進化的偶然（簡體書）

世界為什麼是現在這個樣子的？我們為什麼存在？凡事皆有因還是一切皆偶然？哲學家和神學家為此爭論了上千年。但半個多世紀以來的一系列出人意料的科學發現表明，我們生活在一個由“偶然”塑造的世界中。

偶然性是如何塑造這個世界和人類自身的？在《進化的偶然》一書中，進化生物學家肖恩·卡羅爾從古生物學、地質學、進化生物學、基因科學等眾多領域的全新發現入手，結合宏大至小行星撞擊地球，微小至基因突變的眾多妙趣橫生的實證，向你展示“偶然”的強大造物之力。與此同時，卡羅爾剝繭抽絲地論證困擾達爾文的問題“突變和自然選擇，到底哪一個才是真正的發明者”，並幫助你厘清突變、自然選擇、適應之間的關係，以及它們在進化過程中所起的作用。

多姿多彩的生命形態，包括人類自身，原來全都是“偶然”的杰作。我們每個人都是獨一無二的，我們所處的世界也是偶然形成的。

肖恩·B.卡羅爾

• 美國進化發展生物學家、作家、教育家。美國國家科學院院士、美國藝術與科學院院士、威斯康星大學分子生物學和遺傳學教授、富蘭克林生命科學獎。
• 與愛德華威爾遜、奧利弗·薩克斯和理乍得·道金斯等人齊名的科普大師，劉易斯·托馬斯科學寫作獎得主。
• 霍華德休斯醫學研究所科學電影制片人，所拍攝的科學短片和教育素材供成千上萬的學生免費使用。

• 美國兩院院士、科普大師、富蘭克林生命科學獎得主肖恩B.卡羅爾“生命的故事”系列之一：《進化的偶然》。
• 結合古生物學、地質學、遺傳學、基因科學等領域的全新發現，以獨特的視角闡釋“自我”與“世界”這一經典哲學問題，將“偶然性”這一造物之力從幕後推向臺前。
• 入圍美國筆會/愛德華·威爾遜科學寫作獎年度圖書、入圍美國科學促進會/斯巴魯“科學圖書與電影”優秀科學圖書獎、榮獲倫敦水石書店年度科普書籍。
• 華大集團CEO尹燁、葦草智酷創始合伙人段永朝、暢銷書《萬物簡史》作者比爾·布萊森、古生物學家尼爾·舒賓、生物考古學家愛麗絲·羅伯茨、醫學博士B.N.霍洛維茨聯袂推薦。
• 湛廬文化出品。

偶然帶來的麻煩

1996年的大密爾沃基公開賽是泰格·伍茲（Tiger Woods）參加的場職業高爾夫球比賽。在第14洞三桿洞188碼處的發球區，他從球袋中拿出了6號鐵桿。盡管此時他還落後於領先選手15桿之多， 一大群觀眾還是來到了現場，只為一睹這位20歲優秀選手的風彩。伍茲將球打了出去，球在距離旗桿1.83米的地方落地，向左彈了一下之後直接滾進了球洞。現場觀眾激動得高聲歡呼、狂吹口哨，熱烈的場面一直持續了好幾分鐘。

然而，這還算不上伍茲有史以來的開局表現。

略微深入了解，我們就會發現，伍茲在長達24年的職業生涯中，總共贏得超過80個巡回賽冠軍，共擊出3記一桿進洞。同時，我們根據高爾夫球比賽的大量統計數據可知，一名高爾夫職業選手在任意一個三桿洞擊出一桿進洞的概率大約是1/2500。伍茲在他的職業生涯中已經打了差不多5000個三桿洞，按概率來說，他應該能擊出2記一桿進洞。截至目前他總共擊出了3記，所以也不算是特別突出。然而，一位業余高爾夫球手在任意一洞擊出一桿進洞的概率是1/12500；在同一輪擊出兩記一桿進洞的概率是二千六百萬分之一；擊出4記一桿進洞的概率是二十四萬億分之一，那可是24後面跟著15個0。

陷入賭徒謬誤

如果你不了解高爾夫球比賽，也沒關係，但有些時候，你好還是應該對概率和你玩的遊戲有一定了解，比如當我們拿著自己辛苦掙來的錢去冒很大風險時。

很多人都喜歡去賭場試試運氣。每年大約有3000萬人前往拉斯維加斯，嘗試輪盤賭、基諾彩票、百家樂和老虎機等靠運氣取勝的遊戲。在這些遊戲中，莊家都在一定程度上占據優勢，比如在雙骰子遊戲中，莊家的優勢為1%，而在基諾彩票中，莊家的優勢為30%不等，這就是為什麼賭場負擔得起建造金字塔酒店、可以看到鯊魚的水族館的費用， 能夠提供焰火表演、便宜的自助餐，還能以一晚50萬美元的出場費邀請小甜甜布蘭妮前來演出。

雖然明知自己在這些博弈遊戲中獲勝的概率很小，但我們還是將自己的辛苦錢押了上去。這恐怕是因為大多數玩家還是相信，或至少表現得像是相信，自己有辦法提高獲勝的概率，比如用自己的幸運數字下注，在連續出現的“熱門”顏色或數字上下注，或是在某種“也該出現了”的顏色或號碼上下注，即便他們玩的是使用骰子、輪盤或電子設備等純粹靠概率取勝的遊戲也是如此。

這能行嗎?比如，在一次輪盤賭中，黑色號碼已經連續出現5次，那你會因為黑色正“熱”而繼續在黑色上下注，還是盤算著紅色也“該”出現一次了，而在紅色上下注呢?

如果黑色連續出現了10次、15次，你的選擇會改變嗎?

這些問題並非純屬假設。1913年8月18日，在摩洛哥蒙特卡洛賭場的一張輪盤賭賭桌上，黑色數字已連續出現多次，這很不可思議。在歐洲的輪盤賭中，黑色數字和紅色數字都是18個，還有一個綠色的0， 因此紅色或黑色數字出現的概率基本各占一半。而當時的那張桌上，黑色數字已經連續出現了15次，玩家們開始在紅色數字上押了越來越多的籌碼，心裡想著這黑色數字的運氣也該到頭了。然而黑色數字還是 一次又一次地出現。玩家們盤算著黑色數字連續20次出現的概率低於1/1 000 000，紛紛2倍、3倍地繼續在紅色數字上下注。但接下來出現 的還是黑色數字，一直連續出現了26次。賭場因此發了一筆小財。

這件事已成為教科書中的案例，人們稱其為“蒙特卡洛謬誤”或“賭徒謬誤”(Gambler’s Fallacy)，指的是在一段時間內某些事件比想象中發生得更為頻繁或更為罕見時，人們就願意相信相反的事件將在未來更為頻繁地發生。對於擲骰子、輪盤賭這類隨機事件而言，這種想法是錯誤的，因為無論上一次的結果如何，下一次投擲的結果都與上一次的結果無關。

我們非常強大的大腦似乎總是不太能理解這一簡單的事實。如果你還是認為蒙特卡洛事件只是年深日久、不那麼複雜的一個孤例，那麼看看2004年至2005年在義大利出現的非凡現象吧。義大利超級大樂透的玩法是從10個城市的區域彩票中各選擇5個數字，共50個數字（1 ~ 90）作為中獎號碼。在一年多的時間裡，數字53從未在威尼斯抽出過，因此舉國上下陷入了為這一“遲到的數字”（ritardatario，義大利語）下注的狂熱。一些市民開始傾其所有為這個數字瘋狂下注，甚至為此欠下巨債。托斯卡納的一位婦女因為在這上面的巨大損失而絕望地投河自盡，佛羅倫薩的一名男子因此在射殺了全家人後自殺。

當經過152次開獎，下注總金額超過35億歐元，也就相當於平均每個義大利家庭下注超過200歐元時，歷時近兩年，數字53終於在威尼斯被抽了出來。這一被某組織稱作該國“集體性精神病”的事件終於畫上了句號。

我們在遊戲中對於隨機性問題所犯的錯誤，同樣會出現在現實生活的決策中。有多少父母在生育了多名同一性別的孩子後，懷著對另一種性別孩子的期待而繼續生育呢？但是，就像擲硬幣一樣，出生嬰兒的性別基本上近乎一個隨機事件。之所以說是“近乎”，是因為自然出生的 男孩與女孩的比例有微小的差別，為 51∶49。

賭徒謬誤是心理學家所稱的“認知偏差”中的一種，認知偏差是令我們對世界產生錯誤認知的思維方式。在博弈遊戲中，這些偏差令我們對隨機結果產生了錯誤的控制感，從而高估了自己獲勝的概率。一項大型研究已經揭示，人類的認知偏差以及對它們的反應都是正常大腦接線的一部分。在實驗室裡針對被試的心理學研究和在賭場這類真實場景中開展的心理學研究都證明，賭徒謬誤都與一系列數字有關。研究還發現，如果人們差一點就能得到頭獎，那麼他們繼續遊戲的動力就會增加。

對於我們這種錯誤的思維，有一種解釋是這樣的：我們的大腦習慣在日常工作過程中去感知模式，建立事件之間的聯繫。我們依靠這些感知到的聯繫，去解釋事件發生的順序並借此預測未來。人們會輕易被騙，從而相信某些順序是一種有意義的模式，而事實上一連串隨機出現的獨立事件就只是隨機的。

因此，人類與隨機概率之間有著如此複雜的關係，這本身也是個生物學問題。一方面，我們確實喜歡博弈遊戲，即便經常會輸依然如此。當然，輸的時候，人們通常認為那只是運氣不好。

另一方面，在贏的時候，確實有很多人每天都在贏，我們卻總是會做出完全不同的解釋。當我們交上好運時，我們往往不會認為這是因為計算了概率，甚至也不會認為這是因為對賭博“策略”沒來由的信心， 而是會將一切歸功於其他力量的佐助。對一些人來說，贏是對他們優良品格或善行的回報，而對另外一些人來說，則是他們的祈禱得到了響應。

我們來看看加利福尼亞州的一名卡車司機蒂莫西·麥克丹尼爾（Timothy McDaniel）的例子。2014年3月22日，麥克丹尼爾的妻子因心臟病去世。第二天，他買了三張“一生幸運”彩票。當他刮開它們時，發現自己中了65萬美元。麥克丹尼爾說：“我妻子是如此善良，給了我這筆錢，讓我能夠繼續照顧好我們的孩子。”

這則令人心碎的故事反映出，在事關生死的大遊戲中，我們與偶然的關係更為矛盾複雜。很多人壓根兒就不相信偶然這種說法，而是像麥克丹尼爾告訴記者的那樣:“凡事皆有因。”

但並不是所有人都這麼想。

引言 偶然帶來的麻煩

部分?無生命世界的偶然事件

第1章 一切意外的母親

兩個世界的界限

小行星撞擊地球

真實的世界毀滅

按下生命的重啟鍵

幸運的撞擊

第2章 暴脾氣的野獸

好時代，壞時代

世更替的原因

從溫室到冰窟

歡迎進入冰川期

地球氣候的纖顫

四季皆宜的動物

第二部分 生命內部世界的偶然事件

第3章 自然選擇的青睞

物種起源

達爾文的鴿子

自然選擇的力量

變異的偶然

第4章 偶然，隨機發生的意外

十億分之一

DNA 結構的奧秘

DNA 聚合酶，快準確的打字員

突變，DNA 的特徵

第5章 被偶然統治的美麗錯誤

鴿子如何獲得不同的羽冠

DNA 的一小步，猛犸象的一大步

突變的創造性

攀登進化的階梯

偶然的生命之樹

第三部分 個人化的偶然事件

第6章 一切母親的意外

七十萬億分之一

為出生感到幸運

獨一無二的運氣

自衛的階梯

免疫力的兵工廠

第7章 一系列不幸事件

癌症發病的階梯

驅動器型基因突變

癌症的發生是偶然的

與偶然進行斗爭

後記 關於偶然的對話

致謝

參考文獻

第1章 一切意外的母親

2001 年，27 歲的塞思·麥克法蘭（Seth MacFarlane）是尚未熱播的動畫節目《居家男人》（Family Guy）的執行制片人和主創。這年9月，年紀輕輕就已闖入娛樂界大聯盟的麥克法蘭受邀回到母校美國羅得島設計學院演講。演講結束後，他和幾位教授一起出去喝酒，一直喝到很晚。

第二天是9月11 日，麥克法蘭一大早就匆匆趕往機場，準備搭乘早上8點15分從波士頓飛往洛杉磯的航班。結果，他還是遲到了，實際上這趟航班的起飛時間是早上7點45分，旅行社弄錯了。他只好重新預訂了一趟晚一點的航班，然後去旅客休息室打個盹。突然，他被一陣喧鬧吵醒，原來新聞中正在報道紐約世貿中心北塔起火的場景，周圍的乘客都驚慌失措。過了一會兒，記者確認，那架撞上北塔的飛機是從波士頓飛往洛杉磯的美國航空公司的11號航班，正是麥克法蘭錯過的那一班飛機。

演員馬克·沃爾伯格（Mark Wahlberg）本來預訂的也是這一趟航班。沃爾伯格因出演《完美風暴》（The Perfect Storm）和《不羈之夜》（Boogie Nights）而成名，當時他和幾個朋友臨時改變了計劃，包下了一架飛機飛往多倫多參加電影節，隨後又飛往洛杉磯。

11年後，麥克法蘭和沃爾伯格一起參與了電影《泰迪熊》（Ted）的拍攝。兩人都曾錯過11號航班，而後卻一起創作了一部熱門電影。那麼，這種事情發生的概率有多大？他們倆雙雙躲過一劫，僅僅是撞了大運，還是冥冥之中另有安排？他倆的幸免於難，究竟是為了讓一只煙不離手、滿嘴臟話的泰迪熊來豐富我們的生活，還是為了給電影業的資金庫增加5億多美元?

麥克法蘭自己可不這麼想。“酒精是我們的朋友，這就是那個故事的寓意，”他主動說道，“我可不是宿命論者。”

偶然情況、意外事件、傻人有傻福……隨便你怎麼說吧。麥克法蘭未能按時趕到機場是一次意外，盡管這是一次對個人造成了巨大影響的意外。生死一線間，這邊是幸免於難，那邊則是飛來橫禍，區區30分鐘帶來了巨大的差別。生死之間的這條分界線實在是可怕!

在自然界中同樣也有著這樣的界限，它區分的不只是個別生物或物種，而是整個世界。在城市之外的地方開車，你都有可能經過從巖床中開鑿出的道路。但我們中的大多數人都可能沒有注意到歷史的頁面正在我們的面前展開。這些層層疊疊、通常呈現彩色的石板正在給我們講述著一個個故事，當然前提是你得知道怎麼去閱讀它們。

古比奧位於義大利中部的翁布裡亞大區，是一座修建於中世紀的迷人小鎮，298 號大區公路就從鎮子郊外的石灰巖峽谷中蜿蜒穿過。20世紀70 年代中期，地質學家沃爾特·阿爾瓦雷斯(Walter Alvarez)在緊靠這條路的岩石柱中發現了一種有趣的模式（見圖1-1）。

他發現在多層石灰巖的一個斷面上，岩石色彩發生了明顯變化，下方呈白色，上方呈紅色。他仔細觀察才發現，這兩種顏色的岩石被一層奇特的淺灰色黏土分隔開了。阿爾瓦雷斯解開了這條僅一厘米寬的細線的秘密，成了20世紀為驚人的革命性科學發現之一：它講述了地球 過去的一億年間為重要的一天所發生的事，那一天對於絕大多數生物來說是非常不幸的，但對於我們人類而言，則是極其幸運的。在很久以前的那一天裡，30分鐘足以改變一切。

兩個世界的界限

地質學家描述岩石特徵的方法之一是通過其中所包含的化石。古比奧巖層曾經是古代海床的一部分，因此裡面含有微小的有孔蟲目生物（以下簡稱有孔蟲）外殼的化石。這種單細胞有機體數量龐大，是海洋浮遊生物群落和食物網的一部分。

有孔蟲死後，它們的殼沉降為海洋沉積物，終成為石灰巖的一部分。不同種類的有孔蟲，其外殼大小和形狀不盡相同，並且也一直存在於不同地質時代，因此可以利用它們來判定岩石的具體形成時期。

沃爾特·阿爾瓦雷斯仔細觀察了古比奧岩石切片中的有孔蟲化石， 他發現白色巖層中排列著多種大型有孔蟲外殼化石，而上層的紅色巖層中卻沒有這些品種的有孔蟲外殼化石，僅僅只有少量相比之下非常小的有孔蟲外殼化石（見圖1-2）。在隔開這兩種不同顏色巖層的那層薄薄的黏土層裡，則似乎完全沒有有孔蟲外殼化石。沃爾特·阿爾瓦雷斯意識到海洋中一定發生過一些劇變，導致許多種類的有孔蟲在短時間內滅絕了。

在距離古比奧千裡之遙的西班牙東南部海岸邊的卡拉瓦卡，荷蘭地質學家簡·斯米特（Jan Smit）也在當地的岩石中發現了有孔蟲的類似變化模式。而且，斯米特還意識到，那層沒有有孔蟲外殼化石的薄薄的黏土層，標記了地球歷史和地質學的一條著名的界限，它分開了兩個世界。

界限下面是以獨特的白堊沉積物命名的白堊紀巖層。白堊紀是爬行動物時代的後1/3時期，那時恐龍還統治著陸地，翼龍在天空巡遊，滄龍則在海中捕食菊石（鸚鵡螺的近親）。界限的上面則是古近紀巖層，其中沒有上面說的這些生物的化石，但標志著哺乳動物時代的開始，這時體表長毛的動物開始出現，並逐漸成為陸地上和海洋中體形的動物。

這條白堊紀-古近紀（Cretaceous-Paleogene，通常簡稱為K-Pg，舊稱為K-T）界限不僅標志著恐龍、翼龍、滄龍和菊石的滅絕，還標志著6600萬年前地球上3/4物種的大滅絕。沃爾特·阿爾瓦雷斯、斯米特和他們的同事想知道：究竟是什麼導致了像有孔蟲這樣廣泛存在的微小生物以及體形更大的生物大規模滅絕的呢?