這個(gè)例子沒(méi)問(wèn)題，可是爲(wèi)什麼不是世界上所有相似的沙漠都生活著袋鼠和跳鼠？爲(wèi)什麼不是所有沙漠齧齒動(dòng)物都是袋鼠的其他版本？正統(tǒng)的答案是，進(jìn)化是偶然性很大的過(guò)程，隨機(jī)事件和運(yùn)氣會(huì)改變進(jìn)程，因此即使在類似的環(huán)境中，也很少產(chǎn)生同樣的形態(tài)結(jié)果。偶然性和運(yùn)氣的影響力在進(jìn)化過(guò)程中如此巨大，以至於趨同事件這樣的奇蹟出現(xiàn)了。可能存在的形態(tài)由生命分子、發(fā)揮核心作用的隨機(jī)變異和成形過(guò)程中的染色體片段缺失諸因素合力構(gòu)成，根據(jù)這些可能形態(tài)的數(shù)量，從獨(dú)立源頭髮展而來(lái)的有效趨同現(xiàn)象應(yīng)該像奇蹟一樣罕見(jiàn)。
但是，上百甚至上千獨(dú)立的有效趨同進(jìn)化表明還有其他因素在發(fā)揮影響。某種力量推動(dòng)進(jìn)化的自組織過(guò)程向重現(xiàn)事件運(yùn)動(dòng)。一種與自然選擇的抽籤方式不同的動(dòng)力駕馭進(jìn)化過(guò)程，導(dǎo)致它可以不止一次地到達(dá)不太可能的遠(yuǎn)方目的地。這不是超自然力量，而是基礎(chǔ)性動(dòng)力，其核心就像進(jìn)化本身一樣簡(jiǎn)單。同樣是它，將趨同性注入科技和文化。
進(jìn)化受到兩種壓力驅(qū)使，產(chǎn)生某種必然的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)：
1.幾何和物理法則施加負(fù)面約束，限制生命機(jī)會(huì)的範(fàn)圍。
2.相關(guān)聯(lián)的基因和新陳代謝路徑所構(gòu)成的自組織複合體施加的正面約束，產(chǎn)生幾種重複出現(xiàn)的新機(jī)會(huì)。
兩種動(dòng)力爲(wèi)進(jìn)化指明新方向。它們還會(huì)繼續(xù)在技術(shù)元素領(lǐng)域共同發(fā)揮作用，爲(wèi)技術(shù)元素的發(fā)展過(guò)程提供必然性。請(qǐng)?jiān)试S我依次闡述它們的影響，從化學(xué)和物理法則塑造生命——乃至人類意識(shí)在技術(shù)元素領(lǐng)域的創(chuàng)新——的方式開(kāi)始。
植物和動(dòng)物呈現(xiàn)令人眼花繚亂的體形多樣性。昆蟲(chóng)可能體形微小，例如蝨子，也可能龐大，例如鞋子般大小的有角甲蟲(chóng)；紅杉高達(dá)100米，而小型高山植物可以裝進(jìn)套管裡；體形碩大的藍(lán)鯨有如海船，小型變色龍只有1英寸長(zhǎng)。可是每個(gè)物種的大小不是隨意形成的，它們符合某種尺寸比例。令人吃驚的是，動(dòng)植物的尺寸比例是個(gè)常量，它是由水的物理法則確定的。細(xì)胞壁的強(qiáng)度由水的表面張力決定，這反過(guò)來(lái)決定了軀體——任何可能形式的軀體——密度始終對(duì)應(yīng)的最大長(zhǎng)度。這些物理法則不僅在地球上而且在全宇宙發(fā)揮作用，因此我們可以預(yù)期：任何水基有機(jī)體，不論何時(shí)進(jìn)化，不論進(jìn)化終點(diǎn)在何處，都會(huì)趨向這個(gè)宇宙通行的尺寸比例（根據(jù)當(dāng)?shù)刂亓τ兴{(diào)整）。
生命的新陳代謝同樣受到約束。小型動(dòng)物生命快速流逝，很早就會(huì)死亡。大型動(dòng)物生命悠長(zhǎng)。動(dòng)物的生命速度——細(xì)胞燃燒能量的速度、肌肉收縮速度、懷孕週期和成熟週期——顯然與生命周???和體形大小成比例關(guān)係。新陳代謝速度和心率與動(dòng)物的重量成比例。這些常量產(chǎn)生於物理學(xué)和幾何學(xué)基本法則，以及能面（肺部表面、細(xì)胞表面和體液循環(huán)量等）最小化的天然優(yōu)勢(shì)。與大象相比，老鼠的心臟和肺部跳動(dòng)很快，儘管如此，二者一生中心跳和呼吸次數(shù)一樣。似乎上帝給哺乳動(dòng)物分配了15億次心跳，並告訴它們想用就用。體形很小的老鼠在前面快速奔跑，它的生命就是大象生命的快進(jìn)版。
在生物學(xué)領(lǐng)域，新陳代謝速度恆定的最典型例子是哺乳動(dòng)物，但研究者最近發(fā)現(xiàn)相似的法則作用於所有的植物和細(xì)菌，甚至各種生態(tài)系統(tǒng)。稀疏的寒帶海藻羣落可以被視爲(wèi)心臟恆溫動(dòng)物的慢動(dòng)作版本。植物或生態(tài)系統(tǒng)中每千克物質(zhì)包含的能量（或者說(shuō)能量密度）與新陳代謝所需能量相當(dāng)。很多生命參數(shù)——?jiǎng)游锓趼阉钑r(shí)間、成片森林形成速度以及DNA變異速度——似乎都符合普遍的新陳代謝比例法則。“我們發(fā)現(xiàn)，儘管生命的多樣性不可思議——從西紅柿樹(shù)到變形蟲(chóng)再到鮭魚(yú)，但如果以體形大小和溫度作爲(wèi)參考依據(jù)，這些（新陳代謝）中有很多在速度和時(shí)間上明顯相似。”發(fā)現(xiàn)這條法則的研究人員詹姆斯·吉魯利和傑弗裡·韋斯特說(shuō)道。他們認(rèn)爲(wèi)，“新陳代謝速度是基本的生物速度”，是包括能量在內(nèi)的“宇宙鍾”，是所有形式的生命運(yùn)動(dòng)的速度。對(duì)任何生物而言，這口鐘都是不可避免的。
還有一些物理常量在生物界也是普適的。幾乎所有類型的生物都具有兩側(cè)對(duì)稱性（左邊和右邊互爲(wèi)鏡像）。這種基本的對(duì)稱性似乎產(chǎn)生了多層次的自適應(yīng)優(yōu)勢(shì)，包括更卓越的運(yùn)動(dòng)平衡性、有先見(jiàn)之明的冗餘（一切事物至少都有兩個(gè)！）以及基因代碼的高效精簡(jiǎn)（只要複製一邊的代碼）。其他幾何結(jié)構(gòu)不過(guò)是運(yùn)用簡(jiǎn)單有效的物理學(xué)常識(shí)，例如管狀結(jié)構(gòu)給植物、動(dòng)物（腸就是這樣的結(jié)構(gòu)）和腿部輸送營(yíng)養(yǎng)。一些重複出現(xiàn)的構(gòu)造，例如樹(shù)枝和珊瑚枝的展開(kāi)或者花瓣的旋渦狀排列，都是基於生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)原理。它們的再現(xiàn)是因爲(wèi)數(shù)學(xué)是永恆的。地球上所有生物都以蛋白質(zhì)爲(wèi)基礎(chǔ)，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的摺疊和展開(kāi)方式?jīng)Q定了該生物的特性和行爲(wèi)。生化學(xué)家邁克爾·登頓和克雷格·馬歇爾論述道：“蛋白質(zhì)化學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展表明，至少有一類生物結(jié)構(gòu)——即基本的蛋白質(zhì)摺疊——是由導(dǎo)致晶體和原子形成的類似的物理法則決定的。這些法則使每種生物在其外形下面具有統(tǒng)一的理想結(jié)構(gòu)。”作爲(wèi)引發(fā)生命多樣性的基本分子，蛋白質(zhì)最終也要受制於一組數(shù)量有限的重現(xiàn)法則。
如果制定一份包含一切地球有機(jī)體的全部物理特性的大型電子表格，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)很多空白處，這是爲(wèi)那些邏輯上“可能存在”但實(shí)際上不存在的有機(jī)體留出來(lái)的。這些替補(bǔ)生物服從生物和物理法則，可是從未出現(xiàn)過(guò)。這種“可能存在”的生命形式也許包括哺乳蛇，（爲(wèi)什麼沒(méi)有？）以及飛行蜘蛛或陸生烏賊。事實(shí)上，如果現(xiàn)有動(dòng)植物圈發(fā)展時(shí)間足夠長(zhǎng)，人類不予干涉，地球上仍有可能進(jìn)化出上述動(dòng)物中的某些種類。這些推測(cè)出的生物聽(tīng)起來(lái)完全可信，因爲(wèi)它們具有趨同性，重新採(cǎi)用（但是重組）了整個(gè)生物圈反覆出現(xiàn)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
藝術(shù)家和科幻小說(shuō)家幻想其他遍佈生物的星球時(shí)，雖然盡力跳出地球約束的思維框架，但是他們想象的很多有機(jī)體還是保留了地球上看到的生命形態(tài)。有人會(huì)將這種現(xiàn)象歸因於缺乏想象力：我們總是驚訝於海底最深處發(fā)現(xiàn)的奇異生物，那麼其他星球上的生命也應(yīng)該充滿神奇。包括我自己在內(nèi)的其他人贊同，我們會(huì)感到驚奇，但是考慮到“可能存在”的生命形式——這個(gè)巨大的想象空間包含了原子經(jīng)排列後組成有機(jī)體的所有可能方式，我們?cè)诹硪粋€(gè)星球上找到的只會(huì)是可能存在的生物的很小部分。其他星球上的生命是否令人驚訝，取決於它與我們已經(jīng)熟悉的形態(tài)發(fā)生怎樣的聯(lián)繫。因爲(wèi)視網(wǎng)膜色素層研究而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的生物學(xué)家喬治·沃爾德對(duì)美國(guó)國(guó)家航空航天局講述道：“我告訴學(xué)生們：在這裡學(xué)好生物化學(xué)，將來(lái)可以通過(guò)在大角星舉行的考試。”
DNA結(jié)構(gòu)所受到的物理約束最明顯。DNA分子如此不同尋常，稱得上獨(dú)樹(shù)一幟。每個(gè)學(xué)生都知道，DNA是獨(dú)特的雙螺旋鏈，可以輕鬆壓縮和解壓，當(dāng)然，還可以自我複製。不過(guò)，DNA也可以展現(xiàn)爲(wèi)平板、互鎖環(huán)甚至八面體結(jié)構(gòu)。某些巨型蛋白質(zhì)鏈負(fù)責(zé)塑造人體組織和肌肉的物理特性，分子中獨(dú)一無(wú)二的體操健將DNA充當(dāng)複製這些巨型蛋白質(zhì)鏈的動(dòng)態(tài)模板，這個(gè)過(guò)程依次通過(guò)互動(dòng)形成龐大的複雜生態(tài)系統(tǒng)。從這個(gè)無(wú)所不能的準(zhǔn)晶體開(kāi)始，帶著所有意想不到的外形，生命向前跳躍式發(fā)展，呈現(xiàn)出令人生畏的多樣性。沿著DNA極細(xì)小的古老螺旋發(fā)生的微妙重組，令世間誕生出20米高、四處遊蕩、神態(tài)威嚴(yán)的蜥腳類恐龍，像寶石一樣的綠色閃光蜻蜓，冰清玉潔的白色蘭花花瓣，當(dāng)然，還有複雜的人腦。一切都來(lái)自這個(gè)小小的準(zhǔn)晶體。
如果我們承認(rèn)除了進(jìn)化沒(méi)有超自然力量發(fā)生作用，那麼所有這些形態(tài)——還會(huì)有更多——某種意義上一定被包含在DNA結(jié)構(gòu)中。還能來(lái)自哪裡？各類橡樹(shù)的細(xì)節(jié)特徵和未來(lái)的橡樹(shù)物種是先天決定的，以某種形式存在於第一顆橡子的DNA中。此外，如果我們承認(rèn)進(jìn)化之外沒(méi)有超自然力量發(fā)生作用，那麼人類大腦——都是同一粒始祖細(xì)胞的後代——的代碼也一定暗含在DNA中。如果大腦是這樣的話，那麼技術(shù)元素呢？空間站、聚四氟乙烯和互聯(lián)網(wǎng)是否也溶解在染色體組中，只爲(wèi)了此後在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中沉澱成形，正如數(shù)十億年後橡樹(shù)最終顯現(xiàn)爲(wèi)目前的形態(tài)？
當(dāng)然，單獨(dú)研究這種分子完全無(wú)法揭示物種的多姿多彩：我們徒勞地在DNA的螺旋梯中尋找長(zhǎng)頸鹿。但是我們可以搜索用來(lái)替代的“橡子”分子，作爲(wèi)一種工具再現(xiàn)DNA的展開(kāi)過(guò)程，觀察在DNA之外是否存在其他力量可以產(chǎn)生同樣的多樣性、可靠性和可進(jìn)化性。一些科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室尋覓DNA替代物，方法包括設(shè)計(jì)“人造”DNA、合成與DNA類似的分子以及構(gòu)建全新的生物化學(xué)系統(tǒng)。發(fā)明DNA替代物有一系列實(shí)際理由（例如，創(chuàng)造可以在太空工作的細(xì)胞），可是至今還缺乏具備DNA的多功能性和智慧的替代物。
爲(wèi)了滿足對(duì)DNA替代分子的需求，第一個(gè)顯而易見(jiàn)的方法是將略作改動(dòng)的鹼基對(duì)置換到螺旋中（想想DNA螺旋梯的不同梯級(jí)）。K·D·詹姆斯（K.D.James）和A·D·埃林頓（A.D.Ellington）在合著的《生命起源和生物圈進(jìn)化》（OriginsofLifeandEvolutionoftheBiospheres）中寫道：“根據(jù)鹼基對(duì)替換計(jì)劃開(kāi)展的試驗(yàn)表明，目前存在的嘌呤組和嘧啶組（標(biāo)準(zhǔn)的鹼基對(duì)類型）很多方面達(dá)到最優(yōu)……非自然形成的經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)的核酸類似物已被證明大多數(shù)無(wú)法自我複製。”
當(dāng)然，科學(xué)領(lǐng)域有很多起初被認(rèn)爲(wèi)不大可能、不合情理或完全不可能的發(fā)現(xiàn)。至於自組織生命的例子，由於我們對(duì)它的全部瞭解是基於數(shù)量只有1——就是地球——的樣本（只在有限範(fàn)圍內(nèi)），因此我們?cè)跉w納替代物時(shí)需要特別謹(jǐn)慎。
可是化學(xué)就是化學(xué)，在宇宙任何地方都不會(huì)改變。碳元素位於生命的核心，因爲(wèi)它的化學(xué)活潑性很強(qiáng)，具有很多連接其他元素的“鉤子”。它和氧元素關(guān)係非常融洽。碳容易氧化，成爲(wèi)動(dòng)物的燃料，也容易被植物的葉綠素脫氧（減少氧元素）。自然而然，它成爲(wèi)由極不相同的超大分子構(gòu)成的長(zhǎng)鏈的支柱。硅，碳的同位素姐妹，是製造非碳基生命形式的最有可能的候選替代者。硅與其他元素的結(jié)合也是多種多樣，而它在地球上的儲(chǔ)量超過(guò)碳。當(dāng)科幻小說(shuō)作家幻想其他生命形式時(shí)，經(jīng)常以硅作爲(wèi)生命基礎(chǔ)。但在現(xiàn)實(shí)生活中，硅存在幾個(gè)重大缺陷。它不能與氫結(jié)合成鏈狀結(jié)構(gòu)，這限制了其衍生物的大小。硅硅結(jié)合在水中不穩(wěn)定。硅“吸入”氧後，“呼出”的是礦質(zhì)似的沉澱物，與氣體狀的二氧化碳不同。這使得它很難散開(kāi)。硅基生物可能呼出的是堅(jiān)硬的沙粒。基本上，硅創(chuàng)造乾燥的生物。如果沒(méi)有液態(tài)母體，難以想象如何向四周運(yùn)送複雜分子，以實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。也許硅基生命住在熾熱的世界，在那裡硅酸鹽都能熔解。也有可能母體是溫度極低的液態(tài)氨。但是，與浮在未冰凍**的表面並與之分離的冰不同，冷凍的氨會(huì)下沉，使得整個(gè)海洋都被凍住。這些擔(dān)憂不是假想出來(lái)的，而是建立在製造碳基生命替代物的試驗(yàn)基礎(chǔ)上。迄今爲(wèi)止，所有證據(jù)都表明DNA是“完美”的分子。
人類的聰明大腦可以構(gòu)想出新的生命基礎(chǔ)，然而發(fā)現(xiàn)可以自我創(chuàng)造的生命基礎(chǔ)卻是更高等級(jí)的事務(wù)。實(shí)驗(yàn)室製造出來(lái)的潛在的合成生命基礎(chǔ)也許有足夠的活力，可以在野外存活，但不能通過(guò)自組織方式形成。如果你可以不再要求自組織誕生形式，就能躍進(jìn)至各種從未獨(dú)立進(jìn)化的複雜系統(tǒng)。（這實(shí)際上是大腦的“工作”：產(chǎn)生某些類型的複雜事物，這些事物是進(jìn)化的自我創(chuàng)造過(guò)程不能產(chǎn)生的。）機(jī)器人和人工智能不需要從富含金屬的巖石中自組織形成，因爲(wèi)它們是人類製造的，而不是自然產(chǎn)生的。
然而，DNA的確需要自組織。到目前爲(wèi)止，關(guān)於這種強(qiáng)大的生命核心最引人注目的事情是：它自己組裝自己。在太空中，甚至???各星球的土坑裡，可以輕而易舉地找到最基本的碳基分子——例如甲烷和甲醛。我們嘗試過(guò)用各種非生命條件（閃電、高溫、暖池、衝撞、冰凍/解凍）來(lái)刺激這些像樂(lè)高積木一樣的分子搭建成8個(gè)作爲(wèi)RNA和DNA成分的糖分子，可是所有條件下生成的糖都達(dá)不到維持存在所需的最小數(shù)量。製造其中一種糖——核糖（即RNA中的R）——的所有已知途徑是如此複雜，以至於在實(shí)驗(yàn)室中難以複製，在野外再現(xiàn)（一定程度上）更是不可想象的。這還僅僅是處理8種基本前驅(qū)體分子中的一種。大量培養(yǎng)其他不穩(wěn)定化合物、使之能夠自我繁殖的必要條件——可能相互矛盾——還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。
可是我們遇見(jiàn)過(guò)成功案例，因此我們知道可以找到這些特殊路徑，至少一條。不過(guò)，數(shù)條並行工作的路徑同時(shí)暢通的情況是極難出現(xiàn)的，這意味著，也許只有一個(gè)分子可以穿過(guò)這個(gè)迷宮，自我組合它的大量片段，自我複製曾經(jīng)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，然後從這個(gè)起點(diǎn)釋放出我們見(jiàn)識(shí)過(guò)的地球生命的難以置信、令人歎爲(wèi)觀止的豐富多彩和生機(jī)勃勃。找到一種分子可以自我複製並且孕育數(shù)量前所未有的複雜生物，這還不夠。也許的確存在多種通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的神奇細(xì)胞核可以滿足要求，但找到無(wú)所不能而且可以自我繁殖的分子，是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
迄今爲(wèi)止，沒(méi)有任何競(jìng)爭(zhēng)者可以發(fā)揮那種魔力，甚至連達(dá)到近似程度的都沒(méi)有。這就是西蒙·康韋·莫里斯把DNA稱爲(wèi)“宇宙中最奇特的分子”的原因。生化學(xué)家諾曼·佩斯（NormanPace）認(rèn)爲(wèi)，也許存在一門“宇宙生物化學(xué)”，以這個(gè)最引人注目的分子爲(wèi)研究基礎(chǔ)。他推測(cè)：“看起來(lái)有可能任何地方生命的基本積木都與我們相似，如果不是細(xì)節(jié)上，至少在總體上是這樣。那麼，20種氨基酸就是想象得到的最簡(jiǎn)單的碳結(jié)構(gòu)，可以傳送生命體的功能分子團(tuán)。”將喬治·沃爾德的話改一下：要研究外星人，請(qǐng)研究DNA。