引言

数十年的化石发掘经历改变了我看待生命的方式。从某些角度来看，科学研究已经成了全球寻宝活动，人们找寻有手的鱼类、长脚的蛇类以及直立行走的猿类化石等一切远古生物，它们讲述了生命演化历史中的重要时刻。在《你是怎么来的》一书中，我曾描述了计划和运气如何带领我和我的同事们在加拿大北极圈内找到了提塔利克鱼（ Tiktaalik ）——一种有脖子、肘部和腕关节的鱼类。这种生物弥补了水生和陆地生物之间的空白，揭示了我们远古鱼类祖先的重要时刻。两个世纪以来，此类发现告诉了我们演化是如何发生的，以及动物的身体是如何构建并形成的。但后来的古生物学家面临着一个重要变革，一个恰巧发生在40年前我职业生涯刚起步时的变革。

我是看着《国家地理》杂志和电视纪录片长大的，很小的时候我就希望加入探险队去寻找化石。带着这一兴趣，我考入了哈佛大学研究生院，并最终在20世纪80年代中期实现了我的第一次野外化石发掘。彼时，我尚没有足够的财力出国进行发掘工作，因此我对马萨诸塞州剑桥市南部的路边岩石进行了勘探。一次从野外返回之后，我在桌上看到了一堆文章。这些文章让我知道了，古生物学界将发生翻天覆地的变化。

一个研究生朋友在图书馆发现了这些论文，文中描述许多实验室如何发现了帮助动物形成身体结构的DNA（脱氧核糖核酸），揭示了形成果蝇头部、翅膀和触角的基因。这已经让人难以置信了，更加惊人的还在后面：控制鱼类、老鼠和人类身体结构的竟然是同一基因的不同版本。这些论文中的图示闪耀着新科学的微光——一种能够揭示动物胚胎如何组装，在亿万年中又如何演化的新科学。

DNA实验回答了原本专门由化石猎人来回答的问题。此外，对DNA的了解能够揭示生物产生变化的遗传机制，而我正试图在古老化石中寻找解释这些变化的答案。

如过去的化石物种一般，我要么演化，要么灭绝。如果灭绝对于一位科学家来说无关紧要，那么这个理由不错：深入遗传发育生物学和DNA的世界，能够让我积极参与智力活动。从那时的第一篇文章开始，我的实验室工作便分裂成两个部分：夏天到野外寻找化石，其余时间则进行胚胎和DNA实验。这两部分工作都能用于回答一个简单的问题：生命史中的大型变革是如何发生的？

在过去的20年中，技术发展得很迅猛。现在的基因组测序仪功能强大，当年曾花费10多年时间和数十亿美元的人类基因组工程，现在一个下午就能完成，花销不超过1 000美元。测序只是其中之一，计算效率和图像处理能力让我们能够凝视胚胎内部，甚至能够观察细胞中的分子如何运作。DNA技术发展得如此强大，以至于如青蛙和猴子等许多种类的动物都可以轻易克隆，人们可以通过基因工程技术在老鼠身上加入人类或果蝇的基因。几乎任何动物的基因都可以编辑，这让我们拥有了移除和重写基因序列的能力——这些基因序列几乎是构建所有动植物身体的基础。我们可以据此提出疑问：在DNA尺度上，是什么样的基因组合让青蛙异于鳟鱼、猩猩或人类？

这种变革将我们带到了一个非凡的时刻。岩石和化石与DNA技术结合，让我们能够探索一些达尔文及其同辈人苦苦思索的经典问题。新的实验揭示了数十亿年的生物演化历史，其中充斥着协作、微调、竞争、偷窃和战争，这仅仅是DNA内部的情况。病毒持续侵染基因组，而基因组内部也存在战争，每个动物细胞内部的基因组随着其在一代又一代中完成工作，自身也不断改变着。这一动态过程的结果，形成了新的器官和组织，以及最终改变了世界的生物学创新。

在生命出现之后的数十亿年，整个地球曾是微生物的乐园。大约10亿年前，单细胞微生物中产生了具有身体的生物。又过了数亿年的时间，地球见证了从水母到人类的各种生命。自那时起，生物学会了游泳、飞行、思考，每一个新的生物发明都预示着下一个生物的出现。鸟类用翅膀和羽毛进行飞行，生活在陆地上的动物有肺和附肢，诸如此类。从简单的祖先演化而来，动物现在能够生存在幽深洋底，占据贫瘠沙漠，涉足高山之巅，甚至漫步太空月球。

在生命史中，最为伟大的变革带来了动物生活方式和身体构造的大幅改变。从鱼类到陆地生物的转变，鸟类的起源，以及从单细胞生物到多细胞生物的转变……这些仅仅是生命演化历程中的一些缩影。用以探索这些演化变革的科学满载着惊奇。如果你认为羽毛起源是为了帮助动物飞行，或者肺和附肢的出现是为了帮助动物在陆地上行走，那么你与许多人的想法一样，但你们都错得彻底。

这类科学的进步能够帮助解释一些关于我们人类的基础性问题：我们出现于这个星球上是偶然的结果吗？或者说，我们的演化历史有一定的必然性吗？

生命的历史是一段漫长、怪异而奇妙的旅程，充斥着尝试与错误，偶然与必然，曲折、革新与创造。这段旅程，以及我们探索它的途径，正是本书要讲述的内容。