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不过，在多细胞生物的世界里，人类根本算不上代谢竞技擂台上的种子选手，许多动物在代谢的不同方面都胜于我们。人类无法合成维生素C，所以许多人早餐时都要来一杯橙汁，而狗却能够合成自身所需的维生素C。虽然我们能从植物的种子，如大麦和玉米中吸收热量，而奶牛则可以消化和吸收植物茎秆中的纤维素。说句公道话，追根溯源，消化纤维素的神奇能力并不是奶牛自己的本事，而是由于它们体内的微生物：牛的4个胃里的细菌能够将巨大的纤维素分子分解成易于消化的葡萄糖。
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这似乎暗示我们，进化的真正好手其实是我们星球上最小的生物：细菌。
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细菌拥有强大的繁殖能力，它们的生殖周期只有数分钟，因而基因库的更新速度远快于我们。但是细菌具有的进化优势远远不止于此。为了让你能够理解人类和它们的巨大差距，我们可以想象有一个身高只有1.5米的小伙子，他一直希望能够加入高中的篮球校队。努力的锻炼和勤奋的练习对他的帮助杯水车薪。他的最大问题是没有合适的基因，而他最好的朋友只要踮起脚就几乎能够碰到篮筐。
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而对于细菌来说，如果一个细菌想要与另一个细菌比肩，它们的出身可不是决定性因素。如果我们在这里讲的是一个科幻故事，这对好朋友拥有了和细菌一样的进化能力，那么你接下来将看到的一幕是：当这两个小伙子在他们喜爱的一家饭店吃饭时，一根细长的空心管子从高个子的体内伸出，摸索着伸向矮个子小伙儿。一旦两人被连接在一起，这跟管子随即把高个子的一小块DNA片段注入到矮个子体内。如果注入的片段中正巧包含了与身高有关的基因，那么学校的篮球队就有了一个新的大前锋。
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这是一个基因水平转移的例子。可惜的是，落后的人类并不具备这种能力，而对微生物来说，这种现象简直是家常便饭。某些情况下，当两个细菌相遇，其中一个会向另一个细菌的方向伸出一根空心管道。当管道接触到另一个细菌时，一方面，它会通过收缩将两个细菌拉到一起；另一方面，细菌可以通过连接管道向临近的另一个细菌输送自己的DNA。
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通过阴茎样的管道向另一个个体传输遗传物质的方式，很容易让人联想到有性生殖。但是细菌的“有性生殖”和人类有着天差地别。它们的交合与人类的不同，不以生殖为目的。基因交换中也不涉及整个基因组的重新洗牌，通常只是交换某几个基因。
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细菌还能通过许多其他方式获得新基因。有些细菌可以在别的细胞死亡、破裂或吐纳出内部成分之后吸收外源性的DNA。与其说是阅读，不如说细菌不过是一个在字面意思上“啃书”的傻帽儿，它们除了一把把的纤维素之外什么都得不到，细菌所吞噬的外源性DNA大部分成了食物。只在极偶然的情况下，摄入的外源性DNA会结合到宿主的基因组里并表达出新的蛋白质。
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病毒可以用自己的DNA制服比自己大数倍的细胞，插入宿主基因组的病毒DNA重新编程后把活生生的细胞变成了绝望的血汗工厂，成批生产毫无生气的病毒颗粒。在这个过程里，细菌的某些DNA片段会与病毒的基因组融合，使之成为基因转移的载体。这些携带细菌基因片段的新生代病毒离开菌体细胞，将会继续感染下一个倒霉的受害者，通过注入经过融合的遗传物质，将基因从一个细菌传递到另一个细菌。如果人类具有类似的能力，那我们那个高个子篮球选手只需要对着其他人打几个喷嚏，就能把身高的天赋整合到队友的基因组里。
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如果所有的基因水平转移都不需要筛选，那么细菌的基因组势必不断扩大直到变得过于臃肿庞杂。过度冗长的DNA链脆弱易断，复制过程会白白浪费许多能量和原料。对大自然来说，浪费是不能容忍的罪过。幸运的是，由于基因融合和删除之间的平衡，过度冗长的基因组不会出现。基因删除是基因错误的副产物，是指细胞在修复和复制DNA的过程中切除错误基因。与每次只涉及一个碱基对的基因突变不同，基因删除往往涉及数千个碱基对和众多基因。只要基因删除没有累及必需基因，细胞就能够继续存活。非致死的基因删除时刻都在发生，它保证了只有有用的基因能够长久留存于基因组内，以及精简的基因组容量。
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基因转移与有性生殖的另一个不同点在于，它不仅发生在亲缘关系相近的物种之间，还能够发生在面包酵母与果蝇和微生物与植物之间。尤其在微生物的世界里，哪怕两种微生物的种间差异大如人类和橡树，它们依旧能发生基因转移。这正是基因转移的强大之处，也是它能成就细菌在代谢进化中的霸主地位的最重要原因。物种之间的差异有多大，它们的代谢方式的差异就有多大。
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基因转移通过从一个物种中获得的基因修饰另一个物种，让原本风马牛不相及的优良微生物基因能够融合，正如擅长巴洛克风格和流行唱法的不同微生物终能演绎出一曲风格混搭的乐章。由于不能挑剔或者选择所获得的新基因，而基因的融合随机发生在不同的基因组之间，所以只有部分基因修饰可以改进生物的性状。不过基因转移发生的频率远远超过我们的想象，所以生物进化出新性状的概率其实并不低。即便多数进化的结果乏善可陈，但是宇宙图书馆的书架上摆放了无数本书，在繁多的文字垃圾里依旧有数不清的杰作等待被发掘。
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大自然的谱曲能力在人类的朋友大肠杆菌中体现得淋漓尽致，许久以前，科学家曾一度认为大肠杆菌的不同菌株是紧密联系的不同亚种。21世纪初，生物学家首次破解了多种大肠杆菌不同菌株的基因组密码，原本的期望是这些遗传密码高度相似，然而事实却并非如此。有两种大肠杆菌菌株的基因组差异超过了100万个碱基对，相当于它们全部DNA碱基对数量的1/4，意味着每个菌株与另一个菌株有超过1 000个不同的基因。
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每过100万年——相当于人类在进化树上与黑猩猩分离至今的1/5，大肠杆菌的基因组就能获得大约60多个新基因，所有的新基因都来自水平转移。它们是基因融合中的成功者，还有很多失败的基因融合没能让细菌留下后代。
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如今我们已经掌握了超过1 000种细菌的DNA序列信息，它们证实大肠杆菌菌株间的差异并不是特例，而是普遍规律。细菌基因组的大部分基因都是从别处交换得来的。你可能不会觉得奇怪，不过许多这些基因的起源的确难以追溯。要寻找某个特定基因来源的难度，无异于在国会图书馆中随手拿起一本小说并挑选其中的一小段，然后考证这一段内容在文学史上的影响。1 000多个菌种，甚至1 000种菌种的100倍，也只是由无数种细菌构成的多样性海洋中的区区一滴水而已。更多的细菌甚至还没有被我们发现，而每一种细菌都可能是其他细菌基因的贡献者。
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由于细菌基因组中只有大约1/3的基因与代谢有关，所以基因组改变和代谢改变并不总是一一对应的。基因组编码的蛋白质还有许多其他作用，如帮助细菌移动、转运合成所需的物质等。那么如果基因转移主要涉及这些与代谢无关的基因会如何呢？生物进化在代谢图书馆里的步伐将难以深入，进而导致多数生物的代谢反应高度相似。
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实际情况是怎样的呢？几年前，在面对数百种DNA序列已经被阐明的细菌时，我就这样问过自己。这些遗传信息是前人在过去几十年里的研究所得，这项研究发现了数千种独特的酶以及编码它们的基因，让我们能够通过基因辨认相应的酶，并通过酶预测生物具有的生化反应。换句话说，我们可以通过基因组序列预测某种生物的代谢基因型，并对不同生物的代谢基因型进行比较，而这正是我所做的工作。
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图3-2以简化的片段对两种生物中的10种酶的代谢基因型作了比较，展示了用这种方式比较代谢基因型的简便性。10种酶中有4种是两种生物都无法合成的，在图中以灰色的0表示，第一种生物编码了其中6种，如你所见，它的基因型数列中有6个1，而第二种生物可以编码其中的5种。
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图3-2 基因型差异
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我们记录了至少被两种生物中的一种所合成的酶的数量（在这里是6），以及只被其中一种生物合成的酶的数量（在这里为1），然后再计算两者的比值（也就是1/6）。如果两者的比值为0，意味着两种生物编码的酶完全相同。如果该比值为1/2，那就意味着其中一种生物合成的酶中有一半能够被另一种生物合成[13]。而如果这个比值为1，那么两种生物中的任何一种能够合成的酶都不会出现在第二种生物体内，两者的代谢差异为可能达到的最大值。这个取值范围为0～1的比值，反映了两种不同的生物在酶学上的差异程度，鉴于这样的描述不太简便，我们姑且以字母D代表这种差异或差距。
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如果让你用纸和笔比较数百种细菌的基因型，其中每个基因型都以数千种反应对应的数列编码，其枯燥程度不言而喻，好在忠实可靠的计算机能够在眨眼间完成这些工作。虽然我早就知道细菌的基因组间存在高度差异，但当我要求计算机计算数百对细菌的D值时，我还是被近亲菌株之间的代谢遗传差异震惊了。13种大肠杆菌的不同菌株之间有超过20%的酶互不相同，任意一对微生物之间的平均酶差异达到50%。我还曾经怀疑过是否生活环境相近的细菌，比如都栖息于土壤或都栖息于海洋，会由于营养条件相近而拥有类似的代谢体系。我又想错了。相似的栖息地并没有能够缩小细菌之间的D值差距。
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这项工作的结果凸显了自然界在基因重新组合上的惊人尺度。在地球上的每个角落，剧烈的基因拆分和重组都在不断发生。只要是有微生物存在的地方，无论是在海洋深处还是荒凉的山巅，无论是在滚烫的热泉还是寒冷的冰川，无论是在肥沃的平原还是干燥的沙漠，甚至是在我们的体内或体表，生命都在尝试每一种可能的基因新组合，重新解读、重新编译，而后重新布局代谢遗传，片刻也不停歇，造就并不断提升着代谢的多样性。
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如果没有读者，一本书就不过是一堆沾染墨水污迹的纤维纸片而已。同样的道理，代谢图书馆里的基因馆藏需要被阅读才能体现它们本身的价值，即每本书所对应的代谢模式应可以代表某种生物可以利用哪些营养物质，又能够合成哪些分子。我们回忆一下某些实实在在、可以被看见的生物表现型，许多代谢表现型如每天的阳光一样朴实可见。比如黑色素，存在于我们体内，可以保护我们的皮肤免受太阳辐射的伤害；存在于在狮子的毛发中，可以帮助这些大猫在狩猎的时候模拟周围的环境；同时它也是章鱼喷出的墨水之所以是黑色的原因。与黑色素类似的分子都是代谢的产物。