在宇宙無垠的黑幕襯托下，地球看起來是一個令人神迷的藍綠色球體。雖然有史以來也不過僅有二十幾人有幸從月球或更遠的地方親眼眺望地球、體驗到那種悸動，但他們傳送回來的那些縹緲美麗的影像，卻深深刻印在一代又一代人的腦海中。再沒什麽可以與之比擬的了。庸碌的人們在地球上為了土地、石油和宗教信仰等瑣事爭吵不休，但這些爭吵卻在一種認知麵前消失了，那就是這個飄**在無盡虛空中、如同大理石般的星球，是我們共同的家園。不僅如此，我們還與生命演化出的種種美妙發明共享這個家園，而我們所擁有的一切都仰賴這些發明。
是這些生命把我們的行星從一個繞行著年輕恒星運轉並飽受撞擊的炙熱石塊，打造成今日宇宙中一座充滿生機的燈塔。是生命本身，這些微小的光合細菌，淨化了海洋與大氣，讓它們充滿氧氣，將我們的行星染成藍色與綠色。受到這種充滿潛力的新能源的驅動，生命爆發了。花兒綻放搖曳誘人，細密的珊瑚中隱藏著行動迅捷、金色發亮的魚兒，當巨大的怪獸潛藏在漆黑的深海，樹木卻朝天上伸展，動物們忙亂著、疾馳著、觀看著。而人類這個由宇宙分子組成的集合體，身在其中，被創造史中的無數奧秘所感動，感受著、思考著、讚歎著、疑惑著我們如何來到這裏。
終於，有史以來第一次，我們有了一個答案。這並非確定不移的知識，也不是什麽刻在石板上的真理，而是在人類不斷探求最偉大的問題之後得到的成熟知識之果。這個問題，就是關於了解內在與外在生命的問題。150年前，達爾文出版了《物種起源》，我們才開始了解這個答案的概況。從那時開始，我們對過去的認知漸漸增長，不隻用化石來填補空缺，而且能深入地研究物種的基因結構。而對後者的了解，更是鞏固了這塊知識之毯上的每針每線。也不過是最近幾十年，我們才開始從抽象的知識和理論，發展到對生命圖景有了鮮活細致的認知。這圖景由我們最近才能解讀的“生命秘語”所撰寫，而它們也是開啟生命秘境之門的鑰匙，讓我們窺見不止今時今日，還有最遙遠的古老過往。
在我們眼前展開的故事，遠比任何一個創世神話都更富戲劇性、更令人讚歎，也更複雜。不過和所有的神話一樣，這也是個和“變形”有關的故事，而且是一種劇烈而壯觀的變形。這些噴湧而出的創新，改變了整個地球的樣貌，一次又一次地在過去的革命曆史上，重新寫下更複雜的新頁。從太空中眺望地球，那寧靜的美麗掩飾了這裏真實的曆史，它其實充滿了競爭、創意與變化。諷刺的是，我們小規模的爭吵，正反映了地球動**的過往，也隻有我們這些地球的掠奪者，才能夠超越所有，見識到這一切的壯麗全景。
這行星上大部分的劇變，其實隻是少數幾個進化發明所催化出的結果。這些發明改變了世界，最終讓我們的誕生成為可能。這裏要澄清的一點是，當我說“發明”一詞時，並非指涉任何深思熟慮的創造者。《牛津英語大詞典》對發明的定義是：“一種有獨創性的器具或產物，或處理事情的新手段新方法；是前所未見的、新起源的或新采用的。”進化沒有遠見，也不計劃未來。這裏並沒有創造者，也沒有所謂的智能設計（智能設計是近代某些基督徒對上帝的中性描述，認為宇宙萬物是由某位智者設計，希望將神造世人的概念偷渡到科學中）。但是，自然選擇卻把萬物的所有特性拿來做最嚴格的檢驗，讓最適者勝出。這是一個天然的大實驗室，讓我們的大講堂相形失色，在這裏可以同時檢視無數的細微差異，一代又一代。設計無所不在，到處都是盲目卻巧妙的作品。進化論者私下討論時常會提到“發明”一詞，因為實在沒有比這更好的詞語可以體現大自然那難以置信的創造力。所有科學家，無論他們信仰什麽，同任何好奇我們起源的人一道，大家都有一個共同的目標，就是領悟這一切背後的運作原理。
這本書講的，就是進化中最偉大的發明。它講到這些發明如何改變生命世界，講到我們人類如何借著足以與自然匹敵的機智，來解讀自己的過去。這是對生命非凡的發明，以及對我們自身的禮讚。這也是關於我們如何出現的長篇故事，從生命起源到我們自己的生與死，帶我們細數這史詩之旅中經過的一座座裏程碑。我們要跨越生命的長度與廣度，從海底熱泉中最初的生命起源到人類意識，從微小的細菌到巨大的恐龍。我們要跨越科學的界限，從地質學、化學到神經影像學，從量子物理學到行星科學。我們也要跨越人類的成就，從史上最有名的大科學家到今日雖默默無名，但有朝一日注定名揚四海的學者們。
我列了一張發明清單，當然這很主觀，也可能存在另一種版本。不過我還是定了四個標準，將範圍限製在少數幾個、在生命史上真正稱得上是有開創性的事件上。
第一個標準是這些發明必須讓整個行星和生命世界發生變革。之前我已經提過光合作用，是它把地球變成現在我們熟知的富含氧氣、充滿能量的行星（沒有氧氣，動物不可能存在）。其他的改變雖然沒有這麽明顯，但一樣影響深遠。有兩項影響最廣泛的發明：一個是運動，這讓動物可以四處漫遊搜尋食物；另一個是視覺，它改變了所有生命的行為模式。事實上，5.4億年前眼睛的快速進化，在很大程度上促成了大量動物突然出現在化石記錄裏，也就是一般所稱的寒武紀大爆發事件。我會在每章討論這些發明對地球造成的深刻影響。
第二個標準是這些發明必須對現今的我們極其重要。最好的例子就是性與死。性曾被人稱作是“絕對荒謬的存在”，當然這裏不考慮《愛經》裏那種改變人類內心的情境——從不安升華為極樂的效果。我們這裏隻探討細胞之間的獨特**。為什麽這麽多生物，甚至是植物，都沉溺於性呢？它們不是大可安安靜靜地自我複製就好了？關於這個謎題，我們已經很接近答案了。而如果性是絕對荒謬的存在，那麽死亡就是“絕對荒謬的不存在”了。為什麽我們會老死，一路上要遭受各種疾病的折磨？盡管熱力學定律規定萬物走向混亂與衰退，但是這個近來極其熱門的話題，卻並未受到熱力學定律的支配，因為不是所有的生物都會衰老，而許多會衰老的生物也可以關掉開關停止衰老。我們將會看到進化一次又一次地把動物的生命延長了一個數量級。抗衰老藥物將不再是神話。
第三個標準是，這些發明必須是自然選擇直接造成的進化結果，而不是其他因素導致的，比如文化。我是一個生物化學家，對於語言與社會學並沒什麽創見。不過人類所有成就背後的推手，是我們的意識。很難想象任何一種共通的語言或社會，不是被一種共通的價值觀所鞏固，不是被一種共通的知覺或感覺，比如難以言喻的愛、快樂、悲傷、恐懼、寂寞、希望與信念等所強化。如果人的心靈是進化出來的，那我們必須解釋腦中的神經信號如何產生非物質的靈魂以及強烈的主觀感覺。對我來說，這隻是生物性的問題，或許對此仍有爭議，但我會在第九章盡量闡明。因此，意識可以算是進化最重要的發明之一，而語言和社會以及其他的文化產物則不在我的考慮範圍內。
我的最後一個標準是這些發明必須具有某種標誌性。早在達爾文以前，眼睛就被公認為是完美的，它或許是自然給出的標誌性難題。從那時起，眼睛就被用各種方式反複研究。但過去十年，隨著在基因方麵的深入探索，我們又有了一個新的答案：眼睛有一個出人意料的始祖。而DNA的雙螺旋結構應該算是信息時代的標誌。此外複雜細胞（真核細胞）的起源也算是一種標誌，不過這種標誌性在科學家之間更為熟知，而一般人則不太了解。這座裏程碑，其實是過去40年來進化學界最熱門的爭論之一，而且是解答複雜生命在宇宙中分布的關鍵。本書每一章都會討論具有類似標誌性的發明。剛開始寫書時我曾跟一個朋友討論這張清單，他建議我把“腸道”當作動物的標誌性進化，而不是運動。我並不確定這一想法是否合適。因為對我來說，至少肌肉的力量是有標誌性的，隻需想想飛翔的榮光即可。而腸子，如果沒有結合運動的威力，那隻能算海鞘，是一小段粘在岩石上搖擺的腸子而已，一點都不具標誌性。
除了這些比較正式的條件以外，每項發明還必須引發我的想象。它們必須是一個極度好奇的人類，比如我，熱切想要了解的東西。有些我以前已經寫過，不過現在想用一種更全麵的方式來討論。其他的發明，比如DNA，則對所有的好奇者都有某種致命的吸引力。發掘那些埋藏在DNA深處的線索，是過去半個世紀以來最了不起的科學偵探故事之一，但不知為什麽，這些故事在科學家中也鮮為人知。我隻希望自己成功傳達了一些追尋過程中的興奮感。熱血是另一個例子，這是一個充滿爭議的領域，至今科學家在很多問題上都沒有共識，比如恐龍到底是積極的熱血殺手，還是懶惰的巨大蜥蜴？或者熱血鳥類到底是從近親霸王龍直接進化出來的，還是跟恐龍一點關係也沒有？何不讓我自己查看所有的證據？
現在我們有了一張清單。我們從生命的起源開始，於人類自身的死亡以及對永生的展望結束，中途會經過許多巔峰：DNA、光合作用、複雜細胞、性、運動、視覺、熱血以及意識。
不過在開始之前，我要對這篇引言的主旨說幾句話，就是前麵提過的讓我們能洞察過去曆史的“生命秘語”。一直到最近，隻有基因和化石才是通往曆史的兩條大路。兩者都有強大的威力讓我們回到過去，不過也各有缺陷。150年以前達爾文就擔心化石記錄會出現斷層問題，不過現在這已是陳腔濫調，因為很多缺失之處都可以由實驗補足。真正的問題在於，化石常常要在極端的情況下才會被保存下來，所以不可能是反映曆史的明鏡。其實我們能從化石裏麵搜集到這麽多信息才令人驚訝。同樣，通過比對基因序列的細節，我們可以建立物種之間的係譜樹，可以精確顯示我們和其他生物的關係。但是基因變異分化到某個程度後，會讓兩物種之間顯得毫無共性。因此在超越某一時間點後，利用基因序列來解讀過去，曆史會顯得一片混亂。但是，現在已有許多更有力的工具可以超越基因和化石的極限，帶我們回到更遙遠的過去。這本書中有一部分就是在禮讚這些敏銳的方法。
讓我舉個例子，我非常喜歡這個例子，卻沒有合適的機會加入書中。它是關於某種蛋白質的（一種催化劑或酶，名為“檸檬酸合酶”），這種酶對生物來說非常重要，從細菌到人類體內，都可以找到它。科學家們曾比對了兩種不同細菌體內的這種酶，一種細菌住在極熱的熱泉，另一種則住在極冷的南極洲。這種酶的基因序列，在兩種細菌體內差異極大，它們已經分化得太遠，以至於現在看起來兩者明顯不同。我們之所以知道這兩種細菌是從同一個祖先分化出來的，是因為在比較溫和的環境裏找到了一係列的中間型細菌。然而，如果僅僅比對它們的基因序列，並不能給我們太多的共祖信息。這兩種細菌會分化，當然是因為它們居住的環境相差太多，但是這也隻是抽象的、理論性的推測，乏味且隻有二維。
那麽現在來看看這兩種酶的三維分子結構。我們可以用高強度的X射線穿透蛋白質，然後用奇妙的晶體學來解讀其結構。我們發現這兩種蛋白質的結構幾乎是重疊的，它們的每個褶皺與縫隙、每個凹陷與突出，在三維空間下都不分軒輊。沒受過訓練的人完全無法分別這兩種蛋白質間的差異。換言之，盡管組成這兩種蛋白質的每塊積木都隨著時間變遷被替換掉了，但是它們拚出的整體結構（同時結構決定功能）卻被進化保存下來。這就像一座用石塊砌成的大教堂，又用磚塊重蓋，完全保存了整座教堂的宏偉結構。這促進了另一個真相的揭露，哪一塊石塊被換掉了？為什麽？熱泉細菌的酶，構造非常堅固。其內部化學鍵像水泥一樣將各石塊砌在一起，因此盡管受熱泉猛烈的高溫能量衝擊，仍可維持分子結構，就像一座可以抵擋無止境地震的大教堂。在冰中的酶則相反，這裏的石塊連接更鬆散，使其在酷寒的環境中仍可活動，就像一座用滾珠而不是石塊蓋成的大教堂。如果在6℃下比較兩者的活性，南極細菌酶的催化速度比熱泉細菌的高29倍，但是在100℃時，南極細菌的酶會完全瓦解。
浮現在眼前的影像是豐滿三維的。基因的分化也變得有意義了，它們是為了保存酶的結構與功能，為了讓同一種酶在兩種截然不同的環境下工作。現在我們可以知道進化的過程中發生了什麽，以及為什麽，不再隻是紙上談兵，而是真實的洞見。
今日還有許多其他精巧的工具，可以同樣真實地帶我們洞察過往。比如說，比較基因組學讓我們可以比對數百種生物的全部基因，一次就能比對數千個基因，而不僅僅是比對數個基因。這要歸功於過去幾年內各種基因序列陸續解碼完成。而蛋白質組學則讓我們可以看到任何時刻一個細胞裏麵正在工作的蛋白質，進而我們可以探索曆經萬世進化之後，哪一小群基因被保存下來，用來調節這些工作的蛋白質。計算生物學則幫助我們辨識出蛋白質中統一的形狀、結構或模式，盡管編碼它們的基因已然不同。對岩石和化石的同位素分析可以重現過去大氣與氣候的變化。成像技術則讓我們看到人在思考時大腦內的神經活動，或者重建嵌在岩石裏的微觀化石的三維結構，而不需要冒險敲碎它們。還有其他技術，就不一一列舉了。
上述這些技術其實沒有一項是新的，真正新的地方在於它們的精密度、速度和實用性。就像人類基因組計劃一樣，計劃的完成速度越來越快，數據累積到了讓人目眩神迷的地步。這些新信息都不是用傳統語言如群體遺傳學或古生物學所書寫，而是用分子，而自然的實際變化就發生在分子等級。新一代的進化學家正由這些新技術培養起來，他們可以實時記錄進化的影響。他們現在所描繪的景象尺度從亞原子到行星，其細節與範圍都令人歎為觀止。這就是為什麽我說，有史以來第一次，我們有了一個答案。雖然現今積累的大部分知識必定昨是今非，但這些知識都是最生動且有意義的。能夠生在當代是幸福的，因為我們知道如此之多，而且還可以期待知道更多。