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“我们是谁？”“我们从哪里来？”和“我们要到哪里去？”都属于人类提出的最古老的问题，根植于我们的社会群体、文化和文明之中。我们对这些问题的兴趣折射出了以自我为中心的思想观念：当我们人类探索世界时，我们将周边的环境和其他人纳入对自身的认知之中。我们的哲学和科学同样完全始于以人类为中心的视角，我们将自己看作宇宙的焦点和终极目标。然而百年来，我们开始意识到人类不仅远非宇宙的中心，我们所在的时间和空间在宇宙中也只占据极其渺小的一部分。这种戏剧性的自我再定位在我们的宗教与哲学、科学与社会之中产生了巨大的影响，促使我们开始以一种激进的方式重新审视人类作为一个物种的意义。
在本书中，我希望通过分享我对人类这个物种的 自然 史的了解，也就是说，通过解释为什么人类也归属于由作用与反作用构成的生物世界，激发人们以类似的方式修正对自我的认知。在驳斥将人类历史与自然世界的历史割裂开来并将前者凌驾于后者之上的传统观念的同时，我希望能够揭示一些关于我们自身和这个世界的基本见解，这些见解会改变我们对于全人类正面临的紧迫挑战的应对方式。
我在华盛顿州长大，在此期间我经常探索皮吉特湾和俄勒冈州的海岸线与滨海森林，收集海螺壳和蟹壳，并准确地知道了能够在何时何地找到它们。海岸线上的植物和动物能够在特定的海拔高度和可预测的时间段内被找到，我对这些规律着迷，它们显而易见、令人心安。我当时还不理解的一点是，我对它们的好奇与向往是原始的、祖传的。理解、解读和遵循自然环境规律的驱动力，造就了如今的我们。
自然史涉及许多独立或互相关联的因素，这些因素控制着资源的需求、分配和再生产，也控制着生物个体、群体乃至整个物种的死亡。它的研究对象是环境与居住于其中的生物的关联，但它也包括我们的祖先赖以生存繁衍的直觉性理解。智人（ Homo sapiens ）以及我们已经灭绝的近亲——直立人（ Homo erectus ），在他们99%的时间里都是作为狩猎采集者生活在地球上的。数百万年的狩猎采集经验已经融入了我们的基因，使我们仅有一万年的文明黯然失色。因此，人们总是被海岸吸引也就不足为奇了，这是既让我们感到熟悉又与我们相距甚远的过去在我们的基因里留下的诸多痕迹之一。由于海岸线附近有着丰富的食物供应，捕食者较少，相对安全，因此这里是关键的捕猎和交通通道。寻找海岸的技能只是人类维持生存的必备本领之一。除此之外，人类还必须能够躲避蛇，从颜色鲜艳却危险的海绵与蘑菇中分辨出哪些是可食用的。因此，海岸线已经在我们的灵魂与脱氧核糖核酸（以下简称DNA）中留下了印记。自然史和人类历史也一如既往地相互交织，不可分割。
作为一个物种，我们一直都与地球上的所有生命密不可分。我们知道，能够自我复制的生命在我们的星球上只进化了这一次，因为所有的生命体，从病毒和细菌到人类，都是基于相同的基因规则形成的，具有相同的DNA编组语言。人类DNA与蛤蜊DNA的相似程度甚至超过了与犬类DNA的相似程度，与灵长类动物的DNA则近乎相同。我们虽然已经进化成了在地球上占主导地位的生物，并挣脱了许多约束着其他物种的束缚，却仍生活在自然史的基本原则之中并受其束缚。塑造了所有生命的生态与进化过程同样塑造了我们这种大脑发达的物种，也正是由于这一过程，人类文明、动物种群和植物种群在空间和社会结构上有着基本的相似之处。尽管我们已经忘却了这种渊源和共同的谱系，但将人类历史当作自然史来研究有助于我们回忆过去并预测未来。
这种研究方式绝不新奇，它为查尔斯·达尔文（Charles Darwin）、卡尔·马克思（Karl Marx）和爱德华·O. 威尔逊（Edward O. Wilson）等人那些颇具影响力的著作打下了基础。但在过去的几十年里，我们对人类历史和自然史的理解取得了翻天覆地的进展，所以我们需要替大众读者重新审视并整合这些信息。由于本书涵盖的话题在专业论文和书籍中已经得到了更全面的阐释（这些论文和书籍在后文中均有引述，读者可自行查阅），所以我的写作重点并非描述细节，而是对相关科学领域各种各样的最新资讯中那些更广泛而重要的信息加以综述。
让自然史影响我们对自己的认知，是一项重要且艰巨的任务。尽管自然史对于我们祖先的生存至关重要，我们与环境的关系也历经了数百万年的磕磕绊绊，但如今的自然史却常常被贬为一门观察动植物的过时学科。自然史研究始于古希腊，彼时它还是一门崇高的学问，是第一科学，以理解从天空中的星星到森林中的树木等世间万物为目标。今天的情形却截然不同，自然史研究往往被用于构建二手甚至三手观测结果和公共数据的大数据集。不过，自然史研究并不依赖博物馆，它的科学前沿仍然由那些大胆、独特而又富有创新性的发现驱动。19世纪的地质学家路易斯·阿加西（Louis Agassiz）基于在瑞士阿尔卑斯山脉数十年的观察，提出地质构造是持续过程的产物而非造物主的创作，他也因此而变得知名。他明智地教导他的学生“去研究自然，不要只读书”。这句简单的箴言被篆刻在伍兹霍尔海洋生物学实验室门口的花岗岩上，此处正是美国科学的发源地之一。
作为一名科学家，我自己对海岸线的研究也验证了阿加西的理论。这些研究也让我相信，地球上的所有生命，包括文明本身，都源于而且受制于进化过程中同样的物理和生物过程： 共生起源 （symbiogenesis）和 分层自组织 （hierarchical self-organization）。与这些过程相关的很多观点都比较新颖，或最近才得到完善和认可。所有这些都反映了人们越来越关注共享生命历程的合作成员。本书的目标之一便是讲述它们的故事，它们是更新的文明自然史不可或缺的成员，这段历史反映了我们在20世纪的诸多科学发现中有怎样的收获。
在特定群落里的各种构成元素和参与者之间的动态关系中，这些进程体现得最为明显。就像狩猎采集者与海岸线动植物之间的共同关联一样，所有群落，从珊瑚礁到城市，都是被它们的正面与负面互动联系到一起的，也就是被一种随着时间的推移而不断进化的、由合作与竞争构成的生态系统联系到一起的。在分子水平上相互吸引和排斥的原子在细胞和微生物的合作与竞争中找到了一种生物节律，从而创造出多细胞生物。植物与动物也通过合作和竞争，形成了层次分明的森林和盐沼生物群落。从原子到生态系统，结构和组织都是由冲突、共生、合作与平衡共同驱动的。
人们对自然史的看法并非一向如此。在不到半个世纪之前，人们仍然认为塑造自然选择和生态系统的主要力量是不同物种对有限的资源的竞争。赫伯特·斯宾塞（Herbert Spencer）的“适者生存”和丁尼生（Tennyson）的“红牙利爪的自然”仍是主流论调，冷战的视角也容不下合作与群体利益的空间。个体、物种和种群之间的积极合作关系并不被看好。自然界中的合作关系、共生关系（symbiosis）和互利共生（所有参与者都能从中受益）被视为有趣的连带产物或普遍规则的例外，而非普遍的组织原则。这样的观点在人类历史上留下了深远的影响，它在很大程度上被解读为对竞争和冲突的描述。在科学家们发现细胞质中的细胞器通过微生物之间的合作来创造多细胞生命体之后，这样的观点才开始转变。很快，我们就发现类似互为因果与合作的效果在自然界中随处可见，直至互利共生和正反馈调节被理解为构建地球上的生命与文明框架的基本过程。这些术语非常关键，因此需要详加说明： 互利共生 （mutualism）指互不相关的物种之间展开互惠的积极互动，能使双方受益，因此在自然选择和生态正反馈调节的过程中在进化上得到了加强。 共生起源 的专业性更强，它指的是在地球生命的历史中，共生的、合作的互动在克服困难的过程中发挥的基础性、指导性作用。
自从了解了合作的强大力量以及物种之间的递归关系后，科学家们一次又一次地见证并记录下合作的重要作用。美国生态学之父G. 伊夫林·哈钦森（G. Evelyn Hutchinson）将自然史与自然选择之间的关系比作“生态的剧场与进化的戏剧”，并以此为他在1965年出版的那本书命名。 [1] 也就是说，戏剧的情节和展开方式取决于剧场的布置，反过来，戏剧本身也影响着布景。更晚一些，英国生物学家理查德·道金斯对进化给出了最低的评价，他认为自然选择的基础是由演绎各自的“自私基因”生存机制的个体生物组成的。对于道金斯来说，这些自私的基因才是进化的剧场上真正的演员，其他的一切则只是这场表演的工具、资源和障碍。然而，合作与群体利益和基于基因的生命观是一致的。
另外，达尔文的进化论一开始将自然选择描绘成了一个缓慢而漫长的过程，这当然是事实。不过，近来的一些研究表明自然选择也可以十分迅速，譬如那些应对全新的或不断变化的挑战时明显可见的形态与生存特征的改变。这些现象在我们的日常生活中显而易见，例如，病原体的耐药性导致抗生素只在短期内有效，很快病原体就能通过变异使其失效，迫使我们改变抗菌策略。不过，这种更快的进化并不限于微生物的迅速繁衍。关于自然环境中的快速自然选择，最早的案例之一发生在1898年的布朗大学，就在我现在的办公室附近。
赫蒙·凯里·邦珀斯（Hermon Carey Bumpus）是布朗大学的一位年轻教授，对当时刚刚兴起的统计学饶有兴趣，他发现有136只丧失行动能力的家雀被一场冰风暴困在了学院山（College Hill）。他将这些家雀带走，试着在实验室里照料它们，助其恢复健康，但只有部分家雀康复了，很多家雀不幸死去。他将活下来的与死去的家雀的形态特征进行比较，发现自己首度以量化的方式捕捉到了自然环境中的自然选择现象：简单来说，活下来的家雀比死去的那些要更大、更强壮。一个世纪以后，关于迅速进化的类似发现已经站在了进化生物学的前沿。普林斯顿大学的彼得·格兰特（Peter Grant）和罗丝玛丽·格兰特（Rosemary Grant）对达尔文的加拉帕戈斯群岛雀鸟进行了数十年缜密、耐心的研究，他们发现鸟喙的类型（从能够啄开坚果的厚实鸟喙到能够叼出昆虫的细长鸟喙）和相应的食物偏好能够迅速根据不断变化的食物资源做出调整。
进化并不总像我们所假设的那样缓慢。只要有足够的遗传性变异基因库，即使繁衍较慢的脊椎动物也能迅速应对急剧的变化。
我们对进化的理解发生了改变，包括20世纪六七十年代出现的从不加批判的进化角度来解释群体行为和特征的潮流。其中最值得一提的是，英国生物学家韦罗·温——爱德华兹（Vero Wynne-Edwards）以支持物种层面的群体选择著称。他认为特征的进化是为了整个物种能够更好地生存，但这样的观点并没有得到数据或理论的支撑。 [2] 然而，在过去的几十年中，进化生物学家们发现，自然选择与进化学说的解释效力能够超越某个特定物种内部族群的适者生存模型，而且它也确实做到了这一点。这种新的进化模型可以更好地被理解为一种涵盖了生物的互动与合作网络的模型，而非一种完全由一些自私、独立的生物体组成的模型——“适者生存”的主语是群体，而不仅仅是个体。 [3] 因此，共生起源的模型描述了物种是如何与其他物种共同进化，并相应地在更高的生态系统层级中起作用的。这改变了我们对自然选择的看法，因为不论是在地方或区域层面还是在全球层面，某个群体行为只要能够增加基因表达性状的成功率，就可以被选择。厄尔什·绍特马里（Eörs Szathmáry）和约翰·梅纳德·史密斯（John Maynard Smith）认为，就连地球上的生命进化过程中的主要转变（从细胞到植物，到动物，再到社会组织）也都不是由表达自私基因的群体之间的竞争驱动的，而是由合作驱动的。本书的目标之一便是强化对这些概念的理解，并提出群体之间的合作甚至能够超越竞争，而后者是进化的主要驱动力之一。
有两种方式可用于评估进化理论中的群体选择：一种毫无争议，另一种则相对新颖，也更加激进。第一种方式认为，当一个个体生活在群体或组织之中获得的好处比独处获得的好处更多，就会发生群体选择。换言之，在个体层面发挥作用的进化引向群体生活。这样的理论容易被世人广泛接受，我们也常常能够在诸如生活在海草冠层之下的海螺和藤壶等案例中看到这一点。然而，第二种观点更倾向于认为群体（而非个体）成了 自然选择的基本单元 。这样的群体往往与共有的亲缘关系或亲缘选择有关——比如蜂群和地鼠群。第二种群体选择理论拓宽了特定生态系统之中合作的进化概率。在我们的进化史中，比较明智的做法是承认个体选择与群体选择之间的连续体，特别是考虑到群体选择能够更有力地解释人类文明进化过程中的构成元素，比如交流与贸易这类能够平衡竞争力量的合作机制。群体利益能够使个体收益最大化，并成为人类历史和文明本身的驱动力。一部广义的自然史即描述有核细胞和多细胞生物、合作狩猎、贸易、社会组织、文明的革命和极端的人口增长的自然史，是一个关于不断升级的合作的故事，正是这个故事造就了如今的我们。如果我们允许它继续普遍存在并影响我们的决策，它也许会改变我们的未来。
因此，这颗星球上的生命需要正向的与反向的物种间互动、共同进化以及与有机环境的共生或互利共生。这些过程并不是有趣的连带产物，本书将它们统称为共生起源。它们为进化剧场中塑造人类历史的生态互动搭建、打造并维护了整个舞台。自然界中的一系列模式，从控制和驱动动植物细胞并支撑生态系统运转的细胞核、线粒体和细胞质之间的关系，到长达数亿年的制造氧气的过程，都是由共生起源创造的。这个制造氧气的过程正是地球生命得以出现的前提。我们的饮食与药物也几乎完全源于我们在与动植物共同进化的过程中的不断试错。甚至人类的精神追求和宗教信仰也可能根植于我们与生态系统中的植物和蘑菇的共生关系。
除了共生起源，还有一个简单而有力的观点，它用一种明确的层级划分将这颗星球上的所有生物精心组织起来，描绘出不断重复、易于预测的发展模式中的必然秩序。例如，在从1数到5的过程中，1必然在2之前出现，5必然在4之后出现。与之类似，在搭建一座房子时，地基必然是在建造第一层之前就打好的，第一层又必须在盖屋顶之前建完。从屋顶开始向下搭建是不可能的。这就是一种简单的层级划分方式。自组织和分层组织正是生物体之间非随机关联的原因——这解释了为什么岩岸、珊瑚礁、红树林和梯度森林的动植物群落并非随机分布的生物聚集，而是组织明确的系统，很容易被自然史学家和他们那些身为狩猎采集者的祖先识别出来。正由于这种明确的组织性，因此这个系统也是合作性的。
即使热带雨林或昆虫群这样的群落似乎并没有明确的层级性或偏向性组织方式，或者说它们是以随机的形态分布的，但我们如果从恰当的时空尺度或视角展开观察，就仍会发现它们体现出了高度的自组织特征。例如，低波能（low-wave-energy）海岸上的沙丘有明显的物种隔离，而高波能（high-wave-energy）海岸上的沙丘从表面上看似乎并没有空间组织，直到我们从飞机上观察它们。与之类似，热带雨林中的树木似乎是随机分布的，直到我们从纬度和生物地理学的尺度展开观察。在这些纬度范围内，我们能够看出植物、动物以及它们组成的群体有着非常容易推测的空间组织方式，无论是从生态的角度还是从进化的角度。 [4] 简单而优雅的自组织形式是基于吸引、排斥、相容以及不相容的原则形成的，是一种基本规律，也是物理学上的共性。因此，对于创造出自然界中不断重复的模式的物理和生物过程来说，它同样必不可少。
共生起源和分层组织的基本进化过程共同表明，如果从时间与空间的广义视角来看，人类的自然史和智慧生命的进化轨迹是相对确定的。不过既然说“相对”，也就意味着随机性在进化过程中扮演着同等重要的角色：斯蒂芬·J. 古尔德（Stephen J. Gould）曾提出一个众所周知的观点，即如果生命的游戏被重演，那么每次都会产生不同的结果。自然选择所造成的复杂而巧妙的特征与模式仅仅能够通过为了应对物理与生物环境而发生的随机变异而形成。此外，有目的的或以目标为导向的思维在进化论中毫无立足之地。进化无法被预见，也没有长远规划，它总是通过作用于每一代生命体中的现存的基因变异，为这一代获取最有利的生存条件；它无法预知未来，无法预测日后的需求或问题。因此，我们在看待自然选择的杰出产物时，必须避免为进化赋予因果关系或明确的目标。进化的特征无论多么复杂或巧妙，都不是计划的产物，反而是目光短浅的、渺小的、一代代的转变的结果。
也就是说，各级组织，从物理到化学，到基因，再到生物多样性和有机群落的随机性都被分层自组织取代，这样的过程反过来又造成了特定意向和刻意设计的假象。 [5] 如果自然界不受制于某些统一的规则和约束，生命和文明也就不会有如此明显而不断重复的模式了。可想而知，这样的决定论导致全世界的海滩出现了相似的物种聚集模式，导致兰花长成昆虫翅膀的形状以吸引花粉传播者，还塑造了人类对其生活环境和食物来源的看法。生态剧场与进化戏剧之间的界限就是如此模糊。人类进化出牙齿来咀嚼食物，进化出消化酶来消化植物，植物则会对此做出防御性的反应，产生富含纤维素的木质以限制消化过程，并代谢出对消费者有毒害作用或能够损害其认知能力与神经感官的化学副产品。这样的过程在我们进化成人类之前就已经在发生了。例如，科学家们最近在一组尼安德特人化石中发现了脓肿的牙齿和天然植物性阿司匹林的化学残留物。甚至在进化成智人之前，原始人类的祖先就已经通过不断试错来学习使用森林中的植物和真菌进行自我治疗了。生命的游戏如果重新开始，那么每次都会产生不同的细节，但主要的主题、结构和情节仍会是相似的，此外，它们还易于识别，并受制于物理、化学和进化的基本原理以及分层自组织的规则。
有三个互相关联的主题贯穿本书的始终。第一，地球上最古老的对抗来自竞争与合作。从文化群体的形成到工业和信息革命，创新都是由合作驱动的。此外，合作也是应对当今的全球环境危机的唯一办法。历史学家、生态学家和进化生物学家们总是聚焦于消极竞争性的和掠夺性的互动，却总是忽略了合作在人类的进化和文明的发展中的重要作用。
第二，生物之间的共同进化，比如猎手和猎物在生存竞赛中的共同进化，是一种无处不在的力量，以直接或间接的方式约束着地球上包括人类在内的所有生命，并将其置于共同的生存处境当中。直接互动与间接互动之间的界限并不分明，但简单来说，直接的共同进化互动发生在我们和与我们生活在一起的生命体之间，而间接互动指的是我们如何受到其他生命体之间的共同进化相互作用的影响。例如，我们与微生物之间的复杂的互利共生能够帮助我们保持健康、维持生存，我们与动植物之间的共存关系则导向了驯化和农业革命，以及晨起喂狗的习惯。与此同时，植物与其消费者之间的进化生存竞赛中产生的防护性化学物质则间接地为我们提供了药物和精神信仰。
第三，通过为生态和进化过程、模式与系统赋予大量决定性因素，自组织和分层控制与共生起源和共同进化互相增补。这种时空决定论为人类的进化和文明的诞生提供了自然史角度的路线图或模板。
这些进化过程的效力并未止步于文明。我们可以在实际操作中将文明简单地定义为人类的组织方式，它导致了越来越发达的文化、科学、工业和管理体制。或者我们也可以将文明简单地定义为野蛮、无序和混乱的对立面，这些词语指的都是缺乏社会组织的状态。如果人类和地球上的其他生命一样，都是自然的自组织、自私基因的选择以及合作的产物，那么我们也应该透过自然史的视角来讨论文明本身。
在追踪文明发展的过程中，我们会发现，从狩猎采集者的延伸性家庭群组到人类通过农业和工业革命大规模地组织自己的劳动力，人类已经在很大程度上突破了自然的控制。在很多方面，我们正在控制自然，而不是受制于自然。因此，自然史与人类历史的有机关联并不仅仅导致了文明的进化，也导致了创造人类本身的自然系统的退化。从某种程度上说，不久前开启的更全球化的人类世和通过人类行为驱动星球模式的地质时代已经改变了自然史的语境，而人类已经成为地球上有史以来影响力最大的本土干扰因素：自然曾经决定人类的发展方向，而如今人类正决定着自然与这颗星球上所有生命的未来。
[1] Hutchinson, Ecological Theater .
[2] Wynne-Edwards, Animal Dispersion .
[3] Wilson, Genesis ; Christakis, Blueprint .
[4] Vermeij, Biogeography and Adaptation .
[5] Kimura, Neutral Theory of Molecular Genetics ; Hubbell, Unified Neutral Theory ; Heisenberg, “Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik and Mechanik.”