引言

數十年的化石發掘經歷改變了我看待生命的方式。從某些角度來看，科學研究已經成了全球尋寶活動，人們找尋有手的魚類、長腳的蛇類以及直立行走的猿類化石等一切遠古生物，它們講述了生命演化歷史中的重要時刻。在《你是怎么來的》一書中，我曾描述了計劃和運氣如何帶領我和我的同事們在加拿大北極圈內找到了提塔利克魚（Tiktaalik）——一種有脖子、肘部和腕關節的魚類。這種生物彌補了水生和陸地生物之間的空白，揭示了我們遠古魚類祖先的重要時刻。兩個世紀以來，此類發現告訴了我們演化是如何發生的，以及動物的身體是如何構建并形成的。但后來的古生物學家面臨著一個重要變革，一個恰巧發生在40年前我職業生涯剛起步時的變革。

我是看著《國家地理》雜志和電視紀錄片長大的，很小的時候我就希望加入探險隊去尋找化石。帶著這一興趣，我考入了哈佛大學研究生院，并最終在20世紀80年代中期實現了我的第一次野外化石發掘。彼時，我尚沒有足夠的財力出國進行發掘工作，因此我對馬薩諸塞州劍橋市南部的路邊巖石進行了勘探。一次從野外返回之后，我在桌上看到了一堆文章。這些文章讓我知道了，古生物學界將發生翻天覆地的變化。

一個研究生朋友在圖書館發現了這些論文，文中描述許多實驗室如何發現了幫助動物形成身體結構的DNA（脫氧核糖核酸），揭示了形成果蠅頭部、翅膀和觸角的基因。這已經讓人難以置信了，更加驚人的還在后面：控制魚類、老鼠和人類身體結構的竟然是同一基因的不同版本。這些論文中的圖示閃耀著新科學的微光——一種能夠揭示動物胚胎如何組裝，在億萬年中又如何演化的新科學。

DNA實驗回答了原本專門由化石獵人來回答的問題。此外，對DNA的了解能夠揭示生物產生變化的遺傳機制，而我正試圖在古老化石中尋找解釋這些變化的答案。

如過去的化石物種一般，我要么演化，要么滅絕。如果滅絕對于一位科學家來說無關緊要，那么這個理由不錯：深入遺傳發育生物學和DNA的世界，能夠讓我積極參與智力活動。從那時的第一篇文章開始，我的實驗室工作便分裂成兩個部分：夏天到野外尋找化石，其余時間則進行胚胎和DNA實驗。這兩部分工作都能用于回答一個簡單的問題：生命史中的大型變革是如何發生的？

在過去的20年中，技術發展得很迅猛。現在的基因組測序儀功能強大，當年曾花費10多年時間和數十億美元的人類基因組工程，現在一個下午就能完成，花銷不超過1 000美元。測序只是其中之一，計算效率和圖像處理能力讓我們能夠凝視胚胎內部，甚至能夠觀察細胞中的分子如何運作。DNA技術發展得如此強大，以至于如青蛙和猴子等許多種類的動物都可以輕易克隆，人們可以通過基因工程技術在老鼠身上加入人類或果蠅的基因。幾乎任何動物的基因都可以編輯，這讓我們擁有了移除和重寫基因序列的能力——這些基因序列幾乎是構建所有動植物身體的基礎。我們可以據此提出疑問：在DNA尺度上，是什么樣的基因組合讓青蛙異于鱒魚、猩猩或人類？

這種變革將我們帶到了一個非凡的時刻。巖石和化石與DNA技術結合，讓我們能夠探索一些達爾文及其同輩人苦苦思索的經典問題。新的實驗揭示了數十億年的生物演化歷史，其中充斥著協作、微調、競爭、偷竊和戰爭，這僅僅是DNA內部的情況。病毒持續侵染基因組，而基因組內部也存在戰爭，每個動物細胞內部的基因組隨著其在一代又一代中完成工作，自身也不斷改變著。這一動態過程的結果，形成了新的器官和組織，以及最終改變了世界的生物學創新。

在生命出現之后的數十億年，整個地球曾是微生物的樂園。大約10億年前，單細胞微生物中產生了具有身體的生物。又過了數億年的時間，地球見證了從水母到人類的各種生命。自那時起，生物學會了游泳、飛行、思考，每一個新的生物發明都預示著下一個生物的出現。鳥類用翅膀和羽毛進行飛行，生活在陸地上的動物有肺和附肢，諸如此類。從簡單的祖先演化而來，動物現在能夠生存在幽深洋底，占據貧瘠沙漠，涉足高山之巔，甚至漫步太空月球。

在生命史中，最為偉大的變革帶來了動物生活方式和身體構造的大幅改變。從魚類到陸地生物的轉變，鳥類的起源，以及從單細胞生物到多細胞生物的轉變……這些僅僅是生命演化歷程中的一些縮影。用以探索這些演化變革的科學滿載著驚奇。如果你認為羽毛起源是為了幫助動物飛行，或者肺和附肢的出現是為了幫助動物在陸地上行走，那么你與許多人的想法一樣，但你們都錯得徹底。

這類科學的進步能夠幫助解釋一些關于我們人類的基礎性問題：我們出現于這個星球上是偶然的結果嗎？或者說，我們的演化歷史有一定的必然性嗎？

生命的歷史是一段漫長、怪異而奇妙的旅程，充斥著嘗試與錯誤，偶然與必然，曲折、革新與創造。這段旅程，以及我們探索它的途徑，正是本書要講述的內容。