第一章 只是一个理论？第二章 狗、牛和白菜第三章 报春花的宏进化之路第四章 安静与缓慢的时间第五章 就发生在我们眼前第六章 缺失的环节？你说的“缺失”是什么意思？第七章 缺失的人们？不再缺失第八章 你自己在9个月内就做到了第九章 大陆方舟第十章 亲缘关系树第十一章 历史，写满我们的周围第十二章 军备竞赛和“进化的神义论”第十三章 生命以此观之，何其壮哉.14
还有另外一些方法利用了基因本身，直接比对物种间的基因，而不是比对它们所编码的蛋白质。在这些最老旧而最有效的方法中，有一种方法叫作“DNA杂交”。该方法通常对应着我们常见的那一类声明：“人类和黑猩猩共有98％的基因。”顺便提一下，对于这些百分数的确切含义是什么，人们会有一些困惑。98％的什么是相同的？确切的百分数取决于我们计数时所用的单位大小。对此，一个简单的类比可以加以说明（这个类比的方式十分有趣），因为类比不但和事实有相似之处，而且还具有启迪作用。假设，我们有同一本书的两个版本，要对它们进行比较。假设该书是《但以理书》（Daniel），我们要将其标准版与一个古卷版本相比较——这个古卷刚被人们在一个可以远眺死海的洞穴中发现。这两个版本的章节有多大的比例是相同的？很可能是零——因为只要在整章中任何一处存在一个差异，我们就可以说，二者就是不同的。它们的句子有多大的比例是相同的？这么问的话，比例将会大很多。词相同的百分比将更大，因为词与句子相比，它的字母更少，打破一致性的机会更小。但如果单词之间有任何一个字母不同，仍然会破坏单词的相同性。因此，如果你将两行文字并排放置，并对它们的字母逐个地进行比较，相同字母的比例将远远大于相同单词的比例。所以，诸如“相同度为98％”这类判定，它并不具有任何意义，除非我们详细指明比较的单位大小。我们正在计算的是“章节”、“单词”、“字母”，还是其他什么东西？当我们比较两个物种的DNA时，亦是如此。如果你比较的是整个染色体，那么相似度会是零，因为只要染色体的某处存在一个微小差别，即可把它们定义为不同的染色体。
经常被引用的“人和黑猩猩共有98％的遗传物质”，这一数字实际上所指的，既不是染色体数目，也不是整体的基因的数目，而是人类和黑猩猩的基因中DNA“字母”（碱基对）彼此相匹配的数目。但这里有一个陷阱。如果你天真地进行逐行比对，与写错一个字母不同，缺少一个字母（或增加一个字母），这会导致后续的字母全部错配，因为错一步，就会导致剩下的字母全部错列，直到在别处再出现一个相反的错误，才能把它们的“步调”调回。这种方式所造成的差异夸大化显然是不公平的。一位学者的眼睛，在阅览两个版本的《但以理书》的同时，会自动地比较二者的差异，这是一个很难量化的过程。而我们怎样才能对DNA做到这一点呢？在这里，我们将撇开关于书籍和卷轴的类比，直接面对实物，恰好这一实物（DNA）与类比的事物相比，更易被人们解读！
如果你逐渐加热DNA，直到某个温度——大约是85℃，到达这一温度时，双螺旋的两条单链之间的化学键断裂，两条单螺旋分开。你可以将85℃（也可以是别的温度）看做一个“熔点”。如果你再让DNA冷却，每条单螺旋都会按照双螺旋结构所通用的碱基配对原则，无论它在哪儿找到一个可与之配对的另一条螺旋或单螺旋片段，都会再次自发地与之结合。你或许会认为，一个片段总会与刚刚分离的对应片段配对，当然，二者可以完美地相互匹配。的确可能如此，但该过程通常不会像上述那样整齐地进行。DNA片段会找到能够与之配对的其他片段，而它们通常不会恰好是最初的对应片段。而且事实上，如果你添加了从其他物种分离出来的DNA片段，单链片段很有可能与错误物种的单链片段结合，并且它们会按照与正确物种的单链片段结合的同一原则，来实现该过程。为什么会是这样呢？这是“沃森–克里克（Watson-Crick）分子生物学革命”所得出的非凡结论——DNA就是DNA。它并不“关心”自己是人类的DNA，黑猩猩的DNA，还是苹果的DNA。无论DNA片段在哪儿找到其互补片段，这些片段都会很乐意地进行相互配对。然而，它们之间的结合强度并不都是相等的。单链DNA会和与其匹配的单链结合得更紧密，而与匹配度较低的单链结合得较松弛，这是因为（在后者中）更多的DNA“字母”（沃森和克里克所说的“碱基”）发现它们面对着无法和自己配对的碱基。好比一条缺了一些齿的拉链——两边的结合强度被削弱了。
当来自不同物种的片段找到其互补片段并结合之后，我们应如何测定其结合强度？通过一个听起来简单得近乎可笑的方法——测定化学键的“熔点”。你还记得我说过DNA双链的熔点大约为85℃吧。这是正常且正确配对的DNA双链的真实熔点，它是人类DNA的一条单链与它的互补链“融化分离”时所需的温度。但是，当结合较弱时，比如一条人类的DNA单链与一条黑猩猩的DNA单链结合在一起的双链，那么一个相对低些的温度就足以打破结合。并且，当人类的DNA和来自亲缘关系更远的物种的DNA结合时，比如和鱼或蟾蜍的DNA，更低的温度就能使它们分开。“一条单链与同一物种的另一条单链结合”和“一条单链与另一物种的一条单链结合”，根据二者的熔点差异，我们可以对两个物种之间的遗传距离进行估量。一般来说，“熔点”每降低1℃大约相当于DNA“字母”的匹配度下降1％（或拉链的缺齿数量增加1％）。
对于这个方法，其中有一些纠结，我没有深入探讨，此外，也有一些棘手的难题，但已有了巧妙的解决方法。例如，如果你把人类与黑猩猩的DNA混在一起，许多人类DNA片段将与人类的其他DNA片段结合，并且黑猩猩的DNA也会与自己同种的DNA相结合。那么你怎样才能从“同种”DNA中分离出你真正想要测定其熔点的“杂交”DNA呢？通过一个高明的“把戏”，就可以解决这一问题——利用以前提过的放射性标记。但这些细节将使我们偏离正在讨论的内容。这里的要点是，“DNA杂交”是一种技术，科学家利用这一技术，会得到像“人类和黑猩猩的基因相似度为98%”这样的数据，而当你使用该技术对亲缘关系较远的一对动物进行测量时，它会给出料想中较低的百分数。
测量一对来自不同物种的匹配基因的相似度，其最新方法是最直接的也是最昂贵的：通过在“人类基因组计划”中用到的相同方法，来实际读取基因本身的字母顺序。虽然用这个方法来对整个基因组进行比较依旧十分昂贵，但通过比较一个基因样本，你可以得到一个很好的近似值——现在这一方法已经得到了日益广泛的使用。
无论我们利用什么技术测得两个物种的相似度（无论是兔抗体，或是“熔点”，还是直接测序），接下来的一步几乎都是一样的。我们把测得的代表着一对物种相似度的数字填写在一个表格里。选择一系列物种，在表格的行端和列端都写下这些物种的名字。然后将相似度的百分数填入相应的空格中。这个表格将呈现为三角形（一个正方形的一半），因为，举个例子，人与狗、狗与人的相似度是一样的。所以，如果你填写了整个方形表格中所有的空格，那么对角线两侧将互为镜像。
现在，我们应该期望得到什么样的结果呢？通过演化模型，我们可以预测，你会发现自己在人类和黑猩猩所对应的空格中填入了一个高分；而在人类和狗所对应的空格中填入的分数较低。人/狗的空格中的分数，理论上应该和黑猩猩/狗的空格中的分数相同，因为人类和黑猩猩的亲缘关系，人类和狗的亲缘关系，二者应该是完全相同的。猴/狗的空格和狐猴/狗的空格中所填的分数也应该是相同的。这是因为人类、黑猩猩、猴和狐猴通过它们的共祖（早期灵长类动物，可能看起来有点像狐猴）与狗相联系。在人类/猫、黑猩猩/猫、猴子/猫和狐猴/猫的空格中，分数也是相同的，因为猫、狗都通过所有食肉动物的共祖而与所有灵长类产生联系。那么也就是说，任一哺乳动物与鱿鱼所对应的空格中的分数都应该相当低——理想上它们应该是相同的低分。并且，这应该和你选择哪种哺乳动物无关，因为所有哺乳动物都和鱿鱼有着同样遥远的亲缘关系。
这些结果都是强大的理论上的预期，而在实际情况中，并无其他必然的理由一定要如此——如果结果违背了预期，那将是反对进化的证据。在统计学的误差范围内，实际发生的一切，都恰好符合我们对于假设（“进化已然发生了”）的期待。换一种说法，如果你将一对对物种之间的“遗传距离”置于一棵谱系树的分支，那么一切数据都能令人满意地叠加在树上。当然，叠加得并不十分完美。在生物学中，预估的数值实现之后往往只是一个近似。
根据进化假设，DNA（或蛋白质）的对比证据可以用来确定动物之间彼此亲缘关系的远近。如何将这一点转化为有力的进化证据呢？你可以依次为每一个基因构造一棵关于基因相似度的谱系树。进而会产生重要的结果，即每个基因都呈现大致相同的谱系树。再次强调，如果你构建的是一棵符合事实的谱系树，那么这就应该是你期望的结果。然而，如果有一个设计师调查了整个动物界，他无论在哪个角落发现了最好的蛋白质，都会进行挑选或“借用”给别的生物，那么每个基因最终将不会呈现大致相同的谱系树。
沿着这些路线进行的最早的大型研究，是由戴维·潘尼（David Penny）教授领导的一组新西兰遗传学家开展的。潘尼团队选取了5个基因，虽然这5个基因在所有哺乳动物中并不都等同，但已足够相似，足以被赋予相同的名称。个中细节并不重要，但记录这5个基因的名字是很重要的，它们分别是血红蛋白A、血红蛋白B（血红蛋白使血本身呈现红色），血纤维蛋白肽A、血纤维蛋白肽B（血纤维蛋白肽被用于凝血）和细胞色素C（在细胞生物化学方面具有重要作用）。他们选择了11种哺乳动物进行比较：猕猴、羊、马、袋鼠、大鼠、兔、狗、猪、人、奶牛和黑猩猩。
潘尼及其同事们以统计学思维来考虑问题。他们想计算出：如果进化不是真实存在的，那么纯粹依靠机会，两个分子产生相同谱系树的概率会是多少。因此，他们试图设想出11种后裔可能产生的所有谱系树。这是一个大得惊人的数字。即使你将自己的谱系树限定为“二元树”（即，树上只有二分叉的分支——没有三分叉或更多分叉的分支），可能的谱系树的总数目也超过了3 400万。科学家们“会”耐心地查看3 400万棵谱系树中的每一棵，并将其和另外的33 999 999棵谱系树进行比对吗？显然，他们绝不会这么做！这会在计算上耗费大量的时间。不过，他们设计了一个巧妙的统计近似，这一条捷径等价于庞大的运算。
下面是这个近似法的应用方式。他们取出了5个基因中的第一个基因，叫作血红蛋白A（在所有情况下，我都以蛋白质的名称来代表编码这个蛋白质的基因）。在所有的上百万棵谱系树中，他们希望找出——对于血红蛋白A来说，哪一棵树是最“简约 ”的。“简约”在这里的意思是：“需要设想最少的进化性变化。”例如，对于所有那些假设“人类和袋鼠的亲缘关系最近，而黑猩猩和人类的亲缘关系相对较远”的成千上万棵谱系树，它们被证实是非常不简约的，它们需要被设定大量的进化改变，才能够产生“袋鼠和人类拥有近期共祖”的结果。血红蛋白A的评语将会是下面的这几行字：
这是一棵非常不简约的谱系树。虽然根据这棵树我们和袋鼠近缘，但是我必须作出大量突变，才能够弭平人类和袋鼠之间的巨大差异，令它们近缘；我还得在其他方面制造大量的突变，以确保尽管在这棵特别的谱系树上，人类和黑猩猩关系非常远，最终却不知怎地拥有了如此相似的血红蛋白A。有鉴于此，我投票反对这棵谱系树。
对于3 400万棵谱系树中的每一棵树，血红蛋白A都给出了一篇这种类型的评语，其中有一些突出的赞许性评语。最终它选出了几十棵杰出的谱系树。对每一棵杰出的谱系树，血红蛋白A将会这么说：
这棵树把人类和黑猩猩安置为近亲，并且也把牛羊安置为近亲，而把袋鼠单独放在一个分支。它被证明是一棵非常好的谱系树，因为它使我几乎不用作出任何突变就能阐明进化性改变。这是一棵非常简约的谱系树。它得到了血红蛋白A的一票！
当然，如果血红蛋白A和所有其他的基因，都认可同一棵单一的最大简约树，那就太好了，但这样要求就太过分了。在3 400万棵谱系树中，我们应该预料到有几棵略为不同的谱系树不相上下地竞争成为血红蛋白A的首选谱系树。
那么现在，血红蛋白B会怎么选择呢？还有细胞色素C呢？5种蛋白质中的每一种蛋白质，都具有自己的单独投票的资格，它们会从3 400万棵谱系树中，找到自己的首选谱系树（也就是最简约的那一棵）。关于哪一棵是最简树，细胞色素C完全有可能会给出一个截然不同的投票。结果可能是，人类的细胞色素C真的和袋鼠的非常相似，而与黑猩猩的相差甚远。血红蛋白A识别出绵羊和奶牛具有亲近的亲缘关系，然而细胞色素C不但不对此表示赞许，反而它可能会发现自己几乎不需要做任何突变，就能把羊和猴子放在非常接近的位置上，并且也能将奶牛和兔放在非常接近的位置上——按照创世假说，这种情况当然有可能发生。但是实际上，潘尼及其同事们却发现，所有5种蛋白质都具有令人震惊的高度一致性（他们还运用了更多的巧妙的统计学，以此说明这样的一致性不太可能是偶然所致）。所有5种蛋白质都“投票”给了3 400万棵可能的谱系树中几乎相同的子集。当然根据假设，这正是我们所期望的——真的有且只有一棵符合事实的谱系树联系了所有的11种动物，它就是“家族谱系树”：一棵进化关系的谱系树。更重要的是，5个分子一致选出的谱系树，它与动物学家经由解剖学和古生物学（非分子水平的）所得出的结果是一致的。
图70 潘尼教授研究的11个物种的谱系树
潘尼教授的研究结果发表于1982年，距今有相当长的一段时间了。期间的这些年，关于种类纷繁的动植物基因的确切序列的细节性证据日益增多。现在已经远远不仅仅是潘尼及其同事所研究的11个物种和5种分子在最简约树方面达成了一致。他们的研究成果是一个很好的例证——他们的统计学证据“势不可挡”。现在已获得的全部基因序列的数据使得这一事实是毋庸置疑的。来自基因之间的对比证据，果断而迅速地聚拢到一棵伟大的生命谱系树之上，这甚至比化石证据（它也具有高度的说服力）更令人信服。图70就是潘尼团队研究的、由11个物种构成的一棵谱系树，它是许多不同的现代哺乳动物基因组的一致表决结果。所有基因组中不同基因的一致认同，给了我们信心，这不仅是对谱系树自身历史准确性的一致认同，也是对已然发生的进化事实的认同。
如果，分子遗传学技术以目前的指数型速率持续不断地进步，那么到2050年，获取一个动物基因组的完整序列将会变得快捷且成本低廉，几乎不会比量取该动物的体温或血压难到哪儿去。为什么我会说，基因技术呈指数型进步呢？难道我们能测出来这一点吗？在计算机技术中有一个与之平行的定律，称为摩尔定律（Moore’s Law）。这是以英特尔公司的创始人之一——戈登·摩尔（Gordon Moore）的名字命名的，该定律可以通过各种方式表述，因为测量电脑性能的各种方式是彼此相关的。这个定律的一个版本可表述为：能够集成到一个限定尺寸的集成电路中元件的数量，每18~24个月左右增加一倍。这是一个经验定律，就是说，它并非源于某些理论，而当你测定数据时就会发现它是对的。迄今为止的50多年间，它一直保持着正确性，并且许多专家认为，它仍然会这样保持下去并至少再延续几十年。计算机其他性能的发展也呈现为指数型，倍增时间也类似，包括运算速度提高、内存容量变大以及单位成本的降低，这些都可以被认为是摩尔定律的翻版。指数型趋势往往会导致令人吃惊的结果，正如达尔文在他的数学家儿子乔治（George）的帮助下所证明的那样——他以大象作为一个缓慢繁殖的动物的例子，以此阐述了，若经过短短几百年不受制约的指数型生长繁殖，仅仅一对大象的后代就将覆盖整个地球。而实际上毋庸赘言，大象的种群增长并不呈指数型。它受制于食物和空间的竞争、疾病和许多其他的因素。事实上，这就是达尔文的思想精髓，因为这就是自然选择的介入点。
但至少约50年间，摩尔定律真的一直有效。虽然没有人能够非常清楚地解释——为什么在实际情况中，所测量的各种计算机性能的确是呈指数型增长的，而达尔文的大象数量的增加趋势仅在理论上是呈指数型的。我想关于遗传技术和DNA测序，可能有一个类似的有效定律。我向牛津大学遗传学教授乔纳森·霍奇金（曾经是我的一个本科生）提及这一点。令我高兴的是，原来他早已经想到这一点了，他在为他的老学校准备一场演讲期间，就已经做过相应的测量了。他估算了在历史上4个时期（1965年、1975年、1995年和2000年）对某一标准长度的DNA进行测序所需的成本。我将他的数据“反过来”说，可表述为：“花确定数额的钱能够买多少货”或“花1 000英镑可以测定多少DNA序列”。我在对数坐标上标绘这些数据，之所以选择这个方式，是因为将指数趋势进行对数化标绘，总是会显示为一条直线。果然，霍奇金的4个数据很好地落在一条直线上。我将这些点拟合成一条直线（见第五章开篇关于线性回归技术的说明），然后自由地将它投射到未来。最近，正当本书要付梓的时候，我把这一节拿给霍奇金教授看，他告诉了我他获知的最新数据：2008年完成测序的鸭嘴兽基因组（鉴于它在谱系树的战略地位，鸭嘴兽是一个不错的选择：它和我们的共祖生活在1.8亿年前，这个时间的长度近乎恐龙灭绝以来的时间长度的3倍）。我已经将表示鸭嘴兽的点用五角星绘制在图上，你可以看到，它刚好落在依据早期数据所绘出的延长线附近。
图71 霍奇金定律
我将这一直线的斜率称为霍奇金定律（未经授权），它只比摩尔定律的斜率稍稍小一点。霍奇金定律的倍增时间略大于两年，而摩尔定律的倍增时间则不到两年。DNA技术十分依赖计算机，所以霍奇金定律至少部分地依赖于摩尔定律——这是一个很好的推测。图71右侧的箭头指示着各种生物基因组的大小。如果你顺着箭头往左看，直到与霍奇金定律的斜线相交，你可以读出一个估计值，即可能在什么时候，仅用1 000英镑（今天的币值），就能测定一个相应大小的生物基因组。我们发现，若要用1 000英镑测定出和酵母菌基因组大小相同的基因组，我们只需等到2020年左右即可；若要测定一个新的哺乳动物的基因组（可大略估算，所有哺乳动物的基因组测定都是同样昂贵的）预计日期会在2040年以前。这是一个振奋人心的预期：我们将便捷且廉价地从动植物界的各个角落获取DNA序列，建立一个庞大的DNA数据库。细致的DNA比对，会填补我们对于各个物种之间实际进化关系的全部知识空隙：我们会彻底了解所有生物的整个家族谱系[94]。天知道我们该如何绘制它，因为它的规模要超过任何实际尺寸的纸张。
到目前为止，在这个问题上最大规模的尝试，由戴维·希利斯（David Hillis）领导的团队完成,他是丹尼·希利斯（Danny Hillis，他研制过最早的一批超级计算机）的弟弟。“希利斯图”通过将谱系图囊括在一个圆圈内，使谱系更简洁紧凑。你在谱系图的两端看不到任何间隙，它们几乎合在一起了；其实“细菌”和“古生菌”之间存在间隙。若想看看环形图的概貌，请看克莱尔·德阿尔贝托（Clare D’Alberto）博士文在背上的精简版。当克莱尔文身的时候，她还是墨尔本大学的研究生，她对动物学的热忱可不仅限于皮肤。她大度地允许我在这本书中翻印这张照片（见彩页25）。她的文身包括了一个86个物种的小样本（末端分枝的数量）。你能在这个环形图中看到那个间隙，同时可以想象这个“圆环”展开后的样子。沿着外圈边缘分布的少量图画，是战略性地从细菌、原生动物、植物、真菌以及4个动物门中选出的代表。脊椎动物由右侧如蔓草一样的海龙所代表，这种鱼令人惊讶，它的长相与海草相似，可以起到保护作用。希利斯环形图也是一样的，但不同的是，它有3 000千余种生物。它们的名字标在图72圆环的外部边缘附近，小到无法读出——虽然“智人”[95]被体贴地标上了“你在这里”，以帮助我们的认知。当我告诉你，在这个巨大的环形图中，和人类亲缘关系最近的竟然是大鼠和小鼠时，你就能知道该谱系的抽样有多么稀疏。哺乳动物不得不被大幅删减，才能使它在高度上和该树的其他所有分枝相协调。试想一下，尝试绘制一个具有1 000万种物种（而不是这里的3 000种）的类似谱系。而“1 000万”还不是对现存物种种类数量最大胆的估计值。从希利斯的网站（www.zo.utexas.edu/faculty/antisense/DownloadfilesToL.html）下载“希利斯谱系”是很值得的，之后可以将它打印成一幅壁挂；网站建议用一张至少有54英寸宽的纸来打印（更大的纸会更好）。
图72 希利斯图
分子钟
现在，当我们谈论分子时，我们有一些自“进化钟”那一章留下的未尽事宜需要处理。在那一章，我们看到树的年轮，还有各种放射性时钟，但是在了解分子遗传学的一些其他方面之前，我们推迟了考虑所谓的“分子钟”。现在到了考虑它的时候。请将本节当作“安静与缓慢的时间”一章的附录。
“分子钟”认为进化是真的，而且，它在地质时间中以足够恒定的速率运转，它可以用化石校准，而化石又可以被放射性时钟校准，故进化本身可被作为一个“时钟”。就好比，“蜡烛时钟”被认为是以某一固定且已知的速率燃烧的；“水钟”的水从水箱中排出的速率是可以被校准的；老式时钟的钟摆被认为是以固定速率摆动的；同样，“分子钟”的原理认定了进化的某些方面是以固定速率运转的。该固定速率，可以被记录良好的（通过放射性确定年代）部分进化档案来进行校准。一旦校准，分子时钟就可应用于研究进化的其他方面，即那些没有良好化石记录的方面。例如，它可以应用于不具备硬骨骼或很少变成化石的动物。
这是一个好主意！不过，我们凭什么可以希望找到以恒定速率进行的进化过程呢？事实上，很多证据表明进化速率是高度变化的。早在现代分子生物学时代之前，霍尔丹就提出以“达尔文”作为进化速率的度量单位。假设，在进化的时间里，动物的一些可测量的性状始终朝同一方向变化。例如，假设平均腿长一直在增长。如果在一个100万年的周期，腿长以一个e的倍数倍增[96]（e=2.718 ...，选择这个数字是为了计算方便，这里我们无须深入讨论），这个进化性改变的速率就被称为“1达尔文”。霍尔丹自己评估马的进化速率约为40 毫达尔文，而他提出在人工选择下的家养动物的进化速率应以“千达尔文”来衡量。如第五章所述，若孔雀鱼迁入没有其捕食者的溪水中，它的进化速率估计为45千达尔文。进化的“活化石”，如海豆芽（见第五章末）的进化速率很可能要以“微达尔文”来衡量。这回你明白了：你能够看见和测量的事物（如腿和嘴）的进化速率，都是非常多变的。
如果进化的速率如此多变，那么我们怎么能指望将“进化”作为时钟呢？这就需要分子遗传学前来“救驾”。初看之下，分子遗传学没有清楚地展现出它是如何做到这一点的。当像腿长这样的可测量性状进化时，我们看到了一个内在遗传变化的外在、可见的表现形式。那么，为什么分子水平上的变化速率“提供”了一个良好的时钟，而腿或翅膀的进化速率则不是呢？如果腿和嘴的进化改变的速率范围为“微达尔文”到“千达尔文”，为什么还可以将分子作为可靠的时钟呢？答案是，通过外在、可见的进化形态（如胳膊和腿）显示出来的基因变化，是非常小的冰山一角，并且是受到各种自然选择严重影响的一角。因为在分子水平上的基因变化大都是“中性”的，所以我们可认为它们进行的速率不受实用性的支配，甚至任何一个基因变化的速率都几乎都是恒定不变的。一个中性的基因变化，对动物的生存没有影响，而这对于一个时钟来说，则是有用的凭据。这是因为影响生存的基因（无论是有利还是有害），都将被认为进化的速率已发生了变化。
分子进化的中性学说由著名的日本遗传学家木村资生（Motoo Kimura）率先提出时曾备受争议，但它的一些版本现在已被广泛接受，这里将不论述其细节性证据，在本书中，我将接受这一学说。你大可放心，因为我作为“大适应主义者”（据称这类学者痴迷地认为自然选择是主要的，甚至是唯一的进化推动力）是名声在外的，如果连我都支持中性学说，那么它就不可能被许多其他的生物学家反对！[97]
中性突变可以很容易地通过分子遗传学技术测量，但它不受自然选择的影响——无论是正面还是负面的影响。“假基因”之所以是中性的，其中有着某种原因。它们曾经进行一些有用的工作，但现在已经置身事外，不再被转录或被翻译了。就动物的福祉而言，假基因不存在也没有关系。但对科学家而言，它们的存在真是太好了，它们正是构成一个进化时钟所不可或缺的要素。假基因只是胚胎发育中从不被翻译的基因中的一种。科学家在构建分子钟时，他们也钟爱其他种类不被翻译的基因，但对此我不详述。假基因的用途在于，它使创世论者感到尴尬。它甚至使创世论者绞尽脑汁地去编造一个“令人信服”的理由，来说明一个聪明的设计师为什么竟然制造了一个假基因——一个完全不干事儿的基因，并且，它方方面面都表现为一个旧版的、曾发挥某种作用的基因，除非这个设计师是故意要愚弄我们。
抛开假基因不论，还有一个值得注意的事实：鉴于基因组的大部分作用甚微，它们其实是可以不存在的（就人类基因组来说，95％的作用甚微）。中性学说也适用于余下的5％的基因（那些被读取和使用的基因）中的许多基因。它甚至适用于攸关生存的基因。这里我必须说得明确一些。我们并不是说一个适用中性理论的基因对人体没有影响。我们要说的是，这一个基因的突变版和其未突变版作用完全相同。无论基因本身可能是重要的或不重要的，突变版和未突变版的作用都是一样的。假基因本身可以被恰当地描述为中性，但是我们现在谈论的仅仅是可以被严格描述为中性的“突变”（即基因的改变），而不是基因本身。
各种原因均可导致中性突变。DNA密码是一种“简并编码”（degenerate code）。这是一种技术性术语，是指一些代码组成的“词”恰好是其他代码的同义词[98]。当一个基因突变为它的一个同义基因时，你可能根本不会多此一举地称之为突变。的确，就它对身体的影响而言，它并不是一个突变。基于同样的原因，从自然选择的角度思考，它也根本不是一个突变。但对于分子遗传学家来说，它是一个突变，因为他们可以通过自己的方法看到这一变化。就好比我在写一个单词时改变了它的字体，把袋鼠写成了袋鼠。但你仍然可以读出这个词，它仍然意味着同一种澳大利亚跳跃动物。从一种字体变为另一种字体是看得出来的，但这一变化与单词的含义无关。
然而，并非所有“中性”突变都是这般地“中性”。有时新基因会被翻译成一个不同的蛋白质，但新蛋白质的“活性位点”（还记得我们在第八章谈到的“精心塑造”的“凹痕”吧）仍然和旧蛋白质的一样。因此，真真正正地来讲，这对身体的胚胎发育没有影响。就对身体的影响而言，该基因未突变和突变的形式仍然是同义的。也有可能一些突变真的改变了身体的形态（虽然像我这样的“极端达尔文主义者”倾向于反对这个观点），但这种改变方式（无论是采取前者还是后者）未对生存造成影响。
现在，总结一下中性理论——说一个基因或突变是“中性”的，不一定意味着该基因本身是无用的。它可能对动物的生存至关重要。这其中的含义是：一个基因（对生存可能重要也可能不重要）的突变形式和未突变形式就对生存的作用而言（这点可能是非常重要的）都是相同的。如所发生的那样，我们说大多数突变是中性的，这大概是符合事实的。自然选择无法检测到它们，但分子遗传学家却检测得到，这一点对于一个进化时钟来说，是一个理想的组件。
所有这些都不会贬低“进化冰山”上至关重要的一角——少数并非中性的突变。在进化改良过程中，正是它们经受了正向或者负向的选择。它们，就是其影响被我们实际看到的基因（自然选择也“看”到了）。正是对它们的选择，给我们造成了“生物是设计的”这一惊人错觉。但是，冰山余下的部分——中性突变，仍是多数，而这些是当我们谈论分子钟时应该考虑的内容。
随着地质时间的推移，基因组受到“突变”如雨一般的冲刷作用。基因组中产生的一小部分突变的确与生存相关，自然选择很快摒除了坏基因，选择了好基因。另一方面，中性突变只是简单地积累，没有受到惩罚，也未引人注意——除了分子遗传学家。现在我们需要一个新的技术性术语：“固定”（fixation）。一个新的突变——如果真是新突变，它在基因库中的频率会很低。如果你在100万年后再次查看基因库，可能这个突变的频率将会提高到100％或接近100%。如果发生这种情况，就是说该突变已“趋于固定”，我们就不应该再将它视为一个突变了，它已经成为一种常态。突变要趋于固定，明显的方式是获得自然选择的青睐。但还有另一种方式——它可以由机会“固定”。就像一个曾经令人引以为傲的姓氏，因为缺乏男性继承人而消失。所以，我们正在谈论的突变的另一种可选版本，可能恰好就从基因库中消失了。突变本身可能会在基因库中逐渐频繁，就像“史密斯”（Smith）通过同样的好运气而成了英国最常见的姓。当然，如果基因由于一个好的原因（即自然选择）而趋于固定，那就更加有趣了，但考虑到生物世代的数量足够庞大，基因也可以由于机会而趋向固定。地质时间是浩瀚的，足以使中性突变以一个可预见的速率趋于固定。尽管突变趋于固定的速率各不相同，但特定的基因具有特有的速率，而且大多数突变是中性的，正是这些使分子钟成为可能。
“固定”对于分子钟来说至关重要，因为“固定的”基因就是当我们比较两个现代动物，试图估计它们的祖先在多久以前分道扬镳时，所观察的基因。“固定的基因”塑造了一个物种的特征。它们在基因库中并不具有普遍性。我们可以比较两个物种的各自已经固定的基因，来估计这两个物种是在多久以前才发生了分化。我不愿继续深入讨论其中复杂的内容，因为我和王彦（Yan Wang）在“天鹅绒虫故事尾声”（The Epilogue to the Velvet Worm’s Tale）里已充分论述过。在各种前提下，并伴随各种因素的校正，分子钟得以运转。
正如原子钟们滴答运转的速率极其多变——它们半衰期的范围从不到一秒到上百亿年，不同的基因也提供了量程极其广泛的分子钟，它们可以测定的进化变化的时间范围从100万年到10亿年不等（包括居中的各种时间长度）。正如每个放射性同位素都有其特定的半衰期一样，每个基因也都有一个特定的周转率——一个新突变通常由于随机机会而趋于固定的速率。组蛋白基因，它特定地以每10亿年一次突变的速率而发生周转；血纤维蛋白肽基因的周转率则比它快1 000倍，其新突变被固定的周转率为每100万年一次。细胞色素C和血红蛋白基因家族周转率居中，其基因固定时间要以数百万到数千万年的尺度进行衡量。
不论原子钟还是分子钟，都像摆钟或手表那样，以一种规律的方式敲打着钟点。它们的嘀嗒声（如果你能听到的话），听起来就像一个盖革计数器，原子钟就是那样，因为盖革计数器正是你用来听原子钟声音的仪器。盖革计数器并不像手表那样规则地嘀嗒作响；它随机地敲打，它的“敲打声”表现为奇怪的、断断续续的爆裂。如果我们能在极其漫长的地质时间中听到“突变”和“固定”的声音的话，这就是它们听起来的样子。但是，无论是像盖革计数器那样断断续续地作响，还是像手表那样有节拍地嘀嗒作响，对于计时器来说，最重要的一点就是，它应该以一个已知的平均速率而嘀嗒运转。原子钟做到了这一点，分子钟也做到了这一点。
我以“分子钟认为进化是真实的”为前提来介绍分子钟，因此这不能作为进化事实的证据。但现在我们已经理解了分子钟是如何运作的，可以看出我曾经过于悲观了——假基因（与“有用基因”明显相似，但不被转录的“无用基因”）的存在，就是动植物将其历史撰写于它们全身的完美例证。但这是一个必须留到下一章讨论的主题。
[83]你听到“马是在北美进化的”可能会惊讶，因为众所周知，当欧洲侵略者首次来到美洲，他们在马背上的风姿令当地土著惊叹。马的大部分进化确实发生在美洲。然后在绝迹于美洲之前，马在很短的时间里（依据地质标准）传播到世界其他地方。马本是美洲动物，却是被人工重新引入美洲的。
[84]以西结·希伯来先知，《圣经·旧约·以西结书》的作者。——译者注
[85]下颌骨，哺乳动物骨架中一块单独的骨骼。爬行动物的下颚更复杂——因此，我很不情愿地从这本书里略去了它引人入胜的故事（要适可而止）。一个令人惊叹的进化技巧，令爬行动物那些小一些的下颌骨被收入哺乳动物的耳朵里，在那里它们构成了一个玲珑精致、可以从耳膜向内耳传递声音的桥梁。
[86]㺢㹢狓鹿，一种直到1901年才在非洲扎伊尔森林发现的大型哺乳动物，又称作欧卡皮鹿。它是长颈鹿科中的一种偶蹄动物，与长颈鹿有亲缘关系，是长颈鹿唯一尚未灭绝的近亲。——译者注
[87]较之gnu（角马），来源于荷兰语的单词wildebeest（角马）被日渐优先地使用。我一直尝试保留“gnu”，因为如果这个单词完全消失, 由佛兰德斯（Flanders）和斯万（Swann）创作的诙谐歌曲，将不再有意义。（“Gnor am I in the least / Like that dreadful hartebeest / Oh gno gno gno, I’m a gnu!”）
[88]我相信我的读者都知道《利未记》（Leviticus）的作者（们）就认为蝙蝠是鸟。在其第十一章，13~19行诗句，是一个可憎的鸟类的长名单，从鹰开始，以“鹳、苍鹭之类、麦鸡与蝙蝠”结束。这里有一个另外的问题：为什么在许多宗教中，总是要谴责某些可憎的动物？
[89]蛭形轮虫是一种无性繁殖的淡水无脊椎生物，身体长约0.1~1毫米。蛭形轮虫在大约4 000万年前进化到无性繁殖阶段，产下的卵全都是雌性后代。生命力顽强得让人惊奇，在生命的任何阶段，都能在无水环境下存活数年而不完全脱水，在重回水中之后又会复苏。除此之外，它还抗辐射。蛭形轮虫一直因为其通过无性繁殖而又没有被自然界淘汰灭绝而引起科学家的注意。美国2008年5月29日的一项最新研究成果显示，这种微生物的秘诀在于它会“偷取”其他生物有用的基因，合并到自己的遗传信息中为自己与后代所用。蛭形轮虫的发现，推翻了动物需要通过交配来创造生物多样性的理论。（http://baike.baidu.com/view/861322.htm）——译者注
[90]生物学家曾经引用植物血红蛋白作为一个植物可能从动物界借用了DNA的例子。豆科植物根上有自己的“根瘤”，里面“住着”细菌，捕捉大气中的氮，提供给植物。这就是为什么农民在其轮作中通常包括三叶草或紫云英之类的豆科作物。豆科作物为其他作物提供在土壤中宝贵的氮，尤其是如果犁地时把三叶草作物翻到土壤里。根瘤的颜色是一种偏红的颜色，因为它们含有一种“血红蛋白分子”的形式，与使我们的血液变得鲜红的输送氧的分子类似。制造血红蛋白的基因在植物基因组，而不是细菌的基因组里。血红蛋白对细菌很重要，它们需要氧气，因此，血红蛋白可以作为细菌和植物之间交易的一部分：细菌提供给植物有用的氮，而植物则提供给细菌一套“房子”，并通过血红蛋白运送有用的氧气。因为我们习惯于将血红蛋白与血液关联，自然就想知道一个制造它的基因是否在某种程度上是从动物的基因组“借用”的（或通过细菌传递的）。事实上，这是一个非常值得“借用”的主意。关于这个有吸引力的想法（终极输血假说），不幸的是——分子生物学的证据已经表明，血红蛋白是植物基因组古老的居民。它们不是借来的。它们从远古时代就已经存在在那里了。
[91]这是一个鲜为人知的事实：有些恐龙在骨盆处有巨大的神经节，非常大（至少和头部的大脑相比），几乎应被冠以“第二大脑”的称号。这为美国漫画作家伯特·莱斯顿·泰勒（Bert Leston Taylor，1866~1921）创作下列诙谐诗句提供了灵感：
看哪！强大的恐龙，
著名的史前传说，
不仅因为它的能力和力量
而且因为它智力的长度。
你观察这些残骸，就会看到
这种生物有两组大脑——
一个在它的头部（通常部位），
另一个在它的脊髓底部，
因此他可以进行“本能地”推论，
也可以进行“后天地”演绎。
任何一个小问题都不能困扰它，
它使它的身体两端都是头，也都是尾。
它是如此的聪明，聪明又严肃，
每个思想都填满了一个脊柱。
如果一个大脑处于强大的压力，
它就沿着脊柱释放一些思绪。
如果有什么从它前端的头脑滑走，
后面的头脑就会前来解救。
而如果它发现犯了错，
它还有随后补救的计策。
由于在开口之前，它已思考了两遍，
所以它从未后悔过。
因此它不可能为权衡每一个问题的利弊，
思考到血充脑壳。
哦，凝望这个野兽楷模，
至少已在一千万年前隐没。
* * *
[92]达西·汤普森肯定是有史以来最博学的科学家之一。不仅仅因为他写得一手有贵族气质的漂亮英文，也不仅仅因为他作为苏格兰最古老大学里的自然历史学教授，是一位知名的数学家和古典学者，还因为他的书附带了他认为无需翻译的各种语言的引文，包括拉丁语、希腊语、意大利语、德语、法语，甚至普罗旺斯语（最后一种他屈尊翻译成了——法文！）。时代变了多少！
[93]严格地说，如果你能将两个形状中的一个扭曲变形成另一个，且没有打破也没有任何新的添加，那么这两个形状就是同胚的。
