科林·巴拉斯，科学作家和编辑。他是《新科学家》杂志和ATLAS实验（属于位于日内瓦附近的CERN的大型Hardon对撞机的一部分）的编辑顾问，还为BBC网站撰写和编辑科学内容。他在伯明翰大学获得古生物学博士学位。

前言
进化论
遗传学
人类起源
自然世界
医学和生理学
物理学
原子世界
太空
致谢

No.1
自然选择进化论
为什么达尔文如此重要
大多数人都听说过查尔斯·达尔文。在19世纪30年代，达尔文随英国皇家军舰“小猎犬”号造访过一些异域岛屿。通过大量的研究观测，达尔文发现自然界中存在变异性，以及生物个体为了生存而艰难抗争。
返回英国几年之后，达尔文读了经济学家托马斯·马尔萨斯的一篇论文，该文描绘了一幅黯淡的人类前景：随着每一代人的消逝，人口数量会成倍增加，但粮食产量不能相应增加，导致许多人会遭受饥荒——引发新一轮生存抗争。
达尔文猜想，一场马尔萨斯式的奋力抗争可能一直都在自然界中上演——这种抗争可以形成某种机制的基础，而正是通过这种机制，新的物种才得以进化形成。
达尔文并没有着急发表这一理论，这或许让人有些吃惊。他和朋友们一起讨论了这个想法，朋友们觉得还可以找更多的支持证据来加强论证。达尔文接受了建议，并耗费数年时间来研究物种以搜集所需要的论据。
后来，在19世纪50年代，达尔文得到消息，在印度尼西亚工作的一位科学家也在致力于这项研究。在互不知情的情况下，阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士也在同一时间集中精力就进化过程研究一个与达尔文的极其相似的理论。1858年，伦敦的一家科学协会同时收到了达尔文和华莱士阐释这一新理论的信件。第二年，达尔文出版了一本长篇巨著，详述了自然选择驱动下的进化论的论据。从此，《物种起源》便成了家喻户晓之作，同时也令达尔文声名远扬。
2．关键点梳理
达尔文意识到，生物体通常会产下大量的后代。在这些后代中，存在着变异性。例如，某些后代也许会拥有稍微长一点的四肢或者看得更清楚一点的眼睛。大多数个体为了生存会奋力拼搏，但也有一小部分幸运儿会获得一些使之更容易生存下来的特征。于是，这一群体兴旺并繁衍起来，也就是说，它们将被自然所选择。达尔文假设，这些个体的后代将会把一部分有用的特征传承下来，随着时间的流逝，这些特征在这一种群中会越来越普遍。渐渐地，这个种群将会进化成具有新特征的一个新物种。
协同进化论
达尔文惊人的预测能力
1．多维度看全
《物种起源》出版后，查尔斯·达尔文因进化论而闻名。不过，他在专业知识方面——包括在对兰花的生物学研究上——同样享有盛誉。1862年，一个花农给达尔文寄来了一件样品——一株罕见的来自马达加斯加的兰花。这株兰花的花距长25厘米，其花蜜存于花距底部。达尔文预测，在马达加斯加一定有一种喙长达25厘米的昆虫。他的预测是有着理论基础的：如果存在两种以上的物互影响彼此的进化或协同进化——尽管“协同进化”这个直到20世纪60年代才被创造出来。达尔文或许从未使用过这个词，但他非常清楚协同进化论在自然界中所扮演的重要角色。
在达尔文所在的时代，化石记录表明了开花的功能在地质学上相当于眨一下眼睛。这个现象让达尔文感到困惑一他曾坚定地认为，物种的进化进程是非常缓慢的。加斯顿·德·萨波塔认为，如今被科学家们命名为协同进化的理论或许能解开这个谜团。也许是因为和授粉昆虫协同进化，通常情况下缓慢的进化过程加快了，所以开花植物才如此之快地进化出来。达尔文认为德·萨波塔的理论“妙极了”(虽然科学家们现在认为这个理论有可能是错误的，特别是因为自达尔文时代以来发现的化石都表明开花植物的进化要比曾经认为的更加缓慢)。
那么，达尔文(预测)的马达加斯加长口器昆虫到底是什么情况呢?这个猜想在他去世约20年后被证实了——生物学家发现了一种长着超长口器的马达加斯加飞蛾。1992年，科学家们确认了这种飞蛾确实是以那种罕见兰花的花蜜为食。
2．关键点梳理
达尔文提出，某些开花植物已经和某些种类的昆虫达成了“进化协议”。花朵分泌出香甜的花蜜为昆虫提供营养，与此同时，昆虫在啜饮花蜜的时候(不经意地)在各个花朵之间传播花粉，帮助植物互相授粉，由此孕育出可以生根发芽的植物种子。如果一种植物进化出了采蜜有困难的花朵，就可以推测一定有一种昆虫进化出了可以用来采食该植物花蜜的口器。
查尔斯·达尔文并不是第一个思考进化的科学家。在更早研究进化的那些科学家之中，有一个人尤为引人瞩目——让一巴蒂斯特·拉马克。早在19世纪初期，拉马克就提出了一个复杂而详尽的进化论框架，其中就包含有物种随时间被迫获得复杂性的思想。然而，如今他为人所知的却是这个理论框架之中的两个构想。第一个构想是，有机体在整个生命周期都会随所处环境的变化而变化——它们会获取新的特征。第二个构想是，它们的后代也会继承这些新特征。在拉马克去世几十年之后，这两点构想被称为“拉马克氏遗传学说”。
甚至在1859年达尔文发表“物种起源”之后，拉马克依然非常引人注目，这也许会让人觉得不可思议。事实上，在19世纪末和20世纪初这段时间，很多科学家对达尔文的自然选择机制下的进化论学说持怀疑态度。在这段有时被称为“达尔文日食”的时期，

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前言
对北美的一部分学生而
言，第一堂地质学课关于扑
克；对另外一部分学生来说
，第一堂地质学课聚焦于珍
珠；而我的英国地质学老师
则选择从骆驼谈起。
以上三种情形中的老师
们都有一个共同的想法：确
保学生们能记住五亿多年以
来主要的地质类别，如寒武
纪、奥陶纪、志留纪等等。
尽管授课的细节千差万别，
但在授课方法上老师们一致
选择了助记术这一手段：
“哪天你过来，我们或许
可以一起打扑克。三个 J 可
以带一个 Q。”
“冷水牡蛎几乎不产出稀
有珍珠，因为它们的汁液凝
固得太快了。”
在英国，地质划分有些
许的区别。他们的助记术是
这样的：“通常骆驼会小心
翼翼地坐下，也许是因为它
们的关节很脆弱？早期进行
润滑或许能避免永久性的风
湿病。”
科学总是充满了这样的
表达：有辅助记忆太阳系各
大行星次序的助记术，有辅
助记忆化学元素周期表的助
记术，还有辅助记忆用于生
物体分类的分类地位的助记
术。然而，这些并不是科学
家甚至理科生用来记忆关键
信息唯一的微型利器。如果
要记住一条科学理论或定律
，那么将之浓缩成简明扼要
的一句话是最有效率的方法
之一。
《物种起源》于 1859 年
出版后的短短几年间，查尔
斯·达尔文的自然选择进化
论就被浓缩成一句简单的表
达：适者生存。
热力学第一定律和第二
定律的明确提出则是 19 世
纪中期科学界的另一个伟大
成就。如今，许多物理学家
和非物理学家将这两条定律
概括为一句令人难忘的妙语
：你不可能赢，也不可能不
赔不赚。
不过，把一条核心的科
学概念的内容缩减太多会招
来麻烦。有一些人指责“适
者生存”犯了同义反复的毛
病（他们认为它应该被改写
为：“活下来才能生存。”）
；而这句概括热力学第一定
律和第二定律的话虽然很简
单，但对于任何一个不知道
这两条定律的人来说，意思
是相当隐晦的。在本书中，
我会努力在上述两种学习方
法之间取得平衡。接下来提
供的方法也许不会像上面提
到的那些著名例子那么精辟
绝妙，令人过目不忘，但我
希望这些助记法会更有用一
点——特别是对于那些想要
找到一条捷径去弄懂某些最
具挑战性的科学概念的人而
言。

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