世界上的生命形态异常丰富
世界上的生命形态异常丰富。各种不同形式的生命有时会让人感到无所适从：我们与无数的动物、鸟类、鱼类、昆虫、植物、真菌以及更多的不同微生物共享我们的世界，每一种微生物似乎都能很好地适应自己的特定生活方式和环境。难怪千百年来，有些人认为所有这些多样性一定是造物主努力的结果。
在大多数民族的文化中，创世神话比比皆是。犹太教和基督教的《创世纪》神话，声称生命是在短短几天内被创造出来的。中国神话中则认为女娲创造出了人。
在十八世纪和十九世纪，思想家们开始将生物的复杂机制与工业革命期间设计和建造的复杂机器进行比较。这些比较常常强化了宗教信仰：如果没有一个极其聪明的设计者的投入，怎么会有如此复杂的机制？
自然选择是一个强烈的创造性过程
进化论的开山人物是查尔斯·达尔文
我们现在知道，被赋予目的感的复杂生命形式可以在没有任何设计者的情况下产生，这就是自然选择的结果。
自然选择是一个强烈的创造性过程，它造就了我们，也造就了我们周围不同寻常的生命形式。在不曾偏离科学规律或使用超自然现象的情况下，自然选择的进化产生了越来越复杂多样的生物种群。在数个世纪的时间里，不同的物种已经崛起，它们的形态变化得让人无法辨认，因为它们探索了新的可能性，并与不同的环境和其他生物互动。所有的物种，包括我们人类自己物种都处于不断变化的状态，最终灭绝或发展成新的物种。
进化论的开山人物是查尔斯·达尔文，他是19世纪的自然学家，曾经乘坐英国皇家海军的贝格尔号周游世界，收集植物、动物和化石的标本。达尔文如饥似渴地收集了支持进化论思想的观察结果，并提出了一个美丽的机制，自然选择，解释了它是如何运作的。他在年的《物种起源》一书中分享了这一切。在生物学的所有伟大思想中，这可能是最著名的，即使不一定是最好的理解。
达尔文并不是第一个提出生命随时间进化的人。正如他在《物种起源》中指出的那样，亚里士多德曾认为，动物的身体部分可能在很长一段时间内出现或消失。十八世纪末的法国科学家让·巴蒂斯特·拉马克更进一步，认为不同的物种是以关联性的链条联系在一起的。拉马克提出，物种是通过适应过程逐渐变化的，它们的形态是随着环境的变化和习性的改变而变化的。著名的例子是，他认为长颈鹿之所以形成长脖子，是因为每一代长颈鹿都会向上伸展，去够树上更高的叶子，而不知为何，这种劳累的结果会传递给它们的后代，它们的脖子会稍微长一些。拉马克的思想在今天有时会被轻视，因为他没有把进化过程的细节搞清楚，但他提供了进化现象的第一个全面的描述，即使不是进化的原因，也是功不可没的。
拉马克当然不是唯一一个对进化论进行猜测的人。即使在查尔斯自己的家族中，他的祖父伊拉斯谟·达尔文也是另一位早期的进化论的热心支持者。他在自己的马车上刻了一句座右铭，上面写着"Econchisomnia"，也就是"一切都来自贝壳"的意思，即所有的生命都是由简单得多的祖先发展而来的，比如贝壳内的软体动物。
查尔斯·达尔文对进化论的态度更加科学化和系统化，他从国内外的化石记录和对动植物的研究中积累了大量的观察数据。他把这些资料整理起来，为拉马克、他的祖父等人所认同的观点提供了有力的证据，即生物体确实是进化的。但是，当达尔文提出自然选择作为进化的机制时，他所做的还不止于此。他把所有的点连在一起，向世界展示了进化论是如何实际运作的。
自然选择的想法是基于这样一个事实：生物体的种群表现出变异，当这些变异是由基因变化引起的，它们将代代相传。其中一些变异会影响到某些个体的特征，使其在生育后代方面更加成功。这种繁殖成功率的提高意味着拥有这些变异的后代将在下一代的种群中占据更大的比例。
以长颈鹿的长颈为例，我们可以推断，变异体的随机出现和积累，巧妙地改变了颈部的骨骼和肌肉，使得长颈鹿的一些祖先能够到达稍高的树枝，吃到更多的树叶，获得更多的营养。最终，那些能够做到这一点的长颈鹿被证明更有活力，更有能力生出年轻的长颈鹿，所以在非洲大草原上游荡的长颈鹿群逐渐被脖子更长的个体所主导。这一过程被称为自然选择，因为各种自然因素的限制，如对食物或配偶的竞争或疾病和寄生虫的存在，确保一些个体比其他个体表现得更好，因此繁殖得更多。
人类其实几千年来一直在遵循同样的过程，用它来培育拥有特定特征的生物体。这就是所谓的人工选择，达尔文通过观察鸽友们选择特定个体进行繁殖，以产生各种鸽子品种的方式，发展出他关于自然选择的观点。人工选择可以产生戏剧性的结果。我们就是这样把野生灰狼变成了人类最好的朋友，创造了从小型吉娃娃到高大的大丹犬的狗品种。野生芥菜也是如此，产生了西兰花、卷心菜、花椰菜、甘蓝和高丽菜。这些转变是在相对较少的世代中发生的，让人看到了进化过程在数百万年中自然运行时的巨大力量。
自然选择导致适者生存并淘汰不能竞争的个体。作为这一过程的结果，特定的遗传变化在种群中积累，最终导致生物物种的形式和功能发生持久的变化。它可以解释为什么有些甲虫长出了红色斑点的翅膀，而另一些甲虫则学会了游泳、滚粪球或在黑暗中发光。
自然选择是一个深刻的思想，它的意义超越了生物学。它对其它一些学科，尤其是经济学和计算机科学，具有实际效用。例如，今天，软件的某些方面和机器的某些工程部件，如飞机，都是通过模仿自然选择的算法进行优化的。
实现自然选择的进化须具备四个特征
实现自然选择的进化须具备四个特征
这些产品是进化的，而不是传统意义上的设计。要实现自然选择的进化，生物体必须具备三个关键特征。
首先，它们必须能够繁殖。
第二，它们必须具有遗传系统，即界定生物体特征的信息在其繁殖过程中被复制和继承。
第三，遗传系统必须表现出变异性，而这种变异性必须在繁殖过程中得到继承。自然选择正是对这种变异性进行操作。它将一个缓慢而随机产生的变异源转化为我们周围蓬勃发展的、显然是无边无际、不断变化的各种生命形式。
此外，为了使自然选择有效地发挥作用，生物体必须死亡。这样一来，可能含有使它们具有竞争优势的遗传变异的下一代就可以取代它们。
前三个必要的特征直接从细胞和基因的概念中产生。所有的细胞在细胞周期内进行繁殖，所有的细胞都有一个由基因组成的遗传系统，在细胞有丝分裂和细胞分裂过程中，基因在染色体上被复制和遗传。变异是由改变DNA序列的偶然突变的出现引入的，这些突变是由于双螺旋复制过程中罕见的错误，或者是环境对DNA的破坏造成的。细胞会修复这些突变，但它们并不完全成功。如果是这样的话，一个物种的所有个体都会是相同的，进化就会停止。这意味着错误率本身就会受到自然选择的影响。如果这个错误率太高，基因组存储的信息就会退化，变得毫无意义，如果错误太少，进化变化的可能性就会降低。从长远来看，最成功的物种将是那些能够在恒定和变化之间保持适当平衡的物种。
在复杂的真核生物中，在有性生殖过程中，部分染色体在产生性细胞的细胞分裂过程中被重新洗牌，进一步引入了变异性，这个过程称为减数分裂。这就是兄弟姐妹之间基因不同的主要原因：如果说父母的基因就像一副牌，那么他们每个人拿到的基因"牌"都是不同的。
许多其他生物通过在不同个体之间直接交换DNA序列来引入变异。这在细菌等不太复杂的生物体中很常见，它们可以互相交换基因，但在更复杂的生物体中也很常见。这个过程被称为基因水平转移。这也是使某些细菌对抗生素产生抗药性的基因能够在整个细菌种群中迅速传播的原因之一，甚至从一个不相关的物种传播到另一个物种。基因水平转移也使人们更难通过进化时间追溯某些血统，因为这意味着基因的遗传可以从生命树的一个分支流向另一个分支。
无论遗传变异性的来源是什么，为了促进进化变化，它必须在随后的繁殖过程中持续存在，并产生在每一个可能的维度上都有差异的生物种群，无论是抗病能力、对配偶的吸引力、食物耐受性的微妙差异，还是其他任何数量的特征。然后，自然选择可以采取行动，从有害的变种中筛选出有益的变种。
自然选择进化的一个深刻后果是，所有的生命都是通过后裔联系在一起的。这意味着，随着生命之树的追溯，树枝越来越多地汇聚成更大的树枝，最终变成一个单一的树干。因此，结论是，我们人类与地球上的其他生命形式都有关系。对一些人来说，比如猿类，我们关系密切，因为我们在树的边缘相邻的树枝上，而对另一些人来说，比如我的酵母菌，关系要远得多，因为我们只有在更远的时间，更接近生命树的主干时才会结合。
通过自然选择的进化可以带来生物的巨大复杂性和明显的目的性。它在没有任何控制的智力、确定的最终目标或最终的驱动力的情况下做到这一点。它完全回避了关于神的创造者的论点，科学给了我们一条更理性地理解世界的途径，它也给了我们更大的确定性，甚至是稳定性，以及一个更好的追求真理的方法，也就是科学的最终目标。
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