生命進化十大奇跡
多細胞
多細胞令生命從單細胞變成了奇妙的綜合體。這項如此非凡的進展，至少經曆了16次不同的進化。動物、陸地植物、真菌和藻類都參與其中。
數十億年來，細胞一直是“聯合部隊”。甚至細菌也能做到這一點，它們采用立體組合和勞動分工的形式，形成複雜的群落。但在數億年前，真核細胞（一種比較複雜的細胞，其DNA都集中在細胞核裏）將這種協作提升到了一個新水平。它們形成了永久性的群落，特定的細胞專門從事各項特定工作，例如營養或排泄，而且步調非常協調。
真核細胞能夠實現這種飛躍，因為它們為了其他目的已經進化出了很多必需的特質。例如，很多單細胞真核生物能夠分化成不同類型，完成特定任務，比如與另一個細胞**。
是什麽引發這種進化的?一種理論是，細胞聚集在一起體積變大，單細胞掠食者一口吃不下，從而令它們避免了被吃掉的命運。另一種說法是，單細胞在能力上很受限製——例如，大多數細胞不能在長出移動所需的鞭毛的同時進行分裂。但一個細胞群就能做到在移動的同時進行細胞分裂，隻要其中的每個細胞各司其職。
然而，體積更大和結構更複雜並不一定意味著更優秀。正如伯克利加州大學的分子生物學家妮科爾·金所言，單細胞生命無論在單位體積內生物量上還是物種數量上都遠遠超過了多細胞生命。“因此我們可以說，單細胞生命是最成功的，但多細胞生命是最美麗、最神奇的。”
眼睛
在進化長河中，它們的出現隻在眨眼之間，但卻永遠改變了生命的規則。在眼睛出現之前，生命形式是溫文爾雅的，其主宰者是遍布海底的懶洋洋的軟體蠕蟲。眼睛的“發明”則為一個野蠻殘忍、更具競爭性的世界拉開了大幕。視覺令動物得以成為積極的獵食者，也引發了一場進化史上的軍備競賽，由此改變了整個地球。
最初的眼睛形成於大約5．43億年前——寒武紀的起點，出現在一群名叫萊德利基蟲的三葉蟲身上。它們的眼睛是複眼，類似於現在某些昆蟲的眼睛，很可能是從感光凹點進化而來的。它們在化石記錄中出現得非常突然，因為5．44億年前的三葉蟲祖先還沒有眼睛。
那麽這神奇的一百萬年當中發生了些什麽?眼睛真的複雜到不可能突然形成嗎?瑞典隆德大學的丹一埃裏克·尼爾森認為未必如此。他計算得出，一片感光細胞進化成複眼隻需50萬年。
這並不是說兩者之間的差別微不足道。感光細胞群很可能在寒武紀之前已經很常見了，早期的動物靠它們來感知光線以及光來自何方。這種初級的感覺器官今天仍然有一些動物在使用。但它們不是眼睛，真正的眼睛還需要一件裝備——能聚光成像的晶狀體。牛津大學的動物學家安德魯·帕克說：“如果你突然擁有了晶狀體，效果就如同從1％提升到了100%。”
三葉蟲不是唯一偶然“發明”這種器官的動物，但它們應該是最早的。
這會造成多大的區別呢?在寒武紀初期那個盲目的世界裏，視覺就等同於一項超能力。三葉蟲的眼睛讓它們成為第一群積極的掠食者——能夠史無前例地尋找並發現食物。當然，它們的獵物也會相應進化。僅僅數百萬年後，眼睛就成了尋常之物，動物變得更活躍，更富於攻擊性。這場進化就是我們今天所謂的寒武紀大爆炸。
然而，視覺並沒有普及。在37門多細胞動物中，隻有6門進化出了眼睛。這樣聽起來眼睛也許算不上很偉大的“發明”——但是想一下，這6門動物（包括人類、脊索動物、節肢動物和軟體動物）正是地球上最繁盛、分布最廣泛、最成功的動物。
腦
腦常常被視作進化過程中的最高成就，因為它賦予了人類一些高級特征，例如語言、智慧和意識。但在此之前，腦還有一項同樣驚人的成就：它把生命抬升到了植物範疇之外。腦第一次為有機體提供了能在短時間內——而不需要經過很多代——適應環境變化的途徑。
神經係統促成了兩種非常有用的功能的出現：行動和記憶。最簡單的神經係統隻是腔腸動物——例如水母、海膽、海葵等——體內的環形回路。它們可能不是特殊的智能，但仍然能找到所需的東西並以比植物複雜得多的方式對外界作出反應。
下一步的進化是添加某種控製係統，讓行動更有意義。這很可能發生在寒武紀時期的扁蟲身上。這種原始的腦隻是一些幫助控製神經網絡的額外線路。
配備了這種係統，覓食成了最早的水生動物的第一要務。有機體需要分辨營養物質和有毒食物，腦幫助它們做到了這一點。隨便觀察一種動物，你會發現腦的位置總是離嘴很近。
隨著腦的出現而來的是感覺和記憶。這兩者讓動物能實時監測情況在變好還是變壞。這隨之促成了預測和獎賞的簡單機製。即使像昆蟲、蛞蝓或扁蟲這些腦很簡單的動物，也能通過以往的經驗預測以後應該做什麽或吃什麽，而且它們還有一種獎賞機製能強化正確選擇的刺激。
人腦的更複雜的功能——社會交往、作出決定和感同身受等——似乎都是在這些控製食物攝取的基本機能之上進化來的。人腦中最發達的部位（負責社會交往和作出決定）與控製味覺、嗅覺、口舌和腸胃運動的部位緊緊相鄰。我們親吻配偶是有理由的——這是我們所知的最原始的查探方式。
語言
對人類而言，語言是進化的終極發明。在令人類區別於動物的特征中（包括意識、移情作用、思想的神遊、新陳代謝、宗教和道德等），語言處於核心地位。語言也許稱得上是人類的決定性特征之一，但它在進化進程中到底有多重要呢?
10多年前，英國生物學家約翰·史密斯和匈牙利的厄爾什·紹特馬裏發表了《進化中的重要轉變》，列出了從一代傳到下一代的信息傳遞方式的曆次創新——這些創新從生命本身的起源開始，到語言的發明為止。
但我們的祖先到底如何實現了語言從無到有的飛躍，這也許是科學史上最大的謎。紹特馬裏指出，有句法和語法，並利用從句的層級結構表達意思的複雜語言隻進化了一次。隻有人腦才能創造語言，但與普遍看法相悖的是，這種能力並不限於腦中的特定區域。如果負責語言的區域受損，其他區域可以代行其職。
但這引發了一個問題，即語言為何沒有在其他動物——尤其是靈長類動物——的腦裏落地生根。紹特馬裏認為答案存在於人類特有的神經網絡。這種網絡令我們具有了複雜的層級處理能力，這是形成合乎語法的語言所必需的。這些網絡由人類的基因和實踐所共同決定。
總之，語言是生物進化中的最後一筆。這是因為語言令那些掌握了它的動物超越了純生物學的範疇。有了語言，我們的祖先就得以創造出他們自己的環境（我們稱之為文化），並且不需要基因變化就能適應這種環境。
光合作用
從陽光中獲取能量。幾乎再沒有哪項創新給生命造成的影響可與光合作用相比擬。光合作用真正改變了地球的麵貌，轉換了大氣並給地球罩了一層保護殼，屏蔽致命的輻射。
如果沒有光合作用，大氣中將幾乎沒有氧氣，植物或動物也不會存在——隻有微生物在礦物質和二氧化碳組成的原始湯裏勉力生存。它幫助生命擺脫了束縛，它產生的氧氣也為複雜生命形式的出現搭建了舞台。
在光合作用之前，生命由單細胞微生物構成，其能量來源是硫、鐵和甲烷等化學物質。之後，在大約35億年前或者更早，一群微生物發展出了從陽光中獲取能量的能力，幫助製造生長和能量消耗所需的碳水化合物。它們怎麽有了這個本領還是一個謎，但基因研究顯示，吸收光能的裝置是從一種負責分子間能量傳輸的蛋白質進化而來的。光合作用問世了。
但這時的初期光合作用不製造氧氣。它的原料是硫化氫和二氧化碳，最終產物是碳水化合物和硫。後來的某一時候——準確時間尚不確定——一種新的光合作用進化出來了，它利用水做原料，生成氧氣這種副產品。
在當時，氧氣對生命來說是有毒的。它在空氣中積聚，直到某些微生物進化出了能容忍它的機製，並最終偶然找到了利用它作為能量來源的途徑。這也是非常重要的發現：利用氧氣燃燒碳水化合物的效率是不用氧氣的18倍。
從這時起，地球上的生命開始有了充足的推動力。時至今日，或直接或間接，地球生命所用的所有能量幾乎都是光合作用產生的。
除了為燃燒能源提供有效途徑之外，光合作用製造的氧氣也為生命提供保護。地球處於太陽的致命輻射之下，含氧大氣的副產品之一就是臭氧層，它過濾掉了大部分的有害射線。
性別
鳥類如是，蜜蜂如是——對大多數物種來說，有性繁殖是唯一選擇。而且地球上一些最壯觀的生物奇觀也是它造成的：從大到能從太空中看到的珊瑚礁，到精彩的性別展示——園丁鳥的求偶舞蹈，牡鹿的角，乃至詩歌、音樂和藝術。性別甚至負責延續生命本身：放棄性別的物種往往在數百代之後滅絕。
性別如此重要，但生物學家仍在爭論它是如何進化形成的——以及它為何沒有被淘汰。因為，從表麵來看，區分性別似乎是失敗的策略。
進化應該更青睞無性繁殖，原因有兩個：首先，在爭奪資源的戰鬥中，無性物種應該會輕易戰勝有性物種。其次，由於**和卵子隻含有父母的一半基因，采取有性繁殖的有機體隻能將50％的基因傳給下一代。而無性繁殖能保證100％的基因傳遞。
顯然，這種推理中存在錯誤。包括昆蟲、蜥蜴和植物在內的很多物種確實通過無性繁殖（至少在短期內）順利繁衍。但它們在數量上遠遠不及有性繁殖的物種。
人們一般將性別的持續勝利歸因於它能將基因混雜起來，引發變異並將有害突變清除掉（突變往往令大多數無性物種最終滅絕）。變異的重要性在於它讓生命對環境的變化作出反應。無性繁殖有時候就像在抽獎中買100張彩票，都是同一個號。但如果隻買50張，每張買不同的號，就好得多。
盡管如今我們知道性別有多重要，這對了解它的起源卻沒有幫助。它的出現可能是出於DNA修複這種平凡的原因。單細胞、無性的有機體可能形成了定期複製其基因物質、然後再將其分組的習慣。這令它們可以通過轉換成另一套基因來修複DNA損失。**和卵子產生時仍然會出現類似的DNA轉換。
死亡
死神是進化造就的嗎?確實如此。生命體總會由於這樣或那樣的災禍而死亡，例如挨餓或受傷。但還有另外一種死亡。細胞——甚至整個生物體——出於更高的利益而選擇消亡。換言之，死亡也是一種進化的策略。
這在各種形式的程序性細胞死亡——亦稱作凋亡——中體現得最明顯。你的手有5個手指，這是因為當你還是胚胎的時候，曾經活在手指之間的細胞凋亡的緣故。如果沒有細胞的死亡，我們甚至不會出生。
即使作為成年人，我們也離不開死亡。如果沒有凋亡，癌症將在我們身上蔓延。
程序性細胞死亡在日常生活中也發揮著重要作用。它保證了內髒內層的細胞更新，為我們的皮膚提供由死亡細胞組成的保護層。當免疫係統消滅了感染，為數眾多的白細胞會有秩序地自殺，讓炎症平息。植物將細胞死亡用作一種丟車保帥的抵禦病原體的策略，隔離感染區域並殺死其中所有細胞。
少量細胞的犧牲會對生物體有利，這很容易理解。但整個有機體的死亡可能也有進化的參與。所有高等有機體的細胞在幾十次分裂之後開始老化，最終導致生物體本身的死亡。這可說是另一種對失控生長的防禦措施。但另一種理論認為，這是某種固有的基因老化程序的一部分，為所有生物的壽命設定了上限。
大多數進化生物學家不同意固有的“死亡程序”的觀點，而是認為衰老類似進化過程中的廢品堆積站：自然選擇沒有理由篩除在生命中很晚才出現的缺陷，因為很少有個體能幸運地活到老年。但現在人們一般會活到生育期之後很久，因此遭遇到了進化之神從來不曾料想我們會找到的發明：死於年老。
寄生
這個詞是偷、騙和暗中作惡的同義詞。但發生在寄生蟲和宿主之間的古老戰鬥卻是進化的最強大的推動力之一。如果沒有掠奪者和白食客，生命的麵貌將與現在截然不同。
從病毒到絛蟲，從藤壺到鳥類，寄生動物名列地球上最成功的生物體當中，從每種已知生物身上無情地攫取好處。以絛蟲為例。這種線形寄生蟲就像性腺加一個全是鉤子的頭，省去了長內髒的麻煩，喜歡浸泡在宿主消化係統的豐富營養物質中。在平均長達18年的一生中，一條人體絛蟲能產卵100億枚。
很多寄生蟲，例如小小的肝吸蟲，也很善於操縱宿主的行為。腦部感染了一種吸蟲幼體的螞蟻會覺得必須爬上草葉尖，在這裏它們更可能被這種吸蟲的最終宿主——綿羊——吃進去。
田納西大學的生態學家丹尼爾·辛貝洛夫說：“它們真的很惡心，但它們多麽擅長這種工作啊。進化很可能是由寄生蟲推動的。這是有性繁殖得以延續的主要假說。還能比這更重要嗎?”
對進化影響最大的寄生蟲是個頭最小的。細菌、原生動物和病毒能影響宿主的進化，因為隻有最堅強的個體才能在感染中活下來。
宿主也能影響寄生動物的進化。例如，需要人與人接觸才能傳染的疾病往往進化得不那麽致命，確保患者至少能活到傳染給別人之後。
寄生體還能在更加基礎的層麵上推動進化。有一種寄生性的DNA片斷名叫轉位子，它能自己斷裂並粘貼在染色體組上，轉換成新基因或促進突變的出現。甚至性別起源也與它們有關，因為它們可能推動了細胞融合和配子形成的選擇。
超個體
大量生物個體和諧地生活在一起，通過分工和分享勞動果實以實現更好的生活。我們把這種極樂社會稱為烏托邦，並且為進入這個社會而努力奮鬥。然而，進化的成績卻比我們的工作有效得多。
以僧帽水母為例。它看起來就像一個漂浮在公海上的普通水母。但放在顯微鏡下，你會發現這個看似有一個觸須的動物其實是很多單細胞有機體組成的群落。它們的勞動分工堪稱一種藝術。部分個體負責移動，部分負責攝食，部分負責分發營養物質。
這種共存帶來了很多好處。它讓本來會固定在海底的單位個體能夠自由漂移。它們集結在一起更有利於免受掠食者的攻擊，適應環境壓力，並開拓新疆域。僧帽水母是真正的超個體。
既然益處多多，群體生命形態進化了很多次並不稀奇。但其中確有一個大的難題，以粘細菌為例。這些細菌也許是最簡單的群居生物。在通常情況下，各個細菌獨自行動，隻有在環境中缺乏某些氨基酸時，個體才開始集結。由此形成的超個體形成柱狀，頂端是含有孢子的有後代個體。但是既然隻有形成孢子的細菌才有傳播後代的機會並獲得新生命，為何其他細菌還忠心耿耿相隨呢?這種合作是如何進化出來的，它們又如何防止騙子的利用?人們仍然不能解答關於某些群居生命體的這些疑問。
人們在所有螞蟻和白蟻、大多數組織高度發達的蜜蜂和黃蜂當中都發現了完全社會性。盡管這些微型社會也需要嚴密監管以防止騙子渾水摸魚，但這很可能是地球上最接近烏托邦的社會。
共生
共生有很多種定義，但我們在這裏是指兩個物種存在一種在生理上很密切、互惠互利的依賴關係，這種關係幾乎總是和食物有關。共生在進化過程中引起了巨大變化，而進化又不斷孕育出新的共生關係。
也許最重要的共生關係是催生了複雜的真核細胞的那些。真核細胞利用專門的細胞器官（例如線粒體和葉綠體）從食物或陽光中獲取能量。這些細胞器官本來是更簡單的原核細胞，後來在完全的共生關係中被真核細胞吞並了。如果沒有它們，生命的重要進展——例如日益增進的複雜性和多細胞動植物——將無從出現。澳大利亞墨爾本大學的傑夫·麥克法登說：“這個世界上隻有兩件事生死攸關：呼吸作用和光合作用。但兩者都不是真核細胞自己辦到的，是它們借助共生，從原核細胞那裏借來的。”
共生在進化過程中出現得如此頻繁，我們可以斷言這是法則而非例外。深海中的琵琶魚讓熒光細菌在自己嘴巴裏遊曳，作為誘捕工具。在海麵，珊瑚蟲為能進行光合作用的海藻提供住所，用無機廢物交換有機的含碳化合物。海藻還能產生一種吸收紫外線的化學物質，保護珊瑚。此外，科學家認為90％以上的植物物種與其他物種存在共生關係。
南美切葉蟻把樹葉切下來，為培育在蟻穴中的真菌提供肥料。螞蟻不能消化樹葉，但靠它們養殖的真菌能分解樹葉中的毒素，同時產生含糖和澱粉的美味。而且，如果沒有消化道裏的細菌消化食物和產生維生素，任何動物，包括人類在內，都無法存活。