在宇宙无垠的黑幕衬托下，地球看起来是一个令人神迷的蓝绿色球体。虽然有史以来也不过仅有二十几个人，有幸从月球或更远的地方亲眼眺望地球，体验到那种悸动，但他们传送回来的那些缥缈美丽的影像，却深深刻印在一代又一代人的脑海中。再没什么可以与之比拟的了。庸碌的人们在地球上为了土地、石油和宗教信仰等琐事争吵不休，而这一切都在我们的认知面前黯然失色。这认知是关于飘荡在无尽虚空中、充满生气的瑰宝——我们共享的家园，其中更精彩的是在这个家园里进化出的生命最伟大的发明，我们依赖它们而存在。

是这些生命把我们的行星，从一个绕行着年轻恒星运转并饱受撞击的炙热石块，打造成今日宇宙中一座充满生机的灯塔。也是这些生命，这些微小的光合细菌，净化了海洋与大气，让它们充满氧气，将我们的行星染成蓝色与绿色。受到这种充满潜力的新能源的驱动，生命爆发了。花儿绽放摇曳诱人，细密的珊瑚中隐藏着行动迅捷、金色发亮的鱼儿，巨大的怪兽们潜藏在漆黑的深处，树木们朝天上伸展，动物们忙乱着、疾驰着、观看着。而人类在其中，被创造史中的无数奥秘所感动，我们这个无数分子的集合体感受着、思考着、赞叹着、疑惑着我们如何来到这里。

终于，有史以来第一次，我们有了一个答案。这并非确定不移的知识，也不是什么刻在石板上的真理，而是在人类不断探求最伟大的问题——知道和理解四周与内在世界，得到的成熟知识之果。150年以前达尔文出版了《物种起源》这本书以后，我们才开始了解这个答案的概况。从那时开始，我们对过去的认知渐渐增长，不只用化石来填补空缺，而且能深入地研究物种的基因结构。而对后者的了解，更是巩固了这块知识之毯上的每针每线。也不过是最近几十年，我们才开始从抽象的知识和理论，发展到对生命图景有了鲜活细致的认知。这图景由我们最近才能解读的“生命秘语”所撰写，而它们也是开启生命秘境之门的钥匙，让我们窥见不止今世，还有最遥远的古老过往。

在我们眼前展开的故事，远比任何一个创世神话都更富戏剧性、更令人赞叹也更复杂。不过和所有的神话一样，这也是个和“变形”有关的故事，而且是一种剧烈而壮观的变形。这些喷涌而出的创新，改变了整个地球的样貌，一次又一次地在过去的革命历史上，重新写下更复杂的新页。从太空中眺望地球，在那宁静的美丽之下，掩饰着这里真实的历史，它其实充满了竞争、创意与变化。讽刺的是，我们小规模的争吵，正反映了地球动荡的过往，也只有我们这些地球的掠夺者，才能够超越所有，见识到这一切的壮丽全景。

这行星上大部分的剧变，其实只是少数几个进化发明所催化出的结果。这些发明改变了世界，最终让我们的诞生成为可能。这里要澄清的一点是，当我说“发明”一词时，并非指涉任何深思熟虑的创造者。《牛津英语大词典》对发明的定义是：“一种前所未见的有独创性的器具或产物，或处理事情的新手段新方法；新起源的或新采用的。”进化没有远见，也不计划未来。这里并没有创造者，也没有所谓的智能设计(智能设计是近代某些基督徒对上帝的中性描述，认为宇宙万物是由某位智者设计，希望将神造世人的概念偷渡到科学中)。但是，自然选择却把万物的所有特性拿来做最严格的检验，让最适者胜出。这是一个天然的大实验室，让我们的大讲堂相形失色，在这里可以同时检视无数的细微差异，一代又一代。设计无所不在，到处都是盲目却巧妙的作品。进化论者私下讨论时常会提到“发明”一词，因为实在没有比这更好的词语可以体现大自然那难以置信的创造力。所有科学家，无论他们信仰什么，同任何好奇我们起源的人一道，大家都有一个共同的目标，就是领悟这一切背后的运作原理。

这本书讲的，就是进化中最伟大的发明。它讲到这些发明如何改变生命世界，讲到我们人类如何借着足以与自然匹敌的机智，来解读自己的过去。这是对生命非凡的发明，以及对我们自身的礼赞。这也是关于我们如何出现的长篇故事，从生命起源到我们自己的生与死，带我们细数这史诗之旅中经过的一座座里程碑。我们要跨越生命的长度与广度，从海底热泉中最初的生命起源到人类意识，从微小的细菌到巨大的恐龙。我们要跨越科学的界限，从地质学、化学到神经影像学，从量子物理学到行星科学。我们也要跨越人类的成就，从史上最有名的大科学家到至今虽默默无名，但有朝一日注定名扬四海的学者们。

我列了一张发明清单，当然这很主观，也可能存在另一种版本。不过我还是定了四个标准，将范围限制在少数几个、在生命史上真正称得上是有开创性的事件上。

第一个标准是这些发明必须让整个行星和生命世界发生变革。之前我已经提过光合作用，是它把地球变成现在我们熟知的富含氧气、充满能量的行星(没有氧气，动物不可能存在)。其他的改变虽然没有这么明显，但一样影响深远。有两项影响最广泛的发明：一个是运动，这让动物可以四处漫游搜寻食物；另一个是视觉，它改变了所有生命的行为模式。事实上，5.4亿年前眼睛的快速进化，在很大程度上促成了大量动物突然出现在化石记录里，也就是一般所称的寒武纪大爆发事件。我会在每章的介绍里讨论这些发明对地球造成的深刻影响。

第二个标准是这些发明必须对现今的我们极其重要。最好的例子就是性与死。性曾被人称作是“绝对荒谬的存在”，当然这里不考虑《爱经》里那种转化人类内心情境，从不安升华为极乐的效果。我们这里只探讨细胞之间的独特性生活。为什么这么多生物，甚至是植物，都沉溺于性呢？它们不是大可安安静静地自我复制就好了？关于这个谜题，我们已经很接近答案了。而如果性是绝对荒谬的存在，那么死亡就是“绝对荒谬的不存在”了。为什么我们会老死？一路上要遭受各种疾病的折磨？尽管热力学定律规定万物走向混乱与衰退，但是这个近来极其热门的话题，却并未受到热力学定律的支配，因为不是所有的生物都会衰老，而许多会衰老的生物也可以关掉开关停止衰老。我们将会看到进化一次又一次地把动物的生命延长了一个数量级。抗衰老药物将不再是神话。

第三个标准是，这些发明必须是自然选择直接造成的进化结果，而不是其他因素导致的，比如文化。我是一个生物化学家，对于语言与社会学并没什么创见。不过人类所有成就背后的推手，是我们的意识。很难想象任何一种共通的语言或社会，不是被一种共通的价值观所巩固，不是被一种共通的知觉或感觉，比如难以言喻的爱、快乐、悲伤、恐惧、寂寞、希望与信念等所强化。如果人的心灵是进化出来的，那我们必须解释脑中的神经信号如何产生非物质的灵魂以及强烈的主观感觉。对我来说，这只是生物性的问题，或许对此仍有争议，但我会在第九章尽量阐明。因此，意识可以算是进化最重要的发明之一，而语言和社会以及其他的文化产物则不在我的考虑范围内。

我的最后一个标准是这些发明必须具有某种标志性。早在达尔文以前，眼睛就被公认为是完美的，它或许是自然给出的标志性难题。从那时起，眼睛就被用各种方式反复研究。在基因方面，历经10年的深入探索又提供了一个新的解答：眼睛有一个出人意料的始祖。而DNA的双螺旋结构应该算是信息时代的标志。此外复杂细胞(真核细胞)的起源也算是一种标志，不过这种标志性在科学家之间更为熟知，而一般人则不太了解。这座里程碑，其实是过去40年来进化学界最热门的争论之一，而且是解答复杂生命在宇宙中分布的关键。本书每一章都会讨论具有类似标志性的发明。刚开始写书时我曾跟一个朋友讨论这张清单，他建议我把“肠道”当作动物的标志性进化，而不是运动。我不是很确定这一想法是不是最合适的。因为对我来说，至少肌肉的力量是有标志性的，只须想想飞翔的荣耀即可。而肠子，如果没有结合运动的威力，不过就是只海鞘，是一小段粘在岩石上摇摆的肠子而已，一点都不具标志性。

除了这些比较正式的条件以外，每项发明还必须引发我的想象。它们必须是一个极度好奇的人类，比如我，热切想要了解的东西。有些我以前已经写过，不过现在想用一种更全面的方式来讨论。其他的发明，比如DNA，则对所有的好奇者都有某种致命的吸引力。发掘那些埋藏在DNA深处的线索，是过去半个世纪以来最了不起的科学侦探故事之一，但不知为什么，这些故事在科学家中也鲜为人知。我只希望自己成功传达了一些追寻过程中的兴奋感。热血是另一个例子，这是一个充满争议的领域，至今科学家在很多问题上都没有共识，比如恐龙到底是积极的热血杀手，还是懒惰的巨大蜥蜴？或者热血鸟类到底是从近亲霸王龙直接进化出来的，还是跟恐龙一点关系也没有？何不让我自己查看所有的证据？

现在我们有了一张清单。我们从生命的起源开始，于人类自身的死亡以及对永生的展望结束，中途会经过许多巅峰：DNA、光合作用、复杂细胞、性、运动、视觉、热血以及意识。

不过在开始之前，我要对这篇引言的主旨说几句话，就是前面提过的让我们能洞察过去历史的“生命秘语”。一直到最近，只有基因和化石才是通往历史的两条大路。两者都有强大的威力让我们回到过去，不过也各有缺陷。150年以前达尔文就担心化石记录会出现断层问题，不过现在这已是陈腔滥调，因为很多部分都由实验补足。真正的问题在于，化石常常要在极端的情况下才会被保存下来，所以不可能是反映历史的明镜。其实我们能从化石里面搜集到这么多信息才令人惊讶。同样，通过比对基因序列的细节，我们可以建立物种之间的系谱树，可以精确显示我们和其他生物的关系。但是基因变异分化到某个程度后，会让两物种之间显得毫无共性。因此在超越某一时间点后，利用基因序列来解读过去，历史会显得一片混乱。但是，现在已有许多更有力的工具可以超越基因和化石的极限，带我们回到更遥远的过去。这本书中有一部分就是在礼赞这些犀利的方法。

让我举个例子，我非常喜欢这个例子，却没有合适的机会加入书中。它是关于某种蛋白质的(一种催化剂或酶，名为“柠檬酸合酶”)，这种酶对生物来说非常重要，从细菌到人类体内，都可以找到它。科学家们曾比对了两种不同细菌体内的这种酶，一种细菌住在极热的热泉，另一种则住在极冷的南极洲。这种酶的基因序列，在两种细菌体内差异极大，它们已经分化得太远，以至于现在看起来两者明显不同。我们之所以知道这两种细菌是从同一个祖先分化出来的，是因为在比较温和的环境里找到了一系列的中间型细菌。然而，如果仅仅比对它们的基因序列，并不能给我们太多的共祖信息。这两种细菌会分化，当然是因为它们居住的环境相差太多，但是这也只是抽象的、理论性的推测，乏味且只有二维。

那么现在来看看这两种酶的三维分子结构。我们可以用高强度的X射线穿透蛋白质，然后用奇妙的晶体学来解读其结构。我们发现这两种蛋白质的结构几乎是重叠的，它们的每个褶皱与缝隙、每个凹陷与突出，在三维空间下都不分轩轾。没受过训练的人完全无法分别这两种蛋白质间的差异。换言之，尽管组成这两种蛋白质的每块积木都随着时间变迁被替换掉了，但是它们拼出的整体结构(同时结构决定功能)却被进化保存下来。这就像一座用石块砌成的大教堂，又用砖块重盖，完全保存了整座教堂的宏伟结构。这促进了另一个真相的揭露，哪一块石块被换掉了？为什么？热泉细菌的酶，构造非常坚固。其内部化学键像水泥一样将各石块砌在一起，因此尽管受热泉猛烈的高温能量冲击，仍可维持分子结构，就像一座可以抵挡无止境地震的大教堂。在冰中的酶则相反，这里的石块连接更松散，使其在酷寒的环境中仍可活动，就像一座用滚珠而不是石块盖成的大教堂。如果在6℃下比较两者的活性，南极细菌酶的催化速度比热泉细菌的高29倍，但是在100℃时，南极细菌的酶会完全瓦解。

浮现在眼前的影像是丰满三维的。基因的分化也变得有意义了，它们是为了保存酶的结构与功能，为了让同一种酶在两种截然不同的环境下工作。现在我们可以知道进化的过程中发生了什么，以及为什么，不再只是纸上谈兵，而是真实的洞见。

今日还有许多其他精巧的工具，可以同样真实地带我们洞察过往。比如说，比较基因组学让我们可以比对数百种生物的全部基因，一次就能比对数千个基因，而不仅仅是比对数个基因。这要归功于过去几年内各种基因序列陆续解码完成。而蛋白质组学则让我们可以看到任何时刻，一个细胞里面正在工作的蛋白质，进而我们可以探索，历经万世进化之后，哪一小群基因被保存下来，用来调节这些工作的蛋白质。计算生物学则帮助我们辨识出蛋白质中统一的形状、结构或模式，尽管编码它们的基因已然不同。对岩石和化石的同位素分析可以重现过去大气与气候的变化。成像技术则让我们看到人在思考时大脑内的神经活动，或者重建嵌在岩石里的微观化石的三维结构，而不需要冒险敲碎它们。还有其他技术，就不一一列举了。

上述这些技术其实没有一项是新的，真正新的地方在于它们的精密度、速度和实用性。就像人类基因组计划一样，计划的完成速度越来越快，数据累积到了让人目眩神迷的地步。这些新信息都不是用传统语言如群体遗传学或古生物学所书写，而是用分子，而自然的实际变化就发生在分子等级。新一代的进化学家正由这些新技术培养起来，他们可以实时记录进化的影响。他们现在所描绘的景象尺度，从亚原子到行星，其细节与范围都令人叹为观止。这就是为什么我说，有史以来第一次，我们有了一个答案。虽然现今积累的大部分知识必定昨是今非，但这些知识都是最生动且有意义的。能够生在当代是幸福的，因为我们知道如此之多，而且还可以期待知道更多。