第1章　创新并不是生命史上的奇点

帝王蝶的幼虫似乎对危险的食物上了瘾，它们喜欢吞食乳草（又名马利筋）的叶子。乳草是一种多年生草本植物，能长到将近1米高，开微小的星形花并形成引人注目的花序。乳草看上去似乎很漂亮，但它是有毒的。当帝王蝶的幼虫用口器切开乳草的叶片时，受损叶片内的加压通道会释放出一种乳白色的物质，这正是这种植物得名乳草的原因。帝王蝶的幼虫知道这些乳白色的东西意味着麻烦，所以它们试图切断这些通道，让这种“乳汁”在它们吃掉叶子之前就流干净。

这种“乳汁”的学名是乳胶，是一种复杂而黏稠的化学混合物，其作用类似于黏性很强的浓稠的树脂，就像松树分泌出来的那种黄色物质。人们可能会认为这样的分泌物有利于伤口的愈合，其实植物会利用它们来实现邪恶的目的。从数百万年前被困在我们称为琥珀的树脂化石中的昆虫身上，我们就能清楚地看到这一点。乳胶和树脂是植物对付饥饿的动物的强大防御武器，对某些动物来说甚至是致命的。

当昆虫从产乳胶或树脂的植物上咬下一大块时，这种黏稠的物质可以粘住它们的口器并将整个口器粘在一起。这种物质甚至可以把昆虫整个困住。在乳草的叶子上孵化的帝王蝶幼虫中，超过30%会陷入这种植物用乳胶布下的陷阱，它们先是被粘在叶子上，然后死去。这还只是乳胶和树脂的第一道防线。这两种分泌物还可能含有有毒的化学物质，比如心脏糖苷（cardiac glycosides），这种毒素可以让心脏永远停止跳动。因此，乳胶和树脂完全称得上是精密复杂的化学武器。1

这些化学武器也是进化创新的例子。称它们为进化创新，是因为它们发生在物种的进化过程中，而且有助于物种生存。需要强调的是，这些特殊的创新并不仅仅体现在乳草上。进化不是一次、两次或多次在生命之树的不同分支上、在完全不同的物种中发现了它们，而是至少40次。更重要的是，许多发现它们的物种还独立地进化出了这类有毒分泌物的“分配网络”，那是一个复杂的管道系统，可以将黏性物质输送到植物受到攻击的地方。2这样的创新重复很多次这个事实说明，进化是多么容易创新，这预示着我们以后还会遇到很多“睡美人”。乳胶、树脂和它们的运输网络是如此重要，以至于生物学家把它们的地位提高到了远远超越单纯的创新的高度，他们称之为“关键创新”（key innovations）。这并不是因为它们很难被发现，它们的多重性表明事实恰恰相反。这主要是因为它们所做的不仅仅是提高一种植物的存活率，还对进化产生了深远的影响。3

那些产胶植物受虫害的可能性更小，生长速度更快，不过要将更多的能量用在通过开花结果来繁殖上。这些好处使产胶植物能够进一步传播开来并占据新的栖息地。在这些栖息地中，它们最终形成了新的物种。用生物学专业术语来说，这些关键创新促进了它们适应性辐射（adaptive radiation），即生命之树上突然迸发出大量新分支。在这种适应性辐射中，一个物种会分化成许多新物种，每个新物种都拥有最适合自己栖息地的生活方式。

研究人员对16类产胶植物进行了研究，得到的结果揭示了这些化学武器的进化效力。每一类产胶植物都会分泌乳胶和树脂，而在作为其近亲的植物中，至少有一类植物不具备这种能力。研究表明，在这16类产胶植物中，有13类都比它们没有产胶能力的近亲进化出了更多的物种，不是只多了几个物种，而是多了上百倍的物种。4总而言之，产胶植物在进化中取得了巨大的成功。最初只有几十个物种，最终进化出了2万多种产乳胶的开花植物，以及无数种产乳胶的针叶树、蕨类植物，甚至真菌。5

产乳胶是一项重要的创新，而它本身又是一场军备竞赛的产物，这场竞赛始于另一项创新，一项由昆虫发现的更古老的创新。这项创新就是植食性（phytophagy），即以植物为食的能力。

几亿年前，原始昆虫只会捕食其他动物或以腐质为食，后者是指以死去动物的尸体为食。要从这种以动物为主的饮食结构转变为以植物为主并不容易。昆虫要想成为素食者，必须克服一个障碍，那就是我们刚刚讨论过的“化学战”。植物必然擅长化学战，因为它们既不能逃跑，也不能躲避。另一个障碍是植物的组织和汁液都缺乏营养物质，例如氮和必需的氨基酸的含量都比动物猎物或尸体块低得多。更重要的是，作为食腐动物，昆虫可以躲在地下，一旦成为植食动物，它们就必须在露天觅食。这种新的生活方式不仅会使它们暴露在干燥的环境中，更糟糕的是，它们的身体不仅小巧，而且既脆弱又柔软，会吸引来很多捕食者。

尽管存在这么多障碍，植食能力仍然不止一次被不同的物种发现，而且不是2次或3次，而是至少50次。马里兰大学的生物学家查尔斯·米特（Charles Mitter）和他的合作者通过研究证明，这种创新取得了巨大成功。他们比较了生命之树上的13个植食昆虫分支和13个非植食昆虫分支，后者是前者的近亲。结果发现，大多数植食昆虫分支上的物种都比非植食昆虫分支上的物种多，而且其中不少植食昆虫分支都比非植食昆虫分支多出了很多物种。例如，秆蝇科（Chloropidae）的植食昆虫分支上有1 350多个物种，而非植食昆虫分支上只有80个物种。尽管植食能力这种创新只被甲虫、蟑螂和蜻蜓等极少数昆虫发现过，但这种创新最终变得非常成功，到了今天，世界上90多万种昆虫中有一半是以植物为食。植食性是进化的另一项重要创新。6

然而，植物性饮食又带来了另一个挑战，即种子或草等植物性食物非常坚硬。不过，另一类动物很快就以一种独特的方式来应对这一挑战，那就是哺乳动物。它们进化出了臼齿这种特殊的牙齿，“臼齿”这个名称来自拉丁语中对磨石的称呼，因为臼齿能磨碎植物性食物。

每个人都有8颗臼齿，不过，如果4颗智齿都长出来了，那就会有12颗。如果你把手伸到嘴里去摸一下自己的臼齿，就会发现它们不是光滑的，而是布满了小凸起，这些小凸起叫作齿尖。这些齿尖中隐藏着哺乳动物的一项关键创新，看似无关紧要，实则意义重大。这项创新就是一个锥形的凸起，被称为次尖，你可以在臼齿的后端找到它，位于臼齿更靠近舌头而不是脸颊的那一侧。7原始哺乳动物的每颗臼齿有3个齿尖，如果你沿水平面切开这样一颗臼齿，就会观察到其横截面呈三角形。对一颗应该像磨石一样工作的牙齿来说，这是一个糟糕的设计。很显然，臼齿用于研磨的表面越大，在给定时间内磨碎的植物材料就越多，但是相邻的呈三角形的牙齿之间会留下大量的空隙，在研磨过程中，这些空隙是一种浪费。如果臼齿的横截面更接近长方形，并且在口腔里像砖块一样首尾紧密相连，那样就会好得多。这就是次尖的进化所要得到的结果。次尖是第4个齿尖，它的加入填补了空隙，使臼齿的横截面从三角形变成了长方形（科学术语是矩形），从而使研磨表面扩大了一倍，并使得研磨更有效率。

次尖在哺乳动物生命之树的不同分支上进化出了20多次。更重要的是，具有次尖的臼齿成为进一步创新的平台，因为进化在创造出专门以植物为食的哺乳动物时，还修饰了它们的基本结构。这类哺乳动物中的一种就是鹿，鹿的臼齿用新月形的牙釉质脊进行了强化。大象也属于这类哺乳动物，它们的臼齿上有好几个这样的牙釉质脊。这些以及许多其他的磨牙形状能提高研磨效率。当然，所有磨牙都源自具有次尖的牙齿。

现在你已经知道了很多个类似的例子，因此在听我描述接下来发生的事情时，可能不会感到很惊讶。5 000多万年前，一场适应性辐射开始了，当不同的食草哺乳动物分化出多个物种的时候，啮齿动物和有蹄类动物等拥有次尖的哺乳动物明显表现得更好。它们进化出的物种是最多的。一小块牙齿如何在数百万年的时间里改变了数百个物种的进化路径？这个问题显然非常值得关注。