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.5
接下来，我们要讲另一个很重要的背景事实。一些元素的同位素很稳定，另一些则不稳定。铅-202就是一种不稳定同位素，铅-204、铅-206、铅-207和铅-208则是稳定同位素。“不稳定”意味着这些原子会自发地衰变成其他原子，并且其衰变速率是可以预测的（尽管不可预测其确切时刻）。这个衰变速率的可预测性是所有放射性“时钟”的关键，‘不稳定’的意思是‘放射性’。放射性衰变有好几种，这才让时钟有了被应用的可能。理解这个，对于我们的目的而言并不那么重要，但是我在这里解释这么多，是想展示出物理学家在这些事物上已经解决了多少壮观的细节层面的问题。正是这样的细节，嘲笑了那些妄图驳倒放射性时钟证据，并使地球如彼得·潘一样永远年轻的神创论鼓吹者。
所有的这些不稳定性，都涉及中子。其中第一种情况是，一个中子转化成了一个质子。这意味着原子质量保持不变（因为中子和质子的质量相当），但是原子序数增长了一位，所以这个原子变成了一个不同的元素，在原子序数表中上升了一位。举例来说，原子质量为24的钠转变成了原子质量为24的镁。第二种放射性衰变，刚好是相反的转变——一个质子转变成了中子。同样的，原子质量是保持不变的，但是，这一次原子序数降低了一位，于是在原子序数表中，这个原子转化成了低一位的元素。第三种放射性衰变也产生了同样的结果。一个游离的中子碰巧撞上一个原子核，撞出了一个质子，并取代了它的位置。再一次，原子的质量没有变化，原子序数降低了一位，并且原子转化成了原子序数表上较低一位的元素。还有第四种更复杂的衰变，一个原子分裂出一个被称为“α粒子”（alpha particle）的粒子，一个α粒子是由结合在一起的两个质子和两个中子组成的。这意味着质量数降低了4位，原子序数降低了两位。在原子序数表上，这个原子衰变为低了两位的元素。一个发生α衰变的例子，就是从具有强烈放射性的同位素铀-238（有92个质子和146个中子），衰变为钍-234（有90个质子和144个中子）。
现在，我们接近了整个问题的核心。每个不稳定的放射性同位素的衰变，都有其特有的速率，并且我们现在都已经可以确定（这些速率）。此外，其中一些的衰变速率比另一些慢很多。所有的衰变，都是指数性的。“指数性”的意思就是，假设你以100克的放射性同位素开始衰变，在一个给定的时间内并非一个固定的量（如10克）会转变为另外一个元素。而是说，所剩的粒子以一个固定比例转变成另一种元素。最受欢迎的衰变速率衡量方法是利用“半衰期”。一个放射性同位素的半衰期是指一半的原子衰变所需要的时间。无论有多少原子已经衰变了，半衰期保持不变，这就是指数式衰变的意思。你会发现，由于这样连续的减半，我们永远不会知道何时它会全部衰变完。然而，我们可以说，在经过足够长的时间后，例如10个半衰期，余下的原子数目太小，已没有任何实际意义了。例如，碳-14的半衰期就大约在5 000~6 000年之间。对于
50 000~60 000年的古老标本，碳测定年代法就没有用了，我们需要转向更缓慢的时钟。
铷-87的半衰期是490亿年，镄-244的半衰期是3.3毫秒，这些惊人悬殊也表明了时钟可测的巨大范围。尽管碳-15的2.4秒的半衰期对于解决进化问题太短了，但碳-14 5 730年的半衰期对于追溯考古学时间，则是正合适的尺度。现在，我们就来讨论一下这个问题。在进化时间尺度上，一个常用同位素是钾-40，其半衰期为12.6亿年，我将以它为例，来解释使用放射性时钟的整体思想。它通常被称为“钾氩时钟”。这是因为氩-40（在元素周期表中比钾高一位）正是钾-40衰变后的元素之一（另一种元素，经一种不同的放射性衰变产生，是钙-40，在元素周期表中比钾低一位）。如果以一定量的钾-40开始衰变的话，经过12.6亿年，一半的钾-40会衰变成氩-40，这就是“半衰期”的意思。再经过12.6亿年，余下钾的一半（最初钾的1/4）又会衰变成氩-40，依此类推。经过一个稍稍短于12.6亿年的时间段，会有相对比例的较少的钾的量会衰变。因此，你可以想象一下，开始时，在一个封闭空间，没有氩-40，只有钾-40。上亿年的时间流逝了，一位科学家来到这个封闭空间，测量了它的钾-40和氩-40的相对量（不管两者的绝对量如何）；在已知钾-40的半衰期，并设定一开始没有氩-40的情况下，从这个比例上，我们可以估计出从衰变开始后逝去的时间——换句话说，就是该时钟被“清零”之后流逝的时间。要注意到，我们必须知道母同位素（钾-40）对子同位素（氩-40）的比例。此外，正如在本章前面我们讨论过的一样，很有必要知道我们的时钟是否有装置进行“清零”。那么，说到放射性时钟被清零，这到底意味着什么呢？结晶的过程恰好解释了这个问题。
像地质学家使用的所有放射性时钟一样，钾/氩计时只对所谓的“火成岩”适用。火成岩（igneous rocks）得名于拉丁语中的“火”，它由熔岩（地下花岗岩的岩浆和火山中的玄武岩岩浆）固化得来。熔岩固化形成花岗岩或者玄武岩时，是以晶体的形式形成的。这些小晶体一般不会很大，透明的晶体看上去像石英一样，但是这些晶体，相对于肉眼看到的晶体，它们真的是太小了。这些晶体有好几种类型，其中一些，例如说一些云母，包含着钾原子。在这些原子中，就有放射性的同位素钾-40。当一个晶体开始形成时，在熔岩固化的时刻，里面只有钾-40没有氩。在某种意义上来说，时钟被清零时，晶体中没有氩原子。数百万年过去，晶体中的钾-40缓慢衰变，被一个接一个的氩-40原子所取代。累积的氩-40的量，就可以用来衡量自这块岩石形成后流逝的时间。但是，由于我刚才解释的原因，只有当用钾-40和氩-40的比例表示的时候，这个量才是有意义的。当这个时钟被清零的时候，钾-40的比例是100%，经过12.6亿年后，比例将变成50∶50，再经过一个12.6亿年，余下的钾-40的一半会转变成氩-40，以此类推。中间比例，则意味着自“晶体钟”清零以来的“中间时刻”。所以，对于地质学家，在他们今天获得的一小块火成岩中，测量钾-40和氩-40的比例，就可以断定这块岩石从熔岩状态开始结晶距今有多久了。火成岩很具代表性，它富含多种不同的放射性同位素，不仅仅有钾-40。火成岩固化中比较幸运的方面是，它是如此的突然——以至于给定的一小块岩石中所有时钟被同时清零了。
只有火成岩才提供放射性时钟，但是火成岩中几乎从来没有发现过化石。化石形成于像石灰岩、砂岩这些沉积岩中，它们都不是固化的火山岩浆。它们都是逐渐地沉积到海底、湖底或河底的泥浆、煤粉或沙子构成的岩层。从古至今，这些沙子或者泥土逐渐变得致密，像岩石一样坚硬。陷入泥土中的生物尸体就有变成化石的可能。虽然只有一小部分尸体真的变成了化石，但沉积岩是唯一值得一提的包含任何化石的岩石。
遗憾的是，沉积岩不能用放射性时钟来进行年代测定。将要形成沉积岩的泥沙个体颗粒中，很可能已经含有钾-40或其他放射性同位素，因此可以被认为包含“放射性时钟”，但不幸的是，这些时钟对我们没什么用，因为它们没有被恰当地清零，或者它们彼此被清零的时间并不相同。被压实形成砂岩的沙粒最初可能是火成岩的碎渣，但是这些被研磨成碎渣的火成岩，固化的时间并不相同。每颗沙粒都有一个在各自不同的时间被清零的时钟，这个时间可能远在沉积岩形成之前，以及远在其中我们企图追溯的化石的年代之前。所以，从计时的角度来看，沉积岩简直就是一团糟。它没法用。至多能做的就是追溯沉积岩附近发现的火成岩，或者埋藏其中的火成岩，这种做法得出的结果还是很不错的。
为了追溯一块化石，并不是说你非得去找像三明治夹肠一样，夹在两块火成岩厚片中间的岩石，这个比喻只是为了简明阐释这个法则。实际使用的方法要更精妙。相似性可辨的沉积岩岩层出现在世界各地。早在人们发现放射性定年法之前，这些岩层就被鉴定并且命名了：如寒武纪（Cambrian）、奥陶纪（Ordovician）、泥盆纪（Devonian）、侏罗纪（Jurassic）、白垩纪（Cretaceous）、始新世（Eocene）、渐新世（Oligocene）、第三纪中新世（Miocene）。泥盆纪的沉积物可让我们辨认出泥盆纪，不仅在德文郡，也在世界其他地方（Devon郡是英格兰西南部一个郡，泥盆纪就是以该郡的名字命名的）。它们互相之间明显地相似，并且含有相似的化石列表。地质学家很久之前就已经知道了，那些已经被命名的沉积物的沉积次序。只是，在放射性时钟出现之前，我们不知道它们是何时沉积的。我们可以把它们排序，这是因为（很明显）老一些的沉积物常常存在于年轻一点的沉积物之下。举例来说，泥盆纪沉积物就比石炭纪[37]要老；并且我们知道这条规则是因为，在世界上这两个岩层同时存在的地方，泥盆纪岩层通常处于石炭纪岩层的下面（也有例外的情况，但从其他证据来看，我们可以断定那是因为岩石被倾转过来了，甚至是被整个翻转了）。我们通常并不能足够幸运地找到一个有完整序列的岩层，从底层的寒武纪一直到顶层的近代。但是由于岩层相当好辨认，我们可以通过在世界各地实施“菊花链法”和“拼图法”，从而得出它们的相对年龄。
因此，早在我们知道化石年龄很久之前，我们就已知道了它们的沉积顺序，或者至少已经知道那些已被命名的沉积物发生沉积的顺序。我们知道：寒武纪化石，在全世界都要老于奥陶纪化石；而奥陶纪化石则要老于志留纪（Silurian）化石。然后是泥盆纪，再然后是石炭纪、二叠纪（Permian）、三叠纪（Triassic）、侏罗纪、白垩纪等。并且在这些被命名的主要岩层中，地质学家也辨认出了它们的亚阶：晚侏罗纪（upper Jurassic）、中侏罗纪（middle Jurassic）、早侏罗纪（lower Jurassic）等。被命名的地层通常是通过它们所含的化石被辨认出来的。而我们将要用这些化石的次序，作为进化论的证据！这会不会有陷入循环论证的危险呢？当然不会。想想看，寒武纪化石是一个特征性集合，明白无误地可辨认出是寒武纪的。而现在，无论我们是在哪儿发现的岩石，目前我们使用的特征性化石集合，只是用作寒武纪岩石的标签［即指示物种（indicator species）］。这其实就是石油公司雇用化石专家的原因——要他们去鉴定特定岩石所在的岩层，通常利用微化石，一类被叫作有孔虫的微小生物，如放射虫类。
人们做出了一个典型化石的列表，用它来辨认奥陶纪化石、泥盆纪化石等之类。到目前为止，我们只用这些化石集合来辨认某块岩石是否属于某一地质时代，如二叠纪或志留纪。现在我们转而去用那些被命名的岩层的沉积顺序（辅以在世界各地实施菊花链衔接追溯法）作为证据，来证明某一岩层比另一岩层更古老或更年轻。通过已经确立的这两套信息，我们可以观察一连串逐渐晚近的岩层中的化石，将它们逐一相互比较，来确定它们是否构成了一个明显的进化顺序。它们是否沿着一个明显的方向发展了？是否某些物种（如哺乳动物）只出现于某一确定的年代之后？之前则从未出现过？所有这些问题的答案都是肯定的——总是肯定的，没有例外。因为遵循我们鉴定地层的方法和获得时间顺序的方法，并不会必然产生这样一个事实，或必然导致这样一个结果；所以，这样的结果就是进化的强有力的证据。
事实就是如此——的的确确，没有任何一个“可以勉强称为哺乳动物的化石”见于泥盆纪岩层或更老的地层中。不是说它们在泥盆纪岩层中出现的概率比后面时期的要小，而是它们真的从未见于早于某个确定时期的岩层中。但这并不是说“非这样不可”——可以设想这样的情形：我们从泥盆纪开始向下挖掘，并且越挖越深，穿过志留纪，挖向更深处，穿过奥陶纪，我们突然发现，在寒武纪时代（比前面任一时期都更古老）出现了大量哺乳动物！我们实际上并未作出这样的发现，但是这个可能性证明了——你不能指责这种论证是循环论证。在任何时候，只要有人在寒武纪岩石中，挖出了一个哺乳动物化石，只要他们做到了，进化论就会迅速土崩瓦解。进化论，换而言之，是可以被检验的理论，因此，是一个科学的理论。在第六章中我还要谈到这一点。
神创论者试图解释这种现象的时候，常常变成一幕高雅喜剧。他们宣称，诺亚洪水（Noah’s flood）是理解我们发现的主要物种化石顺序的关键。下面是从一个大受褒奖的神创论者网站上直接引用的。
地质岩层中的化石顺序表明：
（i）无脊椎动物（缓慢移动的海洋动物）会首先灭亡，然后是更具移动性的鱼类被洪水淤泥淹没。
（ii）两栖类（靠近海洋的）动物随着洪水的上升而灭亡。
（iii）爬行动物类（缓慢移动的陆栖动物），下一个灭亡。
（iv）哺乳动物，能逃离上升的水面，体型越大、速度越快的存活得越久。
（v）人类，表现得最心灵手巧——紧抱木头不放等，以此来逃脱洪水。
对于我们在岩层中发现的各种化石的顺序来说，上述序列是一个相当完美、令人满意的解释。这可不是它们进化的次序，而是它们在诺亚洪水中被淹没的次序。
撇开所有反对这个高明解释的其他理由，这里要说，哺乳动物平均说来要比（例如）爬行动物能更好地逃避不断上涨的水位，这是一个统计趋势（而已）。然而，正如我们按照进化论应该预计到的，地质记录中，在很深的岩层中完全没有发现哺乳动物。如果你正对岩层向下挖，发现哺乳动物在统计意义上逐步减少，那么，“逃往山上”的理论基础就更为可信了（“逃往山上”指诺亚洪水时人和动物逃往山上的情形）。二叠纪之后完全没有了三叶虫，在白垩纪岩层之后完全没有了恐龙（鸟类例外）。再一次地，依据“逃往山上”的理论仅仅只能预测到统计学上的逐渐减少（这不符合实情）。
回到年代测定法和放射性时钟上面来。由于这些被命名的沉积层的相对次序已经众所周知，并且同样的顺序见于世界各地，所以我们可以使用覆在沉积岩层之上、之下，或侵入其中的火成岩，来追溯这些已经被命名的沉积岩层的年代，从而确定其内所含化石的年代。利用这个方法的“优化版”，我们可以追溯推出（如石炭纪或白垩纪的）火成岩上层附近的化石的年代，要比那些位于同一地层中略微下层的化石更近代一些。我们不需要在我们想要追溯其年代的某具体化石附近找到一块火成岩。我们根据化石在（如泥盆纪）岩层中的位置，就可以辨认出这块化石的年代，比如说属于泥盆纪晚期。从对世界各地的泥盆纪岩层中的岩石的放射性定年，我们知道泥盆纪大约结束于3.6亿年前。
不稳定的同位素 衰变为 半衰期（年）
铷-87（Rubidium） 锶（Strontium） 49 000 000 000
铼-187（Rhenium） 锇-187（Osmium） 41 600 000 000
钍-232（Thorium） 铅-208（Lead） 14 000 000 000
铀-238（Uranium） 铅-206（Lead） 4 500 000 000
钾-40（Potassium） 氩-40（Argon） 1 260 000 000
铀-235（Uranium） 铅-207（Lead） 704 000 000
钐-147（Samarium） 钕-143（Neodymium） 108 000 000
碘-129（Iodine） 氙-129（Xenon） 17 000 000
铝-26（Aluminum） 镁-26（Magnesium） 740 000
碳-14（Carbon） 氮-14（Nitrogen） 5 730
图11 放射性时钟
钾氩时钟并不是地质学家可以使用的唯一一种时钟——这类时钟工作原理相同，但时间尺码各异。图11是一个从慢到快的时钟列表。请再一次注意，半衰期有着惊人的范围，从最慢的490亿年直到最快的少于6 000年。更快的时钟，如碳-14，工作方式略有不同。这是因为这些高速时钟的归零必定是不同的。对于半衰期较短的同位素来说，其在地球最初形成时，所存在的全部原子早已消失。在我转向碳年代测定法工作原理之前，有必要停下来考虑另一则证据，支持“古老的地球是一个年龄得用数十亿年来衡量的行星”的证据。
地球上存在的所有元素包括150种稳定同位素和158种不稳定同位素，共计308种。在158种不稳定同位素中，有121种，要么是已经灭绝了，要么是因为不断更新而存在着，如碳-14（我们接下来就会看到）。如果我们考虑这37种还未灭绝的同位素，我们会注意到显著的一点。它们中的每一个的半衰期都超过7亿年。如果我们考虑那121种已灭绝的——每一个的半衰期都少于2亿年。顺便说一下，不要误解。记住我们在这里讨论的是半衰期，而不是寿命！想一想一个有着1亿年半衰期的同位素的命运。半衰期短于地球年龄1/10左右的同位素，实际上已经“灭绝”了，除非在特殊情况下才能存在。除了我们理解的有特殊原因的情况，我们在地球上发现的同位素是那些半衰期长到足以在一颗很古老的星球上生存的同位素。碳-14是一个例外，而它例外的原因很有趣——它得到了源源不断的补充。因此碳-14作为时钟需要用不同于“长寿命的同位素”的方式来理解。尤其是，将碳-14时钟归零是什么意思？
碳
在所有的元素中，碳似乎是生命最不可缺少的一种元素——在任何星球上，缺少这种元素的生命都是难以想象的。这是因为碳神通广大、能力非凡，可以形成链、环和其他复杂的分子架构。它通过光合作用进入食物网，光合作用是绿色植物吸收大气中的二氧化碳分子，并用太阳能使碳原子与水结合制造糖类的过程。我们自身和所有其他生物里的碳，归根到底是经由植物来自大气中的二氧化碳。当我们呼吸、排泄，甚至当我们死亡的时候，碳又不断地反向循环，重新回到大气中。
大气二氧化碳中的碳，大部分是碳-12，它不具有放射性。然而，一万亿个碳原子中大概有一个是碳-14，它具有放射性。碳-14的半衰期是
5 730年，像已经证实的那样，它迅速衰变成氮-14。植物的生化过程对这两种碳的差别视而不见。对于一株植物，碳就是碳。因此，植物吸收碳-12时，也同样吸收碳-14，并且在糖中包含了两种碳原子，并保有与它们在大气中存在时同样的比例。从大气中吸收的碳（包括同样比例的碳-14原子）迅速（相对于碳-14的半衰期）通过食物链传播，依照植物被食草动物所食，食草动物被食肉动物所食的食物链，依此类推。所有生物，无论植物还是动物，都有近似相同的碳-12与碳-14的比例，与你在大气中所发现的比例相同。
那么，时钟什么时候归零？在生物（无论植物还是动物）死亡的时候——当它从食物链脱离，与通过植物得自大气的新鲜碳-14流分开时。随着世纪更替，在生物尸体、木块或布中（或任何事物之中）的碳-14，都稳定地衰变成氮-14。因此，样本中的碳-14相对于碳-12的比例越降越低，低于活生物和大气所共有的标准比例。最终，它们都会变成碳-12，或更严格地说，碳-14的含量微小到无法测量。而碳-12与碳-14的比例可以用来计算已经流逝的时间——自从生物的死亡使它脱离了生物链，不再与大气发生交换以来经历的时间。
好倒是好，但是只有大气中的碳-14得到源源不断的补充，这个方法才会奏效。若非如此，半衰期短的碳-14很早以前就在地球上消失了，就像其他所有半衰期短的天然同位素一样。碳-14是特例，因为宇宙射线轰击上层大气中的氮原子，可以不断地产生碳-14。氮气是大气中最主要的成分，氮的质量数是14，和碳-14一样。区别在于碳-14有6个质子和8个中子，而氮-14有7个质子和7个中子（记住，中子的质量几乎等于质子的质量）。宇宙射线粒子可以击中一个氮原子核的一个质子，而把它转化成中子。这时，氮原子就变成了碳-14，在元素周期表中，碳是比氮低一位的元素。从一个世纪到另一个世纪，这种转换发生的速率几乎是常数，这就是碳定年法奏效的原因。事实上，这一速率并不是完全恒定的，为准确起见，我们要对此作出校正。幸运的是我们有一个大气中碳-14波动供应的精确的校准，把这个考虑进去，可以优化我们的年代测算。前面讲到，在与碳测定年代覆盖的年龄范围大致相同时，我们有一个替代方法可测定木材的年代——树木年代学，它完全可以精确到最接近的年份。把碳-14定年法测定的木材样本的年龄，和树木年轮定年法所独立确定的木材样本年龄相比，我们就可以校正碳-14定年法的涨落误差。然后，我们可以使用这些已校准的测量方法，追溯我们的没有年轮数据的有机样本（大多数样品都是如此）。
碳素定年法是一个相对现代的发明，是晚至20世纪40年代才发明的。在这项技术的早期，年代测定过程需要大量的有机材料。到20世纪70年代，碳测定年代采用了质谱分析法技术，因此现在我们只需要少量的有机材料。这带来了考古定年方面的革命。最著名的例子是都灵裹尸布（Shroud of Turin）。因为这块大名鼎鼎的布似乎很神秘，上面有一个蓄胡须的、钉死在十字架上的人的痕迹，很多人认为它可能来自耶稣时代。在历史记录上，它第一次出现在14世纪中期的法国，此前没有人知道它在哪里。自从1578年起它就被收藏在都灵，1983年起被梵蒂冈保管着。当质谱法使测定一个微小的裹尸布样本成为可能，而不是像以前那样需要大量的布，梵蒂冈允许切去一小块布。布块被分成三个部分，分送到三个专门从事碳年代测定的主要实验室，分别位于牛津、亚利桑那州和苏黎世。这三个实验室在严格独立的条件下工作——不交换意见——然后报告了他们对编织这块布的亚麻材料“死亡”年代的判定。牛津大学报告的是公元1200年，亚利桑那报告的是公元1304年，苏黎世报告的是公元1274年。这些数据都在正常误差范围之内，彼此并不冲突，并且在时间上，与历史上第一次提到裹尸布的时间1350年相对应。裹尸布的年代测定仍存有争议，但不是由于对碳定年法技术本身的怀疑。例如，裹尸布中的碳可能被一场火所污染，众所周知这发生在1532年。我不会再深入追究这个问题，因为裹尸布的话题属于历史范畴，而不是进化范畴。然而，这是一个很好的说明方法和事实的例子。事实是：碳定年法不像树木年代学能精确到最近的年份，它只能精确到最近的一个世纪。
我已经再三强调，现代的进化侦测，有大量不同的“时钟”可以使用，并且它们各自擅长测定不同长短的，但又有重叠的时间尺度。鉴于一块岩石固化时，其中所有的时钟都是同时清零的，那么可以用各种放射性时钟对这块石头的年龄进行独立的估测。估测之后，把结果进行对比，发现不同的时钟得出了一致的结果（在预期误差范围内）。这就给时钟的准确性以极大的可信度。因此在已知的时钟岩石上互相校准和核查后的时钟就能可信地用于测定我们感兴趣的事物的年代，例如地球本身的年龄。目前认定的年龄46亿年是几个不同时钟的趋同的估计。这样的一致性并不令人意外，可惜我们还是要一再强调这一点，因为令人惊讶的是，正如我在引言和附录中所指出的——约四成的美国人（和较少比例的英国人）声称他们认为地球的年龄要远远小于所测量的数十亿年，而且少于一万年。可叹的是，特别是在美国和大多数的伊斯兰世界，其中的一些“历史否认者”手中握有权力，可影响学校及其教学大纲。
不过，历史否认者会说钾氩时钟是有问题的。钾-40现在是以极其缓慢的速度衰变，但假使诺亚洪水以前并非如此，情况将会怎样呢？在那之前，如果钾-40的半衰期根本不同，不是12.6亿年，而是比如只有几百年呢？对这种断言的专门反驳非常精彩。物理法则，究竟凭什么、为什么要发生如此庞大且如此“方便、顺手”的变化？特别是，当你必须为每一个单独的时钟作出“非分的要求”，进行共同的调整，这种变化就更加离奇了。目前，可适用的同位素全都彼此协调地认为地球起源于40亿~50亿年前。得出这样的结果所基于的认定是“它们的半衰期一直保持不变，同我们今天测出的一样”——已知的物理规律的确强调了它们应该如此。历史否认者将不得不以其各自的比例，篡改所有同位素的半衰期，才能造出同位素们全都认可“地球起源于6 000年前”的效果。这就是我所说的“非分的要求”！而且我还没提及产生同样结果的“其他各种年代测定方法”，例如“裂变轨迹定年法”。鉴于不同时钟在时间尺度上有巨大差异，请想一想要对物理法则进行多么重大的刻意改造和复杂诡辩，才能让所有的时钟彼此协调，横跨多个数量级，来证明地球的年龄是6 000年而不是46亿年！考虑到进行这种诡辩的唯一动机，只是想支持青铜器时代一个特定的沙漠部落的起源神话，至少可以说——居然有人被此愚弄，真令人讶异。
另外还有一种类型的进化时钟——分子时钟，但我要把它放在第十章讨论，在此之前，我们要先介绍一些分子遗传学知识。
* * *
[34]我是一个日晷表，
做事模糊不得了，
手表做得远远好。
——希莱尔·贝洛克（Hilaire Belloc），英国作家
[35]这大概是基于我们拥有十指这一进化中的偶然事件。英国科学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）曾巧妙地推测说，若我们生来有八个手指，我们可能会发明八进制而不是十进制，这样也许我们会早100年发明二进制，进而发明电脑（因为8是2的幂）。
[36]可惜，那个关于门捷列夫在梦里悟出元素周期表的排布的传说可能是假的。
[37]Carboniferous以煤炭来命名，因为其岩层中经常发现煤炭。
我用了这样一个比喻：侦探在罪案结束之后，来到现场，从残留下来的线索中，重建必定曾经发生过的罪案过程。但是，我可能太急于承认“人们不可能目睹进化”这种事了。虽然绝大多数进化变化发生在人类诞生之前，但是仍有一些非常快速的进化例子，能让我们在一生的时间内，就看到进化的发生。
有一种主张看上去很有道理——甚至可以通过大象，来目睹进化。大象是达尔文本人选出的“生殖最慢的动物”，其世代交替的时间最长。造成非洲象死亡的最重要的原因，是人们用枪支狩猎大象，获取象牙——或作为打猎的战利品，或出售作为雕刻的材料。很自然地，猎人们倾向于选择具有最大象牙的个体。这意味着，至少在理论上，象牙小的个体会处于选择优势地位。进化总是这样，选择带来的诸压力之间，是有冲突的；而我们看到的进化，其实是一种妥协。在与其他大象竞争时，具有较大象牙的个体无疑更有优势；但当碰到持枪的猎人时，这种优势反而会变成一种劣势。任何狩猎活动的增加，无论是非法偷猎还是合法打猎，往往会把优势往“小象牙个体”的一端转移。在所有其他条件相同的情况下，作为人类狩猎的结果，我们可能会期望“象牙变小”成为一种进化趋势，但我们可能会认为，这种趋势要经历几千年，才能被探测到。我们不指望能在一个人的一生中，就看到这种趋势。那么，现在让我们看一些数字。
图12 乌干达大象象牙的重量
图12出版于1962年，显示了来自乌干达狩猎部的数据。这里涉及的只是持照猎人合法射杀的大象，它显示了1925~1958年之间（在此期间，乌干达是英国的保护国）象牙逐年的磅重，黑点是每年的数据。穿过各点的数据不是随意画出来的，而是通过所谓的“线性回归统计技术”画出来的。[38]你可以看到，在33年里，有一个下降的趋势。而且这种趋势具有高度的统计学意义，这意味着，我们几乎可以肯定这是一个真正的趋势，而不是一个随机效应。
事实上，统计学所显示的缩小趋势，并不必然意味着它是一个进化趋势。如果你在20世纪绘制一个“20岁男性”的平均身高图，逐年绘制，你会看到许多国家有“越来越高”的显著趋势。这种增高，通常被认为是营养改善的效果，而不被认为是一个进化趋势。然而，在大象的例子中，我们有充分的理由怀疑：存在着强大的选择压力，要淘汰大象牙。虽然图中只反映了合法持照猎杀所获得的象牙，但导致这一趋势的选择压力很可能主要来自偷猎。我们必须严肃考虑“这有可能是一个真正的演化趋势”；如果确实如此，它就是一个非常迅速的演化趋势。我们必须谨慎推论，不要作言过其实的结论。这可能是我们能持续观察到的强烈的自然选择，这极有可能导致了大象种群中基因频率[39]的变化，但这种遗传效应迄今尚未被证实。这种大牙象和小牙象之间的区别，也可能是一种非遗传差异。无论如何，我倾向于认真地考虑这一可能性——这是一个真正的演化趋势。
更重要的是，野生非洲象种群的世界权威，我的同事伊恩·道格拉斯–汉密尔顿（Iain Douglas-Hamilton）博士对这件事非常严肃认真，并且很理性地认为，需要研究更多的亚洲象。他推测这种上趋势在1925年之前很久就开始了，并且在1958年之后仍然持续。他有理由认为同样的、发生在以前的原因，造成了许多亚洲象地方种群的无象牙的状况。在这里，我们似乎有一个“表面上证据确凿的快速进化事例”发生在我们的眼前，一个可能非常有价值的研究。
现在让我谈一谈另一事例——最近的一些对亚得里亚海岛屿上蜥蜴的有趣研究。
波德·马卡鲁岛的蜥蜴
克罗地亚近岸有两个小岛，分别叫作波德·科皮斯特（Pod Kopiste）和波德·马卡鲁（Pod Mrcaru）。1971年，波德·科皮斯特岛上有一种普通的地中海蜥蜴——意大利壁蜥（Podarcis sicula），它主要吃昆虫；但波德·马卡鲁岛则没有这种蜥蜴。这一年，实验者从波德·科皮斯特岛带了5对这种意大利壁蜥，放生到了波德·马卡鲁岛。然后，2008年，另一组与安东尼·赫瑞尔（Antony Herrel）有关系的科学家（主要来自比利时）前来岛上考察，想看看发生了什么事。他们发现波德·马卡鲁岛上有一群丁口兴旺的蜥蜴，经DNA分析证实确实是意大利壁蜥。它们被认为是从原来的5对蜥蜴中繁衍下来的后裔。赫瑞尔及其同事对这些蜥蜴移民的后裔进行了观察研究，并比较了它们与原始祖先的岛屿上生活的蜥蜴，发现了显著差异。科学家可以合理地认为祖先岛屿（波德·科皮斯特岛）上的蜥蜴，代表了37年前的没有发生改变的祖先蜥蜴。换句话说，他们假定自己在用已进化了的波德·马卡鲁岛上的蜥蜴，比较未进化的波德·科皮斯特岛上的蜥蜴（该岛的蜥蜴是同一时间的，但属于祖型）。即使这个假设是错误的——例如，即使波德·科皮斯特岛的蜥蜴演变得同波德·马卡鲁岛的蜥蜴一样快——我们至少仍在观察自然进化在几十年尺度上的分歧演进：这种时间尺度是人类在自己的一生中可以观察到的。
在短短的37年时间里，两个岛屿的种群之间，产生了怎样的差别？[40] 波德·马卡鲁岛的蜥蜴（也就是进化了的种群）头部更长、更宽和更高，大过“原始的”波德·科皮斯特岛上蜥蜴种群的头。这意味着前者能产生更大的咬合力。通常这种类型的改变，会伴有向更加素食方向的转变，波德·马卡鲁岛的蜥蜴，要比波德·科皮斯特岛上的祖先类型，明显地吃更多的植物食物。波德·科皮斯特岛种群几乎完全以昆虫为食（节肢动物，见图13），而波德·马卡鲁岛的蜥蜴已经转变为素食为主，尤其是在夏季。
图13 亚得里亚海中两个岛屿上蜥蜴的夏季食物构成
动物改吃素食的时候，为什么会需要强大的咬合力？这是因为植物的细胞壁是由坚韧的纤维素构成的，而动物细胞则没有细胞壁。草食性哺乳动物，如马、牛和大象有巨大的磨盘般的牙齿，来研磨纤维素，非常不同于食肉动物和食虫动物的用于剪咬的尖锐牙齿。它们有庞大的下巴肌肉，以及相应的坚固的头骨，以利于肌肉的附着（想一下大猩猩头骨顶部中间的粗壮波峰）。[41]素食动物的肠子，也自有其特点。通常，动物需要细菌（或其他微生物）的帮助，才能够消化纤维素，许多脊椎动物的大肠生有一个“死胡同”叫盲肠，用于储存这些细菌；盲肠的作用相当于一个发酵室（我们的阑尾就是从我们更多地以植物为食的祖先遗传下来的，是他们的大型盲肠的残留）。在特化的食草动物中，盲肠和大肠的其他部分，能够变得特别精致。肉食动物的大肠通常要比素食动物的大肠更为简单，也会更小一点。食草动物的大肠所生出的复杂装置中，有一个部位叫盲肠瓣。瓣是不完整的隔断，有时候是肌肉性的，能够用于调整大肠内食物的流动，或者减慢食物的流动；或者仅仅是增加盲肠内表面的面积。图14显示了一种近缘的、大量吃素的蜥蜴的盲肠解剖图，箭头指明了盲肠瓣的所在。现在，有趣的事情是：虽然盲肠瓣通常不见于意大利壁蜥，并且在该物种所在的科也是罕见的；但是，这些盲肠瓣事实上已经在波德·马卡鲁岛上的意大利壁蜥种群中开始演化出来了；也就是说，该种群仅仅在最近的37年，就迈出了向食草动物转化的步伐。种群密度增加了，这些蜥蜴已不再像它们在波德·科皮斯特岛上的祖先种群那样保卫自己的领地。我应该重申一下，在这个案例中，唯一的独特之处就是：这些事情发生得非常快，发生在仅仅几十年的时间里。这就是发生在我们眼前的进化。
图14 盲肠瓣
实验室里4.5万代的进化
这些蜥蜴平均的换代时间是大约2年；因此，波德·马卡鲁岛上所观察到的演化，只代表了大约18或19代。想一想，如果你跟踪三四十年细菌的演化会看到什么呢？（细菌的换代时间是用小时甚至用分钟来衡量的，不是用年来衡量的！）细菌是演化学者找到的另一块“无价之宝”。在某些情况下，你可以把它们冷冻住，冷冻无限长的时间，然后让它们解冻复生，它们就会像什么都没有发生过一样，重新开始繁殖。这就意味着，实验员可以建立自己的“活化石记录”——对演化过程中任意想要的时间点进行“快照”。想象一下，如果我们可以让冰冻中的露西起死回生，让她开始演化，该是怎样一种情景！［露西是人类学家唐·约翰森教授（Don Johanson）发现的著名的前人类化石。］而所有这种奇思妙想，是可以通过大肠杆菌来实现的。密歇根州立大学的细菌学家理查德·伦斯基及其同事，就进行了一项杰出的长期试验，做到了这一点。现代的科学研究，往往是一种集体性的合作，一种共同的努力。在下文中，我可能时常为了简便起见而提到伦斯基这个名字，但是，你在阅读的时候，请将它理解为“伦斯基及其实验室的同事和学生”。我们将会看到，伦斯基的实验，为什么对神论者来说是一次打击？这是有充分理由的。这个实验，很漂亮地演示了“进化在行动”，即使你非常想要对这个实验“一笑置之”，你也是做不到的。而货真价实的神创论者，他们往往就是如此。我将在本节的末尾再讲一遍这个问题。
大肠杆菌（E. coli）是一种普通细菌，非常普通。在任何时间，这个世界上都有大约1 000亿亿株大肠杆菌存在；据伦斯基计算，其中大约有10亿株，此刻就存在于你的大肠中。它们中大多数都是无害的，甚至是有益的。但是，有时也有做坏事的菌株，造成头条新闻。这种习以为常的进化创新，并不令人惊讶——虽然突变是罕见的事件，不过，大肠杆菌的数量实在是太庞大了。如果我们假设，在一次细菌的生殖活动中，某一基因发生变异的概率低至百万分之一，那么，细菌庞大的基础数量将意味着每一天在世界的某个角落，基因组中的每一个基因都在变异。正如理查德·伦斯基所说的：“这对于演化来说，有非常多的机会。”
伦斯基及其同事们，利用了这种机会——这是在实验室里用可控的对照方式实现的。他们的工作在每一个细节上都非常周密、仔细。这些细节的确为这些实验提供演化证据作出了贡献。因此，我将不吝篇幅地解释它们。这就意味着，接下来的几页将不可避免地比较复杂、比较精细，但是并不难懂。如果读者已忙了一整天、比较劳累，那么还是改日再读这几页为妙。这一实验的每一个细节都非常合理，所以稍微降低了理解的难度。因此，请跟着我，一步一步地来体验这个设计良好、执行得很漂亮的实验。
这些细菌是无性繁殖的——通过简单的细胞分裂进行繁殖。因此，很容易在短时间内，克隆出大量基因完全相同的个体。1988年，伦斯基把这样一个菌群置入了12个相同的烧瓶中，所有烧瓶都包含相同的营养液培养基，其中有葡萄糖作为重要的食物来源。这12个烧瓶（及其创始菌落）都被放置在摇床上——保持安全与温暖，并且大力摇动，使得细菌在培养基中保持均匀分布。于是，这12个烧瓶就建立了12支进化系，注定保持分隔，长达20年，并且被记录：有点像以色列的十二支派（但以色列并无法律禁止各支派的混合）。
这12个菌落没有被永远保留在这同样的12个烧瓶中。相反，每个菌落每天都要换一个新瓶。试想一下，12长列烧瓶，伸展到远处，每列有
7 000多瓶，多么壮观！每一天，这12个菌落都被抽出一部分，然后重新装入一个新的干净烧瓶。这抽出的部分，正是老瓶内体积的1%，被抽出装入新瓶，其中的培养基富含新鲜的葡萄糖。然后，烧瓶中的“菌口”（细菌数量）开始扶摇直上，但是到了第二天营养耗尽，饥饿降临，“菌口”就达到平衡，不再增长。换句话说，每个烧瓶中的细菌都大量地繁殖自己，然后达到一个高位平台，这时，提取新的细菌样，注入新瓶，然后第二天再重复这一过程。因此，通过几千段这种高速的相当于“细菌的地质时代”的时间，这些细菌每日经历相同的从食物极大丰富到耗空挨饿的周期循环，而每日幸运的1%被救出来，被吸入一个“玻璃的诺亚方舟”，然后注入一个葡萄糖营养丰富的烧瓶（但依旧好景不长），这是“绝对完美的进化环境”，更重要的是，这个实验是并行地在12个独立支系中做成的。
