假如一個夏夜，你在鄉(xiāng)間看到一只螞蟻爬上草尖并停留在那里，似乎要準備過夜，你可否意識到這個場景背后存在兩個怪異之處?第一，你面前的這只螞蟻和其他工蟻一樣，不僅不能繁育后代，還會為了蟻后的生殖而終生奔波勞碌，這種情況在生物世界里非常罕見。第二，這只螞蟻展現(xiàn)出一種自殺式行為，因為在一片羊群專挑嫩葉吃的牧場草地上，睡在一株草的草尖上無異于臥倒在一條繁忙的鐵軌之上。
這只螞蟻的行為就是一種悖論。從詞源來看，悖論一詞源自希臘語形容詞paradoxos,意為與普遍的觀點相反,表示與人們的期待、直覺、常識或理論框架相背離的情況。這一概念也用于形容明顯不符合邏輯的矛盾或謬論。蛋與雞出現(xiàn)的先后順序就是一個很典型的例子。面對先有雞還是先有蛋的問題，如果我們的回答是蛋,根據(jù)邏輯，下一個問題就會是誰下了這個蛋,回答當然是雞,但這只雞又必然是由另一個蛋孵出來的，我們因此陷入一個自相矛盾的情況。悖論的本質(zhì)其實是謎團，它引人思考，讓我們能更好地理解周圍的世界。
本書專門用來闡述生物世界里的種種悖論，有些悖論看似復(fù)雜，但只是表象，個中緣由我們將為你娓娓道來。例如，雄鹿為何保留了體積龐大且會妨礙行動的鹿角，寄生蟲又為何置宿主于死地。而其他的一些悖論會讓你感到意外，因為它們的矛盾之處并非顯而易見。有性生殖對科學(xué)家來說就是一個真正的謎，尤其是相比之下無性生殖顯得那么高效，而矛盾之處在于，只有少數(shù)生物選擇了無性生殖。這也是眾多還未被完全解釋清的悖論之一。
得益于科學(xué)的進步和知識的傳播，許多曾經(jīng)是悖論的現(xiàn)象已不再是謎：遺傳的方式和性狀的傳遞模式不再神秘，如今已成為初中階段的知識內(nèi)容。并且與其他生物相比，人類在染色體數(shù)量上也沒有優(yōu)勢：人類的染色體數(shù)量與橄欖樹或獾的相當，但比驢、母�；蚰鸽u的都少。人類擁有的基因數(shù)少于水稻的或小鼠的，而且基因組的大小也無特別之處�？偠�言之，自從科學(xué)擯棄了二元論，打破了各種賦予人類特殊地位卻違背科學(xué)的神話后，人類在生物界的地位似乎平平無奇。科學(xué)的發(fā)展帶來知識，一些悖論也迎刃而解。那么，悖論是否越來越少了?恰恰相反，新的悖論在不斷出現(xiàn)。舉個例子：還是在脫氧核糖核酸(DNA)和線粒體被發(fā)現(xiàn)之后，才出現(xiàn)了線粒體DNA的悖論。在亞細胞結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)遺傳性令科學(xué)家感到困惑，但這個新的悖論正是知識更新迭代的產(chǎn)物：科學(xué)產(chǎn)生悖論，而又不斷進步最終解決悖論。隨后的研究表明，線粒體曾經(jīng)是一種簡單的細菌，這就解釋了它為什么保留著一些細菌DNA的殘留并具備遺傳性，于是悖論解決了。
不過，在討論生物世界的悖論之前，我們先要理解生命約38億年前在地球上出現(xiàn)以來物種進化的方式。人類對進化機制的了解其實只有不到200年的時間，這要歸功于英國博物學(xué)家兼古生物學(xué)家達爾文(CharlesDarwin),他徹底改變了生物學(xué)。雖然拉馬克(Jean-Baptiste de Lamarck)率先提出了物種進化的觀點，但他提出的機制并不正確。于是達爾文提出以自然選擇為物種進化的主要機制。隨后的一些重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)(遺傳方式、染色體、基因、DNA等)使達爾文的理論漸趨完整，而且，眾多科學(xué)家的貢獻及大量在自然界和實驗室里開展的研究、測試和實驗，讓這個理論變得更加完善。它是目前能幫助人們理解生物世界各個方面的最佳理論框架。自然選擇作為這個理論的支柱，其實很容易理解，只要滿足以下三個條件，就會出現(xiàn)自然選擇：變異(多個性狀得到表達)、遺傳(這些性狀可以傳遞給子代),以及可傳遞的性狀和后代的數(shù)量之間存在聯(lián)系。
早期提出的例子之一是樺尺蠖(Biston betularia)。這是一種夜間活動的小飛蛾，白天它一動不動地停在樹干上，與樹干顏色相近的灰白色讓它幾乎隱形。由于基因突變，種群內(nèi)會時不時地出現(xiàn)黑樺尺蠖，但這種顏色與樹干形成反差，很容易被天敵發(fā)現(xiàn)，因此這些個體的存活率較低，繁殖得更少，最終，產(chǎn)生黑色個體的突變基因經(jīng)過幾代繁殖就逐漸消失了。整個樺尺蠖種群仍以灰色個體為主，就算偶爾出現(xiàn)幾只黑樺尺蠖，也會很快被捕食者消滅。但在19世紀工業(yè)革命期間，污染導(dǎo)致樺樹的樹干變黑，更有利于黑樺尺蠖偽裝，而淺灰色個體反而更容易被天敵發(fā)現(xiàn)。因此，在這種新環(huán)境中，捕食者的選擇提高了黑色變異體的出現(xiàn)頻率。一個世紀之后，污染減輕，環(huán)境再次發(fā)生反轉(zhuǎn)，灰色變異體重新占據(jù)上風(fēng)。樺尺蠖顏色的這種變異，無論是灰色還是黑色，它的本質(zhì)是DNA上的基因差異，這種基因差異是由環(huán)境的選擇決定的。
樺尺蠖的顏色是自然選擇引起生物性狀變化的一個例子。類似的例子不勝枚舉，因此物種進化的原理不再是一個悖論。
一些悖論雖然已經(jīng)得到解答，但答案往往只局限在專業(yè)的科學(xué)圈子內(nèi)。因此，本書的目的之一便是闡述這些矛盾并引導(dǎo)讀者去理解。還有一些悖論遲遲未得到解決。盡管科學(xué)家有很多研究的思路，而且往往能給出多種解釋，但科學(xué)界始終無法達成一致，悖論也就一直存在。也許再過幾年或者幾十年，這類悖論才會真相大白，但解答這類悖論依托的是現(xiàn)有的知識，所以本書還將通過獨立的章節(jié)介紹目前正在進行的這類悖論研究。盡管篇幅有限，我們?nèi)韵Ｍ�盡可能地展示生物世界里豐富多彩的悖論，揭示這些悖論背后的科學(xué)原理。驚喜就在書中。