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自然选择是极具创造性的过程，它造就了我们，以及我们身边种类浩繁的生命形式：从数百万种微生物到长着可怕下颚的锹甲、长着30米长触手的狮鬃水母、用充满液体的陷阱诱捕虫子的猪笼草、长着对生拇指的大猩猩和我们。从未背离科学规律，也不用借助超自然现象，自然选择的进化就能产生越来越复杂多样的生物。在数十亿年里，不同的物种崭露头角，探索了各种新鲜的可能性，并与不同的环境和其他生物充分互动，因而，其形态上的千奇百怪超乎想象。所有物种——包括我们人类——都处于不断变化的状态之中，最终走向灭绝，或演化成新物种。
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对我来说，生命的故事和任何创世神话一样充满奇迹。不过，大多数宗教故事向我们展示的创造性行为通常是我们熟悉的，甚至有点单调，所涉及的时间跨度也在我们的理解范围内，而自然选择的进化却敦促我们去想象更宏大的事情，几乎要超出我们想象力的极限。那是一个完全不存在既定方向的渐进过程，但当它被嵌入一个漫长到不可思议的时间跨度中——也就是科学家们说的“深时[2] （deep time）”中——它就成了最极致的创造性力量。
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位居进化论顶端的大人物是查尔斯·达尔文，19世纪的自然学家，曾乘坐小型皇家海军舰艇“贝格尔号”环球考察，收集植物、动物和化石标本。达尔文如饥似渴地收集了支持进化论的观察结果，最终提出了一个美妙的构想——自然选择——来解释万物是如何进化的。他把所有思考都写进了1859年出版的《物种起源》一书中。在生物学的所有伟大思想中，进化论应该是最著名的，哪怕未必总能得到最充分的理解。
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达尔文不是第一个提出生命随着时间进化的人。正如他在《物种起源》中指出的，亚里士多德曾认为，动物的某些身体部位可能在很长一段时间内出现或消失。18世纪末，法国科学家让-巴蒂斯特·拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）[3] 则更进一步，认为不同的物种在亲缘关系上会有所关联。他提出，物种在适应的过程中逐渐变化，其形态会随环境、习性的变化而变化。拉马克有一个著名的观点，他认为长颈鹿之所以有长颈，是因为每一代长颈鹿都会抬高头去吃树上更高枝的叶子，并且不知何故，它们还会把这种费劲的习惯传给后代，后代的脖子就会更长一点。现在，拉马克的想法有时会被低估，因为他没有把进化过程的细节搞清楚，但他是第一个综合阐述进化现象的科学家，哪怕未提及进化的缘由，他也是功不可没的。
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当然，思索进化论的不止拉马克一人。甚至在达尔文的家族里，他的祖父伊拉斯谟斯·达尔文（Erasmus Darwin）就是早期另一个热情的进化论支持者。他在马车上刻了自己的拉丁文座右铭：E conchis omnia ，意为“一切源自贝壳”，用以广泛传播他的理念：一切生命都是由较为简单的祖先——例如，贝壳内那团看似形状不明的软体动物——进化发展而来的。然而，利奇菲尔德大教堂的座堂牧师指责他“背弃造物主”后，他不得不清除掉马车上的铭文。伊拉斯谟斯别无选择，因为他是个功成名就的医生，他明白，如果他不这样做，就可能失去那些权高位重、受人尊敬且更富有的病人。当时，他也是公认的杰出诗人，在诗作《自然殿堂》（The Temple of Nature ）中，他阐述了自己对进化的看法：
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最初形态微小，隐于球面玻璃之下，
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行于泥沼，又或跃于水面；
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如此累世繁衍。
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在数不胜数的植被盛放之时，
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在鳍、足和翼吐息之间
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新生的力量降临，壮大的肢身显形。
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他可能没有作为诗人流芳百世，这或许可以理解，但作为科学家，他确已名垂青史。不管怎样，从他的诗句中，我们已能预见他那位更著名的孙子深入阐释的观念。
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查尔斯·达尔文阐释进化论时更具科学性和系统性，表达方式也更传统，只限于散文而非诗歌。他从国内外搜集了大量化石和动植物标本，积攒了海量的数据和观察研究记录。他处理的这些数据，为拉马克、他的祖父和其他一些人都认同的观点——生物体确实会进化——提供了强有力的证据。不过，在提出自然选择这一进化机制时，他所做的还不止于此。他把所有的点都连成了线，向全世界展示了生物是如何进化的。
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自然选择的论点基于这样一个事实：生物种群表现出变异情况，假如这些变异是由基因变异引起的，就会代代相传。其中一些变异会影响某些特征，使那些生物个体能够更成功地繁衍后代。繁衍更有效，意味着拥有这些变异的后代在下一代种群中占有更高的比例。以长颈鹿的长颈为例，我们可以做出如下推断：随着变体随机出现、数目增多，长颈鹿颈部的骨骼和肌肉也微妙地发生了改变，长颈鹿的部分祖先因而能够触及更高的树枝，吃到更多的树叶，获得更多的营养。最终，那些能够做到这一点的长颈鹿被证明更有适应力，也更有能力繁育后代，所以，在非洲大草原上游荡的长颈鹿群里，脖子更长的长颈鹿渐渐占据了优势地位。这个过程就叫自然选择，由于各种自然因素带来的限制，比如食物或配偶上的竞争，或疾病和寄生虫的出现，这种约束和筛选可以确保表现更优的个体能因此比其他个体繁殖出更多的后代。
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无独有偶，博物学家和收藏家阿尔弗雷德·华莱士（Alfred Wallace）[4] 在经过独立的思考和研究后，提出了同样的机制。鲜为人知的是，华莱士和达尔文都受到前人的启发，尤其是苏格兰农学家、农场主帕特里克·马修（Patrick Matthew）[5] 在1831年出版的有关军舰木材的书中提到的关于自然选择的猜测。但不管怎么说，第一个以令人信服并惊叹的方式综合性地提出完整进化论思想的人是达尔文，并且这一思想经受住了历史的考验。
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实际上，人类几千年来一直在用同样的选择方式来培育具有特定特征的生物，这就是所谓的人工选择。达尔文真的观察过鸽友是如何选定鸽子育种并繁育出更多变种的，并在此基础上发展了他关于自然选择的观点。人工选择可以产生戏剧性的结果。我们就是这样把野外的灰狼变成了人类最好的朋友，繁育出了从迷你的吉娃娃到高大的大丹犬等众多犬种。野生芥菜也是这样演变出西兰花、卷心菜、菜花、球茎甘蓝和羽衣甘蓝的。相对而言，人工选择带来的变化只在区区几代生物种群中发生，但足以让我们窥见进化过程——数百万年来自然而然发生的自然选择——的伟大力量。
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自然选择导致适者生存，并淘汰没有竞争力的个体。顺便说一句，“适者生存”并不是达尔文本人用的术语。自然选择的结果必定是这样的：特定的基因变化在种群中完成量的积累，最终导致生物物种在形式和功能上发生持久的变化。这可以解释为什么一些甲虫演化出了有红色斑点的翅膀，而另一些甲虫习得了游泳、滚粪球或在黑暗中发光的本领。
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自然选择的观念意义深远，其重要性已超越生物学的范畴。自然选择的观念在别的领域中——尤其是在经济学和计算机科学中——既有强大的解释力，又有实际指导作用。举例来说，如今，一些机械工程部件和软件——比如飞机上的——都是通过模仿自然选择的算法进行优化的。这些产品都得到了进化，而不只是传统意义上的被设计出来。
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要让自然选择的进化发生，生物体必须具备三个关键特征。
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第一，它们必须能够繁殖。
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第二，它们必须具有遗传系统，可以让界定生物体特征的信息进行复制，并在繁衍过程中遗传给后代。
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第三，遗传系统必须有变异表现，而且，这种变异必须通过繁殖过程传给子代。自然选择是基于这种变异性发生的。它把一种缓慢而随机发生的变异根源转化为某种看起来可以无限地不断变化、且在我们身边欣欣向荣的生命形态。
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此外，为了使自然选择更有效，生物体必须死亡。只有亲代死亡，因有潜在的基因变异而更具竞争优势的子代才能取代它们。
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这三个必要特征可以从细胞和基因的概念中直接推导出来。所有细胞都在细胞周期内完成繁殖，且所有细胞都有一个由基因组成的遗传系统，在有丝分裂和细胞分裂的过程中，基因在染色体上被复制和遗传。变异是由改变DNA序列的偶然突变引发的——就像让我发现cdc2基因的那个变异基因，其原因可能是双螺旋在复制过程中出现了罕见的错误，也可能是环境破坏了DNA。细胞会修复这些突变，但未必能完全修复。如果每一次都能完美修复，一个物种的所有个体就会一模一样，进化就会停止。这意味着错误率本身就受制于自然选择。如果错误率太高，基因组存储的信息就会失效，变得毫无意义；如果错误率太低，进化的可能就会减少。长远来看，那些在变与不变之间保持适当平衡的物种才是最成功的赢家。
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复杂的真核生物的进一步变异发生在有性生殖过程中，一部分染色体在产生性细胞（也叫生殖细胞，如动物的精细胞和卵细胞、开花植物的花粉和胚珠）的细胞分裂过程中被打乱重组，这个过程叫作减数分裂。这是导致兄弟姐妹的基因不同的主要原因：假设父母的基因像一副纸牌，那么每个子女拿到的基因牌都不同。
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