追溯我们历史的长河——或许可以回溯到大约6.5亿年前——那时我们的祖先仍然是无脊椎动物。也就是说，它们没有头骨、牙齿或其他骨骼。它们甚至没有大脑。无脊椎动物如何演变成脊椎动物是一个迷人的问题，而答案能告诉我们关于我们为何会变成今天的样子，这使得这个问题更加引人入胜。为了重建发生了什么，科学家可以研究几种不同的证据。他们可以观察无脊椎动物的身体，找出那些与其他无脊椎动物不同、但与脊椎动物共享的特征。这些共同的特征可能是共同祖先的标志。科学家可以通过研究脊椎动物和无脊椎动物的DNA来寻找这种祖先的迹象。他们还可以检查化石记录，以发现过渡形式，为那些在现存物种中找不到的过渡提供线索。当科学家考虑这些证据时，答案并不会像从老虎机里掉出硬币一样涌入他们的手中。他们必须提出能最好地解释脊椎动物起源的假设。然后，他们可以用新的证据来检验这些假设。有时旧的假设会站得住脚。有时事实证明它们是基于对证据的误读。新的假设会取代旧的。但新的假设必须比旧的更好。科学家不会突然宣布任何解释都可以。科学就是这样运作的。当我读到一篇关于这个博客的近期评论时，我想到这个事实值得重复。这篇评论出现在关于电影导演兰迪·奥尔森（Randy Olson）关于如何有效沟通进化论的观察的讨论中。一些人同意奥尔森的观点，认为应该让进化论更有趣，而另一些人则担心他只是想把科学简单化。分歧是真实的，但讨论是富有成效的——至少直到有几个创造论者插进来。这些创造论者声称提供了一些有用的建议，但从他们的评论（以及他们链接的创造论网站）来看，很明显他们并没有这个意思。他们并不想帮助人们理解进化论；他们只是在利用人们对进化论和科学普遍存在的误解。他们确实提供了一种服务，通过展示他们认为可以最有效地利用哪些误解。“匿名”写道：
“但是你需要诚实地对待科学准确性。新发现出现的频率有多高，导致进化时间线和进化树需要重写。如果我记忆没错，我去年在这个博客上至少读过两篇文章，上面有这样的陈述。你怎能说进化论是科学，科学是真理，然后在下一句话说进化论情景必须重写。公众会听到这些。”
如果我能替我写到的那些人的话，生活就会简单得多。匿名者写道，“你说你的猫会说普通话。公众会听到这个。”不是我说的。科学家学习关于世界的新事物。他们修改他们的理论。他们不会拉开帷幕，揭示一个大写的“真理”，然后走开。仅仅因为他们不谈论大写的“真理”，并不意味着他们谈论的是纯粹的胡说八道。他们的知识在提高，尽管它从未达到完美。脊椎动物的起源就是一个例子。在现存的无脊椎动物中，科学家已经确定某些类群比其他无脊椎动物更接近我们。最大的群体是棘皮动物，包括海星。它们可能没有我们这样的头骨或大脑，但它们确实有一些独特的特征。例如，在其他无脊椎动物中，早期胚胎中的一个称为原肠胚孔的开口会发育成嘴。而在棘皮动物和脊椎动物中，它会发育成肛门。除了棘皮动物，一些不太为人所知的物种也显示出与脊椎动物的密切联系。其中一个群体叫做海鞘。这包括海鞘，一种非常奇特的动物。它在生命初期就像一个微小的蝌蚪。它用由一个坚硬的杆子（称为脊索）构成的尾巴游动，脊索上有一条中空的神经索。它还有喉咙上的裂缝用于吞咽食物。这些特征在棘皮动物或其他无脊椎动物中找不到，表明与脊椎动物有着密切的联系。值得注意的是，当它成年时，它的大部分脊椎动物样特征都会消失。它头部朝下落在海底，将其器官旋转九十度，并吃掉自己的神经系统。然后它就停留在海底，过滤食物，并产生新的蝌蚪。还有文昌鱼。这些生物（比如这里图片中的那个）看起来像被砍掉头的沙丁鱼。它们的生命周期与海鞘相似，幼体在水中游动，然后定居在海底。但它们与脊椎动物有更多的共同特征。例如，它们的神经索尖端显示出许多与脊椎动物大脑整体组织结构惊人的相似之处，甚至包括构建它们的基因。它还有肌肉沿着长度排列成块——当你吃鱼晚餐时，你叉进嘴里的那种块状肌肉。它们在成年时不会退化成囊状。它们只是钻进沉积物里，把头伸出来，这样它们就可以过滤经过的食物。许多科学家认为，棘皮动物的祖先首先从我们的祖先中分化出来。然后，在我们的祖先获得了喉咙裂缝和脊索之后，海鞘的祖先就分化出来了。然后我们的祖先获得了大脑的雏形、肌肉块和其他特征，之后文昌鱼谱系分化出来。这时，脊椎动物的身体结构仍然只建造了一半。进化还没有产生头骨、脊柱、眼睛和其他所有现存脊椎动物的特征。所有这些都是后来才出现的。正如我之前提到的，有几种方法可以检验这个假设。一种是观察化石记录。在已灭绝的动物中，棘皮动物、海鞘、文昌鱼和脊椎动物中看到的特征是倾向于一起出现，还是分散在动物王国中？古生物学家是否发现了长着头骨的龙虾，长着鱼鳃的蚯蚓？没有。他们确实发现了长着发育良好的大脑甚至头骨的文昌鱼样动物——这正是无脊椎动物演变成脊椎动物时所期望的。他们还发现了一些奇特的化石，可能与脊椎动物或棘皮动物和脊椎动物的共同祖先密切相关。这种模糊性并不令人意外，因为在这些类群的早期，你会发现尚未获得现存类群特有特征的物种。在早期的人类中也出现了同样的模式——它们与猿非常相似，以至于很难说是猿样人类还是人类样猿。另一种检验脊椎动物起源假设的方法是研究DNA。在本期《自然》杂志上，一个法国科学家团队发表了这样一项研究的结果——这是同类研究中规模最大的一项，无论是研究动物的范围还是每种动物分析的DNA量。他们寻找了能够最好地解释每种物种所携带DNA差异和相似性的进化树。他们对研究结果进行了一系列统计检验，以确定它们是否可靠，还是仅仅是误导性的幻觉（例如，通过从研究中移除一个物种，看是否会出现不同的树）。他们的进化树的整体形状与其他证据产生的树相似。法国科学家发现，人类和鸡比它们任何一个与青蛙的关系都更近。七鳃鳗和盲鳗与我们的关系较远，但比文昌鱼或棘皮动物更近。即使在无脊椎动物中，也出现了以前见过的模式。例如，昆虫与我们的关系比水母更近，而水母与我们的关系比蘑菇更近。解剖学、各种基因和化石研究都集中在这些相同的模式上，这表明它们发现了一些真实的东西。如果有人给你展示二十个物种，让你用家谱将它们连接起来，你可能会画出超过2000亿亿种不同的可能性。但从这些研究中出现的树只有微小的变异，而不是所有可能树的随机样本。纯属巧合发生的几率极其微小。但这正是你期望它们代表真实进化关系时的情况。新树确实有一些有趣的惊喜。一个惊喜是，海鞘——那些奇怪的神经吞噬者——比文昌鱼离我们更近。另一个是，文昌鱼可能实际上比脊椎动物和海鞘与棘皮动物的关系更近。如果这一结论得到更多研究的支持，文昌鱼可能与我们和海星共享的共同祖先非常相似。然后，那个文昌鱼样的祖先产生了一些发生根本性变化的谱系。一旦海星的棘皮动物祖先分化出来，它们必定失去了一些我们仍然携带的特征，比如沿着背部延伸的主要神经索和喉咙裂缝。这一结论与一些早期棘皮动物化石的出现似乎带有裂缝的证据相符。这项研究表明，海鞘也从一个文昌鱼样的祖先发生了很大变化。它们失去了祖先的肌肉块，它们的神经系统一定变得更加简单。它们奇怪的固定式滤食性进化只发生在它们的祖先与我们分化之后。海鞘可能不是原始的，而是高度特化的原脊椎动物。但尽管海鞘可能变得多么不同，科学家们仍然可以通过研究它们来了解很多关于我们自身的起源。区分我们与无脊椎动物的许多特征——眼睛、牙齿等——是由一组称为神经嵴细胞的特殊细胞发育而来的。它们首先出现在脊椎动物胚胎的背部，然后穿过身体，形成许多不同的结构。文昌鱼和海鞘都有神经嵴样细胞。但只有在海鞘中，它们才会像在我们体内一样迁移。通过研究这些细胞的移动方式，科学家们或许能够理解脊椎动物进化的一个关键步骤。有一种显而易见的方法来检验这个设想：对其他近缘脊椎动物的基因组进行测序。先前的研究表明，棘皮动物与 agujworm（一种有喉咙裂缝等一些模糊脊椎动物特征的生物）共享一个近的共同祖先。将它们的DNA纳入新的研究可能会支持当前的研究，或者带来新的挑战。这种结果可能会让那些希望科学一次性交付完美“真理”的人失望。但对科学家来说，这正是那种能让他们早上起床的全新挑战。更新 23/2 早上8点：感谢David Hone博士为我提供了可能树的精确数字。
