这些大分子之间的相互作用关系。每年都有大量的新数据进入数据库。新一代的科学家——计算机生物学家，只负责处理现成的数据即可，而无须自己进入实验室收集信息。生物学家摇身一变成为信息科学家，享有着无穷无尽的数据信息。在探讨自然法则的过程中，限制我们的仅仅是自己的想象力和分析数据的技巧。
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当然，这些技术也会面临相应的挑战，因为生物性状起源的问题已经困扰了科学家将近一个世纪的时间。一方面，我们知道生物的表现型就像一幅巨大的点彩画，作画的人每次只往画上加一点。但是，这个比喻并不能告诉我们具体应当如何创作出一幅美丽的图画。研究性状起源的挑战很容易让人望而却步。以醇脱氢酶为例，它的氨基酸连接方式已经远远超过宇宙中的氢原子数。如果我们用完全的随机突变来解释新性状的起源，那么这首从达尔文时期就开始回荡的咒歌与阿那克西曼德的鱼腹理论似乎半斤八两，不啻于把我们的无知藏在地毯下假装看不见。当然，这并不意味着突变和自然选择就不重要。不过仅有自然选择不足以解释自然界惊人的有序性，我们仍然缺少一种能够加快进化速度的方法。
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哪怕时间倒退几年，我们都不可能理解这种方式，更不要提这本书的出版。由于生命体由分子构成，所以我们需要通过分子来了解进化：不仅是DNA中的基因，还有基因型究竟如何塑造了表现型。表现型和DNA本身并不对等，它是生物体有序的层级架构，从最高层的器官到组织，再到细胞，再往下还有构成细胞的分子和分子之间形成的关系网络，最后精确到单个蛋白质。新的表现型和性状可以在这之中的任何一个层级出现。30年前，我们对于这种复杂性还一无所知。
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如果连如今的我们都只是略懂皮毛，那就更不用提达尔文了。把他不知道的东西列出来简直可以出一本现代生物的百科全书。达尔文不但不了解生物性状的起源，在前孟德尔时期，他对基因的存在同样茫然无知，更不用说DNA和遗传密码了。他同样也不会知道群体遗传学和发育生物学，他对分子如何构成生物体一无所知。达尔文对生命真正的复杂性毫无察觉，许多后人也因此觉得他们可以理直气壮地忽略这一点。但是为了找寻生命进化的秘密，我们必须勇敢面对生命的复杂性，而不是逃避。
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一种久经考验的认识生命复杂性的方法是关注一个或几个基因型以及它们对应的表现型，这也是早期基因学家发现基因的基本方式：通过某个表现型的变化追溯源头的变异基因。在基因组时代，这个方法也适用于研究DNA序列的功能：诱变某个基因并观察相应的表现型变化。应用不同技术得到的发现相当惊人，比如苍蝇体内的基因突变导致它发育出了两对翅膀，植物长出了变形的叶子和以新物质为食的微生物等。科学家诱变了许多基因，得到了千奇百怪的表现型。
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然而，这些个别的例子到底能在多大程度上说明问题呢？就像探险家如果要绘制新大陆的地图，光是沿着海岸线航行，随便抛锚上岸散个步是远远不够的。他们需要环绕整个大陆以画出它的轮廓，从河流三角洲驶入内陆摸索清楚河流的分布，他们还必须爬上山脊，穿过沙漠和丛林。对于生命的创造性，我们也需要绘制这么一张地图，一张从基因型到表现型的地图，标出每一个基因型的变化，以及它们如何影响了表现型。我们需要这样的地图来补全达尔文的伟业。
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不过即使拥有最好的技术，这张地图也没有那么容易绘制。就一张具有高分辨率的地图而言，我们需要获得超过10130种氨基酸链的表现型资料，那还不算由成百上千种基因和蛋白质组成的更高层次结构。换句话说，绘制一张高分辨率的生命地图不只是困难，几乎是件不可能的事。幸运的是，我们并不需要把每一粒沙子都在地图上描绘出来，如果我们只关注地形特征，就能减轻很多绘制的负担，需要研究的基因型数量也会大大下降，不过剩余的基因型数量依旧数以亿万计。鉴于表现型可研究的角度很多，所以我们要精心选择，保证这些我们研究的角度对生命的进化而言至关重要，同时又处于现有知识和分析工具所能处理的范围之内。
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柏拉图的本质主义论与进化主义论不共戴天数十年之后，在这些地图中正东山再起。与柏拉图时期简单枯燥的几何世界相比，21世纪本质主义的内涵要丰富得多。它对达尔文主义思想兼容并蓄，又不拘一格，是我们理解自然选择的关键。仅凭肉眼人类是无法了解某些现象的，就像无法用肉眼看清楚萨莉·加德纳在奔跑的时候是否真的四脚离地。幸运的是，我们现在已经具备了看清进化世界的技术。
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现代技术给我们展示了一个柏拉图式的色彩斑斓的世界，展示了40亿年以来生命进化的动力和起源。
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适者降临：自然如何创新 有 一个你在家里就可以尝试的实验。找一个容器，往里面装一些小麦，拿旧的内衣裤封住容器口，然后等上大概20多天，你就会发现容器里出现了老鼠，有新生的幼鼠，也有长大的成鼠。这个现象是由17世纪的医生及化学家扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特（Jan Baptista van Helmont）首先发现的。他还发现，在阳光照射下，两块砖之间的罗勒叶能够生出蝎子来。
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范·海尔蒙特并不是“自然发生说”的首创者，这个学说的起源至少可以追溯到亚里士多德，然而他的确是这个学说最后的拥护者之一。时至今日，任何声称小麦和旧内衣裤相互作用之后能够产生生物的科学家都会被打上“妄想狂”的烙印，但是在范·海尔蒙特的时代，他粗糙的实验和结论却没有为他招来坏名声，相反，范·海尔蒙特于1644年在人们的敬仰中逝世。在“自然发生说”被广泛接受的年代，人们认为范·海尔蒙特的实验只不过是证明了一个显而易见的事实罢了。
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范·海尔蒙特逝世数年之后，一名来自意大利的医生弗朗切斯科·雷迪（Francesco Redi）才向世人展示了这个实验的正确做法。在广口瓶里放上肉块，不消一会儿肉上就会爬满蛆虫，但这些蛆不是由肉块自发产生的：雷迪用一块棉布盖住广口瓶之后，由于苍蝇不能在肉块上产卵，蛆也就没有再出现。
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雷迪的工作加速了“自然发生说”的消亡。在这方面同样功不可没的还有17世纪的荷兰纺织品商人兼镜片打磨师安东尼·范·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek），他发明的显微镜打开了通向微生物世界的大门。曾几何时，由于超出肉眼可见的范围，未知的微生物世界成为“自然发生说”拥护者最后的庇护所。直到18世纪中期，依旧有人认为腐烂的有机质可以产生微生物，这种观点的拥护者不乏像苏格兰牧师约翰·尼达姆（John Needham）这样的社会名流。一个世纪之后，路易斯·巴斯德才证实尼达姆本末倒置了：是微生物引起了有机质的腐烂，而不是腐烂的有机质孕育了微生物。巴斯德通过对肉汤以及肉汤附近的空气进行灭菌处理而使其免于腐烂，给“自然发生说”的棺材钉上了下葬前的最后一颗钉子。
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虽然巴斯德证明了生命的自然发生并不存在，但他以及同时代的其他人都不知道生命究竟起源于何处。在当时，生命起源的问题属于化学研究的范畴，而不是生物学。而19世纪的化学家与那些在20世纪初苦苦思索变异来源的孟德尔主义者，都面临着一个同样的问题：他们生得太早了。那是一个德米特里·伊万诺维奇（Dmitri Mendeleev）还没有发明出化学元素周期表的时代，对生命的化学元素展开研究更是一片大大的空白。由于起源于声名狼藉的炼金术，现代化学经历了漫长的岁月才成为一门受人尊敬的科学。即便如此，哪怕已经进入20世纪，当诺贝尔奖获得者、著名量子物理学家沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli）的妻子与一名化学家私奔之后，泡利在一封给朋友的信中仍写道：“她哪怕和一名斗牛士私奔也好啊，可是她却偏偏选择了一个平凡的化学家……”
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在过去的一个世纪里，我们知道了生命体复杂多样的表现型正是“自然发生说”面临的最大困境。如果一个拥有特定氨基酸序列的蛋白质分子都不能自发形成，那一个包含了数百万种蛋白质和其他复杂分子的大肠杆菌又怎么可能凭空出现呢？现代生物化学使得我们能够估算一个大肠杆菌自然发生的概率，在此前提下，复杂生命体自然发生的概率几乎为零。
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不过这并不意味着自然发生在生命出现的早期阶段没有出现过。事实上，早期生命的出现甚至需要自然发生的帮助，只是其产物的复杂程度远远比不上现代的细胞及蛋白质。打个比方，地球上最早的生命就好比牛车上的一个轮子。这个轮子也是经由步步打磨而成，并非一蹴而就。虽然漫漫历史的泥潭已然抹去了这些步骤的痕迹，不过化学家还是觅得了些许蛛丝马迹，这也正是我们本章的主题。化学家不仅说明了早期生命出现的过程，还证实了一个更重要的假说：今天自然界所有生化反应所遵循的原则，与生命出现之前的无异。无论古今，新性状和最适者的出现都需要新的化学反应过程和分子作为前提。
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