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这就是我们在回溯之路上找到的第五条线索，一条至关重要的线索，在它的牵引之下，我们就将进入新的一幕了。
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256311]
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延伸阅读遗传、进化与生物分类学
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在传统上，人类想要分辨不同的物种的亲缘关系，只能看它们“长得像不像”。古人的观察粗浅一些，“长得像”只能精确到外观和行为，所以把在水中生活的动物都叫成了“鱼”，鲸鱼、鳄鱼、甲鱼、娃娃鱼，鲍鱼、章鱼、墨斗鱼……就这样有了荒唐的名字。
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到19世纪，解剖学、发育学和胚胎学逐渐成熟了起来，“长得像”的标准变得更加精细：鲸有肺，胎生哺乳，所以是哺乳动物；鳄鱼和甲鱼也用肺呼吸，下带壳的蛋，胚胎有羊膜，所以是爬行动物；娃娃鱼幼体用鳃呼吸，成体用肺呼吸，产无壳的卵，胚胎没有羊膜，所以是两栖动物；至于鲍鱼、章鱼、墨斗鱼，便都是软体动物了。
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但是，解剖学、发育学、胚胎学即便一起出马，也仍然理不清楚芸芸众生在进化中的亲缘关系。因为原本亲缘关系很近的生物，如果适应了差异很大的环境，就会越长越不像，连解剖结构都不像了；反过来，原本没什么亲缘关系的物种，又很可能因为适应了相似的生活环境而越长越像，连解剖结构都像了。
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前者的经典案例是鲸。长期以来，我们只知道它们是哺乳动物，却说不好它们与哪种哺乳动物亲缘关系最近，因为它们的解剖结构实在太特殊了，尤其是齿鲸，它们罕见地进化出了回声定位的能力。而我们现在知道，与鲸关系最近的动物是河马，尽管它们在各种层面上都没有很像。
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鹰和隼是后一种情况的好例子。它们都是天空中的猛禽，长着钩子似的利爪和尖嘴，光看解剖结构，谁都会说它们是一类，绝大多数人甚至根本分不清二者。然而，从亲缘上看，鹰更接近猫头鹰，隼却更接近鹦鹉[7]XII。
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是的，进化的历史太曲折，太复杂了，既有鲸与河马这样关系很近却长得不像的，也有鹰和隼这样长得极像却关系很远的。这些解剖学、发育学、胚胎学加起来都解决不了的问题，就要靠遗传学来解决了。
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我们首先要知道，基因和性状并不是严格对应的，并不是说一定要什么样的基因序列才能长出翅膀，一定要什么样的基因序列才能长出尖嘴。基因控制性状，就好比作家写文章，虽然都表达了相同的观点，不同的作家却一定会有不同的遣词造句。不同的生物分别进化出来的性状，无论多么相似，都绝不可能有完全相同的基因序列——鸭嘴兽的嘴和鸭子的嘴像，但绝不会有完全相同的基因序列。利用这一点，我们就有效排除了祖先不同而后代相似的干扰，因为趋同进化只能使性状变得越来越像，却不能使基因变得越来越像[8]。鹰和隼长得虽像，基因却非常不同。
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也正是因为这一点，作家起诉他人抄袭，审判起来是很容易的。只要拿出文章来比一比，如果大段大段都完全一样，那就一定有抄袭，一样的段落越多，说明抄袭得越多。而生命的繁衍，也恰恰就是这么个抄袭的过程：亲代繁育出子代，就是把自己的遗传信息复制一份，传递给子代。
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显然，比较不同物种的基因序列，相同的部分越多，亲缘关系就越近[9]。因为抄也有抄错的时候，遗传信息复制时的随机突变会在世代繁衍中越积越多，所以亲缘关系越远，序列的差异就越大，亲缘关系越近，序列的差异就越小。于是，这又排除了同一个祖先而后代不像的干扰。鲸与河马虽然适应了极端不同的环境，但它们的基因序列仍然非常相似，比其他亲缘关系更远的类群都更相似[10]。
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图2—86 将颜色的变化看作基因突变的积累：颜色差距越小的圆，亲缘关系越近。（作者绘）
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总而言之，只要比较不同生物之间的遗传信息有多少差异，就能知道它们之间有怎样的亲缘关系，最终构建出最接近进化事实的生物分类关系。
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这就是为什么我们会在第六章一开始就说遗传学和分子生物学“沟通了最微观的分子和最宏观的进化”。
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从20世纪最后几年开始，遗传学的研究揭示了越来越多的惊人结论，在目以上的分类单元中掀起了太多的革新。比如说，传统上，我们认为光合作用的真核生物都是植物界的，但事实并非如此，比如海带那么绿，却显然不属于植物界，而且时至今日，我们都没有公认海带属于哪个界，只大概地认同它属于一个SAR超类群。在今天的分类学前沿，“界”的数量远远超过一般人的想象，包括动物界、植物界和真菌界在内，至少有6个，如果区分得严格一点，可能超过10个，只是这些界划分得太晚，且没有尘埃落定，我们还不打算为它们创造专门的名字，仍在沿用“虫”“藻”“菌”等笼统的称谓。
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256312]
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延伸阅读内共生理论
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在正文里我们知道了今天的所有生命都可以被划分进三个域：细菌域、古菌域和真核域。1977年，卡尔·沃斯最初划分出这三个域的时候认为，这三个域都直接源自末祖。但是，很快我们就意识到，事情没这么简单，真核域比其他两个域复杂太多了。
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比如，仅从尺寸上看，真核细胞就比细菌和古菌庞大多了。真核细胞的直径普遍在几十微米左右，动物的骨骼肌细胞和神经细胞可以达到几米这样的宏观尺度，而细菌和古菌的细胞直径通常在几微米左右，换算成体积相差了几千倍乃至千亿倍。同样，真核细胞的遗传信息按字节计算通常为几百MB（兆字节）到几GB（吉字节），最大的可以达到几百GB，而细菌和古菌的基因组也就几MB而已，相差了几十倍到几十万倍。所以毫不奇怪，只有真核细胞存在着内质网、高尔基体、线粒体和叶绿体这样的有膜细胞器。而细菌和古菌的细胞质里几乎没有任何复杂结构，连细胞核都是裸露的，没有任何包裹。
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在这惊人的不平衡之外，真核域却不是从根本上区别于细菌和古菌，恰恰相反，我们是细菌和古菌的大杂烩。真核细胞用来复制DNA的酶系统的主要部分和古菌一样，膜系统与细菌一样。而ATP合酶竟然兼有两种，一种和古菌一样，出现在细胞质里，另一种和细菌一样，出现在线粒体和叶绿体里。而且说起线粒体和叶绿体，这两种细胞器实在像极了细菌，不但尺寸和细菌差不多，而且竟然有属于自己的DNA、核糖体和转运RNA。
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林林总总数不清的迹象表明，这三个域的关系并不像卡尔·沃斯一开始设想的那样简单，在细胞出现后的最初20多亿年里，还发生过一些不可思议的事情。
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于是，1981年，波士顿大学遗传学教授琳恩·马古利斯，即天文学家卡尔·萨根的首任妻子，发表了一篇新论文《真核细胞的起源》XIII，系统总结了此前100多年人类对真核细胞起源的思考，提出了一个极富启发性的“内共生假说”。该假说认为，真核细胞并不是末祖的直接后代，而是一些原核细胞进入另一些原核细胞之后的共生“群体”，这个乍看起来非常“离奇”的想法竟然在之后的半个多世纪里得到了堪称全面的证据支持，也得到了反反复复的修正，已经成为目前最主流的关于真核细胞的起源理论。
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不过有些棘手的是，不同的研究者为了解释内共生的详细过程，又在内共生的框架之内构造了许多更精细的假说，形成了许许多多不同的版本。对此，这本书决定干脆不讨论那些分歧的细节，而只介绍最接近共识的那一部分。
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最基本的部分我们已经透露过了：最初，只有古菌和细菌，但是出于某种原因，比如共享某种营养源，比如吞噬，比如寄生，比如互相利用对方的代谢产物，一些细菌钻进了古菌的细胞，并且永久地定居了下来，达成了稳定的共生关系。后来，那个细菌发展成了线粒体，那个古菌就发展成了真核细胞的本体，这就是第一次内共生。