大自然，
看上去
是個通俗的名字。
在它的名下，
數十億
數十億
數十億粒子，
數百萬
數百萬
數百萬次，
玩着
它們的
無盡的遊戲。
皮特·海因（Piet Hein）
皮特.海因的這首短詩記述了傳統的早期物理世界。但是當跳躍的原子小球偶然撞到一起時，組成了一種具有某種單純特性的物體，重大的事件在宇宙中發生了。這種單純的特性，是指這種物體的自我復製能力，即：這些物體能夠利用周圍的物質，把自己再一模一樣地“拷貝”出來，在這個過程中偶爾也會出現有某些小缺點的“復製品”。在這次發生於宇宙某處的獨一無二的事件之後，隨之而來的便是“達爾文的自然選擇”，於是，在我們這個星球上出現了一幕奇特華麗的表演，我們把它稱為“生命”。如此衆多的事實，被如此少量的假設所解釋，這種情形從未有過。達爾文學說不僅僅掌握了綽綽有餘的解釋能力。生命自我復製所遵循的法理簡潔有力，具有詩一般的美感。這種美感甚至超越了最使人難以忘懷的關於世界起源的神話。我寫這本書的目的之一，就是要對達爾文生命論的鼓舞力給予充分的承認。綫粒體夏娃比神話傳說中的夏娃更富有詩意。
生命的特徵，用大衛·休漠（David Hume）的話來說，“最使曾經充滿期望的人們着迷般地贊賞它”的是由一些元件組成的、能夠完成某種明確意嚮的結構。達爾文稱這種結構為“極端完善和復雜的器官”。地球生命的另一個特徵，也給我們留下深刻的印象，那就是它們豐富的多樣性。就估計的物種數量而言，創造生命的方式就有幾千萬種。我寫此書的另一目的，就是讓讀者理解，所謂“創造生命的方式”這種說法，與“嚮後世傳遞DNA編碼文本的方式”是同義語。我所說的“河”，是DNA之河，它流經地質時代並出現分流，那陡峭的河岸控製着每個物種的遺傳遊戲。“DNA之河”的比喻是一種有效的解釋問題的方法，它有令人驚異的說服力。
從某種意義上來說，我所寫的書都致力於闡述和探索具有無限威力的達爾文進化論原理。衹要有足夠的時間，讓原始的自我復製的結果呈現出來，達爾文主義的威力隨時隨地都會釋放出來。《伊甸園之河》繼續執行這一使命，並從宇宙的高度，講述簡單的原子撞擊遊戲中發生復製現象之後，接着發生的故事。
在本書的寫作過程中，我有幸得到各方面人士的支持、鼓勵和建議，以及建設性的批評，他們是：邁剋爾·伯基特（MichaeI Birkett）、約翰·布羅剋曼（John Brockman）、史蒂夫·戴維斯（SteveDavies）、丹尼爾·丹尼特（Daniel Dennett）、約翰·剋雷布斯（John Krebs）、薩拉·利平科特（Sara Lippincott）、傑裏·萊昂斯（Jerry Lyons）。特別是我的妻子拉拉·沃爾德（Lalla Ward）。本書中有一些段落曾在別處發表過，在這裏引用時又做了加工。第一章中關於數字計算機和模擬計算機代碼的那些敘述，摘自我發表於《觀察傢》（The Spectator，1994年6月11日）的一篇文章。第三章中記述了丹·尼爾森（Dan Nilsson）和蘇珊娜·佩爾格（SusannePelger)關於眼睛進化的研究，部分取材於我撰寫的“新聞與展望”[《自然》雜志（Nature），1994年4月21日]一文。我要感謝這兩本刊物的編者允許我引用上述文章。最後，謹對約翰·布羅剋曼和安東尼.奇塔姆（Anthony Cheetham）邀請我參與《科學大師佳作係列》叢書的寫作，緻以謝忱。
1994年於牛津
看上去
是個通俗的名字。
在它的名下，
數十億
數十億
數十億粒子，
數百萬
數百萬
數百萬次，
玩着
它們的
無盡的遊戲。
皮特·海因（Piet Hein）
皮特.海因的這首短詩記述了傳統的早期物理世界。但是當跳躍的原子小球偶然撞到一起時，組成了一種具有某種單純特性的物體，重大的事件在宇宙中發生了。這種單純的特性，是指這種物體的自我復製能力，即：這些物體能夠利用周圍的物質，把自己再一模一樣地“拷貝”出來，在這個過程中偶爾也會出現有某些小缺點的“復製品”。在這次發生於宇宙某處的獨一無二的事件之後，隨之而來的便是“達爾文的自然選擇”，於是，在我們這個星球上出現了一幕奇特華麗的表演，我們把它稱為“生命”。如此衆多的事實，被如此少量的假設所解釋，這種情形從未有過。達爾文學說不僅僅掌握了綽綽有餘的解釋能力。生命自我復製所遵循的法理簡潔有力，具有詩一般的美感。這種美感甚至超越了最使人難以忘懷的關於世界起源的神話。我寫這本書的目的之一，就是要對達爾文生命論的鼓舞力給予充分的承認。綫粒體夏娃比神話傳說中的夏娃更富有詩意。
生命的特徵，用大衛·休漠（David Hume）的話來說，“最使曾經充滿期望的人們着迷般地贊賞它”的是由一些元件組成的、能夠完成某種明確意嚮的結構。達爾文稱這種結構為“極端完善和復雜的器官”。地球生命的另一個特徵，也給我們留下深刻的印象，那就是它們豐富的多樣性。就估計的物種數量而言，創造生命的方式就有幾千萬種。我寫此書的另一目的，就是讓讀者理解，所謂“創造生命的方式”這種說法，與“嚮後世傳遞DNA編碼文本的方式”是同義語。我所說的“河”，是DNA之河，它流經地質時代並出現分流，那陡峭的河岸控製着每個物種的遺傳遊戲。“DNA之河”的比喻是一種有效的解釋問題的方法，它有令人驚異的說服力。
從某種意義上來說，我所寫的書都致力於闡述和探索具有無限威力的達爾文進化論原理。衹要有足夠的時間，讓原始的自我復製的結果呈現出來，達爾文主義的威力隨時隨地都會釋放出來。《伊甸園之河》繼續執行這一使命，並從宇宙的高度，講述簡單的原子撞擊遊戲中發生復製現象之後，接着發生的故事。
在本書的寫作過程中，我有幸得到各方面人士的支持、鼓勵和建議，以及建設性的批評，他們是：邁剋爾·伯基特（MichaeI Birkett）、約翰·布羅剋曼（John Brockman）、史蒂夫·戴維斯（SteveDavies）、丹尼爾·丹尼特（Daniel Dennett）、約翰·剋雷布斯（John Krebs）、薩拉·利平科特（Sara Lippincott）、傑裏·萊昂斯（Jerry Lyons）。特別是我的妻子拉拉·沃爾德（Lalla Ward）。本書中有一些段落曾在別處發表過，在這裏引用時又做了加工。第一章中關於數字計算機和模擬計算機代碼的那些敘述，摘自我發表於《觀察傢》（The Spectator，1994年6月11日）的一篇文章。第三章中記述了丹·尼爾森（Dan Nilsson）和蘇珊娜·佩爾格（SusannePelger)關於眼睛進化的研究，部分取材於我撰寫的“新聞與展望”[《自然》雜志（Nature），1994年4月21日]一文。我要感謝這兩本刊物的編者允許我引用上述文章。最後，謹對約翰·布羅剋曼和安東尼.奇塔姆（Anthony Cheetham）邀請我參與《科學大師佳作係列》叢書的寫作，緻以謝忱。
1994年於牛津
任何民族，都有關於他們部落列祖列宗的英雄傳說。這些傳說，往往形成他們的宗教崇拜。人們敬畏甚至崇拜自己的祖先，因為正是他們的祖先，而不是那些超自然的神靈，掌握着揭示生命奧秘的鑰匙。生命誕生後，大多數在長成之前就死了；能達到成年並繁殖後代的衹是少數；能夠繁殖千代的，更是極少數。這少數中的極少數，是元祖中的精華，他們纔是以後世世代代後人的真正祖先。祖先雖少，後代衆多。
現今所有活着的生物體，包括每一種動物和植物，所有的細菌和真菌，各種爬行類動物，還有本書的讀者，都能回顧自己的祖先並驕傲地宣稱：在我們的祖先中，沒有一個是幼年夭折的。他們都活到了成年，每位找到了至少一個異性夥伴並交配成功*。我們的祖先，沒有一個在有了至少一個孩子之前就死於敵手，或死於病毒侵染，或死於失足墜崖。我們祖先成千上萬的同齡人，有很多就是由於這些原因而不幸隕命。然而，我們的每個祖先都逃脫了這種厄運。上面的陳述是再明白不過的了，然而還遠不止這樣一些事情。
還有很多事既難以理解又出人意料，或者既清楚明了又讓人驚異。
所有這些都是本書將要討論的內容。
所有生物體的基因，都是從它們祖先那裏繼承的，而不是從列祖列宗那些失敗的同代人那裏遺傳的。因此，所有的生物都有一種傾嚮，那就是擁有成功的基因。它們具備能夠使它們自己成為祖先的那些東西，即生存能力和繁殖能力。這就是為什麽生物都自然地會繼承這樣的基因，這些基因傾嚮於建造一個設計良好的機器——一個積極工作的機體，仿佛是在努力使自己成為一個祖先。這也正是為什麽鳥兒那麽善於飛翔，魚兒那麽善於遊水，猴子那麽善於攀緣，而病毒又是那麽善於傳播。這也正是為什麽我們熱愛生命，熱愛性事，熱愛孩子。這是因為我們所有的人無一例外地從延綿不斷的成功祖先們那裏繼承了我們全部的基因。這個世界到處都有生物，而這些生物都具有那些能夠使它們成為祖宗的東西。一句話，這就是達爾文的進化論。當然，達爾文的進化論遠不止這些；而且，現在我們能說的就更多，這也就是為什麽我們讀的這本書沒有到此止筆的原因。
這裏，很自然會出現對上面這段話的誤解，這是極有害的。它會使人認為，由於祖先們做了成功的事情，便産生了一種結果：它們傳給它們孩子的基因，比它們從上一代那裏繼承的基因有了提高。有關它們成功的某種東西留在了基因中，這正是它們的後代所以善飛翔、善遊水和善於求愛的原因。錯了，大錯特錯了！基因不會在使用過程中得到改善，除非出現非常少見的偶然錯誤，它們衹是被按原樣傳下去。並非成功産生了好的基因，是好的基因創造了成功。任何個體在它一生中所做的一切，都不會對基因産生任何影響。那些生下來就具有好基因的個體，最有可能成長為成功的祖先，因此，與不良基因相比，好的基因更有可能傳至後世。每一代就是一個過濾器、一個篩網：好的基因能夠穿過篩網到達下一世代；不良基因則由於個體幼年夭折，或者沒有後代而終止。或許，不良基因有幸與好的基因同在一個身體之內，它們也可能通過一兩代的篩選。然而，要一個接着一個地通過1000個篩網，就不僅是要有運氣了。通過1000個世代的逐次篩選之後，那些讓生物體能經受篩選的基因，很可能就是好基因了。
我曾說過，那些經歷一個接一個世代存活下來的基因，應該是曾成功地産生了祖先的基因。這話不錯，然而也有明顯的例外，需要在這裏加以說明，以免造成誤解。有些個體從本能上就不會生育，但它們似乎生來就是為了幫助把它們的基因傳給下一代。工蟻、工蜂、白蟻中的工白蟻和黃蜂中的工黃蜂，都是不能生育的。它們辛勤勞動不是為了成為祖先，而是為了使它們有繁殖能力的親屬（通常是它們的姐妹和兄弟）成為祖先。這裏有兩點需要弄明白。
第一，在任何一種動物中，姐妹兄弟共有相同基因的概率是很高的；第二，是外部環境，而不是基因，决定了一隻白蟻是變成能生殖的白蟻，還是變成不能生殖的工白蟻。所有的白蟻，都帶有這樣一些基因，它們在某些環境條件下能使白蟻成為不能生殖的工白蟻；而在另外一些條件下變為有生殖力的白蟻。能生殖的白蟻把一些基因一代代傳下去，這些基因能使得工白蟻幫助它們繁殖後代。工白蟻在基因的作用下辛勤工作，而這些基因的副本則存在於會生殖的白蟻體內。工白蟻這些基因拷貝竭盡全力幫助有生殖力的拷貝通過世世代代的篩選。工白蟻既可能是雄性的，又可能是雌性的；但在螞蟻、蜜蜂和黃蜂中，做工的都是雌性。除此之外，原理上都是相同的。從廣義上說，這種情況也表現在若幹種鳥類、哺乳動物和其他動物中，它們中的兄長或姐姐在一定程度上撫育弟弟或妹妹。總而言之，基因取得穿過篩網的通行證，不僅靠那些自身將要成為祖先的個體，而且也靠着那些有親屬將成為祖先的個體的助力。
本書標題所說的河，指的是一條DNA之河，它是在時間中流淌，而不是在空間流淌。它是一條信息之河，而不是骨肉之河。在這條河中流淌的，是用於建造軀體的抽象指令，而不是實在的軀體本身。這些信息通過一個個軀體，並對其施加影響；然而信息在通過這些軀體的過程中卻不受軀體的影響。這條河流經一連串的軀體，不僅不會受這些軀體的經歷與成就的影響，而且也不受一個潛在的、從表面上看，更具威力的“污染源”的影響，那就是：性。
在你的每一個細胞中，都有一半基因來自你母親，另一半基因來自你父親，這兩部分基因肩並肩地相依相伴。來自你母親的基因與來自你父親的基因最緊密地結合在一起，創造了你——他們的基因的不可分割的精妙混合體。但是來自雙親的基因本身並不融合，僅僅是發揮它們各自的作用，基因本身都具有堅實的完整性。
進入下一代的時刻到來了，一個基因或者進入這個孩子的體內，或者不參與這樣的行動。父親的基因不會與母親的基因混合，它們獨立地完成重組。你身體內的一個基因，或者來自你的母親，或者來自你的父親。這個基因來自你的4位祖輩之一，而且僅僅來自他們中的某一位；進一步推論，這個基因來自你的8位曾租輩之一，而且僅僅來自他們之中的某一位。依此規律，可以追溯到更遠的世代。
我們談到了一條基因之河，但是，同樣我們可以說它們是通過地質年代行進的一隊好夥伴。從長遠的觀點來看，繁殖種群的所有基因互相都是夥伴。從短期來說，這些基因存在於個體之內，而且與同享一個軀體的其他基因成為“臨時的”比較密切的夥伴。衹有基因善於組建個體，而這些個體又能在該物種所選擇的特定生活方式下，很好地生存和繁殖，這些基因才能代代相傳。為了能很好地活下去，一個基因必須與同一物種（同一條河中）的其他基因良好合作。為了能長久地生存下去，一個基因必須是一個好夥伴。這個基因作為同一河流中其他基因的伴侶，或者在其他基因的背景下，它必須做得很好。其他物種的基因是在另外的河流之中。不同物種的基因不會在同一個體中共存，因此，從某種意義上來說，它們不必相處得很好。
作為一個物種，其特徵是：任何一個物種的所有成員流過的基因之河都是相同的，而同一物種的所有基因都必須做好準備，相互成為良好的夥伴。當一個現有物種一分為二的時候，一個新的物種就誕生了。基因之河總是適時分出支流。從基因的角度來說，物種形成（即新物種的起源）便是“永別”。經歷一個短期的不完全的分離之後，這支流與主流不是永遠分道揚鏢，就是其中之一或雙方都趨嚮幹涸、消失。兩條河在各自的河道之內是“安全”的，通過性的重組，河水互相混合、再混合。但是，一河之水永遠不會漫過自己的河岸，去污染另一條河流。一個物種分裂為兩個物種之後；兩套基因就不再互為夥伴了。它們不會再在同一個軀體中相遇，因此也就無從要求它們和睦相處。它們之間不再有任何交往。這裏所說“交往”的字義是指兩套基因各自的暫時載體——個體之間的性交。
為什麽會發生物種分裂？是什麽因素導致兩套基因的永別？又是什麽原因使得一條河流分成兩條支流，並且互相疏遠以至永不匯合？儘管在細節上尚有爭論，但沒有人懷疑這一觀點，即，最主要的原因是由於偶然發生的地理上的分離。雖然基因之河是在時間中流淌，然而基因的重新配對，卻是發生在實在的個體之內，而這些個體都在空間中占有一定位置。如果北美灰鬆鼠與英國灰鬆鼠相遇，它們是有可能交配並繁殖的。但是，它們不大可能相遇。北美灰鬆鼠的基因之河與英國灰鬆鼠的基因之河實際上被4800公裏寬的海洋隔開了。儘管人們認為，一旦有機會，這兩支基因隊伍仍然能夠成為好夥伴，但事實上它們已經不再互為夥伴了。它們已經互道珍重，當然這還不是一次不可逆轉的永別。但是如果照這樣再分離數千年，這兩條河就會漂離得非常遠，以至如果這兩種灰鬆鼠相遇的話，它們將不能再交換基因了。這裏的“漂離”兩字，說的不是空間上的分離，而是指它們已不能相容。
類似這樣的事情，肯定也發生在以前灰鬆鼠和紅鬆鼠分離之後。這兩種鬆鼠已經不能雜交了。雖然在歐洲的有些地區它們同時存在，而且經常相遇，還在一起爭奪堅果，它們已不能再交配産生具有繁殖能力的後代了。這兩種鬆鼠的基因之河流得相距太遠了，以致它們的基因在同一軀體中已不再能夠互相合作了。許許多多世代以前，灰鬆鼠的祖先與紅鬆鼠的祖先原本是相同的個體。但是，後來它們在地理上被分隔開了——把它們分開的，或許是山，或許是水，而最終是大西洋。於是灰鬆鼠的一套基因與紅鬆鼠的一套基因分道而行。地理上的隔離導致它們在生育上缺乏適應性。好伴侶變成了壞伴侶。或者，如果做一個讓它們交配的試驗，它們將表現出不是好夥伴。壞夥伴會越變越壞，直至現在，它們幹脆就不再互為伴侶了。它們之間的分離是永別，兩條基因之河分開了，而且註定越離越遠。在很久很久以前，我們人類祖先和大象祖先之間也曾發生過同樣的事情。或者，鴕鳥的祖先（它也是人類的祖先之一）和蝎子祖先之間，也發生過這種事情。
現在，DNA之河或許已經有了近3000萬條支流。所以這樣說，是因為據估計現在地球上大約存在着這麽多個物種。而且，還有一種估計，現存物種的總數）衹不過是地球上曾經存在的物種總數的1％。由此可以得出，地球上總共曾經存在過30億條DNA河的支流。今日的3000萬條支流之間，已經發生了不可逆轉的分離。
它們中的大多數將最終消失得無影無蹤，因為大多數物種終將消亡。如果你沿着這3000萬條河流（為了簡潔明了起見，我用“河流”這個詞代替“河流的支流”）溯本求源，就會發現它們都曾一個接一個地與其他河流互相匯合。大約在700萬年前，人類的基因之河與黑猩猩的基因之河是合在一起的，而幾乎在同時，大猩猩的基因之河與黑猩猩基因之河也是合在一起的。再倒退數百萬年，我們所加入的非洲古猿基因之河與猩猩基因之河合流。在比這更早的年代，我們祖先的基因之河是與長臂猿的基因之河同流的（而長臂猿的基因之河順流嚮下，分裂出幾個不同種的長臂猿與合趾猿）。
如果我們在時間坐標上再奮力回溯，曾與我們的基因之河合流的一些河流，在嚮前流淌的過程中又分出許多支流：歐洲猴、美洲猴，以及馬達加斯加狐猴等等。在更久遠的過去，我們人類的基因之河曾經與另外一些基因之河合流，一些主要的哺乳動物種群，如嚙齒動物、貓、蝙蝠、大象等，就是後來從那些基因之河分裂出來的。再往前，我們又見到另外一些基因之河，各種爬行動物、鳥類、兩棲動物、魚類、無脊椎動物，分別是從這些河流分裂出來的。
在關於基因之河的比喻中，我們必須對一個重要方面加以註意。當我們想到所有哺乳動物的源頭支流（而不是說細分至出現灰鬆鼠的小支流）時，頭腦中便浮現出密西西比河和它的支流密蘇裏河這樣宏偉的圖象。歸根結底，哺乳動物分支，是在不斷地分支再分支，直至産生了所有的哺乳動物——從倭鼩鼱到大象，從掘穴而居的鼴鼠到高踞枝頭的猴子，等等。人們會這樣想：哺乳動物的源流必定是一條滾滾嚮前的巨大洪流，不然它怎能註滿它的千萬條重要支流呢？然而，這種聯想卻是大錯特錯了。所有現代哺乳動物的祖先從非哺乳動物分離出來，這與任何其他物種的形成相比，並不顯得“聲勢浩大”。如果當時恰巧有一位博物學家光臨，這個過程甚至不會引起他的註意。基因之河的新支流就像一條小溪，棲居育着夜間活動的小生靈。這些小生靈與它們的非哺乳動物親戚之間的差異極小，就像紅鬆鼠與灰鬆鼠之間的那種關係。衹是到了後來，我們纔把哺乳動物的祖先當做哺乳動物看待。在最初時，它們不過是另一種貌似哺乳類的爬行動物，與其他十來種有口鼻部的小動物並無顯著差別，都是恐竜的一小口美食。
所有大的動物類群，比如脊椎動物、軟體動物、甲殼綱動物、昆蟲、環節動物、扁蟲，以及水母等等，在早期它們的祖先分手的時候，同樣也沒有什麽戲劇性。當軟體動物（以及其他動物）始祖的基因之河，與脊椎動物（以及其他動物）始祖的基因之河剛剛分離的時候，這兩群生物（可能類似蠕蟲）非常相像，以至它們之間還可以交配。它們僅僅是由於偶然地被地理上的障礙所分離，纔未能相遇和交配。比如，也許是幹旱，陸地把原來的統一水體隔開了。沒有人能猜到其中一個群體註定會生出軟體動物，而另一個群體註定會生出脊椎動物。這兩條DNA之河不過是剛剛勉強分開的小溪，這兩種動物類群還很難區分開。
動物學家們對這些都是很明白的，但是每當他們認真註視巨大的動物類群（比如軟體動物和脊椎動物）時，他們就往往忘了這些，而被誘入迷津，認為主要類群間的分離纔是重要的事件。動物學家們之所以會誤入歧途，是因為他們已經被教會了一種幾近虔誠的信條：動物界每一個大的分界都有某種極獨特的標志，德文稱之為“Bauplan”（生物藍圖）。儘管這個詞不過是“藍圖”的意思，然而它已經成為被認可的術語了。儘管在新版《牛津英語大辭典》中還沒有這個詞（我對此略感震驚），我總要為它找到一個對應的詞。
從技術意義上說，Bauplan常常被翻譯為“身體的基本設計”。使用“基本”這個詞招致危害，它會導致動物學家們犯嚴重的錯誤。
舉例來說，一位動物學家曾經提出，在寒武紀（大約6億年至5億年前），進化過程一定與晚些時候的進化過程完全不同。他的推理是這樣的：現在出現的是新物種，而在寒武紀時期出現的是新的類（如軟體動物和甲殼綱動物）。謬誤是顯然的！即使是像軟體動物和甲殼綱動物這樣根本不同的生物，原本也是同一物種，僅僅由於地理上的原因被分隔開來。在剛剛分開的最初一段時間裏，如果它們能相遇的話，還可以互相交配並繁殖後代，但是它們沒能相遇。在分別經過數百萬年計的進化過程之後，它們各自獲得了現有的特徵。現代動物學家事後根據這些特徵，把它們分別稱為軟體動物和甲殼綱動物。這些特徵被稱為“生物藍圖”。但是，動物界主要的生物藍圖是從共同的源頭分岔後逐漸進化而來的。
在對究竟是如何漸變或如何突變的看法上，顯然存在着小小的差異。雖然大傢發表的意見很多，但差異並非特別大。還沒有人（我的意思是沒有一個人）認為進化會快到一步就産生出一個全新的生物藍圖。我所說的這個作者的文章發表於1958年。今天，極少有動物學家明確地接受他的主張，但他們有時會含蓄地表露出來，好像動物的主要類群不是因偶然的地理上的隔離從一個祖先群體分離而成，而是自己冒出來的，而且一下子就完全形成了，就像雅典娜從宙斯的腦袋裏鑽出來一樣。
分子生物學的研究表明，在任何情況下，大動物類群之間的接近程度，比我們通常想象的要大得多。你可以把遺傳密碼看作是一本詞典。在這本詞典裏，要把一種語言的64個單詞（4個字母中取3個，共64種可能的三聯體）標繪到另一種語言的21個單詞（20種氨基酸加1個標點符號）上。兩次64：21的排列完全相同的可能性極小，衹有100萬億億億分之一。然而，事實上，所有迄今為止我們所見到的動物、植物和細菌，它們的遺傳密碼完全一樣。地球上一切有生命的東西肯定都是一個祖先的後裔。沒有人對此提出質疑。以昆蟲和脊椎動物為例，人們在研究中發現，不僅它們的遺傳密碼本身，甚至遺傳信息的排序也驚人地相似。一個相當復雜的遺傳機製决定了昆蟲的體節的分化，而在哺乳動物中也發現了不可思議的相似遺傳機製。從分子角度來說，所有的動物互相之間都有相當近的親緣關係，甚至植物也一樣。你不得不到細菌中去尋找我們的遠親。即使如此，細菌的遺傳密碼同我們的也一樣。為什麽能對遺傳密碼做如此精確的計算，而對解剖圖作同樣的精細研究就不可能？原因就在於遺傳密碼是嚴格數字化的，而數字是可以精確計算的。基因之河是一條數字之河，下面我必須對這個工程術語詳加解釋。
工程師們給出了數碼和模擬信號之間的重大區別。留聲機、錄音機，直到前不久還在使用的大多數電話機，都是使用模擬信號。
激光唱機、計算機，以及大多數現代電話係統，都使用數碼。在模擬電話係統中，由聲音引起的空氣壓力的連續波動，被轉換成電話綫中相應的電壓波動。唱機的工作原理與此相似：唱片轉動時，它的波狀紋道引起唱針的振動，唱針的振動又被轉換為相應的電壓波動。在電話綫的另一端，受話方電話耳機裏金屬薄膜在變化電流的作用下發生振動，於是受話者便能聽到聲音了。同樣，變化的電流通過唱機的揚聲器，便把唱片上記錄的音樂放送出來了。這種“密碼”既簡單又直接：電綫中電流的波動與空氣壓力的波動成比例。
所有可能的電壓，衹要是在一定限度之內，都能通過電綫傳輸，電壓之間的差異是重要的。
在數字電話中，通過導綫的衹有2個可能的電壓，或者若幹個可能的離散電壓值，例如8個或256個。信息並非藴含於電壓本身，而是包含在離散電平的圖形中。這叫做脈衝編碼調製。在任一時刻，實際電壓很少能精確地等於8的整數倍（稱為標稱值），但是，接收裝置將抹去零頭使它達到最接近的指定電壓，這樣，即使傳輸情況很差，在導綫的另一端，信號仍然幾近完美。你所要做的事，是使這些離散電平相差足夠大，從而接收裝置不致把隨機波動“翻譯”為錯誤的電平。這是數字編碼的一個重大特徵，這也正是為什麽聲象係統以及其他信息技術日益走嚮數字化的原因。當然，計算機早已在它們做的每一件事情中采用了數碼。為了方便起見，我們采用二進製碼，它衹有兩個電平，而不是8個或者256個電平。
即使是在數字電話中，進入送話器的聲音以及耳機發出的聲音，仍然是空氣壓力的一種模擬式的波動。從交換機到交換機之間傳送的都是數字信息。人們要建立某種代碼以便把模擬值一微秒一微秒地“翻譯”成離散脈衝係列，即由數碼表示的數值。當你在電話裏懇求你的情人時，音調的每一細微差異，每一次哽咽，動情的嘆息，渴望的音色，都僅僅是由數碼這一種形式通過導綫傳送過去的。你會被數碼感動得熱淚盈眶，但有一個先决條件，就是那些感人的聲音被以足夠快的速度編碼和譯碼。現代電話交換機運行速度極快，可以把綫路時間分成若幹份，這就像一位象棋大師能夠同時與20人車輪大戰那樣。采用這種方法，數以千計的對話可以同時在一條電話綫路上進行；這些對話表面上是同時進行的，但在電子學上是分開單獨進行的，互相之間沒有幹擾。一條數據幹綫，就是一條數字的大河。今天，許多數據綫路已不再是導綫了，而是無綫電波的波束，可以從這個山頂直接發送到那一個山頂，或者由衛星進行轉發。這是成千條數字之河，它們僅在表面上分享同一河道，全靠聰穎的時間分配技術纔得以實現；就像紅鬆鼠和灰鬆鼠，雖然生活在同一棵樹上，但是它們的基因卻從未混合過。
讓我們再回到工程師的世界裏來。模擬信號衹要不被反復地復製，它的缺陷倒也無礙大事。錄音磁帶可能有嘶嘶聲，但它很小，除非將聲音放得很大，否則你也許不會註意到這嘶嘶聲。然而在你將音樂放大的同時，嘶嘶聲也被放大，還帶進了新的噪聲。但是如果你將磁帶復錄，復錄後再復錄，一次又一次地復錄下去，經過100次的復錄之後，磁帶上留下的將衹有可怕的嘶嘶聲。在全模擬電話時代，這種現象就成了問題。任何電話信號經過很長的一段電話綫之後都會衰減，因此必須將它們“提升”，即加以放大，比如每100公裏就要放大一次。在模擬信號時代，這是一件令人頭疼的事，因為每一級放大都會增加背景的嘶嘶聲。數字信號也需要放大，但是，由於我們已經知道的原因，這種放大過程不會引入任何“誤差”：不論需要經過多少次放大，我們都可以藉助一定的裝置使信號得到改善，完美地走嚮下一程。即使數字信號旅行成千上萬公裏，嘶嘶聲也不會變大。
在我小時候，母親對我說，神經細胞就是人體內的電話綫。然而，它們是模擬的還是數字的？回答是：它們是這兩者有趣的混合體。一個神經細胞可不像一段導綫。它是一條細長的管子，一種“化學變化波”從中經過，就像炸藥包的引綫，在地上噝噝作響地燃燒着。然而，又不像引綫，神經細胞能夠很快地恢復；在經過短暫的休息之後，神經又能“噝噝作響”了。波的幅度（像引綫的溫度）在波沿神經傳播時會有變化，但這沒有任何影響。代碼不關心幅度的漲落。有化學脈衝和無化學脈衝，這就像數字電話裏的兩個分立的電平。從這個意義上講，神經係統是數字式的，但是，神經衝動不會被編碼為字節：它們不能組成離散的代碼數值。相反，信息的強度（如聲音的響度、光綫的亮度，甚至情緒的迸發等等）由脈衝的頻率表達出來。工程師們把這種方式叫做脈衝頻率調製。在出現脈衝編碼調製技術以前，曾經廣泛采用脈衝頻率調製技術。
脈衝頻率是個模擬量，而脈衝本身是數字式的：脈衝要麽有，要麽無，沒有其他量值。如同其他數字係統一樣，神經係統也從這一特點中獲益匪淺。在神經係統中，也有一種相當於“放大器”的東西，但不是每100公裏纔有一個，而是每1毫米就有一個——在脊髓和你手指尖之間便有800個這樣的“放大器”。如果神經衝動的絶對幅度在發揮作用，人的一支胳膊的長度就足以使所傳輸的信息面目全非，更不要說一頭長頸鹿脖子那樣的長度了。每一次放大都會引入更多的隨機誤差，就像進行800次的磁帶復錄一樣。或者，就像用復印機進行復印，復印件再復印，經過800次復印之後，最後得到的將是模糊一片的灰色。數字編碼為解决神經細胞的問題提供了唯一的解决辦法，而自然選擇也充分接受了它，基因的情況也是如此。
弗朗西斯·剋裏剋（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（JamesWatson）是揭開基因分子結構之謎的人。我認為他們應當像亞裏士多德和柏拉圖那樣世世代代受到尊敬。他們獲得了諾貝爾生物學和醫學奬，他們應該獲此殊榮。然而，與他們的貢獻相比，這奬勵是微不足道的。談論繼續不斷的革命，在字眼上幾乎是矛盾的，然而不僅僅是醫學，還有我們對生命的全部理解都會發生一次又一次的革命。這些革命是觀念變化的結果，而觀念上的變革是這兩個年輕人在1953年發起的。基因本身，以及遺傳疾病衹不過是冰山的一角而已。在沃森和剋裏剋之後，分子生物學真正的革命性變化，是它已變成數字式的了。
在沃森和剋裏剋之後，我們知道，從內部的微細結構講，基因本身就是一長串純數字信息。尤其是，基因結構是真正數字式的，像計算機和激光唱機那樣完全的數字化，而不是像神經係統那樣部分的數字化。遺傳密碼與計算機代碼不同，不是二進製的；遺傳密碼與某些電話係統也不相同，不是8位碼；遺傳密碼是一種4進製代碼，它有4個符號。基因代碼完全像計算機的機器代碼一樣。
除了專業術語不同之外，分子生物學雜志裏面的每一頁都可以換成計算機技術雜志的內容。關於生命核心的數字革命帶來了許多結果，其中最重要的是，它給活力論者們關於“有生命物質與無生命物質有極大區別”的觀點以致命的最後一擊。直到1953年，人們可能還相信，在有生命的原生質中存在着某種基本的、不可再分的神秘物質。自那以後不再有人這樣想了。甚至那些原先傾嚮於機械生命論的哲學家也不敢期望，他們那最不切實際的夢想能得到滿足。
下面這段科學幻想小說的情節還是說得通的，衹是技術上與今天不同，比今天的技術略微超前了一些而已。吉姆·剋裏剋森（Jim Crickson）教授被外國的邪惡勢力綁架，他們逼迫剋裏剋森在一個生物戰實驗室裏工作。為了拯救世界文明，他所應該做的最重要的事情，就是把一些絶密的信息傳遞給外部世界。然而，所有正常的聯繫渠道都斷絶了。衹有一個例外，DNA密碼有64個三聯體“密碼子”，足夠組成一個包括26個大寫字母和26個小寫字母的完整英文字母表，外加10個數字、一個空格符號和一個句號。剋裏剋森教授從實驗室的樣品架上取來一種惡性流感病毒，用無懈可擊的英語句子將他要傳達給外界的完整情報，設計在病毒的基因圖譜中。他在設計的基因圖譜上一遍又一遍地重複發佈他的情報，還加上了一個極易辨認的“標志”序列，就是說，為首是10個引導數字。他讓自己感染了這種病毒，然後到一個擠滿了人的房間裏不停地打噴嚏。一個流感浪潮橫掃全球。世界各地的醫學實驗室都開始分析這種病毒基因圖譜的排序，以期設計出一種疫苗來對付它。人們很快就發現，病毒的基因圖譜中有一個奇怪的重複的模式。引導數字引起了人們的警覺：這些數字是不可能自發産生的。
於是有人無意中想到采用密碼分析技術來解决問題。這樣，沒費多少工夫，剋裏剋森教授所傳遞的英文情報就被人們讀懂了，消息傳遍了全世界。
我們的基因係統（也是我們這顆行星上所有生命的通用基因係統）是徹底數字化的。你可以一字不差地把《新約全書》編入人類基因圖譜中由“閑置”DNA占據的部分，這些DNA還沒有被利用，至少是沒有被人體以通常的方式利用。你體內的每一個細胞都含有相當於46盤巨大的數據磁帶的信息，通過無數個同時工作的“讀出磁頭”將數字符號取出。在每一個細胞中，這些磁帶——染色體——所包含的信息是一樣的，但不同類型細胞中的讀出磁頭根據它們自己的特殊目的，挑出數據庫中不同部分的信息。這就是為什麽肌肉細胞會不同於肝細胞。這裏沒有受到心靈驅使的生命力，沒有心跳、呻吟、成長，也沒有最初的原生質，神秘的膠體。生命僅僅是無數比特數字信息。
基因是純粹的信息，是可以被編碼、再編碼和譯碼的信息，在這些過程中，其內容不會退化，也不會改變。純粹的信息是可以復製的，而且由於它是數字信息，所以復製的保真度可以是極高的。
DNA符號的復製，其精確度可與現代工程師們所做的任何事情相媲美。它們一代代被復製，僅有的極偶然的差錯衹足以引起變異。
在這些變種中，那些在這個世界上數量增多的編碼組合，當它們在個體內解碼和執行時，顯然能自動地使個體采取積極步驟去保持和傳播同樣的DNA信息。我們——一切有生命的物質——都是存活下來的機器，這些機器按照程序的指令，傳播了設計這個程序的數據庫。現在看來，達爾文主義就是在純粹數碼水平上的衆多幸存者中幸存下來的。
現在看來，不可能有其他的情況。我們可以想象一下模擬式的基因係統。我們已經知道，模擬信息經過連續若幹代的復製之後會産生什麽樣的後果：變成了一片噪聲。在設有許多放大器的電話係統中，在多次轉錄磁帶的過程中，在復印再復印的過程中——總之，在纍積退化過程中，模擬信號極易受到損害。因此，復製衹能進行有限的幾代。然而，基因則不然，它可以自我復製千萬代而幾乎沒有任何退化。達爾文的進化論之所以成立，僅僅是因為復製過程是完美無缺的——除去一些分立的變異，自然選擇法則决定了這些變異或者被淘汰，或者被保留下來。衹有數字式的基因係統能夠使達爾文的進化論在地質時代中永放光華。1953年是雙蠃旋年，它將被看作是神秘論生命觀和愚昧主義生命觀的末日，而達爾文主義者則把1953年視為他們的學科最終走嚮數字化之年。
純粹的數字信息之河，莊嚴地流過地質年代，並分解成30億條支流。它是一個強有力的形象。但是，它在什麽地方留下了熟悉的生命特徵？它在什麽地方留下了軀體、手腳、眼睛、大腦和鬍須，樹葉、樹幹和樹根？它又在什麽地方留下了我們和我們的各個部分？我們——動物、植物、原生動物、菌類和細菌——難道僅僅是供數碼式數據從中流過的小河河道嗎？從某種意義上來說，是這樣。
但是，正如我在前面所說，還不止這些。基因並不僅僅是復製它們自己，一代一代往下傳。它們實際上把時間消磨在軀體內，它們存在於軀體內，它們影響一代接一代的軀體。軀體，從外觀到行為都受到它們的影響。軀體也是重要的。
就拿北極熊來說。北極熊的軀體不僅僅是數字小溪的河道，它還是一部像熊那麽大而復雜的機器。整個北極熊種群的所有基因是一個集體——它們是好的夥伴，肩並肩地走過時間旅途。但是，它們並不把時間都消耗在陪伴這個集體中所有其他成員上：他們在集體的一群成員內更換夥伴。“集體”這個詞的定義是，它是一套基因，這些基因有可能與這集體中的任何其他基因（但不是世界上其他3000萬個集體之一的成員）相遇。實際的相遇總是發生在某一北極熊軀體的某一個細胞之中。因而，那個軀體並不是消極地接受DNA的一個容器。
每個細胞裏都有完整的一套基因，想象一下細胞的巨大數目便足以使你震驚：一隻大公熊體內有9億億個細胞。如果將一隻北極熊的所有細胞排成一隊，足以從地球到月球排一個來回。這些細胞分成幾百種截然不同的類型，所有的哺乳動物基本上都有幾類細胞：肌肉細胞、神經細胞、骨細胞、表皮細胞等等。同一類型的細胞聚集在一起形成組織：肌肉組織、骨組織等等。所有不同類型的細胞都具有構成這種類型所需的基因指令。衹有與相關組織相適應的基因才能被激活。這就是為什麽不同組織的細胞形狀和大小均不相同。更有趣的是，特定類型細胞中被激活的基因導致這些細胞長成特定形狀的組織。骨骼並不是沒有形狀的、硬實而堅固的大塊組織。骨骼有它們特定的形狀：有中空棒狀的，有球狀和凹窩狀的，還有脊椎骨和骨距等等。細胞由它內部激活了的基因編好了程序，就好像它們很清楚自己的相鄰細胞是哪些，自己的位置在哪裏。它們就這樣形成了自己的組織，長成了耳垂，或者心髒瓣膜、眼球、括約肌等不同的形狀。
像北極熊這樣的復雜有機體，它有很多層次。北極熊的軀體就是許多具有精確形狀的器官（如肝髒、腎髒、骨骼等）的復雜集合體。每一個器官又是由特定組織構成的復雜的大廈，建造這些組織的磚塊就是細胞，它們通常是一層層或一片片的，也常常是塊狀的實體。從更小的尺度上講，每一個細胞都有高度復雜的內部結構，即摺叠膜結構。這些摺叠起來的膜，以及膜之間的液體，是發生多種不同類型的、錯綜復雜的化學反應的場所。在一傢化學工業公司或者碳化物公司裏，可能有數百種性質截然不同的化學反應正在進行。這些化學反應被燒瓶壁、管道壁等分隔開來。在一個活的細胞裏，可能有差不多數量的化學反應同時發生。從某種程度上來說，細胞內部的膜就如同實驗室裏的玻璃器皿。當然，從兩個方面來看，這種比喻不太恰當。其一，儘管有許多化學反應是發生在膜之間，但也有不少化學反應發生在膜上。其二，還有更重要的手段將不同的反應分隔開來。每一種反應都是由它自己特殊的酶來催化的。
酶是一種非常大的分子，它的三維立體結構提供了能促進反應的表面，從而加速特定類型的化學反應。由於對生物分子來說最重要的是它們的三維立體結構，所以我們可以把酶分子看作一臺大型機床，它通過仔細篩選，形成一條製造特定形狀分子的生産綫。因此，在任何一個細胞裏面，都同時獨立地發生着數以百計的不同化學反應，這些化學反應都是在不同的酶分子表面發生的。在一個特定的細胞中，發生哪些特定的化學反應，取决於存在哪些特定類型的酶分子。每一個酶分子，包括其十分重要的形狀，都是在特定基因的决定性影響下裝配出來的。確切他說，基因中數百個密碼符號的精確順序，根據一套完全已知的法則（遺傳密碼），决定了氨基酸在酶分子中的序列。每一個酶分子都是一條氨基酸長鏈，而每一條氨基酸長鏈都自動盤繞成一個獨一無二的、特定的三維立體結構，就像一個繩結。在繩結中，長鏈的某些部分與另一些部分形成交聯鍵。繩結確切的三維結構是由氨基酸的一維順序决定的，因此也就是由基因中密碼符號的一維順序决定的。這樣，細胞裏發生什麽化學反應，就取决於究竟是哪些基因被激活了。
然而，在一個特定的細胞中，是什麽决定了應該激活哪些基因呢？回答是：那些存在於細胞內的化學物質。這裏包含着一個雞和蛋的悖論，然而並非不可超越。實際上，對這一悖論作出解答，雖然在細節上很復雜，但是在原理上卻很簡單。計算機工程師把這種解答叫做“引導程序”。我第一次開始使用計算機是在60年代，所有程序都必須通過穿孔紙帶來輸入（那時美國的計算機通常使用穿孔卡片，但原理是一樣的）。在你裝入大型程序紙帶之前，你必須先裝入一個小的程序，稱為“引導裝入程序”。這引導裝入程序衹做一件事：告訴計算機怎樣裝入紙帶。但是，這裏就有了雞和蛋的悖論：這“引導裝入程序”自己又是怎樣“裝入”的呢？在現代計算機中，相當於“引導裝入程序”的功能已經由計算機裏的硬件來完成了。但是在早期，你必須按照規定的順序操作鍵盤才能開始工作。這一係列按鍵告訴計算機怎樣開始閱讀引導裝人程序的第一部分。然後，引導裝人程序紙帶的第一部分又告訴計算機，如何閱讀引導裝人程序的下一部分等等。待引導裝人程序全部輸入計算機後，計算機就知道如何閱讀任何紙帶了，這時它纔變成一臺有用的計算機。
胚胎是這樣開始形成的：一個單細胞（也就是受精卵）分裂成兩個；這兩個又分別分裂，這就變成了4個細胞；每個細胞再分裂，變成了8個細胞等等。用不了多少代，細胞數就增加到了萬億個，這就是指數分裂的力量。但是，如果僅此而已的話，那麽這數以萬億計的細胞就全是一模一樣的了。如若不是這樣，它們又是怎樣分化（請允許我使用技術術語）成為肝細胞、腎細胞、肌肉細胞等等，並且各有不同的基因被激活，各有不同的酶在活動呢？通過“引導”。它是這樣工作的：儘管卵子看上去像是個球體，實際上它內部的化學物質存在極性。它有頂部和底部，很多情況下還有前後之別（因此也有左邊和右邊）。這些極性的表現形式是化學物質的梯度。
某些化學物質的濃度從前嚮後逐漸升高；另一些化學物質的濃度自上而下逐漸升高。這些早期的梯度雖很簡單，卻足以構成引導運作的第一步。
例如，當一個卵子分裂成為32個細胞的時候，也就是第五次分裂之後，這32個細胞中的某些細胞會得到多於平均數的頂部化學物質，另一些細胞得到了多於平均數的底部化學物質。細胞首尾之間化學物質也可能出現不平衡。這些差異足以在不同細胞內激活不同的基因組合。因此，在早期胚胎各不同部分的細胞中，會出現酶的不同組合。這就使得在不同的細胞中有更多的不同基因組合被激活。因此，細胞不再與胚胎內它們的剋隆祖先保持一致，細胞出現了世係趨異。
細胞的世係趨異完全不同於前面談到的物種趨異。這些細胞趨異是依程序進行的，並且可以預見其細節。而物種趨異是由於地理上的突然變化所帶來的偶然性結果，並且是不可預見的。此外，當物種趨異時，基因本身發生趨異，這種情況我曾充滿想象力地稱之為“永別”。當胚胎中發生細胞世係趨異時，分裂雙方都接受相同的基因——全都相同。但是不同的細胞接受化學物質的不同組合，而不同的化學物質組合會激活與之相配合的不同基因，而且有些基因的使命就是激活或阻斷其他基因。“自我引導”就這樣進行下去，直到我們有了不同類型細胞的全部指令係統。
正在發育的胚胎不僅僅是分化為數百個不同類型的細胞。它的外部和內部形態還同時經歷了精緻的動態變化。或許最具戲劇性的是最早期的一個變化——原腸胚形成的過程。著名胚胎學家路易斯·沃爾波特（Lewis Wolpert）甚至這樣說：“雖然不是出生、結婚或死亡，但它真正是你一生中最重要的時刻，這就是原腸胚的形成。”在原腸胚形成時到底發生了什麽呢？一個由細胞組成的空球經彎麯變形之後變成了一隻帶襯裏的杯子。一般來說，整個動物界的所有胚胎都要經歷相同的原腸胚形成過程，這是胚胎學多樣性的共同基礎。在此，我衹是把原腸胚的形成作為一個例子，一個特別引人註目的例子提出。在胚胎發育中經常見到，整層細胞不停地做着類似折紙的動作，原腸胚形成衹是這類動作中的一個。
在折紙能手的表演結束後，經過一層層細胞無數次的摺叠、伸展、鼓起和拉平後，在胚胎的一些部分生機勃勃而和諧有序地生長，另一些部分被消耗後；在分化為化學性質和物理性質上各異的數百種細胞後，當細胞的數量達到以萬億計的時候，這最終的産物便是一個嬰兒。不，嬰兒誕生並不是終點，因為個體的整個生長——還有，軀體的某些部分比另一些部分生長得快——包括經由成年直到老年的過程，應該視為同一個胚胎學過程的延伸，這纔是完整的胚胎學。
個體之間的不同之處，就在於它們在整個胚胎學過程中在數量細節上存在差異。一層細胞在摺叠起來之前長得有點過頭，這結果是什麽呢？可能是鷹鈎鼻子，而不是朝天鼻子；還可能是扁平足，這也許能使你免於戰死疆場，因為扁平足者不準參軍；也可能肩腫骨的形狀特殊，它使你長於投擲標槍（或者擲手榴彈，或者打板球，這取决於你所處的環境）。有時，細胞層折紙動作的個別變化會帶來悲劇性後果，比如天生胳膊殘疾或無手的嬰兒。由純粹化學因素而非細胞層折紙動作引起的個體差異，其後果也同樣嚴重：不能吸收牛奶、同性戀傾嚮、對花生過敏，或者吃芒果時感覺像吃鬆節油一般惡心。
胚胎發育是一種非常復雜的物理化學過程。在它的發展進程中，任何一點細節上的改變，都會給全過程帶來不可估量的影響。
你衹要回憶一下這個過程在多麽大的程度上藉助於“引導”，對這一點就不會感到太驚奇了。許多個體發育過程中的差異是由環境不同引起的——例如缺氧，或者受到引起胎兒畸形的藥劑的影響。
許多其他個體差異是由基因的不同引起的——不僅僅是那孤立的基因，還有那些與其他基因相互作用的基因，還有與環境差異發生相互作用的基因。胚胎發育是個復雜的、千變萬化的過程，又是個錯綜復雜、互相影響的自我引導過程。胚胎發育過程既強有力又很敏感。說它強有力，是因為它排除了許多潛在的變異，對抗着有時看來勢不可擋的種種可能，産生出一個活生生的子代。與此同時它對變化非常敏感，以致不存在兩個所有特徵都完全一樣的個體，甚至沒有一模一樣的雙胞胎。
現在，這一討論已漸漸引到這個論點上。在由於基因所引起的個體問差異（差異的程度可大可小）面前，自然選擇可能傾嚮於胚胎折紙動作或胚胎化學的後代，而淘汰其他個體。就你的投擲手臂受到基因的影響來說，自然選擇有可能接受它，也可能淘汰它。如果善投擲對個體存活時間是不是夠長，是否能有自己的孩子産生了一定影響（不管這影響是多麽輕微），而投擲能力又受基因的影響，這些基因便有較大的可能性傳到下一代。任何一個個體都可能因為與他的投擲能力沒有關係的原因而死去，但是，導致個體善投擲的基因（有這個基因的人比沒有這個基因的人更善於投擲）將寄居於很多人體內，延續許多世代。從這個特定基因的角度來看，其他的死因將是均等的。以基因的觀點來看，存在的衹是流經世世代代的DNA之河，衹是在某一個軀體內臨時寄居，衹是與夥伴基因臨時共享同一個軀體，而這些夥伴基因可能是成功的，也可能是失敗的。
經過很長一段時期之後，基因之河裏充滿了歷經萬難仍存活的基因。成功的原因是多種多樣的：有的基因使人投擲長矛的能力略有提高，有的基因使人辨別毒物的能力略有提高，以及其他等等。作為一種平衡，有些基因對生存不利：可能會使具有它的人眼睛散光因而標槍投不準，或者使具有它的人缺乏吸引力因而找不到配偶。它們最終會從基因之河中消失。在所有這一切中，要牢記我們在前文指出的論點：在基因之河中能夠長期存活下去的基因，將是那些有利於這一物種在一般環境中存活下去的基因；所謂“一般環境”，或許最主要是指這個物種的其他基因，即指這個基因不得不與之在同一個軀體中共存的那些基因，與之在同一條基因之河中共同遊過地質時代的那些基因。
原註：嚴格他講，例外的情況是存在的。有些動物，比如蚜蟲，是無性繁殖。現在，采用人工授精之類的技術，人類不經交媾就可以有孩子，甚至，鑒於體外繁殖的卵子可以從女性胎兒體內取得，人類不等發育成熟即可生育。但就論題而言，我的觀點的說服力並未減弱。
現今所有活着的生物體，包括每一種動物和植物，所有的細菌和真菌，各種爬行類動物，還有本書的讀者，都能回顧自己的祖先並驕傲地宣稱：在我們的祖先中，沒有一個是幼年夭折的。他們都活到了成年，每位找到了至少一個異性夥伴並交配成功*。我們的祖先，沒有一個在有了至少一個孩子之前就死於敵手，或死於病毒侵染，或死於失足墜崖。我們祖先成千上萬的同齡人，有很多就是由於這些原因而不幸隕命。然而，我們的每個祖先都逃脫了這種厄運。上面的陳述是再明白不過的了，然而還遠不止這樣一些事情。
還有很多事既難以理解又出人意料，或者既清楚明了又讓人驚異。
所有這些都是本書將要討論的內容。
所有生物體的基因，都是從它們祖先那裏繼承的，而不是從列祖列宗那些失敗的同代人那裏遺傳的。因此，所有的生物都有一種傾嚮，那就是擁有成功的基因。它們具備能夠使它們自己成為祖先的那些東西，即生存能力和繁殖能力。這就是為什麽生物都自然地會繼承這樣的基因，這些基因傾嚮於建造一個設計良好的機器——一個積極工作的機體，仿佛是在努力使自己成為一個祖先。這也正是為什麽鳥兒那麽善於飛翔，魚兒那麽善於遊水，猴子那麽善於攀緣，而病毒又是那麽善於傳播。這也正是為什麽我們熱愛生命，熱愛性事，熱愛孩子。這是因為我們所有的人無一例外地從延綿不斷的成功祖先們那裏繼承了我們全部的基因。這個世界到處都有生物，而這些生物都具有那些能夠使它們成為祖宗的東西。一句話，這就是達爾文的進化論。當然，達爾文的進化論遠不止這些；而且，現在我們能說的就更多，這也就是為什麽我們讀的這本書沒有到此止筆的原因。
這裏，很自然會出現對上面這段話的誤解，這是極有害的。它會使人認為，由於祖先們做了成功的事情，便産生了一種結果：它們傳給它們孩子的基因，比它們從上一代那裏繼承的基因有了提高。有關它們成功的某種東西留在了基因中，這正是它們的後代所以善飛翔、善遊水和善於求愛的原因。錯了，大錯特錯了！基因不會在使用過程中得到改善，除非出現非常少見的偶然錯誤，它們衹是被按原樣傳下去。並非成功産生了好的基因，是好的基因創造了成功。任何個體在它一生中所做的一切，都不會對基因産生任何影響。那些生下來就具有好基因的個體，最有可能成長為成功的祖先，因此，與不良基因相比，好的基因更有可能傳至後世。每一代就是一個過濾器、一個篩網：好的基因能夠穿過篩網到達下一世代；不良基因則由於個體幼年夭折，或者沒有後代而終止。或許，不良基因有幸與好的基因同在一個身體之內，它們也可能通過一兩代的篩選。然而，要一個接着一個地通過1000個篩網，就不僅是要有運氣了。通過1000個世代的逐次篩選之後，那些讓生物體能經受篩選的基因，很可能就是好基因了。
我曾說過，那些經歷一個接一個世代存活下來的基因，應該是曾成功地産生了祖先的基因。這話不錯，然而也有明顯的例外，需要在這裏加以說明，以免造成誤解。有些個體從本能上就不會生育，但它們似乎生來就是為了幫助把它們的基因傳給下一代。工蟻、工蜂、白蟻中的工白蟻和黃蜂中的工黃蜂，都是不能生育的。它們辛勤勞動不是為了成為祖先，而是為了使它們有繁殖能力的親屬（通常是它們的姐妹和兄弟）成為祖先。這裏有兩點需要弄明白。
第一，在任何一種動物中，姐妹兄弟共有相同基因的概率是很高的；第二，是外部環境，而不是基因，决定了一隻白蟻是變成能生殖的白蟻，還是變成不能生殖的工白蟻。所有的白蟻，都帶有這樣一些基因，它們在某些環境條件下能使白蟻成為不能生殖的工白蟻；而在另外一些條件下變為有生殖力的白蟻。能生殖的白蟻把一些基因一代代傳下去，這些基因能使得工白蟻幫助它們繁殖後代。工白蟻在基因的作用下辛勤工作，而這些基因的副本則存在於會生殖的白蟻體內。工白蟻這些基因拷貝竭盡全力幫助有生殖力的拷貝通過世世代代的篩選。工白蟻既可能是雄性的，又可能是雌性的；但在螞蟻、蜜蜂和黃蜂中，做工的都是雌性。除此之外，原理上都是相同的。從廣義上說，這種情況也表現在若幹種鳥類、哺乳動物和其他動物中，它們中的兄長或姐姐在一定程度上撫育弟弟或妹妹。總而言之，基因取得穿過篩網的通行證，不僅靠那些自身將要成為祖先的個體，而且也靠着那些有親屬將成為祖先的個體的助力。
本書標題所說的河，指的是一條DNA之河，它是在時間中流淌，而不是在空間流淌。它是一條信息之河，而不是骨肉之河。在這條河中流淌的，是用於建造軀體的抽象指令，而不是實在的軀體本身。這些信息通過一個個軀體，並對其施加影響；然而信息在通過這些軀體的過程中卻不受軀體的影響。這條河流經一連串的軀體，不僅不會受這些軀體的經歷與成就的影響，而且也不受一個潛在的、從表面上看，更具威力的“污染源”的影響，那就是：性。
在你的每一個細胞中，都有一半基因來自你母親，另一半基因來自你父親，這兩部分基因肩並肩地相依相伴。來自你母親的基因與來自你父親的基因最緊密地結合在一起，創造了你——他們的基因的不可分割的精妙混合體。但是來自雙親的基因本身並不融合，僅僅是發揮它們各自的作用，基因本身都具有堅實的完整性。
進入下一代的時刻到來了，一個基因或者進入這個孩子的體內，或者不參與這樣的行動。父親的基因不會與母親的基因混合，它們獨立地完成重組。你身體內的一個基因，或者來自你的母親，或者來自你的父親。這個基因來自你的4位祖輩之一，而且僅僅來自他們中的某一位；進一步推論，這個基因來自你的8位曾租輩之一，而且僅僅來自他們之中的某一位。依此規律，可以追溯到更遠的世代。
我們談到了一條基因之河，但是，同樣我們可以說它們是通過地質年代行進的一隊好夥伴。從長遠的觀點來看，繁殖種群的所有基因互相都是夥伴。從短期來說，這些基因存在於個體之內，而且與同享一個軀體的其他基因成為“臨時的”比較密切的夥伴。衹有基因善於組建個體，而這些個體又能在該物種所選擇的特定生活方式下，很好地生存和繁殖，這些基因才能代代相傳。為了能很好地活下去，一個基因必須與同一物種（同一條河中）的其他基因良好合作。為了能長久地生存下去，一個基因必須是一個好夥伴。這個基因作為同一河流中其他基因的伴侶，或者在其他基因的背景下，它必須做得很好。其他物種的基因是在另外的河流之中。不同物種的基因不會在同一個體中共存，因此，從某種意義上來說，它們不必相處得很好。
作為一個物種，其特徵是：任何一個物種的所有成員流過的基因之河都是相同的，而同一物種的所有基因都必須做好準備，相互成為良好的夥伴。當一個現有物種一分為二的時候，一個新的物種就誕生了。基因之河總是適時分出支流。從基因的角度來說，物種形成（即新物種的起源）便是“永別”。經歷一個短期的不完全的分離之後，這支流與主流不是永遠分道揚鏢，就是其中之一或雙方都趨嚮幹涸、消失。兩條河在各自的河道之內是“安全”的，通過性的重組，河水互相混合、再混合。但是，一河之水永遠不會漫過自己的河岸，去污染另一條河流。一個物種分裂為兩個物種之後；兩套基因就不再互為夥伴了。它們不會再在同一個軀體中相遇，因此也就無從要求它們和睦相處。它們之間不再有任何交往。這裏所說“交往”的字義是指兩套基因各自的暫時載體——個體之間的性交。
為什麽會發生物種分裂？是什麽因素導致兩套基因的永別？又是什麽原因使得一條河流分成兩條支流，並且互相疏遠以至永不匯合？儘管在細節上尚有爭論，但沒有人懷疑這一觀點，即，最主要的原因是由於偶然發生的地理上的分離。雖然基因之河是在時間中流淌，然而基因的重新配對，卻是發生在實在的個體之內，而這些個體都在空間中占有一定位置。如果北美灰鬆鼠與英國灰鬆鼠相遇，它們是有可能交配並繁殖的。但是，它們不大可能相遇。北美灰鬆鼠的基因之河與英國灰鬆鼠的基因之河實際上被4800公裏寬的海洋隔開了。儘管人們認為，一旦有機會，這兩支基因隊伍仍然能夠成為好夥伴，但事實上它們已經不再互為夥伴了。它們已經互道珍重，當然這還不是一次不可逆轉的永別。但是如果照這樣再分離數千年，這兩條河就會漂離得非常遠，以至如果這兩種灰鬆鼠相遇的話，它們將不能再交換基因了。這裏的“漂離”兩字，說的不是空間上的分離，而是指它們已不能相容。
類似這樣的事情，肯定也發生在以前灰鬆鼠和紅鬆鼠分離之後。這兩種鬆鼠已經不能雜交了。雖然在歐洲的有些地區它們同時存在，而且經常相遇，還在一起爭奪堅果，它們已不能再交配産生具有繁殖能力的後代了。這兩種鬆鼠的基因之河流得相距太遠了，以致它們的基因在同一軀體中已不再能夠互相合作了。許許多多世代以前，灰鬆鼠的祖先與紅鬆鼠的祖先原本是相同的個體。但是，後來它們在地理上被分隔開了——把它們分開的，或許是山，或許是水，而最終是大西洋。於是灰鬆鼠的一套基因與紅鬆鼠的一套基因分道而行。地理上的隔離導致它們在生育上缺乏適應性。好伴侶變成了壞伴侶。或者，如果做一個讓它們交配的試驗，它們將表現出不是好夥伴。壞夥伴會越變越壞，直至現在，它們幹脆就不再互為伴侶了。它們之間的分離是永別，兩條基因之河分開了，而且註定越離越遠。在很久很久以前，我們人類祖先和大象祖先之間也曾發生過同樣的事情。或者，鴕鳥的祖先（它也是人類的祖先之一）和蝎子祖先之間，也發生過這種事情。
現在，DNA之河或許已經有了近3000萬條支流。所以這樣說，是因為據估計現在地球上大約存在着這麽多個物種。而且，還有一種估計，現存物種的總數）衹不過是地球上曾經存在的物種總數的1％。由此可以得出，地球上總共曾經存在過30億條DNA河的支流。今日的3000萬條支流之間，已經發生了不可逆轉的分離。
它們中的大多數將最終消失得無影無蹤，因為大多數物種終將消亡。如果你沿着這3000萬條河流（為了簡潔明了起見，我用“河流”這個詞代替“河流的支流”）溯本求源，就會發現它們都曾一個接一個地與其他河流互相匯合。大約在700萬年前，人類的基因之河與黑猩猩的基因之河是合在一起的，而幾乎在同時，大猩猩的基因之河與黑猩猩基因之河也是合在一起的。再倒退數百萬年，我們所加入的非洲古猿基因之河與猩猩基因之河合流。在比這更早的年代，我們祖先的基因之河是與長臂猿的基因之河同流的（而長臂猿的基因之河順流嚮下，分裂出幾個不同種的長臂猿與合趾猿）。
如果我們在時間坐標上再奮力回溯，曾與我們的基因之河合流的一些河流，在嚮前流淌的過程中又分出許多支流：歐洲猴、美洲猴，以及馬達加斯加狐猴等等。在更久遠的過去，我們人類的基因之河曾經與另外一些基因之河合流，一些主要的哺乳動物種群，如嚙齒動物、貓、蝙蝠、大象等，就是後來從那些基因之河分裂出來的。再往前，我們又見到另外一些基因之河，各種爬行動物、鳥類、兩棲動物、魚類、無脊椎動物，分別是從這些河流分裂出來的。
在關於基因之河的比喻中，我們必須對一個重要方面加以註意。當我們想到所有哺乳動物的源頭支流（而不是說細分至出現灰鬆鼠的小支流）時，頭腦中便浮現出密西西比河和它的支流密蘇裏河這樣宏偉的圖象。歸根結底，哺乳動物分支，是在不斷地分支再分支，直至産生了所有的哺乳動物——從倭鼩鼱到大象，從掘穴而居的鼴鼠到高踞枝頭的猴子，等等。人們會這樣想：哺乳動物的源流必定是一條滾滾嚮前的巨大洪流，不然它怎能註滿它的千萬條重要支流呢？然而，這種聯想卻是大錯特錯了。所有現代哺乳動物的祖先從非哺乳動物分離出來，這與任何其他物種的形成相比，並不顯得“聲勢浩大”。如果當時恰巧有一位博物學家光臨，這個過程甚至不會引起他的註意。基因之河的新支流就像一條小溪，棲居育着夜間活動的小生靈。這些小生靈與它們的非哺乳動物親戚之間的差異極小，就像紅鬆鼠與灰鬆鼠之間的那種關係。衹是到了後來，我們纔把哺乳動物的祖先當做哺乳動物看待。在最初時，它們不過是另一種貌似哺乳類的爬行動物，與其他十來種有口鼻部的小動物並無顯著差別，都是恐竜的一小口美食。
所有大的動物類群，比如脊椎動物、軟體動物、甲殼綱動物、昆蟲、環節動物、扁蟲，以及水母等等，在早期它們的祖先分手的時候，同樣也沒有什麽戲劇性。當軟體動物（以及其他動物）始祖的基因之河，與脊椎動物（以及其他動物）始祖的基因之河剛剛分離的時候，這兩群生物（可能類似蠕蟲）非常相像，以至它們之間還可以交配。它們僅僅是由於偶然地被地理上的障礙所分離，纔未能相遇和交配。比如，也許是幹旱，陸地把原來的統一水體隔開了。沒有人能猜到其中一個群體註定會生出軟體動物，而另一個群體註定會生出脊椎動物。這兩條DNA之河不過是剛剛勉強分開的小溪，這兩種動物類群還很難區分開。
動物學家們對這些都是很明白的，但是每當他們認真註視巨大的動物類群（比如軟體動物和脊椎動物）時，他們就往往忘了這些，而被誘入迷津，認為主要類群間的分離纔是重要的事件。動物學家們之所以會誤入歧途，是因為他們已經被教會了一種幾近虔誠的信條：動物界每一個大的分界都有某種極獨特的標志，德文稱之為“Bauplan”（生物藍圖）。儘管這個詞不過是“藍圖”的意思，然而它已經成為被認可的術語了。儘管在新版《牛津英語大辭典》中還沒有這個詞（我對此略感震驚），我總要為它找到一個對應的詞。
從技術意義上說，Bauplan常常被翻譯為“身體的基本設計”。使用“基本”這個詞招致危害，它會導致動物學家們犯嚴重的錯誤。
舉例來說，一位動物學家曾經提出，在寒武紀（大約6億年至5億年前），進化過程一定與晚些時候的進化過程完全不同。他的推理是這樣的：現在出現的是新物種，而在寒武紀時期出現的是新的類（如軟體動物和甲殼綱動物）。謬誤是顯然的！即使是像軟體動物和甲殼綱動物這樣根本不同的生物，原本也是同一物種，僅僅由於地理上的原因被分隔開來。在剛剛分開的最初一段時間裏，如果它們能相遇的話，還可以互相交配並繁殖後代，但是它們沒能相遇。在分別經過數百萬年計的進化過程之後，它們各自獲得了現有的特徵。現代動物學家事後根據這些特徵，把它們分別稱為軟體動物和甲殼綱動物。這些特徵被稱為“生物藍圖”。但是，動物界主要的生物藍圖是從共同的源頭分岔後逐漸進化而來的。
在對究竟是如何漸變或如何突變的看法上，顯然存在着小小的差異。雖然大傢發表的意見很多，但差異並非特別大。還沒有人（我的意思是沒有一個人）認為進化會快到一步就産生出一個全新的生物藍圖。我所說的這個作者的文章發表於1958年。今天，極少有動物學家明確地接受他的主張，但他們有時會含蓄地表露出來，好像動物的主要類群不是因偶然的地理上的隔離從一個祖先群體分離而成，而是自己冒出來的，而且一下子就完全形成了，就像雅典娜從宙斯的腦袋裏鑽出來一樣。
分子生物學的研究表明，在任何情況下，大動物類群之間的接近程度，比我們通常想象的要大得多。你可以把遺傳密碼看作是一本詞典。在這本詞典裏，要把一種語言的64個單詞（4個字母中取3個，共64種可能的三聯體）標繪到另一種語言的21個單詞（20種氨基酸加1個標點符號）上。兩次64：21的排列完全相同的可能性極小，衹有100萬億億億分之一。然而，事實上，所有迄今為止我們所見到的動物、植物和細菌，它們的遺傳密碼完全一樣。地球上一切有生命的東西肯定都是一個祖先的後裔。沒有人對此提出質疑。以昆蟲和脊椎動物為例，人們在研究中發現，不僅它們的遺傳密碼本身，甚至遺傳信息的排序也驚人地相似。一個相當復雜的遺傳機製决定了昆蟲的體節的分化，而在哺乳動物中也發現了不可思議的相似遺傳機製。從分子角度來說，所有的動物互相之間都有相當近的親緣關係，甚至植物也一樣。你不得不到細菌中去尋找我們的遠親。即使如此，細菌的遺傳密碼同我們的也一樣。為什麽能對遺傳密碼做如此精確的計算，而對解剖圖作同樣的精細研究就不可能？原因就在於遺傳密碼是嚴格數字化的，而數字是可以精確計算的。基因之河是一條數字之河，下面我必須對這個工程術語詳加解釋。
工程師們給出了數碼和模擬信號之間的重大區別。留聲機、錄音機，直到前不久還在使用的大多數電話機，都是使用模擬信號。
激光唱機、計算機，以及大多數現代電話係統，都使用數碼。在模擬電話係統中，由聲音引起的空氣壓力的連續波動，被轉換成電話綫中相應的電壓波動。唱機的工作原理與此相似：唱片轉動時，它的波狀紋道引起唱針的振動，唱針的振動又被轉換為相應的電壓波動。在電話綫的另一端，受話方電話耳機裏金屬薄膜在變化電流的作用下發生振動，於是受話者便能聽到聲音了。同樣，變化的電流通過唱機的揚聲器，便把唱片上記錄的音樂放送出來了。這種“密碼”既簡單又直接：電綫中電流的波動與空氣壓力的波動成比例。
所有可能的電壓，衹要是在一定限度之內，都能通過電綫傳輸，電壓之間的差異是重要的。
在數字電話中，通過導綫的衹有2個可能的電壓，或者若幹個可能的離散電壓值，例如8個或256個。信息並非藴含於電壓本身，而是包含在離散電平的圖形中。這叫做脈衝編碼調製。在任一時刻，實際電壓很少能精確地等於8的整數倍（稱為標稱值），但是，接收裝置將抹去零頭使它達到最接近的指定電壓，這樣，即使傳輸情況很差，在導綫的另一端，信號仍然幾近完美。你所要做的事，是使這些離散電平相差足夠大，從而接收裝置不致把隨機波動“翻譯”為錯誤的電平。這是數字編碼的一個重大特徵，這也正是為什麽聲象係統以及其他信息技術日益走嚮數字化的原因。當然，計算機早已在它們做的每一件事情中采用了數碼。為了方便起見，我們采用二進製碼，它衹有兩個電平，而不是8個或者256個電平。
即使是在數字電話中，進入送話器的聲音以及耳機發出的聲音，仍然是空氣壓力的一種模擬式的波動。從交換機到交換機之間傳送的都是數字信息。人們要建立某種代碼以便把模擬值一微秒一微秒地“翻譯”成離散脈衝係列，即由數碼表示的數值。當你在電話裏懇求你的情人時，音調的每一細微差異，每一次哽咽，動情的嘆息，渴望的音色，都僅僅是由數碼這一種形式通過導綫傳送過去的。你會被數碼感動得熱淚盈眶，但有一個先决條件，就是那些感人的聲音被以足夠快的速度編碼和譯碼。現代電話交換機運行速度極快，可以把綫路時間分成若幹份，這就像一位象棋大師能夠同時與20人車輪大戰那樣。采用這種方法，數以千計的對話可以同時在一條電話綫路上進行；這些對話表面上是同時進行的，但在電子學上是分開單獨進行的，互相之間沒有幹擾。一條數據幹綫，就是一條數字的大河。今天，許多數據綫路已不再是導綫了，而是無綫電波的波束，可以從這個山頂直接發送到那一個山頂，或者由衛星進行轉發。這是成千條數字之河，它們僅在表面上分享同一河道，全靠聰穎的時間分配技術纔得以實現；就像紅鬆鼠和灰鬆鼠，雖然生活在同一棵樹上，但是它們的基因卻從未混合過。
讓我們再回到工程師的世界裏來。模擬信號衹要不被反復地復製，它的缺陷倒也無礙大事。錄音磁帶可能有嘶嘶聲，但它很小，除非將聲音放得很大，否則你也許不會註意到這嘶嘶聲。然而在你將音樂放大的同時，嘶嘶聲也被放大，還帶進了新的噪聲。但是如果你將磁帶復錄，復錄後再復錄，一次又一次地復錄下去，經過100次的復錄之後，磁帶上留下的將衹有可怕的嘶嘶聲。在全模擬電話時代，這種現象就成了問題。任何電話信號經過很長的一段電話綫之後都會衰減，因此必須將它們“提升”，即加以放大，比如每100公裏就要放大一次。在模擬信號時代，這是一件令人頭疼的事，因為每一級放大都會增加背景的嘶嘶聲。數字信號也需要放大，但是，由於我們已經知道的原因，這種放大過程不會引入任何“誤差”：不論需要經過多少次放大，我們都可以藉助一定的裝置使信號得到改善，完美地走嚮下一程。即使數字信號旅行成千上萬公裏，嘶嘶聲也不會變大。
在我小時候，母親對我說，神經細胞就是人體內的電話綫。然而，它們是模擬的還是數字的？回答是：它們是這兩者有趣的混合體。一個神經細胞可不像一段導綫。它是一條細長的管子，一種“化學變化波”從中經過，就像炸藥包的引綫，在地上噝噝作響地燃燒着。然而，又不像引綫，神經細胞能夠很快地恢復；在經過短暫的休息之後，神經又能“噝噝作響”了。波的幅度（像引綫的溫度）在波沿神經傳播時會有變化，但這沒有任何影響。代碼不關心幅度的漲落。有化學脈衝和無化學脈衝，這就像數字電話裏的兩個分立的電平。從這個意義上講，神經係統是數字式的，但是，神經衝動不會被編碼為字節：它們不能組成離散的代碼數值。相反，信息的強度（如聲音的響度、光綫的亮度，甚至情緒的迸發等等）由脈衝的頻率表達出來。工程師們把這種方式叫做脈衝頻率調製。在出現脈衝編碼調製技術以前，曾經廣泛采用脈衝頻率調製技術。
脈衝頻率是個模擬量，而脈衝本身是數字式的：脈衝要麽有，要麽無，沒有其他量值。如同其他數字係統一樣，神經係統也從這一特點中獲益匪淺。在神經係統中，也有一種相當於“放大器”的東西，但不是每100公裏纔有一個，而是每1毫米就有一個——在脊髓和你手指尖之間便有800個這樣的“放大器”。如果神經衝動的絶對幅度在發揮作用，人的一支胳膊的長度就足以使所傳輸的信息面目全非，更不要說一頭長頸鹿脖子那樣的長度了。每一次放大都會引入更多的隨機誤差，就像進行800次的磁帶復錄一樣。或者，就像用復印機進行復印，復印件再復印，經過800次復印之後，最後得到的將是模糊一片的灰色。數字編碼為解决神經細胞的問題提供了唯一的解决辦法，而自然選擇也充分接受了它，基因的情況也是如此。
弗朗西斯·剋裏剋（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（JamesWatson）是揭開基因分子結構之謎的人。我認為他們應當像亞裏士多德和柏拉圖那樣世世代代受到尊敬。他們獲得了諾貝爾生物學和醫學奬，他們應該獲此殊榮。然而，與他們的貢獻相比，這奬勵是微不足道的。談論繼續不斷的革命，在字眼上幾乎是矛盾的，然而不僅僅是醫學，還有我們對生命的全部理解都會發生一次又一次的革命。這些革命是觀念變化的結果，而觀念上的變革是這兩個年輕人在1953年發起的。基因本身，以及遺傳疾病衹不過是冰山的一角而已。在沃森和剋裏剋之後，分子生物學真正的革命性變化，是它已變成數字式的了。
在沃森和剋裏剋之後，我們知道，從內部的微細結構講，基因本身就是一長串純數字信息。尤其是，基因結構是真正數字式的，像計算機和激光唱機那樣完全的數字化，而不是像神經係統那樣部分的數字化。遺傳密碼與計算機代碼不同，不是二進製的；遺傳密碼與某些電話係統也不相同，不是8位碼；遺傳密碼是一種4進製代碼，它有4個符號。基因代碼完全像計算機的機器代碼一樣。
除了專業術語不同之外，分子生物學雜志裏面的每一頁都可以換成計算機技術雜志的內容。關於生命核心的數字革命帶來了許多結果，其中最重要的是，它給活力論者們關於“有生命物質與無生命物質有極大區別”的觀點以致命的最後一擊。直到1953年，人們可能還相信，在有生命的原生質中存在着某種基本的、不可再分的神秘物質。自那以後不再有人這樣想了。甚至那些原先傾嚮於機械生命論的哲學家也不敢期望，他們那最不切實際的夢想能得到滿足。
下面這段科學幻想小說的情節還是說得通的，衹是技術上與今天不同，比今天的技術略微超前了一些而已。吉姆·剋裏剋森（Jim Crickson）教授被外國的邪惡勢力綁架，他們逼迫剋裏剋森在一個生物戰實驗室裏工作。為了拯救世界文明，他所應該做的最重要的事情，就是把一些絶密的信息傳遞給外部世界。然而，所有正常的聯繫渠道都斷絶了。衹有一個例外，DNA密碼有64個三聯體“密碼子”，足夠組成一個包括26個大寫字母和26個小寫字母的完整英文字母表，外加10個數字、一個空格符號和一個句號。剋裏剋森教授從實驗室的樣品架上取來一種惡性流感病毒，用無懈可擊的英語句子將他要傳達給外界的完整情報，設計在病毒的基因圖譜中。他在設計的基因圖譜上一遍又一遍地重複發佈他的情報，還加上了一個極易辨認的“標志”序列，就是說，為首是10個引導數字。他讓自己感染了這種病毒，然後到一個擠滿了人的房間裏不停地打噴嚏。一個流感浪潮橫掃全球。世界各地的醫學實驗室都開始分析這種病毒基因圖譜的排序，以期設計出一種疫苗來對付它。人們很快就發現，病毒的基因圖譜中有一個奇怪的重複的模式。引導數字引起了人們的警覺：這些數字是不可能自發産生的。
於是有人無意中想到采用密碼分析技術來解决問題。這樣，沒費多少工夫，剋裏剋森教授所傳遞的英文情報就被人們讀懂了，消息傳遍了全世界。
我們的基因係統（也是我們這顆行星上所有生命的通用基因係統）是徹底數字化的。你可以一字不差地把《新約全書》編入人類基因圖譜中由“閑置”DNA占據的部分，這些DNA還沒有被利用，至少是沒有被人體以通常的方式利用。你體內的每一個細胞都含有相當於46盤巨大的數據磁帶的信息，通過無數個同時工作的“讀出磁頭”將數字符號取出。在每一個細胞中，這些磁帶——染色體——所包含的信息是一樣的，但不同類型細胞中的讀出磁頭根據它們自己的特殊目的，挑出數據庫中不同部分的信息。這就是為什麽肌肉細胞會不同於肝細胞。這裏沒有受到心靈驅使的生命力，沒有心跳、呻吟、成長，也沒有最初的原生質，神秘的膠體。生命僅僅是無數比特數字信息。
基因是純粹的信息，是可以被編碼、再編碼和譯碼的信息，在這些過程中，其內容不會退化，也不會改變。純粹的信息是可以復製的，而且由於它是數字信息，所以復製的保真度可以是極高的。
DNA符號的復製，其精確度可與現代工程師們所做的任何事情相媲美。它們一代代被復製，僅有的極偶然的差錯衹足以引起變異。
在這些變種中，那些在這個世界上數量增多的編碼組合，當它們在個體內解碼和執行時，顯然能自動地使個體采取積極步驟去保持和傳播同樣的DNA信息。我們——一切有生命的物質——都是存活下來的機器，這些機器按照程序的指令，傳播了設計這個程序的數據庫。現在看來，達爾文主義就是在純粹數碼水平上的衆多幸存者中幸存下來的。
現在看來，不可能有其他的情況。我們可以想象一下模擬式的基因係統。我們已經知道，模擬信息經過連續若幹代的復製之後會産生什麽樣的後果：變成了一片噪聲。在設有許多放大器的電話係統中，在多次轉錄磁帶的過程中，在復印再復印的過程中——總之，在纍積退化過程中，模擬信號極易受到損害。因此，復製衹能進行有限的幾代。然而，基因則不然，它可以自我復製千萬代而幾乎沒有任何退化。達爾文的進化論之所以成立，僅僅是因為復製過程是完美無缺的——除去一些分立的變異，自然選擇法則决定了這些變異或者被淘汰，或者被保留下來。衹有數字式的基因係統能夠使達爾文的進化論在地質時代中永放光華。1953年是雙蠃旋年，它將被看作是神秘論生命觀和愚昧主義生命觀的末日，而達爾文主義者則把1953年視為他們的學科最終走嚮數字化之年。
純粹的數字信息之河，莊嚴地流過地質年代，並分解成30億條支流。它是一個強有力的形象。但是，它在什麽地方留下了熟悉的生命特徵？它在什麽地方留下了軀體、手腳、眼睛、大腦和鬍須，樹葉、樹幹和樹根？它又在什麽地方留下了我們和我們的各個部分？我們——動物、植物、原生動物、菌類和細菌——難道僅僅是供數碼式數據從中流過的小河河道嗎？從某種意義上來說，是這樣。
但是，正如我在前面所說，還不止這些。基因並不僅僅是復製它們自己，一代一代往下傳。它們實際上把時間消磨在軀體內，它們存在於軀體內，它們影響一代接一代的軀體。軀體，從外觀到行為都受到它們的影響。軀體也是重要的。
就拿北極熊來說。北極熊的軀體不僅僅是數字小溪的河道，它還是一部像熊那麽大而復雜的機器。整個北極熊種群的所有基因是一個集體——它們是好的夥伴，肩並肩地走過時間旅途。但是，它們並不把時間都消耗在陪伴這個集體中所有其他成員上：他們在集體的一群成員內更換夥伴。“集體”這個詞的定義是，它是一套基因，這些基因有可能與這集體中的任何其他基因（但不是世界上其他3000萬個集體之一的成員）相遇。實際的相遇總是發生在某一北極熊軀體的某一個細胞之中。因而，那個軀體並不是消極地接受DNA的一個容器。
每個細胞裏都有完整的一套基因，想象一下細胞的巨大數目便足以使你震驚：一隻大公熊體內有9億億個細胞。如果將一隻北極熊的所有細胞排成一隊，足以從地球到月球排一個來回。這些細胞分成幾百種截然不同的類型，所有的哺乳動物基本上都有幾類細胞：肌肉細胞、神經細胞、骨細胞、表皮細胞等等。同一類型的細胞聚集在一起形成組織：肌肉組織、骨組織等等。所有不同類型的細胞都具有構成這種類型所需的基因指令。衹有與相關組織相適應的基因才能被激活。這就是為什麽不同組織的細胞形狀和大小均不相同。更有趣的是，特定類型細胞中被激活的基因導致這些細胞長成特定形狀的組織。骨骼並不是沒有形狀的、硬實而堅固的大塊組織。骨骼有它們特定的形狀：有中空棒狀的，有球狀和凹窩狀的，還有脊椎骨和骨距等等。細胞由它內部激活了的基因編好了程序，就好像它們很清楚自己的相鄰細胞是哪些，自己的位置在哪裏。它們就這樣形成了自己的組織，長成了耳垂，或者心髒瓣膜、眼球、括約肌等不同的形狀。
像北極熊這樣的復雜有機體，它有很多層次。北極熊的軀體就是許多具有精確形狀的器官（如肝髒、腎髒、骨骼等）的復雜集合體。每一個器官又是由特定組織構成的復雜的大廈，建造這些組織的磚塊就是細胞，它們通常是一層層或一片片的，也常常是塊狀的實體。從更小的尺度上講，每一個細胞都有高度復雜的內部結構，即摺叠膜結構。這些摺叠起來的膜，以及膜之間的液體，是發生多種不同類型的、錯綜復雜的化學反應的場所。在一傢化學工業公司或者碳化物公司裏，可能有數百種性質截然不同的化學反應正在進行。這些化學反應被燒瓶壁、管道壁等分隔開來。在一個活的細胞裏，可能有差不多數量的化學反應同時發生。從某種程度上來說，細胞內部的膜就如同實驗室裏的玻璃器皿。當然，從兩個方面來看，這種比喻不太恰當。其一，儘管有許多化學反應是發生在膜之間，但也有不少化學反應發生在膜上。其二，還有更重要的手段將不同的反應分隔開來。每一種反應都是由它自己特殊的酶來催化的。
酶是一種非常大的分子，它的三維立體結構提供了能促進反應的表面，從而加速特定類型的化學反應。由於對生物分子來說最重要的是它們的三維立體結構，所以我們可以把酶分子看作一臺大型機床，它通過仔細篩選，形成一條製造特定形狀分子的生産綫。因此，在任何一個細胞裏面，都同時獨立地發生着數以百計的不同化學反應，這些化學反應都是在不同的酶分子表面發生的。在一個特定的細胞中，發生哪些特定的化學反應，取决於存在哪些特定類型的酶分子。每一個酶分子，包括其十分重要的形狀，都是在特定基因的决定性影響下裝配出來的。確切他說，基因中數百個密碼符號的精確順序，根據一套完全已知的法則（遺傳密碼），决定了氨基酸在酶分子中的序列。每一個酶分子都是一條氨基酸長鏈，而每一條氨基酸長鏈都自動盤繞成一個獨一無二的、特定的三維立體結構，就像一個繩結。在繩結中，長鏈的某些部分與另一些部分形成交聯鍵。繩結確切的三維結構是由氨基酸的一維順序决定的，因此也就是由基因中密碼符號的一維順序决定的。這樣，細胞裏發生什麽化學反應，就取决於究竟是哪些基因被激活了。
然而，在一個特定的細胞中，是什麽决定了應該激活哪些基因呢？回答是：那些存在於細胞內的化學物質。這裏包含着一個雞和蛋的悖論，然而並非不可超越。實際上，對這一悖論作出解答，雖然在細節上很復雜，但是在原理上卻很簡單。計算機工程師把這種解答叫做“引導程序”。我第一次開始使用計算機是在60年代，所有程序都必須通過穿孔紙帶來輸入（那時美國的計算機通常使用穿孔卡片，但原理是一樣的）。在你裝入大型程序紙帶之前，你必須先裝入一個小的程序，稱為“引導裝入程序”。這引導裝入程序衹做一件事：告訴計算機怎樣裝入紙帶。但是，這裏就有了雞和蛋的悖論：這“引導裝入程序”自己又是怎樣“裝入”的呢？在現代計算機中，相當於“引導裝入程序”的功能已經由計算機裏的硬件來完成了。但是在早期，你必須按照規定的順序操作鍵盤才能開始工作。這一係列按鍵告訴計算機怎樣開始閱讀引導裝人程序的第一部分。然後，引導裝人程序紙帶的第一部分又告訴計算機，如何閱讀引導裝人程序的下一部分等等。待引導裝人程序全部輸入計算機後，計算機就知道如何閱讀任何紙帶了，這時它纔變成一臺有用的計算機。
胚胎是這樣開始形成的：一個單細胞（也就是受精卵）分裂成兩個；這兩個又分別分裂，這就變成了4個細胞；每個細胞再分裂，變成了8個細胞等等。用不了多少代，細胞數就增加到了萬億個，這就是指數分裂的力量。但是，如果僅此而已的話，那麽這數以萬億計的細胞就全是一模一樣的了。如若不是這樣，它們又是怎樣分化（請允許我使用技術術語）成為肝細胞、腎細胞、肌肉細胞等等，並且各有不同的基因被激活，各有不同的酶在活動呢？通過“引導”。它是這樣工作的：儘管卵子看上去像是個球體，實際上它內部的化學物質存在極性。它有頂部和底部，很多情況下還有前後之別（因此也有左邊和右邊）。這些極性的表現形式是化學物質的梯度。
某些化學物質的濃度從前嚮後逐漸升高；另一些化學物質的濃度自上而下逐漸升高。這些早期的梯度雖很簡單，卻足以構成引導運作的第一步。
例如，當一個卵子分裂成為32個細胞的時候，也就是第五次分裂之後，這32個細胞中的某些細胞會得到多於平均數的頂部化學物質，另一些細胞得到了多於平均數的底部化學物質。細胞首尾之間化學物質也可能出現不平衡。這些差異足以在不同細胞內激活不同的基因組合。因此，在早期胚胎各不同部分的細胞中，會出現酶的不同組合。這就使得在不同的細胞中有更多的不同基因組合被激活。因此，細胞不再與胚胎內它們的剋隆祖先保持一致，細胞出現了世係趨異。
細胞的世係趨異完全不同於前面談到的物種趨異。這些細胞趨異是依程序進行的，並且可以預見其細節。而物種趨異是由於地理上的突然變化所帶來的偶然性結果，並且是不可預見的。此外，當物種趨異時，基因本身發生趨異，這種情況我曾充滿想象力地稱之為“永別”。當胚胎中發生細胞世係趨異時，分裂雙方都接受相同的基因——全都相同。但是不同的細胞接受化學物質的不同組合，而不同的化學物質組合會激活與之相配合的不同基因，而且有些基因的使命就是激活或阻斷其他基因。“自我引導”就這樣進行下去，直到我們有了不同類型細胞的全部指令係統。
正在發育的胚胎不僅僅是分化為數百個不同類型的細胞。它的外部和內部形態還同時經歷了精緻的動態變化。或許最具戲劇性的是最早期的一個變化——原腸胚形成的過程。著名胚胎學家路易斯·沃爾波特（Lewis Wolpert）甚至這樣說：“雖然不是出生、結婚或死亡，但它真正是你一生中最重要的時刻，這就是原腸胚的形成。”在原腸胚形成時到底發生了什麽呢？一個由細胞組成的空球經彎麯變形之後變成了一隻帶襯裏的杯子。一般來說，整個動物界的所有胚胎都要經歷相同的原腸胚形成過程，這是胚胎學多樣性的共同基礎。在此，我衹是把原腸胚的形成作為一個例子，一個特別引人註目的例子提出。在胚胎發育中經常見到，整層細胞不停地做着類似折紙的動作，原腸胚形成衹是這類動作中的一個。
在折紙能手的表演結束後，經過一層層細胞無數次的摺叠、伸展、鼓起和拉平後，在胚胎的一些部分生機勃勃而和諧有序地生長，另一些部分被消耗後；在分化為化學性質和物理性質上各異的數百種細胞後，當細胞的數量達到以萬億計的時候，這最終的産物便是一個嬰兒。不，嬰兒誕生並不是終點，因為個體的整個生長——還有，軀體的某些部分比另一些部分生長得快——包括經由成年直到老年的過程，應該視為同一個胚胎學過程的延伸，這纔是完整的胚胎學。
個體之間的不同之處，就在於它們在整個胚胎學過程中在數量細節上存在差異。一層細胞在摺叠起來之前長得有點過頭，這結果是什麽呢？可能是鷹鈎鼻子，而不是朝天鼻子；還可能是扁平足，這也許能使你免於戰死疆場，因為扁平足者不準參軍；也可能肩腫骨的形狀特殊，它使你長於投擲標槍（或者擲手榴彈，或者打板球，這取决於你所處的環境）。有時，細胞層折紙動作的個別變化會帶來悲劇性後果，比如天生胳膊殘疾或無手的嬰兒。由純粹化學因素而非細胞層折紙動作引起的個體差異，其後果也同樣嚴重：不能吸收牛奶、同性戀傾嚮、對花生過敏，或者吃芒果時感覺像吃鬆節油一般惡心。
胚胎發育是一種非常復雜的物理化學過程。在它的發展進程中，任何一點細節上的改變，都會給全過程帶來不可估量的影響。
你衹要回憶一下這個過程在多麽大的程度上藉助於“引導”，對這一點就不會感到太驚奇了。許多個體發育過程中的差異是由環境不同引起的——例如缺氧，或者受到引起胎兒畸形的藥劑的影響。
許多其他個體差異是由基因的不同引起的——不僅僅是那孤立的基因，還有那些與其他基因相互作用的基因，還有與環境差異發生相互作用的基因。胚胎發育是個復雜的、千變萬化的過程，又是個錯綜復雜、互相影響的自我引導過程。胚胎發育過程既強有力又很敏感。說它強有力，是因為它排除了許多潛在的變異，對抗着有時看來勢不可擋的種種可能，産生出一個活生生的子代。與此同時它對變化非常敏感，以致不存在兩個所有特徵都完全一樣的個體，甚至沒有一模一樣的雙胞胎。
現在，這一討論已漸漸引到這個論點上。在由於基因所引起的個體問差異（差異的程度可大可小）面前，自然選擇可能傾嚮於胚胎折紙動作或胚胎化學的後代，而淘汰其他個體。就你的投擲手臂受到基因的影響來說，自然選擇有可能接受它，也可能淘汰它。如果善投擲對個體存活時間是不是夠長，是否能有自己的孩子産生了一定影響（不管這影響是多麽輕微），而投擲能力又受基因的影響，這些基因便有較大的可能性傳到下一代。任何一個個體都可能因為與他的投擲能力沒有關係的原因而死去，但是，導致個體善投擲的基因（有這個基因的人比沒有這個基因的人更善於投擲）將寄居於很多人體內，延續許多世代。從這個特定基因的角度來看，其他的死因將是均等的。以基因的觀點來看，存在的衹是流經世世代代的DNA之河，衹是在某一個軀體內臨時寄居，衹是與夥伴基因臨時共享同一個軀體，而這些夥伴基因可能是成功的，也可能是失敗的。
經過很長一段時期之後，基因之河裏充滿了歷經萬難仍存活的基因。成功的原因是多種多樣的：有的基因使人投擲長矛的能力略有提高，有的基因使人辨別毒物的能力略有提高，以及其他等等。作為一種平衡，有些基因對生存不利：可能會使具有它的人眼睛散光因而標槍投不準，或者使具有它的人缺乏吸引力因而找不到配偶。它們最終會從基因之河中消失。在所有這一切中，要牢記我們在前文指出的論點：在基因之河中能夠長期存活下去的基因，將是那些有利於這一物種在一般環境中存活下去的基因；所謂“一般環境”，或許最主要是指這個物種的其他基因，即指這個基因不得不與之在同一個軀體中共存的那些基因，與之在同一條基因之河中共同遊過地質時代的那些基因。
原註：嚴格他講，例外的情況是存在的。有些動物，比如蚜蟲，是無性繁殖。現在，采用人工授精之類的技術，人類不經交媾就可以有孩子，甚至，鑒於體外繁殖的卵子可以從女性胎兒體內取得，人類不等發育成熟即可生育。但就論題而言，我的觀點的說服力並未減弱。