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科学家一直都在思考：这35亿年间到底经历了怎样的漫长历程，才将地球上最早出现的原始微生物与现在的能够创造出泰姬陵、撰写出《傲慢与偏见》的高智商生物——人类区别开来?实际上，这两种生物之间的进化故事是一部经历着尝试－失败－再尝试过程的进化史诗。
1859年，查尔斯·达尔文的《物种起源》问世。在这一里程碑式的著作中，达尔文解释道：物种不会永远地固定在一种模式中，生命就是不断变化的产物。在漫长的进化之路上，遗传基因随机变化，并逐渐经过自然选择淘汰或留存。那些经受住自然选择、具有生存优势的个体会将这些变异后的优质基因逐代地遗传下去，它们的后代也会表现出相应的优良特征。当然，所谓的“优良”个体并不一定就是最强壮、最敏捷或最聪明的，它们只是对环境的适应性最高。进化并不会特别地眷顾某个个体，一切都在随机变化之中。
《物种起源》问世100多年来，科学家通过对各种化石、基因的持续探索，不断地为进化论填充数据和信息，力图让“进化”这一被达尔文称之为“永无止境的、最美妙、最伟大的自然历程”更加清晰。
在本文中，我们将去到世界上多个著名的化石埋藏地点，以了解进化的历程，感受进化的魅力。这次“进化之旅”必将让我们大开眼界。
哺乳动物的家庭团聚
袋鼠岛 澳大利亚
当今世界上拥有种类极为丰富的哺乳动物：在非洲稀树草原上漫步的长颈鹿，嬉戏于马达加斯加岛森林中的狐猴，在北极冰层中用唯一的角互相争斗的独角鲸……它们看上去是那样的不同，但从进化论的角度来说，它们之间的差别是微不足道的。
所有的哺乳动物都具有三个明显的特征：被毛、哺乳，合并的下颌骨，中耳部具有三块骨头。哺乳动物之间相互区别于彼此的特征只是它们孕育后代的方式。长颈鹿、狐猴、独角鲸以及人类都是有胎盘类的哺乳动物，它们都在体内孕育胎儿，待其发育成熟后再生产；有袋类动物，例如袋鼠，会先产下一个发育不完全的后代，然后这些小婴儿会钻进妈妈的育儿袋中继续发育；单孔类动物是世界上最古老、最奇特、最稀有的哺乳动物家族，其中包括我们比较熟悉的鸭嘴兽，它们还维持着较为低级的繁殖方式——产卵。
在世界上的什么地方能够让我们同时看到这三类哺乳动物呢?最佳地点或许就是位于澳大利亚的南海岸外的袋鼠岛。当世界上的其他地区都被有胎盘类哺乳动物盘踞时，进化似乎在这里来了—个奇妙的“转弯”。澳大利亚大陆早在4000年前就与其他大陆相分离，独立地漂浮在地球的南端，有袋类动物成为这里的主宰；而袋鼠岛则在1万年前与澳大利亚大陆分离，这就更好地保护了岛上的生物免遭人类的入侵及伤害。
长约160千米的袋鼠岛是野生动物的天然避难所，岛上拥有少量的有胎盘类哺乳动物，大多为海狮、海豹等，它们懒洋洋地漫步于海滩上。这里的有袋类动物却十分有趣。岛上遍布袋鼠和小袋鼠wallabies，以及大声地咀嚼着桉树叶的考拉。虽然考拉在澳大利亚的某些区域已经处于濒危状态，但在袋鼠岛上，它们的种群数量相当庞大，以至于岛上的桉树林都快要满足不了它们的需求了。
当然，这里还存在有哺乳动物进化世界中最坚韧的“钉子户”——单孔类动物。现今全世界仅存两个单孔类物种，它们在袋鼠岛上都能找到：针鼹和鸭嘴兽。针鼹也被称为“刺食蚁兽”，看起来就像豪猪和刺猬的混合版。针鼹的视力和听力都不太好，它们经常在灌丛下偷偷摸摸地走动。鸭嘴兽更为有趣。1799年，当英国博物学家乔治·肖得到一个鸭嘴兽标本时，他甚至怀疑它是人工制造的假物种。鸭嘴兽扁平的嘴部有一种特殊的感受器，这使得它们可以探知到昏暗的海水中甲壳类动物或其他猎物移动时产生的电波。正因为拥有这种如雷达般的“装置”，鸭嘴兽才可以在水中寻找食物和辨别方向。雌性鸭嘴兽的腹部会分泌乳汁以哺育后代；雄性的后腿上则具有可分泌毒素的刺状物，用于雄性间的互相争斗。
哺乳动物早在2亿年前的三叠纪时期就已经开始进化了，单孔类动物是其中最古老的一个类别(最早的哺乳动物或者类似于哺乳类的动物都已经灭绝了)。有胎盘类动物和有袋类动物出现于侏罗纪时期，时间大约为迄今1.6亿至2亿年前。
就进化而言，一个物种要想获得成功，需要繁殖大量的后代，并且这些后代能够成功地存活到继续繁殖后代。在哺乳动物中，胎盘和育儿袋要比卵更加有利于胎儿的发育及存活。有胎盘类动物会投入大量的时间及能量(通过消耗自身的营养)孕育腹中的胎儿，因此这些胎儿在出生时已基本发育成熟。有袋类动物的繁殖策略相对更为灵活一些，这也可以解释为什么它们能更好地适应澳大利亚的天气。在过去的4000万年间，澳大利亚大陆曾漂移到不同的纬度上，经历了各种天气的变化。只有当有袋类的胎儿出生并爬入育儿袋中后，母亲才开始花费时间和精力照顾它们。有袋类动物的繁殖优点就是：即使初生的胎儿无法存活，也不会给母体造成过多的损失。
参观袋鼠岛就像我们去和哺乳动物中最远房的“表兄弟们”进行了一场家庭聚会。人类和岛上的这些动物拥有一些共同的祖先，但在漫长的进化路上最终分道扬镳。看到哺乳动物中所有三个支系物种共同生活在一起，就好像我们正在亲历数百万年间动物的进化及演变。没有什么能比看到这三类动物所具有的在生理结构及行为等各方面的巨大差异更能让我们感受到大自然的奇妙了。
最美丽的适应性
有孔虫雕塑园 中国
在我国广东省中山市，有一座占地1万平方米的公园，公园里展出了114个由花岗岩、大理石及砂岩雕塑而成的有孔虫塑像。有孔虫是一类海洋单细胞真核生物，拥有精美华丽的外壳，但它们是如此之小，你需要用显微镜才可观察到它们。在有孔虫雕塑园，当你看到这些无与伦比的生物模型时，你一定会对这些微小的生命感叹不已。
其实，我们早就应该对有孔虫表达敬意了，因为它们在地球上已经生活了3.3亿年。这类单细胞真核生物从海水中提取碳酸钙，然后利用自身分泌的胶体，将碳酸钙与其自身形成的一些颗粒粘接起来，创造出为自己量身定做的“外衣”——它们的外壳，从最简单的管状、球状，到结构复杂的多层螺旋状或狭长的、有条纹的豆荚状，形态多样，变化万千。这些生物自我创造的外壳，其结构与古希腊人最引以为傲的雕塑或建筑所运用的结构一样，都是基于黄金分割定律等数学理论，因此它们是那样地让人赏心悦目。 现今，超过4000种(化石记录的种类则超过40000种)有孔虫遍布于世界的各大洋中，它们以微藻、细菌等为食，同时它们自己也是蜗牛、甲壳类动物及小鱼的食物。有孔虫死后，它们的外壳沉积在海底，形成特定的海底地层。这些沉积物保存了特定时期原始的碳同位素及氧同位素，科学家可以利用它们推测当时的气候，进而研究海洋气候的变化历史。
有孔虫类的骨骼化石也是支持达尔文进化论的有力证据。达尔文一直认为生物体要经过很多中间阶段才能从一个物种变成另一个全新的物种，但令他沮丧的是，他从未找到过任何关于这些逐渐过渡的化石记录。直到20世纪90年代，一套有孔虫的完整化石记录在深海被发现，它充分展示了这类生物在过去6600万年间逐渐进化的全过程。
在中山市有孔虫雕塑园中，既展示有现今还存活的有孔虫标本，也展示有处于不同历史时期的有孔虫化石标本，其中最远的可以追溯到距今约3.3亿年的石炭纪时期和2亿年的侏罗纪时期。在雕塑园的入口处，竖立着由中国科学院海洋研究所郑守仪院士在中山市附近的矿样中发现的距今约1万年的全新世时期的六个有孔虫标本塑像，它们提醒着前来参观的游客：1万年前，这里还是一片浅海。
鲸鱼曾在这里漫步
鲸鱼谷 埃及
1902年的夏天，一组地质学家牵着骆驼走进了埃及西部沙漠的—个山谷，这是一个杳无人烟却又充满奇迹的地方。几个世纪以来，山谷里的砂岩被大风侵蚀成奇奇怪怪的形状，在夜间皎洁的月光下闪着黄金般的光芒。方圆十几千米范围内没有水源，天气酷热难当。然而，在这样一个炎热缺水的山谷中，地质学家发现了鲸鱼的化石骨架，其中一些足有15米长。这些化石可以追溯到3700万年前，证明在那个时期，这里以及整个埃及北部地区都是一片热带浅海。
人们在开玩笑时也许会说：“真的有会走路的鲸鱼。”而这些深埋在沙中的史前标本则证明，这将不再是一个笑话，因为这些史前鲸鱼的确全都长着脚。长久以来，科学家一直怀疑，鲸鱼最早属于陆生哺乳动物，但在几百万年的时光中逐渐失去四条腿，最后回到了海洋。现代鲸鱼仍残留有退化的后肢骨，就是一个证据。但科学家苦于没有化石记录可以证明这一点，直到在鲸鱼谷挖出上百具鲸鱼化石，并发现了它们的四肢和膝关节。
科学家推测，鲸鱼的“旱鸭子”祖先可能是栖息于海边的鹿类或外形像猪的食腐动物，大约在5500万年前，它们开始花费更多的时间在水中活动。它们最初摄食海岸边的死鱼，然后开始在浅水区追逐猎物，再后逐渐进入深水区。在这个过程中，一些个体开始向着更易于在水中捕食进化。一段时间后，由于海水的浮力，不再需要承受自身的所有体重，鲸鱼祖先的体形逐渐变大，脊椎逐渐拉长，胸腔也开始扩张。
来自印度的鲸鱼化石(其历史甚至比埃及的这些远古化石还要悠久)揭示，鲸鱼最早期的海洋祖先仍保留着肢体，它们很可能仍利用四肢游出海水，回到岸上交配、繁殖。但随着它们更多地依靠尾鳍来运动，四肢开始逐渐萎缩。鲸鱼谷的化石则显示，当时的鲸鱼祖先正好进化到不能再返回陆地。这些身躯如校车般大小的生物只保留了大约10厘米长的脚，当时的它们已无法行走。最终，鲸鱼的四肢彻底消失了。
鲸鱼谷中的鲸鱼大致可分为两个类型：背脊鲸和矛齿鲸。背脊鲸的体形较大，它们有着类似于鳗鱼的身形，细长却有着强健的肌肉。矛齿鲸看上去更像现代鲸鱼，因长有矛状的牙齿而得名。两种鲸鱼的祖先都以海洋中的其他生物为食，在这片海域同时还栖息着海牛、巨鳄、鲨鱼以及无数其他鱼类。
研究还发现，在一些小矛齿鲸的头骨上，有看上去是被饥饿的背脊鲸咬伤的痕迹，而在另一些矛齿鲸的胃里还留有其他鱼类的残骸。此外，在背脊鲸的牙齿上发现了破损(表示它们曾频繁地使用牙齿)。由此可见，史前的鲸鱼谷曾是鲸鱼们互相蚕食的世界。
鲸鱼谷化石堪称生物进化研究的“罗塞塔石碑”。作为“有脚鲸鱼”的最大天然保存场所，鲸鱼谷已被联合国教科文组织定为世界遗产，每年约有14000人从开罗驱车3小时到此参观。
捕食者与被捕食者的协同进化
罗亚岛 美国密歇根州
最早来到罗亚岛的动物是驼鹿。大约100年前，它们穿越冰面来到了这个位于美国苏必利尔湖的长满云杉的岛屿，并在这里找到了它们满是食物的天堂。接着到来的是狼。大约在1950年，它们横跨20千米的冰面从加拿大海岸来到罗亚岛。它们也在这里发现了属于自己的乐园：岛上遍布驼鹿，却罕有人迹。最后来到岛上的是生物学家。1958年，野生动物研究者登上了罗亚岛，他们来这里的目的，只是想了解大自然究竟是怎样决定驼鹿和狼的命运的。
直到今天，罗亚岛依然是生物学家最理想的天然实验室之一，进化生物学的魅力在岛上得到了充分的展示。生物学家在罗亚岛国家公园所进行的驼鹿和狼的生态关系研究，已经成为世界上“捕食者与被捕食者关系”为期最长的研究项目。
如同达尔文提及的加拉帕戈斯群岛一样，岛屿是研究物种进化的理想的天然实验室。首先，岛屿拥有相对不连续的生态系统，岛屿上的物种、个体数量以及彼此之间的相互关联性较小，这有利于科学家从中筛选出影响物种进化的主要因素；其次，岛屿拥有相对独立的环境，这有利于科学家进行追踪研究。例如，生活在加利福尼亚海峡群岛(有“美国的加拉帕戈斯群岛”之称)上的一只狐狸就很容易被追踪研究，因为它绝不可能跑到罗亚岛上去。这个约长70千米、宽15千米的海岛大到足以让驼鹿和狼生存，却又小到可以让生物学家追踪到它们的每一个足迹，并从空中详尽地研究它们的动态。
对罗亚岛上的驼鹿和狼的基础性研究，向我们展示了这一对捕食者与被捕食者是如何在相互影响中协同进化的。研究者描述说，罗亚岛的狼群是令人印象深刻的“捕杀高手”，驼鹿一旦被它们盯上便很难逃脱。好在岛上有很多自然倒落的树木，驼鹿可以通过快速奔跑和迅速转身来摆脱身后狼群的追逐。而狼群则倾向于选择体形较小的驼鹿，因为小体形的驼鹿更易于捕杀。狼群的这种行为已经影响了驼鹿的进化：大体形的驼鹿有更多机会存活下来并进行繁殖，它们产下成年后个头较大的后代，其结果是，驼鹿的平均个体身长逐渐增加。 除此之外，研究还发现，即便是在罗亚岛如此简单的生态系统中，捕食者与被捕食者两者之间的相互关系也是相当复杂的，狼和驼鹿的种群数量并不总是相互关联，植物、气候以及疾病等都在起作用。
发现人类的祖先
人类的摇篮 南非
300万年前，一只鹰翱翔在南非广袤的森林上空，它已经锁定了捕猎的目标——在一群忙于寻找水果、坚果和树种的原始人中，一个3岁的孩子远离了他的母亲。这只鹰猛地俯冲而下，用利爪抓住了这个十几千克重的刚会走路的孩子，然后飞回自己位于山洞上方的大巢中。
惊心动魄的故事还在上演：原始人被美洲豹拖入洞穴中，原始人失足跌落隐蔽的山洞中……南非的石灰岩洞穴是世界上已知最大的古人类化石遗址，在180平方千米的草原上发现了12个遗址，约900具古人类遗骨，其中至少包括四个不同的原始人种，此外还有我们人类的早期祖先——现代智人。在过去的350万年间，这些原始人种在不同的时期分别居住在这片区域，这片区域被称为“人类的摇篮”。
南非洞穴人类化石在人类进化史研究中发挥着极其重要的作用。1924年，在“人类的摇篮”第一次发现了史前人类化石：解剖学家雷蒙德·达特从采石场发现了一块极不寻常的岩石，他花了几个月时间，用太太的棒针将碎屑一点点地剔除，最后惊讶地发现，这是一枚古人类孩子的头骨化石。这块化石后来被命名为“汤恩幼儿”。这是关于南方古猿的第一个化石(科学家后来推测，这枚头盖骨上的两个洞正是被鹰的脚爪抠出来的)。
研究认为，“汤恩幼儿”比欧亚的远古人种更古老，而且已经拥有了人类最主要的特征，如直立行走。在发现“汤恩幼儿”之前，研究人类进化的科学家们一直认为人类的祖先最早出现在欧洲或亚洲，而“汤恩幼儿”的发现则让他们将目光投向了非洲大陆。
大约在700万年前，原始人类开始脱离黑猩猩一族。在“人类的摇篮”，已知最古老的人种是南方古猿。330万-210万年前，这片土地上遍布森林，这种身高1.2米左右的原始人种具有长长的手臂，用于攀爬树木。随着气候变得越来越干燥，森林逐渐退化为草场，新的人种开始进化出来。罗百氏傍人(又名粗壮傍人)出现在180万-120万年前，他们以宽厚的下巴和巨大的臼齿而闻名，这一特性使得他们可以咀嚼各种植物。直立人出现在大约180万年前，他们看上去更高大，也更像现代人，但他们在50万年前神秘消失。之后，人类开始离开“人类的摇篮”，向南非的南部海岸扩散开来，在布隆伯斯洞穴、品尼高点和克拉西斯河口的洞穴中，都发现了现代智人的复杂多样的行为痕迹。大约16.4万年前，现代智人开始使用红色的颜料绘画、制造刀片并捕食海鲜。
2010年，古人类生物学家李·伯杰及其研究小组在“人类的摇篮”取得了振奋人心的发现：在南非的马拉帕山洞中发现了一个新的原始人种——南方古猿源泉种。这个距今200万年的人种拥有很多和人属相似的形态特征。发现者称，这有可能就是人属最早最直接的祖先。如果真是这样的话，它将填补化石记录上的一项空白，并暗示：“人类的摇篮”有可能历经了从近似于类人猿的原始人种，一直到现今人类的整个进化过程。
灾后重生
圣海伦斯火山 美国华盛顿州
在进化史上，灾难事件往往会毁灭很多的动植物种群，并为新物种的诞生创造良好的机会。当圣海伦斯火山爆发后，科学家们马上抓住机会开始研究自然进化中的“灾后时期”。生态学家们都梦想着可以在这里进行数十年的研究，以观察自然界的生命如何在这片被火山岩浆冲刷一空的土地上重新复苏。
1980年5月18日8时32分，一个周日的早晨，圣海伦斯火山爆发并引起了美国历史上最大的山体滑坡。大块的岩石滚落而下，山谷被45米厚的沉积物所掩埋。火山爆发后，远至30千米外都可以看到倾倒和被烧焦的树木。火山灰柱飙升至25千米高，并在方圆6万平方千米的范围内不断落下。800℃的岩浆混合着瓦斯沿着斜坡不断涌下，将15平方千米内的所有生物焚烧殆尽。
在遭遇毁灭性破坏之后，这里成为一片“浮石平原”。不过，仍有一些物种在这场大灾难中幸免于难。当火山在白天爆发时，许多夜行性动物如小鼠和田鼠，正藏匿在自己的地下洞穴中；一些鸟类迁徙到了其他的地方；冰雪也保护了一些植物和水生动物；还有一些坚持下来的生命，包括死树中的有机物质以及土壤中的昆虫……它们都成为此地生物重建的奠基者。
这场山崩形成了两个新的大湖和150个小池塘。几年内，水中就出现了青蛙和蟾蜍。人们还在直升机上观察到了另一种生还者——在荒芜的淡灰色的灰烬中出现了一个个深棕色的小土堆，表明下层的肥沃土壤已被北方囊地鼠翻了上来。这种小型啮齿类动物在挖洞时，会将植物的残骸、微生物以及土壤搅拌在一起，而这对土质的恢复来说是非常重要的。一些被风刮来的种子也会落在这些隆起的小土堆上。当返回的麋鹿踏在这些地鼠的地道上时，它们也在间接地为两栖动物创造理想的庇护所。
被称之为“草原羽扁豆”的豆科植物成为“浮石平原”上的先锋物种，它们为被滚热的岩浆灭活的土壤重新添加了必需的氮元素，使得其他植物可以在此扎根。今天，羽扁豆、钓钟柳、柳树、针叶树以及其他草本类植物正茂盛地生长在“浮石平原”上。
现在，曾经遭受破坏的总计450平方千米的区域被划为圣海伦斯国家火山纪念馆，在这里人们可以了解和欣赏这个自然“进化学实验室”中的优美风景。
达尔文的“研究室”
加拉帕戈斯群岛 厄瓜多尔
在达尔文时期，加拉帕戈斯群岛也许是世界上观察自然选择作用的最理想的场所。而在今天，它的地位仍然没有改变。
500万年前，加拉帕戈斯群岛的19个岛屿开始从海底升上来，它们其实是海底火山的顶部，冒着滚烫的岩浆，岛上全无生命迹象。后来岛上出现的动植物都是通过海水或风偶尔来到这里的“漂流者”。雀类和知更鸟是被暴风雨吹到岛上的；绿鬣蜥是趴在木筏的碎片上漂流到岛上的；像树一般的植物则是向日葵的后裔，种子经由风空降到了岛上。加拉帕戈斯群岛很方便科学家们进行物种多样性研究，部分原因是岛上的物种数量非常有限。 这些位于深海区的岛屿彼此分离，加之潮汐和洋流，有效地防止了不同岛屿上的动植物占据新的领域，或与其他岛屿上的同类进行交配。这些无处可去的动植物逐渐适应了每一座岛屿的独特环境。以两种陆龟为例。在圣克鲁兹岛上生长着茂密的向日葵的后裔scalesia属植物，长得像圆形坦克一样的巨型陆龟在树丛中横冲直撞。而在伊莎贝拉岛，占主导地位的植物是大仙人掌，它们是巨型陆龟的美食，为了逃脱被吞食的命运，一代比一代长得高，还在与巨型陆龟眼部齐平的位置上长出了像树皮一样的保护外层。而巨型陆龟则在头部后方的龟壳上进化出一道凹槽，使得它们能将长长的脖子笔直地向前伸，取食仙人掌较低的部位。
加拉帕戈斯群岛现在仍旧是研究进化论的绝佳场所，岛屿以及岛上的动植物几乎没有受到人类行为的干扰，维持着纯天然状态。1973年，进化生物学家彼得·格兰特和他同样身为生物学家的妻子罗斯玛丽来到加拉帕戈斯群岛，他们通过研究岛上的雀类发现，自然选择现象在群岛上频繁出现。例如，当遭遇干旱时，那些有着巨大鸟喙的雀类因为可以采食坚硬的植物种子得以存活，它们的后代则在岛上开始占据主导地位；而当雨季来临时，具有柔软种子的植物大量增加，那些有着较小鸟喙的雀类存活下来的概率则相应提高。
达尔文是在1835年第一次登上加拉帕戈斯群岛的，如今他的塑像俯瞰着圣克里斯托瓦尔的海湾——“小猎犬号”最早抛锚的地点。他的塑像是依照他26岁时作为一名年轻探险家的形象塑造的，高大而健壮。作为博物学家，达尔文随“小猎犬号”进行了为期5年的环球航行。对所谓周游世界的探险并不在意的他把全部精力集中在思考一些奇怪的事情上。在发现加拉帕戈斯群岛时，他也没有表现出发现新大陆的喜悦，而是全神贯注地开始收集那里的鸟类和其他生物的标本，这些才是激起他兴趣的所在。
达尔文在其所著《“小猎犬号”环球航行记》中写道：“加拉帕戈斯群岛最大的自然特征就是不同的岛屿上明显生活着完全不同的生物。”他原本以为群岛上那些具有不同形状鸟喙的鸟类分属于不同的家系，后来却发现它们其实是血缘关系相当近的物种。这个发现使得他开始认真地探索生物进化的历程。他写道：“生物只有当适应了当地的环境才可以有效地存活下来，而这些对新环境适应性最强的生物会将它们的适应能力通过繁殖不断地遗传给下一代。”
加拉帕戈斯群岛同时还是旅游胜地。火山岩扭曲成奇异的尖顶和洞穴，清澈的海水中可以看到丰富的生物。通常，应激性过高会干扰动物自身的繁殖及哺育行为，也使得它们更容易被观察到。而在加拉帕戈斯群岛，由于鲜有大型食肉动物，很多物种都抛开了恐惧心理，这有利于它们的生存。蓝脚鲣鸟在空中尽情地跳着求偶舞蹈，翼展达2米的军舰鸟在空中像翼龙一样翱翔，海狮和海鬣蜥在潜水的人类身旁好奇地游来游去。在不同的季节，风和洋流从不同的方向涌来，在数百万年间，为岛上带来了全世界各地的动植物。在群岛上，甚至可以看到通常只在赤道北部才有分布的企鹅。更神奇的是，它们竟然在伊莎贝拉岛上和一群火烈鸟做起了邻居。
达尔文在《“小猎犬号”环球航行记》中写道：“我应该感谢有这个机会观察到岛上的生物，并获得了足够的标本来研究群岛上最显著的生物特征。”
消失的海滩
侏罗纪海岸 英国
绕过孩子们建造的沙子城堡，绕过在色彩斑斓的阳伞下休憩的人们，继续往海岸走去，寻找化石的研究者们希望在这里找寻到关于英国史前时期的一些蛛丝马迹。他们并不只是在夏天才来到英国南部的这片海岸，在冬季他们也会来，因为当大雨冲刷走岩壁上的泥土后，有可能将一些可以追溯到数亿年前的化石暴露出来。
绵延近160千米的侏罗纪海岸闻名遐迩，它涵盖了1.85亿年的自然历史。在最西边的埃克茅斯，沙丘和河道下掩埋着大量早期两栖类和陆生爬行类动物的化石，一些岩壁甚至可以追溯到三叠纪中期，距今大约2.4亿年。在最东边的波倍克半岛，遗留着大量白垩纪早期(距今1.4亿年)的生物化石，从软体动物、甲壳类动物到恐龙及哺乳动物。在中间的区域，则完整有序地向人们展示了从2亿年前到1.45亿年前几乎整个侏罗纪时期的生物化石。
这片海岸成为寻找史前海洋类爬行动物的最佳地点之一，几个世纪以来，它给科学家们提供了大量关于“失落海底世界”中的动物化石，包括像海豚一样的鱼龙，长脖子的蛇颈龙，以及被称之为菊石的盘绕型软体动物。而在此地发现的一些主要的陆生动物则包括一种著名的早期覆甲恐龙——踝龙以及剑龙和甲龙的祖先。
侏罗纪海岸边的岩石大多很整齐地堆叠在一起，18到19世纪的科学家们很容易地就将它们绘制成图。并对其地质形成过程进行了研究。当时的人们普遍相信，上帝在6000年前创造了地球，自诺亚洪水时期以来，地球就没有再改变过。然而，侏罗纪海岸边的岩石颠覆了圣经中的描述。科学家通过研究岩石中的化石发现，地球实际上已经有几十万年甚至几百万年的历史(科学家后来确认，我们现在所居住的地球已经存在了46亿年之久)。深埋岩石中的化石还揭示了一个更令人惊讶的结论：这些生物可能已经灭绝了。一块关于史前生命的重要化石是被一个名叫玛丽·安宁的12岁小姑娘于1811年至1812年间无意从莱姆里吉斯附近的岩壁中发现的(这个小姑娘之后成为著名的化石搜寻家)。安宁发现的这个5米多长的生物的颅骨与海豚非常相似，却有着和鳄鱼一样的牙齿以及和鱼一样的椎骨。大英博物馆的查尔斯·柯尼希买下了这块化石，并将其命名为“鱼龙”。
当时的博物学家猜测，诸如乳齿象的骨骼化石是现在还分布于地球某些地方的生物的骨骸。然而，随着越来越多的奇怪生物化石的出现，这一假说遭到质疑。在发现鱼龙十年后，安宁发现了另一种奇怪的动物化石——蛇颈龙。蛇颈龙长着像陆龟一样的头部，却有着一个和身体一般长的脖子。它实在不像任何现代生物，科学家们不得不承认，这一物种很可能已经灭绝了。这种论点在当时可谓惊世骇人，因为圣经中明确指出，世界完全还是上帝创造时的那个样子。在达尔文提出自然选择理论之前，科学家第一次不得不承认：地球上的动植物是有可能永远消失的。 破译遗传密码
孟德尔的花园 捷克共和国
七个世纪以来，斯皮尔伯克城堡一直都矗立在捷克共和国第二大都市——布尔诺的最高峰，它是欧洲最臭名昭著的监狱之一，同时也作为一个明显的标志，警示着那些意图反对哈布斯堡王朝统治的人们。
然而，对于许多人来说，布尔诺最令人印象深刻的地方却是山脚下的一片约16000平方米的土地，它的主人是圣托马斯岛奥古斯丁修道院的修道士格雷戈尔·孟德尔。他花费8年时间(1856-1863年)在这里栽植了1万株豌豆，并且认真统计了4万株豌豆花和30万个豌豆种子。他的实验最终奠定了现代遗传学的基础。孟德尔关于“豌豆的各种性状是由一代传递到下一代”的研究成果揭示了一个非常重要的遗传学机制，这些遗传理论同时也成为了达尔文进化论中自然选择学说的理论基础。
孟德尔理论成为遗传学研究的一个里程碑。在孟德尔之前，虽然已经有科学家进行了植物育种实验，但他们大多没有形成定论。孟德尔的成功，首先要归因于他是“在恰当的时间出现的恰当的人”。圣托马斯修道院的院长塞利尔·纳普一直致力于让圣托马斯修道院成为当时科学研究的指导中心，他支持孟德尔的研究工作。他还建造了一个大型的温室作为修道士们的户外实验室。孟德尔的成功还要归因于他自身具有的丰富的实践经验。孟德尔自小生活在捷克共和国的农扬中，学会了如何照料果树及各种作物。长大后，他进入大学攻读物理学及数学，这培养了他在科学上的严谨和统计能力。“从没有人专注于这些不同的杂交品种中的数学关系，也从没有人将这些杂交品种不同世代的各种性状各自分开统计过。”孟德尔曾这样评价先人的研究。
孟德尔的天才之处还在于，他从植物的特定性状(例如圆种子和皱种子)的遗传方式入手，并一改前人将所有性状合在一起研究的惯例，对这些性状分开进行研究。通过反复实验，孟德尔最终总结出了两个重要的遗传法则。第一个法则是“基因分离定律”，即植物的性状是被一对“因子”所决定的(今天我们将这一对因子称为“等位基因”)，其中一个基因作为显性基因占据主导地位，表现出物种的显性性状，另一个则为隐性基因，表现出隐性性状，植物的杂交后代会从它们的父母双方各得到一个基因，并通过不同的组合决定其表现出何种性状，当一个体细胞中同时含有隐性与显性基因时，生物体只表现显性基因。第二个法则是“基因自由组合定律”，即每一对等位基因间都是彼此独立的，等位基因彼此分离，而非等位基因则自由组合。
孟德尔在两篇论文中详细阐述了自己的研究，遗憾的是，在其有生之年，这些重要的研究结果并没有得到广泛认同，加之试图在其他物种中复制孟德尔这一研究的实验大都以失败告终，其同时代的科学家们没有意识到这项研究的意义之所在，而只是视为一项有趣的植物杂交研究。今天我们可以知晓上述实验失败的原因：大多数遗传性状是由几个等位基因共同决定’的，相对而言，只有少数性状如豌豆种子的形状只由其中的一对等位基因所决定。有些基因还是成组遗传的，即之后被人提出的“基因连锁定律”。
1884年1月6日，61岁的孟德尔在修道院中去世。直到20世纪初，他的研究结果才重新被发现，这些理论的重要性及影响力最终得到承认。
史前动物坟场
火山灰化石矿国家历史公园 美国内布拉斯加州
1971年夏天，为编绘地质地图，古生物学家迈克·沃利斯和他身为地质学家的妻子简来到内布拉斯加州采集信息。旅途中的一天，他们将旅行车停泊在一块玉米田里，无意中发现，最近的一场暴雨在那里冲出了一个巨大的深沟。
沃利斯徒步进入沟中，在那里看到了一些奇怪的东西。在内布拉斯加州北部，地面上覆盖着一层约30厘米厚的银色灰烬，这是大约1200万年前火山大爆发时遗留下来的火山灰。可沃利斯却在这条深沟的横截面上发现了一层足有3米厚的火山灰层，而且还在火山灰层中发现了一个布满牙齿的很小的下颌骨化石(后来证明它属于一只史前幼年犀牛)。
6年后，沃利斯带领内布拉斯加大学的一组学生回到这里，在1978年至1979年间，他们总计发掘出土了200具史前动物骨骼化石。沃利斯推测，这里曾经是一个水坑，大风吹来的火山灰填充到低洼的坑洞中，积聚起了厚厚的火山灰层。
40多年后的今天，内布拉斯加州玉米田已经成为火山灰化石矿国家历史公园的一部分。每年的5至10月，科学家和实习生都会来到这个被称为“犀牛谷”的1600平方米的保护区，拂去柔软的灰色火山灰，寻找新的化石。到目前为止，已经有17种脊椎动物被陆续发现。当人们俯瞰化石矿脉时，基本上可以猜出这些动物是什么，因为它们在矿石中还维持着立体的形状——砂岩和黏土将动物们的遗骸固定，火山灰填充骨骼间的空腔，使得这些动物骨骼化石保持着完整的形状——一些雌性犀牛的腹中怀有未出生的宝宝，一些动物的嘴里还保留着已经成为化石的植物残渣，这是它们最后的晚餐。
火山灰化石矿国家历史公园被描述为“史前的庞贝”，但相比于庞贝居民在维苏威火山喷发时被炙热的火山灰及毒雾瞬间致死，内布拉斯加州的动物们经历了更为漫长、更为痛苦的死亡过程。
1200万年前，位于现今爱达荷州地下的火山“热点”爆发了，喷出的火山灰将周围数千平方千米的区域覆盖(这些地下的火山“热点”即使在大陆板块移动时，其位置仍保持不变。现在，黄石公园的下方就有一个火山“热点”，大量的地下热水每过一段时间就会向天空喷射一次，形成不同形状的间歇喷泉)。虽然在飘散数千千米到达内布拉斯加州时，爱达荷州的火山灰已不再炙热，也不再带有毒性，但这些细密的尘埃对动物的呼吸系统来说却是致命的!当动物吸入火山灰烬时，它们将经历持续高烧以及肺部肿胀——这是一种被叫做“肥大性肺骨关节病”的疾病的主要症状，罹患者最终都会死于肺衰竭。
科学家猜测，火山爆发后，口渴的动物们来到这个水坑寻找水源。那些体形最小的动物，因为肺容量也相对较小，在吸入火山灰几天之后便死亡；而体形较大的动物则要经历一个月左右的痛苦才陆续倒在水坑中。因此，在火山灰的底部掩埋着鸟类、陆龟及小型的鹿，在它们的上面是野马和骆驼，犀牛和巨型陆龟是最后死亡的，它们的尸骸最接近水坑的顶部。
内布拉斯加州的火山灰化石矿脉不仅仅是火山喷发时的动物世界的一个缩影，它同时还向我们展示了进化的历程，其中最具代表性的是：马是如何适应环境变化的。
科学家在靠近火山灰化石矿脉的岩壁基部的地方，发现了大量的石化针叶树以及鳄鱼和大型鱼类的骨骼化石，这说明，1400万年前，内布拉斯加州的土地上曾遍布亚热带丛林。但随着时间推移，这里的气候逐渐变得凉爽、干燥，直到1200万年前火山喷发时，这里已经演变为亚热带稀树草原。
与环境的变化相对应的是，当内布拉斯加州还遍布湿润的丛林时，这里的马都长着三个脚趾，中间的较大，两侧的较小；当火山灰笼罩这片区域时，这里的马正好进化到失去两侧脚趾的关键时刻。因此，马的演变被清晰地记录在了化石中。尤为重要的是，化石显示，在火山爆发之时，一些马还保留着三个脚趾，另一些却只有一个脚趾了(这就是现代马蹄的前身)。这充分说明，马并不是沿着单一的分支进化的。在一个时期内，多个相似形态的物种共同适应外界的环境，但自然选择的力量最终决定了哪些物种生存下来，哪些物种被淘汰。
1859年，查尔斯·达尔文的《物种起源》问世。在这一里程碑式的著作中，达尔文解释道：物种不会永远地固定在一种模式中，生命就是不断变化的产物。在漫长的进化之路上，遗传基因随机变化，并逐渐经过自然选择淘汰或留存。那些经受住自然选择、具有生存优势的个体会将这些变异后的优质基因逐代地遗传下去，它们的后代也会表现出相应的优良特征。当然，所谓的“优良”个体并不一定就是最强壮、最敏捷或最聪明的，它们只是对环境的适应性最高。进化并不会特别地眷顾某个个体，一切都在随机变化之中。
《物种起源》问世100多年来，科学家通过对各种化石、基因的持续探索，不断地为进化论填充数据和信息，力图让“进化”这一被达尔文称之为“永无止境的、最美妙、最伟大的自然历程”更加清晰。
在本文中，我们将去到世界上多个著名的化石埋藏地点，以了解进化的历程，感受进化的魅力。这次“进化之旅”必将让我们大开眼界。
哺乳动物的家庭团聚
袋鼠岛 澳大利亚
当今世界上拥有种类极为丰富的哺乳动物：在非洲稀树草原上漫步的长颈鹿，嬉戏于马达加斯加岛森林中的狐猴，在北极冰层中用唯一的角互相争斗的独角鲸……它们看上去是那样的不同，但从进化论的角度来说，它们之间的差别是微不足道的。
所有的哺乳动物都具有三个明显的特征：被毛、哺乳，合并的下颌骨，中耳部具有三块骨头。哺乳动物之间相互区别于彼此的特征只是它们孕育后代的方式。长颈鹿、狐猴、独角鲸以及人类都是有胎盘类的哺乳动物，它们都在体内孕育胎儿，待其发育成熟后再生产；有袋类动物，例如袋鼠，会先产下一个发育不完全的后代，然后这些小婴儿会钻进妈妈的育儿袋中继续发育；单孔类动物是世界上最古老、最奇特、最稀有的哺乳动物家族，其中包括我们比较熟悉的鸭嘴兽，它们还维持着较为低级的繁殖方式——产卵。
在世界上的什么地方能够让我们同时看到这三类哺乳动物呢?最佳地点或许就是位于澳大利亚的南海岸外的袋鼠岛。当世界上的其他地区都被有胎盘类哺乳动物盘踞时，进化似乎在这里来了—个奇妙的“转弯”。澳大利亚大陆早在4000年前就与其他大陆相分离，独立地漂浮在地球的南端，有袋类动物成为这里的主宰；而袋鼠岛则在1万年前与澳大利亚大陆分离，这就更好地保护了岛上的生物免遭人类的入侵及伤害。
长约160千米的袋鼠岛是野生动物的天然避难所，岛上拥有少量的有胎盘类哺乳动物，大多为海狮、海豹等，它们懒洋洋地漫步于海滩上。这里的有袋类动物却十分有趣。岛上遍布袋鼠和小袋鼠wallabies，以及大声地咀嚼着桉树叶的考拉。虽然考拉在澳大利亚的某些区域已经处于濒危状态，但在袋鼠岛上，它们的种群数量相当庞大，以至于岛上的桉树林都快要满足不了它们的需求了。
当然，这里还存在有哺乳动物进化世界中最坚韧的“钉子户”——单孔类动物。现今全世界仅存两个单孔类物种，它们在袋鼠岛上都能找到：针鼹和鸭嘴兽。针鼹也被称为“刺食蚁兽”，看起来就像豪猪和刺猬的混合版。针鼹的视力和听力都不太好，它们经常在灌丛下偷偷摸摸地走动。鸭嘴兽更为有趣。1799年，当英国博物学家乔治·肖得到一个鸭嘴兽标本时，他甚至怀疑它是人工制造的假物种。鸭嘴兽扁平的嘴部有一种特殊的感受器，这使得它们可以探知到昏暗的海水中甲壳类动物或其他猎物移动时产生的电波。正因为拥有这种如雷达般的“装置”，鸭嘴兽才可以在水中寻找食物和辨别方向。雌性鸭嘴兽的腹部会分泌乳汁以哺育后代；雄性的后腿上则具有可分泌毒素的刺状物，用于雄性间的互相争斗。
哺乳动物早在2亿年前的三叠纪时期就已经开始进化了，单孔类动物是其中最古老的一个类别(最早的哺乳动物或者类似于哺乳类的动物都已经灭绝了)。有胎盘类动物和有袋类动物出现于侏罗纪时期，时间大约为迄今1.6亿至2亿年前。
就进化而言，一个物种要想获得成功，需要繁殖大量的后代，并且这些后代能够成功地存活到继续繁殖后代。在哺乳动物中，胎盘和育儿袋要比卵更加有利于胎儿的发育及存活。有胎盘类动物会投入大量的时间及能量(通过消耗自身的营养)孕育腹中的胎儿，因此这些胎儿在出生时已基本发育成熟。有袋类动物的繁殖策略相对更为灵活一些，这也可以解释为什么它们能更好地适应澳大利亚的天气。在过去的4000万年间，澳大利亚大陆曾漂移到不同的纬度上，经历了各种天气的变化。只有当有袋类的胎儿出生并爬入育儿袋中后，母亲才开始花费时间和精力照顾它们。有袋类动物的繁殖优点就是：即使初生的胎儿无法存活，也不会给母体造成过多的损失。
参观袋鼠岛就像我们去和哺乳动物中最远房的“表兄弟们”进行了一场家庭聚会。人类和岛上的这些动物拥有一些共同的祖先，但在漫长的进化路上最终分道扬镳。看到哺乳动物中所有三个支系物种共同生活在一起，就好像我们正在亲历数百万年间动物的进化及演变。没有什么能比看到这三类动物所具有的在生理结构及行为等各方面的巨大差异更能让我们感受到大自然的奇妙了。
最美丽的适应性
有孔虫雕塑园 中国
在我国广东省中山市，有一座占地1万平方米的公园，公园里展出了114个由花岗岩、大理石及砂岩雕塑而成的有孔虫塑像。有孔虫是一类海洋单细胞真核生物，拥有精美华丽的外壳，但它们是如此之小，你需要用显微镜才可观察到它们。在有孔虫雕塑园，当你看到这些无与伦比的生物模型时，你一定会对这些微小的生命感叹不已。
其实，我们早就应该对有孔虫表达敬意了，因为它们在地球上已经生活了3.3亿年。这类单细胞真核生物从海水中提取碳酸钙，然后利用自身分泌的胶体，将碳酸钙与其自身形成的一些颗粒粘接起来，创造出为自己量身定做的“外衣”——它们的外壳，从最简单的管状、球状，到结构复杂的多层螺旋状或狭长的、有条纹的豆荚状，形态多样，变化万千。这些生物自我创造的外壳，其结构与古希腊人最引以为傲的雕塑或建筑所运用的结构一样，都是基于黄金分割定律等数学理论，因此它们是那样地让人赏心悦目。 现今，超过4000种(化石记录的种类则超过40000种)有孔虫遍布于世界的各大洋中，它们以微藻、细菌等为食，同时它们自己也是蜗牛、甲壳类动物及小鱼的食物。有孔虫死后，它们的外壳沉积在海底，形成特定的海底地层。这些沉积物保存了特定时期原始的碳同位素及氧同位素，科学家可以利用它们推测当时的气候，进而研究海洋气候的变化历史。
有孔虫类的骨骼化石也是支持达尔文进化论的有力证据。达尔文一直认为生物体要经过很多中间阶段才能从一个物种变成另一个全新的物种，但令他沮丧的是，他从未找到过任何关于这些逐渐过渡的化石记录。直到20世纪90年代，一套有孔虫的完整化石记录在深海被发现，它充分展示了这类生物在过去6600万年间逐渐进化的全过程。
在中山市有孔虫雕塑园中，既展示有现今还存活的有孔虫标本，也展示有处于不同历史时期的有孔虫化石标本，其中最远的可以追溯到距今约3.3亿年的石炭纪时期和2亿年的侏罗纪时期。在雕塑园的入口处，竖立着由中国科学院海洋研究所郑守仪院士在中山市附近的矿样中发现的距今约1万年的全新世时期的六个有孔虫标本塑像，它们提醒着前来参观的游客：1万年前，这里还是一片浅海。
鲸鱼曾在这里漫步
鲸鱼谷 埃及
1902年的夏天，一组地质学家牵着骆驼走进了埃及西部沙漠的—个山谷，这是一个杳无人烟却又充满奇迹的地方。几个世纪以来，山谷里的砂岩被大风侵蚀成奇奇怪怪的形状，在夜间皎洁的月光下闪着黄金般的光芒。方圆十几千米范围内没有水源，天气酷热难当。然而，在这样一个炎热缺水的山谷中，地质学家发现了鲸鱼的化石骨架，其中一些足有15米长。这些化石可以追溯到3700万年前，证明在那个时期，这里以及整个埃及北部地区都是一片热带浅海。
人们在开玩笑时也许会说：“真的有会走路的鲸鱼。”而这些深埋在沙中的史前标本则证明，这将不再是一个笑话，因为这些史前鲸鱼的确全都长着脚。长久以来，科学家一直怀疑，鲸鱼最早属于陆生哺乳动物，但在几百万年的时光中逐渐失去四条腿，最后回到了海洋。现代鲸鱼仍残留有退化的后肢骨，就是一个证据。但科学家苦于没有化石记录可以证明这一点，直到在鲸鱼谷挖出上百具鲸鱼化石，并发现了它们的四肢和膝关节。
科学家推测，鲸鱼的“旱鸭子”祖先可能是栖息于海边的鹿类或外形像猪的食腐动物，大约在5500万年前，它们开始花费更多的时间在水中活动。它们最初摄食海岸边的死鱼，然后开始在浅水区追逐猎物，再后逐渐进入深水区。在这个过程中，一些个体开始向着更易于在水中捕食进化。一段时间后，由于海水的浮力，不再需要承受自身的所有体重，鲸鱼祖先的体形逐渐变大，脊椎逐渐拉长，胸腔也开始扩张。
来自印度的鲸鱼化石(其历史甚至比埃及的这些远古化石还要悠久)揭示，鲸鱼最早期的海洋祖先仍保留着肢体，它们很可能仍利用四肢游出海水，回到岸上交配、繁殖。但随着它们更多地依靠尾鳍来运动，四肢开始逐渐萎缩。鲸鱼谷的化石则显示，当时的鲸鱼祖先正好进化到不能再返回陆地。这些身躯如校车般大小的生物只保留了大约10厘米长的脚，当时的它们已无法行走。最终，鲸鱼的四肢彻底消失了。
鲸鱼谷中的鲸鱼大致可分为两个类型：背脊鲸和矛齿鲸。背脊鲸的体形较大，它们有着类似于鳗鱼的身形，细长却有着强健的肌肉。矛齿鲸看上去更像现代鲸鱼，因长有矛状的牙齿而得名。两种鲸鱼的祖先都以海洋中的其他生物为食，在这片海域同时还栖息着海牛、巨鳄、鲨鱼以及无数其他鱼类。
研究还发现，在一些小矛齿鲸的头骨上，有看上去是被饥饿的背脊鲸咬伤的痕迹，而在另一些矛齿鲸的胃里还留有其他鱼类的残骸。此外，在背脊鲸的牙齿上发现了破损(表示它们曾频繁地使用牙齿)。由此可见，史前的鲸鱼谷曾是鲸鱼们互相蚕食的世界。
鲸鱼谷化石堪称生物进化研究的“罗塞塔石碑”。作为“有脚鲸鱼”的最大天然保存场所，鲸鱼谷已被联合国教科文组织定为世界遗产，每年约有14000人从开罗驱车3小时到此参观。
捕食者与被捕食者的协同进化
罗亚岛 美国密歇根州
最早来到罗亚岛的动物是驼鹿。大约100年前，它们穿越冰面来到了这个位于美国苏必利尔湖的长满云杉的岛屿，并在这里找到了它们满是食物的天堂。接着到来的是狼。大约在1950年，它们横跨20千米的冰面从加拿大海岸来到罗亚岛。它们也在这里发现了属于自己的乐园：岛上遍布驼鹿，却罕有人迹。最后来到岛上的是生物学家。1958年，野生动物研究者登上了罗亚岛，他们来这里的目的，只是想了解大自然究竟是怎样决定驼鹿和狼的命运的。
直到今天，罗亚岛依然是生物学家最理想的天然实验室之一，进化生物学的魅力在岛上得到了充分的展示。生物学家在罗亚岛国家公园所进行的驼鹿和狼的生态关系研究，已经成为世界上“捕食者与被捕食者关系”为期最长的研究项目。
如同达尔文提及的加拉帕戈斯群岛一样，岛屿是研究物种进化的理想的天然实验室。首先，岛屿拥有相对不连续的生态系统，岛屿上的物种、个体数量以及彼此之间的相互关联性较小，这有利于科学家从中筛选出影响物种进化的主要因素；其次，岛屿拥有相对独立的环境，这有利于科学家进行追踪研究。例如，生活在加利福尼亚海峡群岛(有“美国的加拉帕戈斯群岛”之称)上的一只狐狸就很容易被追踪研究，因为它绝不可能跑到罗亚岛上去。这个约长70千米、宽15千米的海岛大到足以让驼鹿和狼生存，却又小到可以让生物学家追踪到它们的每一个足迹，并从空中详尽地研究它们的动态。
对罗亚岛上的驼鹿和狼的基础性研究，向我们展示了这一对捕食者与被捕食者是如何在相互影响中协同进化的。研究者描述说，罗亚岛的狼群是令人印象深刻的“捕杀高手”，驼鹿一旦被它们盯上便很难逃脱。好在岛上有很多自然倒落的树木，驼鹿可以通过快速奔跑和迅速转身来摆脱身后狼群的追逐。而狼群则倾向于选择体形较小的驼鹿，因为小体形的驼鹿更易于捕杀。狼群的这种行为已经影响了驼鹿的进化：大体形的驼鹿有更多机会存活下来并进行繁殖，它们产下成年后个头较大的后代，其结果是，驼鹿的平均个体身长逐渐增加。 除此之外，研究还发现，即便是在罗亚岛如此简单的生态系统中，捕食者与被捕食者两者之间的相互关系也是相当复杂的，狼和驼鹿的种群数量并不总是相互关联，植物、气候以及疾病等都在起作用。
发现人类的祖先
人类的摇篮 南非
300万年前，一只鹰翱翔在南非广袤的森林上空，它已经锁定了捕猎的目标——在一群忙于寻找水果、坚果和树种的原始人中，一个3岁的孩子远离了他的母亲。这只鹰猛地俯冲而下，用利爪抓住了这个十几千克重的刚会走路的孩子，然后飞回自己位于山洞上方的大巢中。
惊心动魄的故事还在上演：原始人被美洲豹拖入洞穴中，原始人失足跌落隐蔽的山洞中……南非的石灰岩洞穴是世界上已知最大的古人类化石遗址，在180平方千米的草原上发现了12个遗址，约900具古人类遗骨，其中至少包括四个不同的原始人种，此外还有我们人类的早期祖先——现代智人。在过去的350万年间，这些原始人种在不同的时期分别居住在这片区域，这片区域被称为“人类的摇篮”。
南非洞穴人类化石在人类进化史研究中发挥着极其重要的作用。1924年，在“人类的摇篮”第一次发现了史前人类化石：解剖学家雷蒙德·达特从采石场发现了一块极不寻常的岩石，他花了几个月时间，用太太的棒针将碎屑一点点地剔除，最后惊讶地发现，这是一枚古人类孩子的头骨化石。这块化石后来被命名为“汤恩幼儿”。这是关于南方古猿的第一个化石(科学家后来推测，这枚头盖骨上的两个洞正是被鹰的脚爪抠出来的)。
研究认为，“汤恩幼儿”比欧亚的远古人种更古老，而且已经拥有了人类最主要的特征，如直立行走。在发现“汤恩幼儿”之前，研究人类进化的科学家们一直认为人类的祖先最早出现在欧洲或亚洲，而“汤恩幼儿”的发现则让他们将目光投向了非洲大陆。
大约在700万年前，原始人类开始脱离黑猩猩一族。在“人类的摇篮”，已知最古老的人种是南方古猿。330万-210万年前，这片土地上遍布森林，这种身高1.2米左右的原始人种具有长长的手臂，用于攀爬树木。随着气候变得越来越干燥，森林逐渐退化为草场，新的人种开始进化出来。罗百氏傍人(又名粗壮傍人)出现在180万-120万年前，他们以宽厚的下巴和巨大的臼齿而闻名，这一特性使得他们可以咀嚼各种植物。直立人出现在大约180万年前，他们看上去更高大，也更像现代人，但他们在50万年前神秘消失。之后，人类开始离开“人类的摇篮”，向南非的南部海岸扩散开来，在布隆伯斯洞穴、品尼高点和克拉西斯河口的洞穴中，都发现了现代智人的复杂多样的行为痕迹。大约16.4万年前，现代智人开始使用红色的颜料绘画、制造刀片并捕食海鲜。
2010年，古人类生物学家李·伯杰及其研究小组在“人类的摇篮”取得了振奋人心的发现：在南非的马拉帕山洞中发现了一个新的原始人种——南方古猿源泉种。这个距今200万年的人种拥有很多和人属相似的形态特征。发现者称，这有可能就是人属最早最直接的祖先。如果真是这样的话，它将填补化石记录上的一项空白，并暗示：“人类的摇篮”有可能历经了从近似于类人猿的原始人种，一直到现今人类的整个进化过程。
灾后重生
圣海伦斯火山 美国华盛顿州
在进化史上，灾难事件往往会毁灭很多的动植物种群，并为新物种的诞生创造良好的机会。当圣海伦斯火山爆发后，科学家们马上抓住机会开始研究自然进化中的“灾后时期”。生态学家们都梦想着可以在这里进行数十年的研究，以观察自然界的生命如何在这片被火山岩浆冲刷一空的土地上重新复苏。
1980年5月18日8时32分，一个周日的早晨，圣海伦斯火山爆发并引起了美国历史上最大的山体滑坡。大块的岩石滚落而下，山谷被45米厚的沉积物所掩埋。火山爆发后，远至30千米外都可以看到倾倒和被烧焦的树木。火山灰柱飙升至25千米高，并在方圆6万平方千米的范围内不断落下。800℃的岩浆混合着瓦斯沿着斜坡不断涌下，将15平方千米内的所有生物焚烧殆尽。
在遭遇毁灭性破坏之后，这里成为一片“浮石平原”。不过，仍有一些物种在这场大灾难中幸免于难。当火山在白天爆发时，许多夜行性动物如小鼠和田鼠，正藏匿在自己的地下洞穴中；一些鸟类迁徙到了其他的地方；冰雪也保护了一些植物和水生动物；还有一些坚持下来的生命，包括死树中的有机物质以及土壤中的昆虫……它们都成为此地生物重建的奠基者。
这场山崩形成了两个新的大湖和150个小池塘。几年内，水中就出现了青蛙和蟾蜍。人们还在直升机上观察到了另一种生还者——在荒芜的淡灰色的灰烬中出现了一个个深棕色的小土堆，表明下层的肥沃土壤已被北方囊地鼠翻了上来。这种小型啮齿类动物在挖洞时，会将植物的残骸、微生物以及土壤搅拌在一起，而这对土质的恢复来说是非常重要的。一些被风刮来的种子也会落在这些隆起的小土堆上。当返回的麋鹿踏在这些地鼠的地道上时，它们也在间接地为两栖动物创造理想的庇护所。
被称之为“草原羽扁豆”的豆科植物成为“浮石平原”上的先锋物种，它们为被滚热的岩浆灭活的土壤重新添加了必需的氮元素，使得其他植物可以在此扎根。今天，羽扁豆、钓钟柳、柳树、针叶树以及其他草本类植物正茂盛地生长在“浮石平原”上。
现在，曾经遭受破坏的总计450平方千米的区域被划为圣海伦斯国家火山纪念馆，在这里人们可以了解和欣赏这个自然“进化学实验室”中的优美风景。
达尔文的“研究室”
加拉帕戈斯群岛 厄瓜多尔
在达尔文时期，加拉帕戈斯群岛也许是世界上观察自然选择作用的最理想的场所。而在今天，它的地位仍然没有改变。
500万年前，加拉帕戈斯群岛的19个岛屿开始从海底升上来，它们其实是海底火山的顶部，冒着滚烫的岩浆，岛上全无生命迹象。后来岛上出现的动植物都是通过海水或风偶尔来到这里的“漂流者”。雀类和知更鸟是被暴风雨吹到岛上的；绿鬣蜥是趴在木筏的碎片上漂流到岛上的；像树一般的植物则是向日葵的后裔，种子经由风空降到了岛上。加拉帕戈斯群岛很方便科学家们进行物种多样性研究，部分原因是岛上的物种数量非常有限。 这些位于深海区的岛屿彼此分离，加之潮汐和洋流，有效地防止了不同岛屿上的动植物占据新的领域，或与其他岛屿上的同类进行交配。这些无处可去的动植物逐渐适应了每一座岛屿的独特环境。以两种陆龟为例。在圣克鲁兹岛上生长着茂密的向日葵的后裔scalesia属植物，长得像圆形坦克一样的巨型陆龟在树丛中横冲直撞。而在伊莎贝拉岛，占主导地位的植物是大仙人掌，它们是巨型陆龟的美食，为了逃脱被吞食的命运，一代比一代长得高，还在与巨型陆龟眼部齐平的位置上长出了像树皮一样的保护外层。而巨型陆龟则在头部后方的龟壳上进化出一道凹槽，使得它们能将长长的脖子笔直地向前伸，取食仙人掌较低的部位。
加拉帕戈斯群岛现在仍旧是研究进化论的绝佳场所，岛屿以及岛上的动植物几乎没有受到人类行为的干扰，维持着纯天然状态。1973年，进化生物学家彼得·格兰特和他同样身为生物学家的妻子罗斯玛丽来到加拉帕戈斯群岛，他们通过研究岛上的雀类发现，自然选择现象在群岛上频繁出现。例如，当遭遇干旱时，那些有着巨大鸟喙的雀类因为可以采食坚硬的植物种子得以存活，它们的后代则在岛上开始占据主导地位；而当雨季来临时，具有柔软种子的植物大量增加，那些有着较小鸟喙的雀类存活下来的概率则相应提高。
达尔文是在1835年第一次登上加拉帕戈斯群岛的，如今他的塑像俯瞰着圣克里斯托瓦尔的海湾——“小猎犬号”最早抛锚的地点。他的塑像是依照他26岁时作为一名年轻探险家的形象塑造的，高大而健壮。作为博物学家，达尔文随“小猎犬号”进行了为期5年的环球航行。对所谓周游世界的探险并不在意的他把全部精力集中在思考一些奇怪的事情上。在发现加拉帕戈斯群岛时，他也没有表现出发现新大陆的喜悦，而是全神贯注地开始收集那里的鸟类和其他生物的标本，这些才是激起他兴趣的所在。
达尔文在其所著《“小猎犬号”环球航行记》中写道：“加拉帕戈斯群岛最大的自然特征就是不同的岛屿上明显生活着完全不同的生物。”他原本以为群岛上那些具有不同形状鸟喙的鸟类分属于不同的家系，后来却发现它们其实是血缘关系相当近的物种。这个发现使得他开始认真地探索生物进化的历程。他写道：“生物只有当适应了当地的环境才可以有效地存活下来，而这些对新环境适应性最强的生物会将它们的适应能力通过繁殖不断地遗传给下一代。”
加拉帕戈斯群岛同时还是旅游胜地。火山岩扭曲成奇异的尖顶和洞穴，清澈的海水中可以看到丰富的生物。通常，应激性过高会干扰动物自身的繁殖及哺育行为，也使得它们更容易被观察到。而在加拉帕戈斯群岛，由于鲜有大型食肉动物，很多物种都抛开了恐惧心理，这有利于它们的生存。蓝脚鲣鸟在空中尽情地跳着求偶舞蹈，翼展达2米的军舰鸟在空中像翼龙一样翱翔，海狮和海鬣蜥在潜水的人类身旁好奇地游来游去。在不同的季节，风和洋流从不同的方向涌来，在数百万年间，为岛上带来了全世界各地的动植物。在群岛上，甚至可以看到通常只在赤道北部才有分布的企鹅。更神奇的是，它们竟然在伊莎贝拉岛上和一群火烈鸟做起了邻居。
达尔文在《“小猎犬号”环球航行记》中写道：“我应该感谢有这个机会观察到岛上的生物，并获得了足够的标本来研究群岛上最显著的生物特征。”
消失的海滩
侏罗纪海岸 英国
绕过孩子们建造的沙子城堡，绕过在色彩斑斓的阳伞下休憩的人们，继续往海岸走去，寻找化石的研究者们希望在这里找寻到关于英国史前时期的一些蛛丝马迹。他们并不只是在夏天才来到英国南部的这片海岸，在冬季他们也会来，因为当大雨冲刷走岩壁上的泥土后，有可能将一些可以追溯到数亿年前的化石暴露出来。
绵延近160千米的侏罗纪海岸闻名遐迩，它涵盖了1.85亿年的自然历史。在最西边的埃克茅斯，沙丘和河道下掩埋着大量早期两栖类和陆生爬行类动物的化石，一些岩壁甚至可以追溯到三叠纪中期，距今大约2.4亿年。在最东边的波倍克半岛，遗留着大量白垩纪早期(距今1.4亿年)的生物化石，从软体动物、甲壳类动物到恐龙及哺乳动物。在中间的区域，则完整有序地向人们展示了从2亿年前到1.45亿年前几乎整个侏罗纪时期的生物化石。
这片海岸成为寻找史前海洋类爬行动物的最佳地点之一，几个世纪以来，它给科学家们提供了大量关于“失落海底世界”中的动物化石，包括像海豚一样的鱼龙，长脖子的蛇颈龙，以及被称之为菊石的盘绕型软体动物。而在此地发现的一些主要的陆生动物则包括一种著名的早期覆甲恐龙——踝龙以及剑龙和甲龙的祖先。
侏罗纪海岸边的岩石大多很整齐地堆叠在一起，18到19世纪的科学家们很容易地就将它们绘制成图。并对其地质形成过程进行了研究。当时的人们普遍相信，上帝在6000年前创造了地球，自诺亚洪水时期以来，地球就没有再改变过。然而，侏罗纪海岸边的岩石颠覆了圣经中的描述。科学家通过研究岩石中的化石发现，地球实际上已经有几十万年甚至几百万年的历史(科学家后来确认，我们现在所居住的地球已经存在了46亿年之久)。深埋岩石中的化石还揭示了一个更令人惊讶的结论：这些生物可能已经灭绝了。一块关于史前生命的重要化石是被一个名叫玛丽·安宁的12岁小姑娘于1811年至1812年间无意从莱姆里吉斯附近的岩壁中发现的(这个小姑娘之后成为著名的化石搜寻家)。安宁发现的这个5米多长的生物的颅骨与海豚非常相似，却有着和鳄鱼一样的牙齿以及和鱼一样的椎骨。大英博物馆的查尔斯·柯尼希买下了这块化石，并将其命名为“鱼龙”。
当时的博物学家猜测，诸如乳齿象的骨骼化石是现在还分布于地球某些地方的生物的骨骸。然而，随着越来越多的奇怪生物化石的出现，这一假说遭到质疑。在发现鱼龙十年后，安宁发现了另一种奇怪的动物化石——蛇颈龙。蛇颈龙长着像陆龟一样的头部，却有着一个和身体一般长的脖子。它实在不像任何现代生物，科学家们不得不承认，这一物种很可能已经灭绝了。这种论点在当时可谓惊世骇人，因为圣经中明确指出，世界完全还是上帝创造时的那个样子。在达尔文提出自然选择理论之前，科学家第一次不得不承认：地球上的动植物是有可能永远消失的。 破译遗传密码
孟德尔的花园 捷克共和国
七个世纪以来，斯皮尔伯克城堡一直都矗立在捷克共和国第二大都市——布尔诺的最高峰，它是欧洲最臭名昭著的监狱之一，同时也作为一个明显的标志，警示着那些意图反对哈布斯堡王朝统治的人们。
然而，对于许多人来说，布尔诺最令人印象深刻的地方却是山脚下的一片约16000平方米的土地，它的主人是圣托马斯岛奥古斯丁修道院的修道士格雷戈尔·孟德尔。他花费8年时间(1856-1863年)在这里栽植了1万株豌豆，并且认真统计了4万株豌豆花和30万个豌豆种子。他的实验最终奠定了现代遗传学的基础。孟德尔关于“豌豆的各种性状是由一代传递到下一代”的研究成果揭示了一个非常重要的遗传学机制，这些遗传理论同时也成为了达尔文进化论中自然选择学说的理论基础。
孟德尔理论成为遗传学研究的一个里程碑。在孟德尔之前，虽然已经有科学家进行了植物育种实验，但他们大多没有形成定论。孟德尔的成功，首先要归因于他是“在恰当的时间出现的恰当的人”。圣托马斯修道院的院长塞利尔·纳普一直致力于让圣托马斯修道院成为当时科学研究的指导中心，他支持孟德尔的研究工作。他还建造了一个大型的温室作为修道士们的户外实验室。孟德尔的成功还要归因于他自身具有的丰富的实践经验。孟德尔自小生活在捷克共和国的农扬中，学会了如何照料果树及各种作物。长大后，他进入大学攻读物理学及数学，这培养了他在科学上的严谨和统计能力。“从没有人专注于这些不同的杂交品种中的数学关系，也从没有人将这些杂交品种不同世代的各种性状各自分开统计过。”孟德尔曾这样评价先人的研究。
孟德尔的天才之处还在于，他从植物的特定性状(例如圆种子和皱种子)的遗传方式入手，并一改前人将所有性状合在一起研究的惯例，对这些性状分开进行研究。通过反复实验，孟德尔最终总结出了两个重要的遗传法则。第一个法则是“基因分离定律”，即植物的性状是被一对“因子”所决定的(今天我们将这一对因子称为“等位基因”)，其中一个基因作为显性基因占据主导地位，表现出物种的显性性状，另一个则为隐性基因，表现出隐性性状，植物的杂交后代会从它们的父母双方各得到一个基因，并通过不同的组合决定其表现出何种性状，当一个体细胞中同时含有隐性与显性基因时，生物体只表现显性基因。第二个法则是“基因自由组合定律”，即每一对等位基因间都是彼此独立的，等位基因彼此分离，而非等位基因则自由组合。
孟德尔在两篇论文中详细阐述了自己的研究，遗憾的是，在其有生之年，这些重要的研究结果并没有得到广泛认同，加之试图在其他物种中复制孟德尔这一研究的实验大都以失败告终，其同时代的科学家们没有意识到这项研究的意义之所在，而只是视为一项有趣的植物杂交研究。今天我们可以知晓上述实验失败的原因：大多数遗传性状是由几个等位基因共同决定’的，相对而言，只有少数性状如豌豆种子的形状只由其中的一对等位基因所决定。有些基因还是成组遗传的，即之后被人提出的“基因连锁定律”。
1884年1月6日，61岁的孟德尔在修道院中去世。直到20世纪初，他的研究结果才重新被发现，这些理论的重要性及影响力最终得到承认。
史前动物坟场
火山灰化石矿国家历史公园 美国内布拉斯加州
1971年夏天，为编绘地质地图，古生物学家迈克·沃利斯和他身为地质学家的妻子简来到内布拉斯加州采集信息。旅途中的一天，他们将旅行车停泊在一块玉米田里，无意中发现，最近的一场暴雨在那里冲出了一个巨大的深沟。
沃利斯徒步进入沟中，在那里看到了一些奇怪的东西。在内布拉斯加州北部，地面上覆盖着一层约30厘米厚的银色灰烬，这是大约1200万年前火山大爆发时遗留下来的火山灰。可沃利斯却在这条深沟的横截面上发现了一层足有3米厚的火山灰层，而且还在火山灰层中发现了一个布满牙齿的很小的下颌骨化石(后来证明它属于一只史前幼年犀牛)。
6年后，沃利斯带领内布拉斯加大学的一组学生回到这里，在1978年至1979年间，他们总计发掘出土了200具史前动物骨骼化石。沃利斯推测，这里曾经是一个水坑，大风吹来的火山灰填充到低洼的坑洞中，积聚起了厚厚的火山灰层。
40多年后的今天，内布拉斯加州玉米田已经成为火山灰化石矿国家历史公园的一部分。每年的5至10月，科学家和实习生都会来到这个被称为“犀牛谷”的1600平方米的保护区，拂去柔软的灰色火山灰，寻找新的化石。到目前为止，已经有17种脊椎动物被陆续发现。当人们俯瞰化石矿脉时，基本上可以猜出这些动物是什么，因为它们在矿石中还维持着立体的形状——砂岩和黏土将动物们的遗骸固定，火山灰填充骨骼间的空腔，使得这些动物骨骼化石保持着完整的形状——一些雌性犀牛的腹中怀有未出生的宝宝，一些动物的嘴里还保留着已经成为化石的植物残渣，这是它们最后的晚餐。
火山灰化石矿国家历史公园被描述为“史前的庞贝”，但相比于庞贝居民在维苏威火山喷发时被炙热的火山灰及毒雾瞬间致死，内布拉斯加州的动物们经历了更为漫长、更为痛苦的死亡过程。
1200万年前，位于现今爱达荷州地下的火山“热点”爆发了，喷出的火山灰将周围数千平方千米的区域覆盖(这些地下的火山“热点”即使在大陆板块移动时，其位置仍保持不变。现在，黄石公园的下方就有一个火山“热点”，大量的地下热水每过一段时间就会向天空喷射一次，形成不同形状的间歇喷泉)。虽然在飘散数千千米到达内布拉斯加州时，爱达荷州的火山灰已不再炙热，也不再带有毒性，但这些细密的尘埃对动物的呼吸系统来说却是致命的!当动物吸入火山灰烬时，它们将经历持续高烧以及肺部肿胀——这是一种被叫做“肥大性肺骨关节病”的疾病的主要症状，罹患者最终都会死于肺衰竭。
科学家猜测，火山爆发后，口渴的动物们来到这个水坑寻找水源。那些体形最小的动物，因为肺容量也相对较小，在吸入火山灰几天之后便死亡；而体形较大的动物则要经历一个月左右的痛苦才陆续倒在水坑中。因此，在火山灰的底部掩埋着鸟类、陆龟及小型的鹿，在它们的上面是野马和骆驼，犀牛和巨型陆龟是最后死亡的，它们的尸骸最接近水坑的顶部。
内布拉斯加州的火山灰化石矿脉不仅仅是火山喷发时的动物世界的一个缩影，它同时还向我们展示了进化的历程，其中最具代表性的是：马是如何适应环境变化的。
科学家在靠近火山灰化石矿脉的岩壁基部的地方，发现了大量的石化针叶树以及鳄鱼和大型鱼类的骨骼化石，这说明，1400万年前，内布拉斯加州的土地上曾遍布亚热带丛林。但随着时间推移，这里的气候逐渐变得凉爽、干燥，直到1200万年前火山喷发时，这里已经演变为亚热带稀树草原。
与环境的变化相对应的是，当内布拉斯加州还遍布湿润的丛林时，这里的马都长着三个脚趾，中间的较大，两侧的较小；当火山灰笼罩这片区域时，这里的马正好进化到失去两侧脚趾的关键时刻。因此，马的演变被清晰地记录在了化石中。尤为重要的是，化石显示，在火山爆发之时，一些马还保留着三个脚趾，另一些却只有一个脚趾了(这就是现代马蹄的前身)。这充分说明，马并不是沿着单一的分支进化的。在一个时期内，多个相似形态的物种共同适应外界的环境，但自然选择的力量最终决定了哪些物种生存下来，哪些物种被淘汰。