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我们先来做个小测验：地球上最成功的生物是什么？请快快回答！许多人给出的答案是狮子或大白鲨这样的顶级掠食者，还有一些人可能说是鸟、昆虫或细菌。很少有人会想到，草也完全可以称得上是最成功的生物。草这种生物至少符合“惊人的成功”的两个标准。第一个标准是极其丰富。北美大草原、非洲稀树大草原、欧亚大草原，以及无数其他草原，全都被草覆盖着。单是欧亚大草原就从高加索一路延伸到了太平洋，绵延8 000多千米。第二个标准是物种数量大且极具多样性。草自从在生命进化历史上出现以来，已经进化出了1万多种。确实，草的种类极其繁多：从适应南极洲冰天雪地的只有数厘米高的毛草（hair grass），到印度北部可以隐藏整群大象的高耸的草，再到亚洲的竹林，这种像“树”的草可以长到30米高。
但草类并不是一直都如此成功。在数千万年的时间里，或者说在它们的大部分进化史上，草类都只是勉强维持着生存。无论以什么标准来衡量，它们都远远谈不上繁荣兴旺。
草类的起源可以追溯到6 500多万年前的恐龙时代。自那之后的数千万年里，草类留下的化石极其罕见，这个事实意味着，在那段漫长的时期，草类不可能是非常丰富的。事实上，一直要等到距今不到2 500万年时，草类才成为优势物种，这比它们的诞生足足晚了4 000多万年。
为什么草类要等到4 000多万年后才能在阳光下找到属于自己的位置？一旦你了解到，进化从一开始就赋予了草类很多种增强生存能力的创新，这个谜团就会变得更加复杂难解。这些创新包括草类拥有木质素和二氧化硅这样的化学防御物质，它们不仅会损害食草动物的牙齿，还使草类更能耐受干旱。此外，在代谢方面，进化让草类拥有了有利于保存水分的复杂创新。
你可能会认为，既然有了这些创新以及其他方面的创新，草类应该可以很快就繁盛起来。然而，事实恰恰相反。在那长达4 000多万年的难以想象的漫长岁月里，它们一直未能做到这一点。草类这种延迟的成功蕴含着关于新生命形式的深刻真理。 一种新生命形式的成功不仅取决于它的特定内在特征，也不仅取决于它的某种内在品质，比如一项创新所带来的能力增强或所赋予的新能力，还取决于这种生命形式诞生的世界。
草类并不是唯一一种经历了漫长岁月才获得成功的生物，它们只是无数新生命形式中的一员。若以物种的丰富性或多样性来衡量，一些新生命形式的成功也推迟了数百万年，甚至数千万年。例如，第一批蚂蚁出现在1.4亿年前，但直到4 000万年后，蚂蚁才开始分化，到今天已有1.1万多种。哺乳动物有着各种各样的生命形式，如生活在地上的、会爬树的、会飞行的或会游泳的，它们起源于1亿多年前，但直到6 500万年前才开始蓬勃发展。这方面还有一个例子，那就是咸水蛤蜊科动物，它们更是不得不等待了长达3.5亿年才大获成功，分化成了500多个物种。
上述新生命形式以及许多其他的新生命形式有一个共同点， 即在大爆发之前一直处于休眠状态。它们是生物进化过程中的“睡美人”。 这些“睡美人”让我着迷不已，它们让我对关于成功和失败的所谓真理产生了怀疑，而人们一直认为这些真理都是不言而喻的。这些质疑不仅适用于自然的创新，也适用于人类文化的创新。
当生命第一次从原始汤（primordial soup）
中爬出来时，当生命第一次发现从矿物质、有机分子和阳光中提取能量的方法时，当生命第一次学会在浩瀚的原始海洋中游泳并借此谋生时，当生命第一次变成多细胞生物（高度特化的细胞分担生长和繁殖、逃避捕食者和跟踪猎物、自卫和攻击等所需的劳动并做出牺牲）时，当生命第一次学会应对挑战时，它必须创新。每一个挑战都可以用多种方式来应对，每一种应对方式都是生物进化的创造性产物，而且都体现在拥有独特生命形式的物种身上；它们数以百万计，随着进化的推进，数量还在不断增加。
当然，创新从来没有随着生物进化而停止。那些拥有复杂神经系统的物种，如黑猩猩、海豚和乌鸦，已经发现或发明了用于狩猎或采集食物的简单技术和工具。自农业革命以来的1万多年里，人类文化产生了众多革命性的创新，如数学和文字，以及从车轮到壁纸的大量小创新。人类已经凭借自己的聪明才智发现了自然的基本规律，创作出了无数的创造性作品，从诗歌到歌曲，再到交响乐和小说。这些创新中就有不计其数的“睡美人”，比如像雷达这样的被忽视的突破性技术，像格雷戈尔·孟德尔（Gregor Mendel）的遗传定律这种一度被埋没的科学发现，还有像约翰内斯·维米尔（Johannes Vermeer）的画作《戴珍珠耳环的少女》这类被遗忘的艺术作品，这件旷世杰作在一个多世纪的时间里一直没有得到认可。
诚然，自然和文化并不是以完全相同的方式进行创造的。牛顿撰写《自然哲学的数学原理》时所用的墨水和纸与蓝鲸的细胞、组织和器官是两类不同的创造力基质。在一位作家十易其稿的勇气背后，是一种完全不同于DNA的随机突变的创作动力。一项专利的商业价值与大肠杆菌每天分裂的频率是衡量成功的不同标准。不过，在这些差异之外，不同的创新还有一系列更深层次的相似之处，其中之一是很多创新都是远远超前的。“睡美人”是一种创造性产品，刚出现时也许没有明显的优点、价值或实用性，但只要时间足够长，它就能改变生命和生活。这种产品在自然和文化中无处不在。它们将帮助我们理解一个事实，即被忽视的孟德尔的遗传定律和被遗忘的维米尔的画作都是创新史的一个普遍模式的一部分，而这个模式可以一直追溯到生命的起源。 大自然中的“睡美人”可以帮助我们理解为什么创新可能很容易，但创新要取得成功则很难。 成功与否是创新者无法控制的。
我是一名生物学家，毕生的愿望就是了解生物进化如何为生命问题提供新的解决方案。为了实现这一目标，我不断努力，并且得到了一群志同道合的年轻研究人员的支持，他们来自我在苏黎世大学的实验室。一些研究人员在实验室里培养不断进化的生物体，进化创新就在我们眼前上演。有些研究人员分析大量的DNA数据，以了解多种生物体独特生活方式的起源。有些研究人员则使用抽象的数学语言来探索进化创造力背后的普遍规律。我们都想了解大自然是如何进行创造的。我们有幸生活在今天这个科技日新月异的时代，比以往任何时候都更接近这个遥远的目标。我们还受益于分子生物学领域的一场革命，这场革命始于20世纪50年代，当时詹姆斯·沃森（James Watson）
和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）发现了DNA的双螺旋结构。特别是，进入21世纪之后，这场革命仍在推进。随着时间的推移，它揭示了越来越多的生命秘密。这些秘密关系到数万亿个分子，这些分子在人类的细胞、组织和器官中相互合作，维持着人类的生命，还构成了生命进化过程中每一次创新的基础，包括生命本身的起源。
每当突变改变了生物体的DNA时，它最终将会改变该DNA编码的一些分子，还会改变这些分子的功能，并影响其工作的效率和质量。这些变化最终促成了进化所创造的一切新事物，从细菌旋转的鞭毛到猎鹰锐利的眼睛，再到人类大脑中使语言、艺术和科学最终成为可能的神经连接。当我和研究伙伴研究进化的创造物时，我们研究了这些分子，研究它们如何随时间变化，以及这种变化如何创造新的生命形式。我们发现，“睡美人”无处不在。细菌酶就是其中一个例子。这种酶是为了完成某种工作而进化出来的，但是也可以完成很多种其他工作，例如切割和破坏自然界中不存在的合成抗生素。直到生物化学家发现了这些抗生素，然后医生用它们来对抗细菌之后，细菌酶的这项技能才失去了作用。另一个例子是一些全新的基因，它们是在基因组（包括人类的基因组）进化的过程中自发地产生的，而且数量巨大。每一个这样的基因都在寻找某个问题的解决方案，这个问题可能在该基因诞生之后很久才出现，也可能永远不会出现。
这本书就是讨论这些发现的。通过深入探索分子领域，我们可以比仅仅通过化石来研究更加深刻地理解大自然的创新。我们不仅可以理解大自然为什么如此创新，还可以理解它是如何创新的，甚至可以理解为什么它的许多创新都处于且必须处于休眠状态。
这种休眠本身并不能让我们对大自然的创造潜力有新的认识。由于大自然的创新与人类文化的创新是如此不同，它们的共性就包含了所有创造过程的经验教训。这些经验教训就是本书的主题。
有一条经验是，创新对自然和文化来说都是很容易的，无论它是否处于沉寂状态。当然，这一点并非不言自明。专家们仍在争论达尔文式的进化怎样才能带来真正的新事物，毕竟自然选择只能选择已经存在的事物。自然选择无法仅靠自己去创造新的生命形式。智能设计论者（design creationists）甚至认为，真正的创新在生物进化过程中是不可能出现的。然而，本书给出的例子证明事实恰恰相反。
本书所举的例子首先表明，创新并不珍贵，也不罕见，相反，创新是频繁的、廉价的。 本书第1章强调了关于进化的一系列未被重视的事实。这些事实都说明了创新是多么容易，其中一个事实是大多数生物的创新在生命史上并不是独一无二的。此外，大多数创新都发生了两次、三次，甚至很多次。农业就是一个典型例子。不过，这里指的不是人类的农业，而是蚂蚁发展的农业。就像农民培育植物一样，蚂蚁培植真菌。它们精心设计并建造了真菌“花园”，通过清理废物和清除不需要的真菌物种来修整“花园”。它们甚至能够用链霉素等抗生素来治疗真菌，以对抗有害细菌。 1
进化对环境变化的反应速度也证明了这一点。进化几乎可以立即对变革性的变化做出反应，比如安第斯山脉的迅速抬升或者巨大的马拉维湖的出现。在几百万年的时间里，几十个甚至几百个新物种进化出来，并在新的环境中定居。
我们在苏黎世大学开展的进化实验也得出了同样的结论。当我们和其他研究人员将生物体暴露在一个新的环境中，即便是在一个近乎致命的环境中，大多数生物体也能在短短几周内迅速进化，生存下来，并茁壮成长。是的，生命通常不需要等待太长时间就能迎来正确的创新。
第1章表明了生命所需的大多数创新都是在瞬息之间产生的，第2章则进一步证明了一些更引人注目的事物。草类、蚂蚁、鸟类和哺乳动物等生命形式在属于它们的时代到来之前就出现了，可能早了数百万年、数千万年。在这些生物中，有一些甚至灭绝了不止一次，这不是因为它们有缺陷，而是因为合适的时机还没有出现。
最终，生物进化中的所有创新都起源于帮助构建和维持细胞与身体的分子。研究大自然如何改变这些分子就像窥视发明家的大脑一样。这种研究不仅可以证明进化在创新方面确实非常“多产”，而且可以帮助我们理解为什么会如此。
许多创新只出现在分子这个层面上。它们是肉眼完全看不见的，但是其重要性不亚于新物种的诞生。光合作用就是这样一种创新，这种从阳光中获取能量的能力是20多亿年前由蓝藻最先“发现”的。另外一个例子是从人造毒素中获取能量的能力，这是细菌在20世纪“发现”的一项技能。当然，这只是新陈代谢领域数千项创新中的两项。这种创新可以一直追溯到生命的起源，正是因为有了它们，生命才能在无数的新环境中依赖各种各样的新食物生存下去并繁盛起来。当然，许多这样的创新都是“睡美人”。第3章解释了为什么会出现这种情况。
蛋白质是一种极其重要的创新分子，是维持生命的分子主力。2008年，一项关于委内瑞拉南部丛林中的亚诺玛米印第安人的医学研究有了惊人发现，揭示了蛋白质的巨大创新潜力。这些印第安人从未接触过现代文明，他们的皮肤和肠道里的细菌却对8种现代抗生素有耐药性。这8种抗生素既包括青霉素这样的第一代抗生素，也包括最近开发出来的、作为对抗耐药细菌的最后手段的抗生素。在面对从未遇到过的药物时，细菌可以通过沉睡这种方式来应对。这种“才能”对医学来说是个大问题，这意味着我们可能永远不会赢得与耐抗生素的细菌的竞赛。
第4章解释了这种非凡“才能”的起源，它赋予了蛋白质远远超出抗生素耐药性的隐藏力量。能够摧毁一种毒素的蛋白质进化出来，它也可以摧毁其他十几种毒素，但是这种才能会一直保持沉寂，直到合适的毒素出现才被唤醒。此外，合成一种防御性化学物质的蛋白质也可以合成许多其他化学物质，这在一开始可能是一项毫无用处的技能，直到合适的敌人出现，它才会成为能拯救生命的技能。换句话说，分子层面上的创新不仅仅是廉价的，还可以是免费的。这些创新可以帮助生命入侵新的、充满敌意的地方，这可能会给人类带来毁灭性的灾难。一个典型例子是包括水葫芦在内的各种入侵物种，它们已经造成了数十亿美元的经济损失。这种灾难性后果还包括多重耐药的超级细菌对病患的折磨，它们甚至能致人死亡，这一切都可以归因于在适当环境中被唤醒的休眠创新。反过来，我们也可以利用这些创新，使其对我们有益。它们可以帮助生物技术工程师更有效地生产生物燃料，改进用于清洁衣物的酶，以及利用绿色化学来制造工业化学品。 2
与蛋白质同等重要的是人类基因组中的基因，它们会为人们体内的每一种蛋白质编码。每个基因都是一长串DNA序列，它们编码着维持人类生命的数千种蛋白质中的某一种的氨基酸序列。在21世纪之前，生物学家一直认为，新基因是在进化修改旧基因以赋予它们新技能时产生的。事实证明，这种观点是完全错误的。过去10年里一系列令人兴奋的革命性发现表明，进化中的基因组不断地从零开始创造新的基因，后者似乎是从随机的DNA序列中凭空出现的。
第5章解释了基因组是如何创造新基因的，以及为什么要这么做。原因很简单，创造新基因比我们想象的要容易得多，毕竟进化可以建立在已有的基础上，不仅DNA是如此，解码遗传信息的整个蛋白质机制也是如此。事实上，在现今的人类和其他动物的细胞中，新的基因一直在产生。然而，与其他许多创新一样，它们中的大多数很快就会消亡。那些存活下来的基因通常会“沉睡”数百万年，直到它们的技能在一个变化了的世界中能够发挥作用。
这些基因和其他许多“睡美人”表明，没有一项创新单凭自身的优点就能取得成功。一个新基因的价值并不是来自它的“内在品质”，而是来自它诞生的世界，一个生物体无法控制的世界。
与以基因和蛋白质为基础的自然创新不同，文化创新是由复杂的大脑及其神经回路实现的。文化领域的“睡美人”和自然界的“睡美人”一样多。通往人类文化的门户是第6章讨论的那些会使用工具的动物，它们掌握的简单技术要么根植于它们的大脑，要么是它们在一生中学会的。
当海豚在海底挖掘隐藏着的猎物时，它们会用海绵保护自己的喙。新喀里多尼亚的乌鸦会把树枝弯成钩子状，将昆虫从树洞里赶出来。猴子会用石锤和铁砧敲开坚果。虽然这样的创新与那些体现在耐药蛋白上的创新截然不同，但是它们遵循着相同的原则。动物发现或使用工具的能力可能一直沉寂着，直到它在合适的环境中被唤醒。 任何一种工具创新的成功都不是预先注定的，而是由它所处的环境决定的。
动物发现工具的潜力预示着人类拥有更大的潜力。这种潜力推动人类去发现像阅读、写作和计算这样具有变革意义的技能，正是这些技能成就了人类的现代文明。这种潜力体现在尚未开始进化的古代人类的大脑回路中。第7章解释了这种创新对其他动物的影响如何注定了它对人类的影响。几千年来，人类的潜力一直处于休眠状态，最终是由农业革命唤醒的。农业革命不仅催生了计算和写作，还带来了人类文化的其他表现形式，包括像钢琴这样复杂的乐器、像国际象棋这样复杂的游戏，以及像计算机技术这样复杂的技术。这些必要的技能并不是由生物进化直接塑造的，所以它们凸显了大脑在利用旧知识实现新目标方面的巨大潜力，而且这种潜力似乎是无限的。
这种潜力也存在于最抽象的思维层面，正是这种潜力推动了人类在科学和技术方面的许多发现。这是第8章的主题，在这一章中，我会解释人类的大脑如何通过类比来发现新事物。有一个类比是将原子比作振动的弦，这帮助20世纪早期的物理学家理解了原子发出辐射等现象。这样的类比不仅可以作为教学工具发挥作用，同样，类比的“近亲”隐喻也不仅仅是一种修辞技巧。乔治·莱考夫（George Lakoff）
等语言学家发现，隐喻构成了抽象思维的基础，并使科学解释成为可能。然而，这样的解释原先处于休眠状态，是一种尚未被激活的潜力，直到一个创造性的大脑发现了能够唤醒它的类比。
类比以及其他概念的新组合不仅是“睡美人”的特殊形式，还有助于解释为什么人类文化中充斥着创新。 人类不断以新的方式使用旧的、休眠的东西，包括思维模式，并为它们注入新的生命。这种能力正是人类在艺术、数学、科学和技术方面富有创造力的关键。 这也是第9章要讨论的重点。
我们将在第9章继续讨论很多“睡美人”，其中包括19世纪的诗人济慈的作品。从某种程度上说，济慈是一个失败的诗人。他在世时，所有诗集加在一起只卖了不到200册。这一失败使济慈陷入了深深的痛苦，因此他留下一个遗愿，即墓碑上不要刻他的姓名，只刻上他自定的墓志铭：“此地长眠者，声名水上书”（Here lies one whose name was writ in water）。
在当时，济慈似乎注定要被世人遗忘。确实，济慈的天分在几十年后才得到了认可。这种姗姗来迟的认可始于19世纪中叶，当时他的第一部传记出版了，并在1921年，即他逝世100周年之际达到了顶峰。到那时，济慈已经不仅仅是一位著名的浪漫主义诗人了，他还进入了文学伟人的万神殿，与荷马、莎士比亚和但丁等巨匠并列。
在世时被忽略或被忽视的极具创造力的天才数不胜数，包括画家凡·高、维米尔和埃尔·格列柯（El Greco），作家艾米莉·狄金森（Emily Dickinson）和赫尔曼·梅尔维尔（Herman Melville），美国博物学家兼隐士梭罗，等等。这份名单上甚至还有作曲家巴赫，他的作品在他逝世后的半个多世纪里一直被认为已经过时了，而且复杂到了荒谬的程度。
流行时尚的变幻无常或许有助于解释艺术作品的成败。毕竟，美与不美，全在观者。然而，事实并非如此，至少在自然科学和数学领域并不是这样。不过，即便是数学和科学也会受到时尚的影响，19世纪的数学家赫尔曼·格拉斯曼（Hermann Grassmann）对线性代数的贡献遭到忽视便是证据之一。在今天，线性代数是大学甚至中学数学课程的核心内容，解线性方程成了一项必备技能。线性代数对现代几何至关重要，因为它可以在三维或三维以上的空间中计算直线和平面。如果没有线性代数，我们无法想象工程和科学将会变成什么样子。然而，当格拉斯曼在1844年出版的《扩张论》（ Die Ausdehnungslehre ）中提出线性代数的许多关键概念时，却遭到了学术界和公众的忽视。1862年，他尝试出版该书的第二版，但是仍然没有取得成功。在第一版出版30年后，该书的出版商这样写道：“由于你这本著作几乎没有卖出去，在1864年大约有600本被当作废纸处理掉了。”
一些基本的自然规律在被发现后也遭到忽视，其中包括德国物理学家尤利乌斯·罗伯特·迈尔（Julius Robert Mayer）首先提出的能量守恒定律。 3 由于其他人过了很多年仍然没有认识到这个定律的重要性，迈尔在绝望之下曾试图自杀。后来，当人们终于认识到能量守恒定律具有重大意义时，他们又把这份功劳给了迈尔的竞争对手，即英国人詹姆斯·焦耳（James Joule）。
科学是如此，技术也是如此。在技术领域的大量“睡美人”中，有一些是人类历史上意义很深远的创新，其中一个突出的例子就是轮子。公元前3500年前后，这项古老的技术首次出现在中东和东欧，但是正如我将在第9章解释的那样，它的崛起不算迅速，它的传播也称不上广泛。与其他许多发明一样，人类多次发明了轮子。很多发明在获得成功之前先是被忽视，然后被重新发现，而且通常是多次被发现，比如治疗危及生命的坏血病的方法。这些例子表明，从更广泛的历史角度来看，革命性的创新几乎可以说是不可避免的，尽管它们对个体发明者来说可能是来之不易的。更重要的是，它们强调了一个事实，即成功是由发明者无法控制的力量引导的。
从大自然在分子层面上的创造到人类发明的技术，本书给出的例子涵盖了40亿年来的创新。无数的创新在属于它们的时代到来之前就出现了，然后静候时机的到来。 无论一项创新改变生命和推动变革的潜力有多大，除非找到一个能够接受它的环境，否则它不可能成功。 创新需要出现在正确的时间和正确的地点，否则就会失败。本书的结语讨论了人类创新者可以从这些普遍的创新模式中吸取的经验，对那些正在努力奋斗但感到不被认可、可能会抱怨自己被忽视或被遗忘的人来说，这些经验尤其重要。人类的创造过程是数十亿年的创新历史的一个缩影。了解这段深刻的历史也许不会帮助我们取得更大的成功，也许不能改变我们在世界上的位置，但是可以帮助我们找到这个位置并充分利用它。
1．一种新生命形式的成功不仅取决于它的特定内在特征，也不仅取决于它的某种内在品质，比如一项创新所带来的能力增强或所赋予的新能力，还取决于这种生命形式诞生的世界。
2．“睡美人”是一种创造性产品，刚出现时也许没有明显的优点、价值或实用性，但只要时间足够长，它就能改变生命和生活。大自然中的“睡美人”可以帮助我们理解为什么创造可能很容易，但创造要取得成功则很难。成功与否是创新者无法控制的。
3．无论一项创新改变生命和推动变革的潜力有多大，除非找到一个能够接受它的环境，否则它不可能成功。