進化論
原文來自博聞網﹕http://science.bowenwang.com.cn/evolution.htm﹐英文原版來自﹕http://www.howstuffworks.com/evolution.htm
作者﹕Marshall Brain
引言
進化論是最著名的科學理論之一。試試看是否可能一天之內自己不使用這個詞，或者不從別人嘴裡聽到這個詞，然後您就能發現這個理論傳播範圍是多麼廣了。
進化論之所以吸引人，是因為它嘗試回答最基本的人類問題之一：生命和人類來自何處？進化論主張生命和人類起源於自然過程。有非常多的人不相信這一點，因而使進化論成為人們一直關注的焦點。
在本文中，我們將探討進化論及其原理。我們還將考察當前進化論存在漏洞的幾個重要領域，這些領域將是人們在未來展開科學研究以完善進化論的切入點。這些漏洞被許多人視為應推翻進化論的證據。結果是，自進化論誕生之日起，人們就一直對它爭論不休。
讓我們來首先了解進化論的基本原理，然後討論一些例子並了解進化論的漏洞。
進化的基本過程
基本的進化理論驚人地簡單。它包括三個主要部分：
生物體的脫氧核糖核酸（DNA）偶爾會發生變化或變異。變異會改變生物體的DNA，並直接影響下一代或間接影響後幾代。
變異帶來的變化可能有益，也可能有害，或者無益也無害。如果變化有害，那麼其後代就不太可能繼續生存繁衍，變種也就會滅絕消失。如果變化有益，那麼其後代就可能比其他後代更具競爭力，從而繁殖得更多。通過繁殖，有益變異得到廣泛傳播。這種淘汰有害變異而傳播有益變異的過程稱為自然選擇。
在漫長的時間裡，隨著變異的不斷發生和傳播，最終會導致新物種的形成。歷經數百萬年，變異和自然選擇過程已經創造出了我們今天看到的每一個物種，從最簡單的細菌一直到最複雜的人類。
進化論認為，幾十億年前，一些化學元素經過隨機組合，形成了可自我複制的分子。這個生命的火花就是我們今天看到的所有生物（以及我們再也看不到的生物，例如恐龍）的起源。通過變異和自然選擇過程，這種最簡單的生命形式已經演化出了地球上的每一種生物。
如此簡單的理論能夠解釋我們現在了解的關於生命的一切嗎？讓我們來首先了解生命的原理，然後看一些例子。
生命機理：DNA和酶
從細菌的日常進化中，我們可以看到最單純的進化形式。如果你讀過細胞基礎知識一文，你就會熟悉大腸肝菌的內部機理，因此可以跳過本節。下面概述了細胞基礎知識的要點：
細菌是微小的單細胞生物體。以大腸肝菌為例，這種細菌大約是一般人類細胞大小的百分之一。您可以將這種細菌看作是一個細胞壁（細胞壁又可以看作是微小的塑料袋），其中充滿了各種蛋白質、酶、其他分子以及一個DNA長鏈，所有這一切都漂浮在水中。
大腸肝菌中的DNA鏈包含約四百萬個鹼基對，這些鹼基對組成約1,000個基因。基因只是蛋白質模板，而且通常這些蛋白質是酶。
酶是一種可加速特定化學反應的蛋白質。例如，在大腸肝菌DNA中的1,000種酶中，也許有一種酶知道如何將一個麥芽糖分子（單醣）分解為兩個葡萄糖分子。雖然這種特殊的酶只能做到這一點，但在大腸桿菌進食麥芽糖時，這種作用就很重要。一旦麥芽糖分解為葡萄糖，其他酶就會作用於葡萄糖分子而將其轉化為細胞可利用的能量。
為生成所需要的酶，大腸肝菌細胞內部的化學機制會從DNA鏈生成某個基因副本，然後使用該模板形成酶。在大腸肝菌內部，可能四處漂浮著一些酶的數千個副本，以及其他酶的少量副本。這些漂浮在細胞內的約1,000種不同類型的酶使得細胞的所有化學反應成為可能。正是這些化學反應，大腸肝菌細胞才成為“有生命”的物質：能夠感知食物，到處活動、進食和繁殖。有關詳細信息，請參見細胞基礎知識。
綜上所述，在任何有生命的細胞中，DNA幫助創造酶，而酶則創造構成“生命”的化學反應。
在下一部分中，我們將討論細菌是如何繁殖的。
生命機理：無性生殖
細菌採用無性生殖方式。也就是說，當細菌分裂時，分裂的兩半是相同的，它們包含完全相同的DNA。後代是對父代的克隆。
正如性是怎麼回事中所述，高等生物體（例如植物、昆蟲和動物）採取有性生殖方式，而該過程使得進化活動更有意思。有性生殖能夠在一個物種內創造巨大數量的變種。例如，如果一對父母有多個子女，所有子女之間都可能存在很大差異。兩兄弟可以有不同的髮色、不同的身高以及不同的血型等。其原因如下：
與細菌的DNA長環不同，植物和動物細胞的DNA鏈包含在染色體中。人類有23對染色體（共46個）。果蠅有5對。狗有39對，某些植物甚至有100對之多。
染色體是成對出現的。每個染色體都是一個緊密結合的DNA鏈。兩個DNA鏈在著絲點聯結在一起，從而形成X形結構。其中一個鏈來自母親，一個鏈來自父親。
因為有兩個DNA鏈，這意味著動物的每個基因都有兩個副本，而不是像大腸肝菌細胞中那樣只有一個副本。
女性產生卵子或者男性產生精子時，兩個DNA鏈必須結合成單個鏈。來自母親和父親的卵子和精子各自貢獻每個染色體的一個副本。它們結合在一起，使得新生兒具有每個基因的兩個副本。
在形成精子或卵子中的單個DNA鏈時，將在每個基因的兩個副本中隨機選擇一個。這樣，在每個染色體的基因對中，將有一個基因遺傳給孩子。
由於基因選擇的隨機性，每個孩子都會獲得來自父母DNA的不同基因組合。這就解釋了為什麼相同父母的子女具有許多不同的特徵。
基因只是創造酶的模板。這意味著，在所有的植物或動物中，每種酶實際上都有兩個模板。有些時候，兩個模板是相同的（同型），但在許多情況下，兩個模板是不同的（雜合）。
下面是非常著名的豌豆的例子，它可以幫助我們理解基因對是如何相互作用的。豌豆有高矮之分。根據Carol Deppe的著作《培育自己的蔬菜品種》，這種差異源自：
……一種稱為赤黴素的植物激素的合成作用。基因的“高”版本是野生環境中常見的一種形式。在許多情況下，“矮”豌豆中參與激素合成的一種酶的活性較低，所以植株較矮。當兩個基因在遺傳過程中可以彼此替代時，我們稱它們為彼此的等位基因。在分子術語中，等位基因是指同一基因的不同形式。在一個生物體群體中，一個基因可能有兩個以上的等位基因。但是任何單個生物最多只有兩個等位基因。在野外環境下，矮株植物通常難以與高株植物競爭。在一片高株植物中，變異的矮株植物將被遮蔽而消亡。如果人類只種植一片矮株植物，則不存在該問題。而且矮株植物可能比高株植物成熟更早，或者更不易在雨中或風中倒伏。與其他植物相比，它們還可能有較高的收成。因此，將矮株植物作為栽培作物可能更有利。特定的變異或等位基因自身並無好壞之分，只有在特定情況下才有差別。例如，炎熱氣候中促進生長的等位基因可能在寒冷氣候中導致生長不良。
在Deppe的引語中值得注意的一點是，單個基因中的變異可能不會影響生物體、其後代或者其後代的後代。例如，假如某種動物在一個等位基因中具有某個基因的兩個同樣的副本。變異以有害的方式改變其中的一個基因。假定一個孩子從父親那裡獲得該變異基因。母親貢獻的是一個正常基因，所以它可能對孩子沒有任何影響（正如“矮”豌豆基因一樣）。變異基因可能持續幾代甚至永遠都不會表現出來。但如果在某一代中，孩子的父母都貢獻了變異基因的副本，情況就不同了。以Deppe引語中的例子來說，在這一代可能獲得矮豌豆，因為它沒有產生正常數量的赤黴素。
另外值得注意的是，基因的許多不同形式可能在一個物種中到處傳播。一個物種中全部基因的所有版本的組合稱為該物種的基因庫。當變異改變基因而且變種存活下來時，基因庫就會增大。當某基因消亡後，基因庫就會減小。
在大腸肝菌細胞中，我們可以觀察到進化的一個最簡單的例子。為了更好理解這一過程，我們將探究在該細胞中發生的一切。
最簡單的進化例子
進化過程通過在DNA中創造變異而作用於大腸肝菌細胞。大腸肝菌中的DNA鏈受到破壞是很常見的。 X射線、宇宙射線或偶然的化學反應都能改變或破壞DNA鏈。大多數情況下，帶有變異DNA的特定大腸肝菌細胞將出現三種情況：死掉、修復鏈中的損壞或者不能再繁殖。換句話說，大多數變異將消失。但是變種實際上偶爾會倖存下來，並具有繁殖能力。
例如，設想一群相同的大腸肝菌細胞生活在培養皿中。在食物充足和溫度適當的情況下，它們每20分鐘就會翻倍。這就是說，每個大腸肝菌細胞可以在20分鐘內復制自己的DNA鏈並分裂成兩個新細胞。
現在，設想有人將抗生素倒入培養皿中。許多抗生素通過吞噬細菌賴以生存的一種酶而殺死細菌。例如，一種常見的抗生素可吞噬構造細胞壁的酶。由於沒有能力構造細胞壁，細菌就不能繁殖，最終將會死去。
抗生素進入皿中時，所有的細菌都將會死去。但是設想，在生存在皿中的數百萬細菌中，有一個細菌發生了變異，它能夠生成不同尋常的酶來構造細胞壁。因為這種差異，抗生素分子不能很好地附著在這種酶上，從而無法對它施加影響。這個大腸肝菌細胞會存活下來，而且在所有的“鄰居”都死掉之後，它可以繁殖並佔據整個培養皿。現在就有了對該特定抗生素免疫的一類大腸肝菌。
在這個例子中，你可以看到進化在起作用。隨機的DNA變異創造出一種特殊的大腸肝菌細胞。殺死其所有“鄰居”的抗生素對這種細胞無可奈何。在培養皿環境中，這種獨特的細胞可以存活下來。
大腸肝菌幾乎是最簡單的生物體，因為它們繁殖快速，你可以在正常的時間尺度下觀察到進化的效果。在過去幾十年中，許多不同類型的細菌已經變得對抗生素免疫。同樣，由於繁殖極快，昆蟲也變得對殺蟲劑免疫了。例如，抗滴滴涕（DDT）的蚊子就是從普通蚊子進化來的。
大多數情況下，進化是一個非常緩慢的過程。
DNA變異
如上一部分所述，許多因素都可能導致DNA變異，包括：
X射線
宇宙射線
核輻射
細胞中的隨機化學反應
因此，變異是相當普遍的。變異在所有的種群中以穩定的速度發生，但是每個變異的位置和類型是完全隨機的。卡爾·薩根(Carl Sagan)在《伊甸園的飛龍》中這樣闡述：
大型生物體（如人類）平均大約每十個配子發生一次變異（配子是一個生殖細胞，即一個精子或一個卵子）。也就是說，生成的任何精子和卵子細胞有10%的機會在組成下一代的基因指令中產生新的可遺傳變化。這些變異隨機發生且幾乎一律有害——當組成精密機器的指令發生隨機改變時，我們很難見到這會對機器本身帶來什麼好處。
《細胞分子生物學》中這樣闡述：
每20萬年，一千個核苷對中大約有一個會隨機改變。即使這樣，在存在10,000個個體的種群中，每種可能的核苷替換在100萬年的過程中大約會有50次“試驗”機會。與物種的進化相比，100萬年只是短暫的一段時間。以這種方式創造的大多數變化將不利於生物體，因而在種群中將被淘汰。然而，當一種罕見的變化有利時，它將會通過自然選擇快速傳播。因此可以預見，在任何給定的物種中，大多數基因的功能將會通過隨機點變異和選擇而得到優化。
根據魯思·穆爾（Ruth Moore）的著作《進化》，通過輻射可以加速變異：
穆勒把數百隻果蠅放入透明膠囊中，並使用X射線對它們進行輻射。然後，他讓受過輻射的果蠅與未受輻射的果蠅交配。 10天以後，當它們的數千個後代圍繞著搗碎的香蕉食物嗡嗡作響時，穆勒觀察到了前所未有的人為變異。這些果蠅的眼睛各異：凸出的眼睛、扁平的眼睛、紫色眼睛、黃色眼睛和棕色眼睛。一些果蠅有捲曲的毛髮，有些則沒有毛髮。
變異可在物種的基因庫中提供新的基因，從而加速進化過程。
這時，自然選擇就開始了。
自然選擇
如上一部分所述，許多因素都可能導致DNA變異，包括：
X射線
宇宙射線
核輻射
細胞中的隨機化學反應
因此，變異是相當普遍的。變異在所有的種群中以穩定的速度發生，但是每個變異的位置和類型是完全隨機的。卡爾·薩根(Carl Sagan)在《伊甸園的飛龍》中這正如前一部分所述，變異是一種隨機和持續不斷的過程。變異發生時，自然選擇將決定哪些變種將繼續存在，哪些變種將消失。如果變異有害，變異的生物體的存活和繁殖機會就會大大降低。如果變異有益，變異的生物體就會存活並繁殖下來，而且這種變異會遺傳給其後代。自然選擇通過這種方式支配著進化過程，它只將好的變異納入物種中並剔除壞的變異。
Ian Tattersall和Jeffrey Schwartz在他們合著的《滅絕的人類》一書這樣寫道：
……在每一代中，越來越多的個體都能夠活到成年並繁殖自己。那些成功的（“最適合的”）個體所攜帶的可遺傳特徵不僅提高了它們自身的生存能力，而且會優先遺傳給後代。這樣看來，自然選擇只是將能夠促進一些個體成功繁殖的所有因素（以及其他個體中缺乏的因素）匯總在一起的過程。再加上時間因素的作用，幾代之後自然選擇將改變每個進化世系的局面，因為有利變種會成為群體中的主體，而那些不太有利的變種則會被淘汰。
讓我們來看鯨魚生存機理中的一個自然選擇的例子。
鯨的祖先生活在陸地上。現在已經有鯨從陸地生活到海洋生活的進化證據，但是這是為什麼，又是如何發生的？人們一般將其原因歸結為海洋中存在豐富的食物。基本上講，鯨會到有食物的地方去。但這一過程卻有點複雜：像人類一樣，鯨是哺乳動物，它們過去在地面上生活和行走，並將空氣吸到肺中。鯨是如何變為海洋生物的呢？ 《鯨魚生存機理》的作者Tom Harris解釋了該進化的一個方面：
為了完成這種轉變，鯨必須克服許多障礙。首先，它們必須克服在水中不易呼吸空氣的問題。這一點導致了許多顯著的變化。鯨的“鼻子”從臉部移動到頭頂。這個呼吸孔使得鯨無需完全浮出水面就可呼吸空氣。進行呼吸時，鯨會游到水面附近並弓起身體，讓自己的背部短暫地露出水面，然後彎曲尾部以推動身體快速潛入水中。
奥兰多海洋世界供图
鯨“鼻子”的位置改變看起來有些怪異，而進化論將該現象解釋為一個歷經大約數百萬年的長期演化過程：
隨機變異導致至少一頭鯨的基因信息使其“鼻子”長在頭上更靠後的位置。
帶有該變異的鯨比“普通”的鯨更能適應海洋環境（有食物的地方），所以它們就生存繁衍下來，並將基因變異遺傳給它們的後代。
自然選擇“選擇”這種特徵作為有利特徵。
由於帶有這種變異的鯨更可能有機會繁殖和遺傳它們已改變的DNA，因此這種變異在連續的幾代中會繼續進行，鯨鼻子在頭上的位置更加靠後，並最終到達了我們今天看到的位置。
自然選擇會選擇那些使生物體最能適應環境因而最可能存活和繁殖的基因變異。這樣，處於不同環境中的同一物種的動物可能會以完全不同的方式進化。
創造新品種
假設您將一群聖伯納德狗安置在一個島上，並將一群吉娃娃狗安置在另外一個島上。現在，聖伯納德狗和吉娃娃狗都是物種“狗”的成員，聖伯納德狗可以與吉娃娃狗交配（可以通過人工授精）而生出一般的小狗，這些小狗雖然看起來會有些奇怪，但仍然是普通的小狗。
如果給以足夠長的時間，就可能看到聖伯納德狗和吉娃娃狗在各自島上的物種形成——通過進化形成新物種。下面是將要發生的情況：聖伯納德狗的基因庫將獲得島上所有聖伯納德狗共同具有的隨機變異（通過雜種繁殖），而吉娃娃狗將獲得與之完全不同的隨機變異的集合，即島上所有吉娃娃狗共同具有的隨機變異。最終，當這兩個品種不再能夠異種交配時，這兩個基因庫將變為彼此互不相容。這時，它們就成為兩個不同的物種。
因為聖伯納德狗與吉娃娃狗之間的巨大體型差異，因此在將兩個品種的狗安置在同一個島上後，它們也可能經歷與上述同樣的過程。顯然，聖伯納德狗將僅與聖伯納德狗交配，而吉娃娃狗也只會與吉娃娃狗交配，所以仍會發生物種形成。
如果將兩群吉娃娃狗安置在兩個隔離的島上，也會發生該過程。兩群吉娃娃狗將在基因庫中積聚不同的變異集合，並最終變為不能交配的不同物種。
進化論認為，可能創造出新的吉娃娃狗物種和聖伯納德狗物種的過程與我們今天看到的所有物種的創造過程是相同的。當一個物種分隔為兩個（或更多）不同的子群體時（例如被山脈、海洋分隔或由於體形差異），子群體會獲得不同的變異、創造不同的基因庫並最終形成截然不同的物種。
我們今天看到的各種物種真的都是這樣形成的嗎？多數人承認細菌是以小規模方式進化的（微觀進化 Micro-evolution），但是對於物種形成（宏觀進化 Macro-evolution）的觀點則有一些爭議。下面讓我們看一下這種爭議的來源。
進化論中的漏洞
進化論只是一種理論。根據 American Heritage Dictionary，理論是指：
用於解釋一組事實或現象的一套論點或原理，特別是經過反複驗證或者人們普遍接受且可以用於預測自然現象的論點或原理。
進化論是試圖解釋各種不同形式的生命如何出現在地球上的一套原理。進化論成功解釋了為什麼細菌和蚊子會對抗生素和殺蟲劑產生抗藥性。它也成功預測很多現象，例如X射線輻射會導致果蠅中發生數千種變異。
許多理論都在逐步完善中，進化論也是其中之一。目前，進化論還有一些不能解答的重大問題。這種情況並非罕見。牛頓物理學幾百年來都很成功，而且至今仍可解決多種問題。然而，它不能解釋很多最終由愛因斯坦及其相對論解答的現象。人們會不斷創造出新理論並修改現有理論，以此來解釋未得到澄清的問題。
在回答未決問題的過程中，進化論將要么變得完善起來，要么被可以更好地解釋自然現象的新理論取代。科學正是以這樣的方式進步的。
下面是對當前進化論提出的三個常見問題：
進化是如何將信息添加到基因組，進而逐漸創造出複雜的生物體的？
進化帶來的改變為何能如此快速而劇烈？
第一個生命細胞是如何自發地開始進化的？
在下面幾部分中，我們簡要探討一下這些問題。
問題1﹕進化是如何添加信息的﹖
進化論解釋了DNA鍊是如何改變的。 X射線、宇宙射線、化學反應等類似機制可以改變DNA鏈中的鹼基對而產生變異，而這種改變又可能導致新的蛋白質或酶產生。
進化論進一步認為，我們今天看到的所有生命形式是經過數十億次變異的結果。最初的自我複制分子是自然形成的。它進化成單細胞生物體。這些單細胞生物體進化成多細胞生物體，多細胞生物體又進化成脊椎動物，如魚等。在這一過程中，DNA結構從今天在細菌中發現的無性單鏈形式進化成所有高等生命形式中的雙鏈染色體形式。此外，染色體的數目也在增加。例如，果蠅有5對染色體，老鼠有20對，人類有23對，而狗有39對。
進化的變異機制不能解釋基因組是如何發展的。點變異如何能夠創造新的染色體或延長DNA鏈？值得注意的是，在狗的所有選擇繁殖中，狗的基本基因組並未發生改變。所有品種的狗仍可以彼此交配。在這一過程中，狗的DNA沒有任何增加，它只是從狗的現有基因庫中選擇不同的基因以創造不同的品種。
該領域的一個研究方向將注意力集中在轉位子（又稱為轉位因子或“跳躍基因”）上。轉位子是一種能夠從一個染色體轉移或複製到另外一個染色體的基因。 《細胞分子生物學》一書中如此闡述：
轉位因子還以其他方式為基因組多樣性做出貢獻。當由同一個特定於位點的重組酶（易位酶）識別的兩個轉位因子合併入相鄰的染色體位點時，它們之間的DNA可以成為易位酶的轉位主體。由於此舉為複制和移動外顯子（外顯子改組）提供了一種特別有效的途徑，這些因子可以幫助創造新的基因。
另外一個研究領域是多倍性。通過多倍性過程，染色體總數可以翻倍，或者單個染色體可以自我複制。該過程在植物中相當常見，並解釋了為什麼一些植物的染色體可以有100對之多。
科學家對該領域進行了大量研究，並從中了解了有關DNA的神奇之處。如果你希望進一步了解這些主題，可訪問以下鏈接，它們概要介紹了這些有趣的研究：
問題2﹕進化為何能如此之後﹖
假定您建造了一個非常大的籠子並在其中放了一群老鼠。老鼠可以在籠子中沒有乾擾地自由生活和繁殖。如果五年之後回來看這個籠子，裡面仍會是老鼠。五年的繁殖沒有使籠中的老鼠產生任何變化，它們的進化是悄然進行的。如果一直不打擾籠子，在一百年後再看，籠子中仍將是老鼠。幾百年後再看籠子，裡面也不是15個新物種，而仍然是老鼠。
這個例子要表達的意思是，進化一般都是極其緩慢的過程。當兩個老鼠交配繁殖時，其後代是老鼠。當老鼠的後代繁殖時，其後代仍是老鼠。當老鼠的後代的後代繁殖時，其後代還是老鼠。這個過程一直在持續。點變異在短時間內不會以任何顯著的方式改變這一事實。
卡爾·薩根在《伊甸園的飛龍》中如此闡述：
進化和基因改變的年代表是非常漫長的。一般而言，從一個物種進化到另一個高級物種的過程可能要經歷數十萬年；通常，如果兩個物種密切相關（例如獅子和老虎），那麼它們之間的行為差異看起來也會很小。我們的腳趾是人類器官系統最近進化的一個例子。人們在行走時，大腳趾起著重要的平衡功能，其他腳趾則沒有明顯的功用。很明顯，它們是從用於抓握和揮動的指狀附肢進化而來的（如那些樹棲的猿和猴子）。這種進化構成再專化，即對最初為了一種功能而進化的器官系統進行改造以適應另一種迥然不同的功能，而這大約需要幾千萬年的時間才能完成。
需要進化100,000年才能在現有結構中實現較小變化的事實表明進化實際上是多麼緩慢。新物種的創造需要經歷漫長的時間。
另一方面，我們知道進化能夠以極快的速度發生而創造出新的物種。哺乳動物的巨大進步是有關進化速度的一個例子。您可能聽說過，約6,500萬年前，所有的恐龍突然滅絕了。一種理論認為，這次大規模滅絕是小行星撞擊地球造成的。對於恐龍來說，小行星撞擊地球那天是糟糕的一天，但對於哺乳動物來說卻是美好的一天。恐龍的消失為哺乳動物提供了更廣闊的生存空間。哺乳動物開始繁榮並逐漸分化。
示例：哺乳動物的進化
與今天相比，6,500萬年前的哺乳動物要簡單得多。那時的代表性哺乳動物是鼠齒龍物種，這是一種小型四足生物，類似現在的負鼠。
根據進化論，在6,500萬年中，我們今天看到的每種哺乳動物（超過4,000種）都是從像鼠齒龍這樣的小型四足生物進化而來的。通過隨機變異和自然選擇，進化已經從那個低級起點創造出具有驚人多樣性的哺乳動物：
人類
狗
鼴鼠
蝙蝠
鯨
象
長頸鹿
貓熊
馬
進化已經創造出了數千個形態各異、大小不一的物種，從僅重幾克的小型褐色蝙蝠到近30.5米長的藍鯨。
卡爾·薩根曾經寫道：“一般而言，從一個物種進化到另一個高級物種的過程可能要經歷數十萬年；通常，如果兩個物種密切相關（例如獅子和老虎），那麼它們之間的行為差異看起來也會很小”。在6,500萬年中，只有650個100,000年，那是進化時鐘的650次“滴答”。
想像一下，從負鼠開始在650次或更少的遞增中就能進化到大象，即使每次遞增都是完美的，這種進化速度也是驚人的。大象的大腦比負鼠的大腦大幾百倍，其中的神經細胞是負鼠的幾百倍，而且所有這些神經細胞完美地聯結在一起。大象的鼻子是由150,000個肌肉單元完美構成的可抓握東西的附肢。從像負鼠那樣的鼻子開始，進化通過隨機變異僅在650次“滴答”中就創造出了大象的鼻子。再想像一下在650次的遞增中從負鼠進化到褐色的蝙蝠，或者從負鼠進化到鯨。鯨沒有骨盆，它們長著鯨尾葉突，有非常怪異的頭骨（特別是抹香鯨），頭頂有呼吸孔，有使得它們能夠在北極水域游動的溫度控制機制，而且它們喝鹽水而不是淡水。按照當前的進化理論，這種進化速度都是超乎很多人想像的。
示例：人類大腦的進化
下面是速度問題的另一個例子。當前的化石證據表明，現代人類是從一種稱為直立人的物種進化而來的。直立人出現在大約2百萬年前。通過觀察直立人的頭骨，我們可以知道，他們的大腦在800到900立方厘米(CC)之間。
現代人類大腦平均為1,500CC左右。換句話說，在約2百萬年中，進化大約將直立人的大腦增加了一倍而創造出我們人類今天的大腦。現在，我們的大腦包含大約1,000億個神經細胞，也就是說，在2百萬年中直立人大腦通過進化添加了500億個神經細胞（同時重新創造頭骨以容納所有這些神經細胞，並且重新創造雌性骨盆以便在分娩時讓較大的頭骨通過等）。
讓我們假定直立人能夠每10年繁殖一代。這意味著，在2百萬年中有200,000代的直立人。關於在200,000代中增加的500億個神經細胞來自何處，有四種可能的解釋：
每一代，直立人大腦增加250,000個新的神經細胞（250,000*200,000=500億）。
每100,000年，直立人大腦增加25億個新的神經細胞（2,500,000,000*20=500億）。
也許在500,000年前，有間隔較短的20代左右中，每一代增加了25億個神經細胞。
某一天直立人大腦偶然地增加了500億個新的神經細胞而形成智人的大腦。
這些假設都不是特別令人信服。我們看不到任何證據證明進化隨機向現在出生的每個孩子增加了250,000個神經細胞，所以這種解釋很難讓人接受。一次增加25億個神經細胞的觀點令人難以想像，因為沒有方法解釋這些神經細胞是如何自己聯結的。 DNA分子中發生什麼樣的點變異會突然創造數十億的新神經細胞並將它們正確聯結呢？ *當前的進化論並沒有預測到這是如何發生的。
當前研究的一個方向是觀察胚胎髮育過程中DNA結構的非常微小變化會產生怎樣的影響。所有的新生動物，無論是老鼠還是人類，都是從單個細胞開始生命的。該細胞分化並發育為完整的動物。在發育過程中，細胞之間會發生大量的信號傳遞，以確保一切都準確就位。信號傳遞過程中的微小變化可能對最終的動物產生非常大的影響。這就是只有區區60,000個左右基因的人類基因組為何能夠構建人體的原因，要知道人體中包含數万億個細胞、數十億個完美聯結的神經細胞和數百個不同的細胞類型，這些細胞都完美組合成心臟和眼睛等各種不同的人體器官。 《細胞分子生物學》一書中如此闡述：
人類，作為與類人猿截然不同的一個屬，僅僅存在了幾百萬年的時間。因此，從人類問世以來，每個人類基因積累的核苷變化都相對較少，而且自然選擇淘汰了其中的大部分。例如，對人類和猴子的比較表明，二者的細胞色素C分子存在大約1%的差異，而二者的血紅蛋白的氨基酸位置存在約4%的差異。顯然，我們的大量基因基礎很可能在智人出現之前很久就已形成了，即在哺乳動物進化期間（約開始於3億年前）甚至更早就形成了。雖然哺乳動物之間存在很大差異（如人和鯨），但它們的蛋白質卻極其類似，所以，在產生如此顯著的形態差異的進化中，構成我們人類的分子的變化必須相對較少。相反，有人認為形態差異源於胚胎髮育過程中基因表達的時間和空間特徵的差異，然後這些差異又決定著成年個體的大小、形狀和其他特徵。
換而言之，雖然人類和鯨的DNA沒有很多差異，但是人類和鯨看起來完全不同。少量DNA變異的集合可能會對最終結果產生非常大的影響。
現在，人類大腦中聯結1,000億個細胞的信號傳遞機制還是一個謎。人類基因組中的區區60,000個基因如何能夠指揮1,000億個神經細胞在人腦中精確地將自己聯結起來？迄今為止，無人能夠完全理解如此少的基因如何能夠精妙地聯結如此多的神經細胞。對於正在子宮中發育的胎兒，其DNA每分鐘都在準確地創造並聯結著數百萬個細胞。由於DNA在每個嬰兒誕生時都能聯結成正常人腦，因此DNA可能具有一些能夠使進化過程更有效地進行的特殊屬性。隨著人們對這些機制的理解更深入，DNA變異在發育過程中的作用也會越來越明朗。
在2002年7月首次報導的一個絕對吸引人的實驗中，科學家修改了老鼠的單個基因並創造出比一般老鼠大腦大出50%的老鼠。該實驗表明，點變異事實上可能會對大腦體積產生極大的影響。現在還不清除較大的大腦是否使得老鼠更聰明，但是不難想像，後來的變異會改進這些數百萬新神經細胞的聯結方式。
在另外一項吸引人的研究中，研究人員發現，如果使人類單個基因上的氨基酸產生微小的變化，將對人類的語言能力處理帶來重要的影響。
事實表明，單個基因中的微小變化確實能夠對物種起到非常大的影響。
問題3：第一個生命細胞來自哪裡？
為使進化論中的變異和自然選擇原理髮揮作用，必須首先存在有生命的東西。必須首先存在生命，然後它才能開始多樣化。生命必須起源於某處，進化論認為生命是在約40億年前從地球的惰性化學物質中自然產生的。
生命可以自然出現嗎？如果您讀過細胞基礎知識，你就會明白即使是像大腸肝菌（現存的最簡單的生命形式之一）這樣的原始細胞也非常複雜。按照大腸肝菌模型，細胞必須至少包含：
包容細胞的某類細胞壁
細胞的基因藍圖（以DNA形式表示）
能夠從基因藍圖中復制信息以生成新的蛋白質和酶的酶
能夠生成新酶及其所有結構單元的酶
能夠構造細胞壁的酶
能夠複製基因物質以便為細胞分裂（繁殖）做好準備的酶
能夠負責有關將一個細胞分裂成兩個細胞的所有其他活動以輔助繁殖的一種或多種酶（例如，必須有一種酶從基因物質的第一個副本獲取它的第二個副本，然後必須使細胞壁分裂並讓兩個新細胞密封起來）
能夠產生能量分子以便為前面提到的酶提供能量的酶
顯而易見，大腸肝菌細胞本身就是數十億年進化的產物，所以它是複雜和完備的——遠比第一個生命細胞複雜。即使這樣，第一個生命細胞也必須具有：
細胞壁
保持和擴大細胞壁的能力（生長）
處理“食物”（其他漂浮在細胞外面的分子）以創造能量的能力
分裂自己以進行繁殖的能力
否則，它就不是真正的細胞，而且也不是真正的生命。在想像具有這些能力的原始細胞如何自然地繁殖自己時，考慮一些簡化的假設會很有幫助。例如：
也許原始的能量分子與現在的生命細胞中的機理有很大不同，而且能量分子碰巧非常充足且自由漂浮在環境中。因此，原始細胞不必生成它們。
也許地球當時的化學成分有助於蛋白質鏈的自然產生，這樣海洋中充滿了不計其數的無規則的蛋白質鍊和酶。
也許最初的細胞壁可自然形成脂質球狀體，而且這些球狀體能隨機俘獲不同的化學物質的化合物。
也許第一個基因藍圖是DNA之外的某種東西。
這些例子確實簡化了產生“原始細胞”的要求，但是解釋生命的自然產生仍需要很多研究。也許第一批生命細胞完全不同於我們今天看到的那樣，而且至今沒有人想像得出它們可能是什麼樣子。總的來講，生命起源只可能有以下兩種方式：
自然創造：隨機化學反應過程創造出第一個生命細胞。
超自然創造：上帝或者某種其他超自然力量創造出第一個生命細胞。
即使是外星人或者隕星將第一個生命細胞帶到地球上也沒有關係，原因在於外星人也必須通過在某個點的自然或者超自然創造而產生，即必須有某種東西來創造出第一個外星人生命細胞。
人類很可能需要經過很多年的研究才能夠完全解答這裡提到的所有三個問題。由於直到二十世紀五十年代才發現DNA，有關這種複雜分子的研究仍處於初級階段，我們還有許多東西需要探究。
進化論的未來
關於進化論令人興奮的一點是，我們能夠同時看到它在今天和過去的作用。例如，《進化》一書中提到：
已知最早的爬行動物特別像兩棲動物，所以將它們歸為哪一類在很大程度上只是一個觀點問題。但是，在這個生命領域沒有任何缺失環節；從兩棲類到爬行動物的所有演變階段都存在最為清晰的古生物學證據。
換句話說，過去和現在都存在著關於某種進化過程的大量證據。我們不僅在今天的細菌和昆蟲中看到這種證據，而且在化石記錄中也看到了數百萬物種在數百萬年間進化的證據。
思考諸如前面幾部分提到的三個問題之後，不同的人會得到不同的結論。在未來，進化論可能有三種前景：
科學家將完全解讀DNA，而且能夠用變異和自然選擇解釋地球上生命進化的每一個部分。
科學家將發展一種新理論來回答前面提出的問題並讓幾乎所有人都滿意，進而取代我們今天的進化論。
科學家將觀察到一種全新的現象，並能以此來解釋我們今天看到的生命多樣性。例如，許多人相信創世論。在該理論中，上帝或者某種其他超自然的力量介入並創造出我們今天看到的所有生命。化石記錄表明，我們現在的數億個新物種是在數億年的時間創造出來的，物種創造需要經歷一個極長的歷史時期，這是一個強烈而持續不斷的過程。如果科學家觀察到下次出現的產生重大新物種的創造過程，他們可以將它記錄下來並理解其原理。
讓我們暫且相信當前的進化論確實解釋了今天所有生命的創造過程。一個引人注目的問題是：“下一步會發生什麼？”進化肯定現在就在起作用。我們自己的物種智人僅僅問世了大約40,000年。進化為人類準備著什麼，這種變化將如何表現出來？
某一天出生的嬰兒的大腦會是今天一般人的兩倍大嗎？如果是這樣，這種大腦的能力又會怎樣，它與我們今天看到的大腦有什麼不同呢？我們的大腦現在正在緩慢的進化嗎？
某一天出生的嬰兒會有多於23對的染色體嗎？如果是這樣，新的染色體將會帶來什麼影響？
人們將知道如何通過基因工程控製或者加速進化嗎？一旦我們完全理解了不同的基因組，我們是否能夠設計進化步驟從而更快地創造出新物種？那些物種看起來會是什麼樣？我們設計它們來做什麼呢？
這些都是令人著迷的問題。它們揭示了進化可以有多大的作用。假如時間充足，進化可以淘汰我們今天看到的物種並創造出全新的物種，從而完全改變地球上的生命。
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