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假如一个夏夜，你在乡间看到一只蚂蚁爬上草尖并停留在那里，似乎要准备过夜，你可否意识到这个场景背后存在两个怪异之处？第一，你面前的这只蚂蚁和其他工蚁一样，不仅不能繁育后代，还会为了蚁后的生殖而终生奔波劳碌，这种情况在生物世界里非常罕见。第二，这只蚂蚁展现出一种自杀式行为，因为在一片羊群专挑嫩叶吃的牧场草地上，睡在一株草的草尖上无异于卧倒在一条繁忙的铁轨之上。
这只蚂蚁的行为就是一种悖论。从词源来看，“悖论”一词源自希腊语形容词paradoxos，意为“与普遍的观点相反”，表示与人们的期待、直觉、常识或理论框架相背离的情况。这一概念也用于形容明显不符合逻辑的矛盾或谬论。蛋与鸡出现的先后顺序就是一个很典型的例子。面对“先有鸡还是先有蛋”的问题，如果我们的回答是“蛋”，根据逻辑，下一个问题就会是“谁下了这个蛋”，回答当然是“鸡”，但这只鸡又必然是由另一个蛋孵出来的，我们因此陷入一个自相矛盾的情况。悖论的本质其实是谜团，它引人思考，让我们能更好地理解周围的世界。
本书专门用来阐述生物世界里的种种悖论，有些悖论看似复杂，但只是表象，个中缘由我们将为你娓娓道来。例如，雄鹿为何保留了体积庞大且会妨碍行动的鹿角，寄生虫又为何置宿主于死地。而其他的一些悖论会让你感到意外，因为它们的矛盾之处并非显而易见。有性生殖对科学家来说就是一个真正的谜，尤其是相比之下无性生殖显得那么高效，而矛盾之处在于，只有少数生物选择了无性生殖。这也是众多还未被完全解释清的悖论之一。
得益于科学的进步和知识的传播，许多曾经是悖论的现象已不再是谜：遗传的方式和性状的传递模式不再神秘，如今已成为初中阶段的知识内容。并且与其他生物相比，人类在染色体数量上也没有优势：人类的染色体数量与橄榄树或獾的相当，但比驴、母牛或母鸡的都少。人类拥有的基因数少于水稻的或小鼠的，而且基因组的大小也无特别之处。总而言之，自从科学摈弃了二元论，打破了各种赋予人类特殊地位却违背科学的神话后，人类在生物界的地位似乎平平无奇。科学的发展带来知识，一些悖论也迎刃而解。那么，悖论是否越来越少了？恰恰相反，新的悖论在不断出现。举个例子：还是在脱氧核糖核酸（DNA）和线粒体被发现之后，才出现了线粒体DNA的悖论。在亚细胞结构中发现遗传性令科学家感到困惑，但这个新的悖论正是知识更新迭代的产物：科学产生悖论，而又不断进步最终解决悖论。随后的研究表明，线粒体曾经是一种简单的细菌，这就解释了它为什么保留着一些细菌DNA的残留并具备遗传性，于是悖论解决了。
不过，在讨论生物世界的悖论之前，我们先要理解生命约38亿年前在地球上出现以来物种进化的方式。人类对进化机制的了解其实只有不到200年的时间，这要归功于英国博物学家兼古生物学家达尔文（Charles Darwin），他彻底改变了生物学。虽然拉马克（Jean-Baptiste de Lamarck）率先提出了物种进化的观点，但他提出的机制并不正确。于是达尔文提出以自然选择为物种进化的主要机制。随后的一些重大的科学发现（遗传方式、染色体、基因、DNA等）使达尔文的理论渐趋完整，而且，众多科学家的贡献及大量在自然界和实验室里开展的研究、测试和实验，让这个理论变得更加完善。它是目前能帮助人们理解生物世界各个方面的最佳理论框架。自然选择作为这个理论的支柱，其实很容易理解，只要满足以下三个条件，就会出现自然选择：变异（多个性状得到表达）、遗传（这些性状可以传递给子代），以及可传递的性状和后代的数量之间存在联系。
早期提出的例子之一是桦尺蠖（ Biston betularia ）。这是一种夜间活动的小飞蛾，白天它一动不动地停在树干上，与树干颜色相近的灰白色让它几乎隐形。由于基因突变，种群内会时不时地出现黑桦尺蠖，但这种颜色与树干形成反差，很容易被天敌发现，因此这些个体的存活率较低，繁殖得更少，最终，产生黑色个体的突变基因经过几代繁殖就逐渐消失了。整个桦尺蠖种群仍以灰色个体为主，就算偶尔出现几只黑桦尺蠖，也会很快被捕食者消灭。但在19世纪工业革命期间，污染导致桦树的树干变黑，更有利于黑桦尺蠖伪装，而浅灰色个体反而更容易被天敌发现。因此，在这种新环境中，捕食者的选择提高了黑色变异体的出现频率。一个世纪之后，污染减轻，环境再次发生反转，灰色变异体重新占据上风。桦尺蠖颜色的这种变异，无论是灰色还是黑色，它的本质是DNA上的基因差异，这种基因差异是由环境的选择决定的。
桦尺蠖的颜色是自然选择引起生物性状变化的一个例子。类似的例子不胜枚举，因此物种进化的原理不再是一个悖论。
一些悖论虽然已经得到解答，但答案往往只局限在专业的科学圈子内。因此，本书的目的之一便是阐述这些矛盾并引导读者去理解。还有一些悖论迟迟未得到解决。尽管科学家有很多研究的思路，而且往往能给出多种解释，但科学界始终无法达成一致，悖论也就一直存在。也许再过几年或者几十年，这类悖论才会真相大白，但解答这类悖论依托的是现有的知识，所以本书还将通过独立的章节介绍目前正在进行的这类悖论研究。尽管篇幅有限，我们仍希望尽可能地展示生物世界里丰富多彩的悖论，揭示这些悖论背后的科学原理。惊喜就在书中。