进化在不同的尺度上运作。在一天之内，艾滋病病毒（HIV）的遗传密码会发生变化，以适应我们不断变化的免疫系统。在几十年的时间里，这种病毒可以成功地从一个物种跳跃到另一个物种（例如，从黑猩猩到人类）。在几千年里，人类已经适应了农业——例如，成年人能够耐受牛奶中的乳糖。在几百万年里，我们早期人类祖先的大脑几乎翻了一番。有时，科学家会通过将小规模变化称为微观进化，将大规模变化称为宏观进化来区分这些尺度。创造论者抓住了这些术语，并用它们来构建他们的一个核心谎言：他们接受微观进化，但拒绝宏观进化。这有点像接受微观经济学——家庭和企业如何在市场中做出决策和互动——但随后否认宏观经济学——整个社会如何生产商品，通货膨胀如何上升和下降，等等。进化生物学家激烈辩论宏观进化是如何从微观进化中产生的。但他们继续发现丰富的证据表明两者是打包在一起的。
上周，我刚刚休假前阅读了一篇关于雏鸟喙部发育的精彩新论文，这让我想起了进化交织的尺度。在我开车离开（没有带笔记本电脑）的时候，我确信在我不在的时候，它会被大量地博客和报道。但当我回来时，我发现几乎一片寂静。所以我想尽我的一份绵薄之力，让这项研究不至于淹没在数据迷雾中。
毕竟，这些雏鸟并非普通的鸟类。它们属于一个约13个物种的群体，统称为达尔文雀。查尔斯·达尔文在1835年首次遇到这些鸟类，当时他访问了加拉帕戈斯群岛。起初，他认为它们属于不同的鸟类群，如鹪鹩和黑鹂。毕竟，它们的喙部差异很大——有些钝，有些细，有些弯曲。毫不奇怪，这些鸟类利用这些不同的喙来获取不同种类的食物——比如砸开坚果、吸食花蜜等等。达尔文后来得知所有这些鸟类都是雀时感到震惊。他努力想明白为什么如此无与伦比的雀类多样性只存在于一个偏远的群岛上。这种挣扎促使他提出了自然选择进化理论。
正如乔纳森·韦纳在他杰出的《达尔文雀的喙》中记载的那样，后代的生物学家们回到加拉帕戈斯来研究这些鸟类。它们生活在近乎隔离的环境中，是进化的自然实验。今天，关于达尔文雀的顶级专家是普林斯顿大学的彼得和罗斯玛丽·格兰特夫妇。他们和他们的同事们已经证明，这些鸟类起源于两到三百万年前到达岛屿的几批移民。这些创始人产生了不同的谱系，每个谱系都通过其独特的喙部形状适应了岛屿。与大多数其他动物相比，这种进化变化是惊人的快，并且至今仍在继续。随着每隔几年岛屿上出现的干旱和暴雨，自然选择会青睐不同大小的喙。与此同时，随着雀类种群发展出独特的交配歌曲，它们彼此分离。有时这种分化会产生一个新物种。在其他情况下，近亲物种可能会杂交并重新融合在一起。
格兰特夫妇想知道是什么样的突变在驱动着加拉帕戈斯群岛雀喙部的这种非凡进化。他们与哈佛大学的发育生物学家合作，研究了在蛋内构建雀体内的基因——特别是那些被称为生长因子的基因，它们刺激细胞分裂和分化。他们发现一种叫做骨形态发生蛋白4（BMP-4）的基因起着关键作用。拥有大喙的鸟类，如地雀，在发育早期就在其颌骨细胞中产生了大量的BMP-4。而喙部细长的仙人掌雀产生的BMP-4较少，并且在后期产生。他们研究的每个物种都有其独特的BMP-4活性模式，而其他生长因子则表现基本相同。
BMP-4后面有一个数字，因为它属于一个基因家族。最初，只有一个BMP样基因，后来它被意外地复制了。这些副本又被复制了一次又一次。副本在序列上产生了差异，其中一些最终变成了无意义的乱码。事实证明，这个家族的第一个基因是在很久以前进化的。范围广泛的动物都有BMP样基因，从脊椎动物到海胆再到昆虫。这些基因如此相似，你可以在果蝇中破坏BMP-4的昆虫版本，用青蛙的BMP-4基因替换它，而青蛙的基因将完美地协同工作来构建一只果蝇。最简单的解释是，所有这些动物（称为双侧对称动物）在约7亿年前从一个共同祖先那里继承了它们的BMP样基因。在早期的双侧对称动物中，BMP样基因可能有助于构建发育中的身体的前后。在脊椎动物中，它在腹侧活跃，消化系统在那里生长。昆虫的消化系统沿着它们的背部运行，在昆虫幼虫中，BMP样基因就在那里活跃。
这些BMP基因属于一个拥有7亿年历史的完整身体构建基因网络。其中一些会开启BMP基因，而另一些则会阻止它们的活性。而BMP基因又会开启和关闭其他基因。这个网络在进化过程中被无数次地借用，以构建动物体内的新结构。随着脊椎动物进化出骨骼，BMP网络承担了新的角色，帮助构建骨骼。（BMP促进骨骼生长，也促进骨骼愈合——这使得它在医学界备受关注。）但它的作用不仅限于肋骨和脊椎。随着新类型的脊椎动物的进化，BMP网络再次被征用。例如，在鸟类中，羽毛在BMP网络的指导下生长。格兰特夫妇和他们的同事们发现，鸟类的喙也是如此。
所以，我们有一个基因网络，它在许多尺度上对进化起着重要作用。它作为动物工具箱的一部分出现，可以用来构建像果蝇和鱼那样不同的身体。然后，它被借用并以新的方式重新部署，构建新的结构。由于这个网络控制着许多其他基因，对其进行一点小的调整就能产生显著的变化，即使是在一个物种内部。在雀的喙发育过程中，稍微改变一下BMP的时间，它就可能准备好通过咬开硬种子来在干旱中生存。由于喙部相对容易进化，这些世代相传的变化帮助达尔文雀在过去几百万年里爆发成13个新物种。换句话说，微观和宏观被捆绑在一起，构成了一个非凡的整体。
