从今天的人类、熊猫、海豚、鹈鹕或鲈鱼，回溯时间，这条线最终应该指向它们最早的祖先。在远古的迷雾中，一个单一的生物体必然孕育了我们所有人。但这引出了一个有趣的问题：这种动物是从哪里来的？它长什么样？它现存的近亲是什么？
为了了解第一批动物的模样，马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的进化微生物学家米切尔·索金，利用先进的自动化DNA技术和计算能力，追溯了几十种今天已知最古老物种（如水母、海葵、海绵、软体动物、海星）的分子进化，直到它们的共同起源点。当他将这些物种按其在地球上出现的精确顺序，从简单到复杂分组时，他得出了海绵。
连索金也感到惊讶。“海绵看起来不像动物——它们不捕食，没有4条腿——也没有10条腿。给普通人看一个海绵，它看起来像花椰菜。但它不是。它是一种动物。”也许更令人好奇的是，索金在动物谱系中发现了比海绵更古老但不是动物的东西：真菌。“这真令人惊讶，”索金说。他的发现对进化研究有影响，甚至可能揭示外星生命的形态。这些发现已经对医学做出了贡献。“他是系统应用这种方法的先驱，”新斯科舍省达尔豪斯大学的进化生物学家W.福特·杜利特尔说。“这是一项非常了不起的成就。”
对于一个芝加哥孩子来说，这成绩着实不赖，他“从没想过要成为科学家”，上学时也“没有任何明确的职业抱负”。现在，这位说话轻声的生物学家坐在他杂乱的伍兹霍尔办公室里说：“似乎正是那些大问题吸引着我。”他于1989年开设了自己的实验室，当时有5名员工（现在有10名），八年后他创立并领导了约瑟芬·贝·保罗比较分子生物学中心。两者都由美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会和美国宇航局资助。他凝视窗外结冰的鳗鱼池和更远处的巴扎德湾，然后深情地瞥了一眼伍兹霍尔夏季的照片，那时他会驾驶他妻子那艘41英尺长的Beneteau单桅帆船“起源号”。
索金和他的同事们不仅在研究线性分子进化的基本问题，还在研究分子生态学、分子生物多样性、基因组进化和寄生虫学。几十年前卡尔·沃斯（他的导师在伊利诺伊大学）和其他科学家提出的问题——例如生命的本质单元，细胞是如何形成的——仍然没有答案。索金说：“我执着于寻找我们的起源——我们从何而来，我们身在何处。”
有9000个物种，从热带到北极，最高可长到八英尺。它们不会明显地移动或跟踪猎物，也不会表现出交配；它们只是在那里静止不动，任由世界的海洋流过它们的毛孔，从一吨海水中过滤出仅一盎司的食物。许多甚至生活在淡水中。海绵是多细胞的，但细胞并没有形成太多：没有组织、肌肉、器官、神经或大脑。但这种简单性可能具有欺骗性。有些海绵带有玻璃状的骨骼刺，微观且像雪花一样美丽。有些，像夏威夷的火海绵，表面有毒素，能给人类造成剧烈疼痛——科学家已开始从中发现抗肿瘤和抗炎剂。
索金说，海绵是最早、最原始的多细胞动物。一些科学家认为，产生不同细胞类型的能力使动物走上了进化成人类的道路。海绵只有少数几种细胞，而且它们之间连接松散，却能产生各种不对称的形状，从杯状、扇状到管状和馅饼皮状。海绵独自生存得很好，甚至可以为其他海洋生物提供庇护：科学家在墨西哥湾发现了一个巨大的海绵，里面居住了16000只咔哒虾和1000只其他水生动物。海绵的细胞、其碳酸钙或玻璃状硅质骨针，以及构成其可见身体的胶原团块，共同构成了一个隧道和腔室网络，壁上有被称为纤毛的微小摆动毛发，它们推动水流通过并过滤浮游生物和废物。无论海绵有多大，它都只能吃其单个细胞能够吸收的东西。
海绵也是最早的性繁殖生物；大多数是雌雄同体，能同时产生卵子和精子，并将其释放到水中。精子随波漂流，直到进入另一只海绵的隧道和洞穴。但海绵还有其他繁殖方式。如果你用筛子筛过它，使其单个细胞脱离，这些细胞就会漂流，直到它们找到彼此，然后粘在一起，形成一个与亲本完全相同的遗传复制品。如果受伤，海绵不需要生长新组织；它只需将旧细胞移入伤口以将其闭合。这些技术帮助海绵存活了至少5亿年。少数海绵具有非凡的能力。一种生活在地中海海底洞穴中的海绵，会用其身体上突出的尖锐玻璃状刺捕获小型甲壳类动物，然后用其细胞包围并消化它们。
生物学家卡尔霍恩·邦德当时在北卡罗来纳大学教堂山分校，他在1986年发现海绵并非只是静止不动——许多海绵实际上会移动。他使用延时显微镜拍摄了淡水海绵缓慢地在容器底部爬行的过程。他发现体型较大的海水海绵也会这样做，它们会伸出扁平桨状的身体延伸部分，然后向前拉动自己，经常爬上实验室玻璃水箱的侧壁。一种名为Heliclona loosanoffi的淡紫色美丽海绵，每天能移动四毫米。
由于有如此多奇特的特征，海绵一直很难被分类学家定位。尽管一些生物学家怀疑它们更像动物而不是植物，但另一些人则认为它们不属于导致多细胞后生动物（即今天的动物）的进化谱系。直到最近，双方都没有很好的方法来证明自己的观点。
科学家传统上主要根据形态（即形状）和化石记录来安排生物界。如果两个生物共享某些特征——例如手臂上的吸盘、可对握的拇指、绿色的羽毛或黄色的脚——它们就被认为是有亲缘关系的。它们共享的特征越多，关系就越密切。这很简单：章鱼与猩猩长得不像，所以它们没有被正确地归为一类。但这种方法粗糙，容易产生歧义和错误。随着科学家深入进化史，接近生命之树的根部，了解生物之间的亲缘关系变得越来越困难。
“最重要的问题是没有定量比较的方法；因此，基于形态构建进化史时，主观性悄然而入，”索金说。我们需要更复杂、更客观的东西，DNA似乎就是答案。但科学家无法比较个体的完整遗传构成——每个个体都有数百万个组成部分。“你可以对每个生物的基因组进行测序，看看它们有多相似，”索金带着一丝微笑说，这会是多么艰巨的任务。“但这不切实际；那就像比较纽约市的电话簿和墨西哥城的电话簿。你可以排列相似的名字，但这不会提供太多信息。”
索金认为他有一个更好的主意。他认为他可以检查存在于每个生物体中的有限数量的基因，通过比较这些基因并计算它们之间的差异，他可以获得任何两个生物体之间相似性的定量测量。如果两者对于赋予相同性状的基因具有相似的基因序列，他就可以推断出共同的祖先。如果基因序列非常不同，他就会知道它们在很久以前就已经分化了，因为它们彼此进化得越来越远——简单、逻辑、客观。
“我们没有具体的假设，”索金说。“我们说，‘让我们看看能否构建一棵客观的[进化]树’——并在此过程中，找出地球上的第一批动物。”
但是选择哪种基因序列呢？它必须是所有生物体中都存在并执行相同功能的序列。它必须进化得足够慢，以便仍然能看到遗传相似性，但又要足够快，以便能看到差异。该序列必须易于分离，但又不能像某些基因那样莫名其妙地从一个生物体跳到另一个生物体。碰巧的是，早在1977年，索金的导师卡尔·沃斯就曾利用一个特殊的基因序列来识别一种以前未知的生命形式——古菌，这一发现彻底改变了科学界对生物学的看法。这个序列被称为核糖体RNA，细胞用它来制造蛋白质。它完美符合索金的标准。
索金开始收集和筛选海洋生物——藻类、真菌、海绵、水母、海葵、软体动物——将它们切碎并提取DNA，加入酶，浓缩DNA并对基因进行测序，将它们简化为代码片段，比较它们的核糖体RNA，并应用算法来衡量它们与昆虫、蠕虫、鱼类、鸟类和哺乳动物之间的关系。索金开始这项工作是在20年前，当时DNA测序还处于起步阶段，这样一个项目比现在看起来更加雄心勃勃。如今，索金漫不经心地承认那是一个“技术上很困难的问题”。一个给定的基因组可能包含1000万到30亿个碱基对，而索金只寻找2000个——“大海捞针”。在20世纪80年代初他刚开始时，用手工DNA测序凝胶从一个红海绵中分离和测序一个基因需要一年时间。随着他的工作进展，基因技术不断改进。几年之内，他每年可以测序10到15个基因。如今，他一夜之间就可以完成1000个。答案是分阶段出现的，但当他将它们拼凑起来时，发现变得清晰明了。
清晰，但不简单。索金翻找着科学文章的重印本，以阐明他的观点，他说他看得越多——而且他还没有看完——画面就变得越复杂。他画了一个草图，用笔指着。海绵确实位于动物谱系的底部，而紧随其后的是刺胞动物，如水母、海葵和珊瑚。它们和海绵一样，身体呈囊状。它们发展出触手和一端像嘴一样的开口。但更靠下方的谱系中还有一些生命形式，科学家可能没有预料到。突然间，它们变得有意义了。海绵的一种细胞类型是形状独特的领鞭毛细胞，这是一种配备有微小长丝状鞭毛的细胞，鞭毛周围环绕着由更微小的纤毛组成的领状结构。成千上万的这些鞭毛不断拍打着水，使其流过海绵的进食细胞。
事实证明，索金发现海绵的直接进化前辈是领鞭毛虫，它们代表了以海绵形式出现的动物之前的生命形态。名称上的相似并非偶然，因为这些是单细胞生物，带有鞭状的鞭毛，周围环绕着微绒毛组成的领状结构，它们与海绵的领鞭毛细胞惊人地相似。其中一些甚至松散地聚集在一起形成群体，将进化带到了动物时代的边缘。科学家们长期以来一直怀疑领鞭毛虫可能是最接近动物但并非真正动物的生物。在麦迪逊的威斯康星大学，分子生物学家妮可·金和肖恩·卡罗尔最近验证了索金的结果，并将故事推进了一两句。他们分析了不同的基因序列，发现“有力地支持领鞭毛虫与动物关系非常密切”，正如金所说。在一个物种中，他们发现了一种以前仅在多细胞动物中发现的特殊分子。他们得出结论，领鞭毛虫似乎含有制造第一批动物的“遗传工具包”。
在同一条直接通向动物和我们的谱系中，唯一更古老的是真菌。“这是革命性的，”索金说着，推了推他浓密的灰白头发。“动物和海绵与真菌有着共同的进化史。”
在索金能够证明并非如此之前，“我们认为真菌与植物有关，或者某种程度上只是无色的植物，”他说。“植物有种子，真菌有孢子，等等。科学家过去常常在植物期刊上发表真菌文章。但这项工作不支持这一点。我们已经证明真菌和植物彼此非常不同，而真菌实际上与动物关系更密切。”他用笔敲了敲他的进化树草图。绿色植物形成一个分支，而真菌和动物则在另一个分支上走得更远。
这一切是否意味着人类只是高度进化的蘑菇？“我会说我们与真菌有着共同的、独特的进化史，”索金说。“曾有一个单一的祖先生物群，其中一些分化为真菌，另一些分化为动物。”后者成为了我们。
索金的发现不仅具有理论重要性。“真菌和动物共享共同进化史这一事实，告诉我们更多关于真菌感染的信息，例如，”索金说——从癣和脚气等简单感染，到更复杂的病例，包括那些与心脏病有关的病例。“这可能解释了为什么真菌感染如此难以治疗——它们比我们想象的更像我们。它们是相似的目标。两种生物体越不同，在不损害宿主的情况下靶向病原体可能就越容易。这有助于我们决定哪些模式生物值得投资生物医学研究。它可能会影响心脏病的治疗。”例如，心内膜炎，即心肌炎症，可能由细菌或真菌——白色念珠菌引起。
动物与真菌的亲缘关系可能会彻底改变医学。例如，数千名艾滋病患者死于卡氏肺囊虫，这种病原体直到最近才被认为是与疟疾相关的寄生原虫。索金和他的同事们发现了不同的东西。“当我们对肺囊虫进行测序时，我们发现它与真菌有关，”他说。“我们一直在尝试用治疗疟疾的药物来治疗它，但最好使用治疗真菌的药物。而且由于肺囊虫无法在实验室中培养，如果你正在寻找一个研究模型，你会寻找一个可以培养的近亲：真菌。”
但索金认为，正是有了海绵，前动物才开始形成，因为海绵是第一个发展出不同细胞类型的生物。尽管海绵结构简单，但它们“组织性很强”。它们拥有类似领鞭毛虫的领鞭毛细胞和第二种细胞——古细胞，后者可以根据需要改变形状和功能，以吸收食物、分泌新皮肤或繁殖，它们成为了第一个多细胞动物。所有其他动物都是从这种简单的结构中演变而来，并以此为基础构建的。在海绵和刺胞动物之后是蠕虫——最早具有两侧对称的生物，之后便是索金所称的“大爆发”，即大型动物门类的爆发。两侧对称的动物，前后不同但左右镜像对称，具有许多细微而非细微的优势，其中包括能够有目的地向前移动以寻找猎物。
所有这些都引出了新的问题。我们早期的、前动物祖先会是什么样子？如果说我们是从某种海绵进化而来的，为什么海绵仍然存在，没有进化？我们的海绵/真菌祖先能告诉我们今天的生活什么？
没有人能精确描述那些早期的海绵，但它们很可能与今天的海绵相似。“我们今天能找到的硅藻、鲎，在形态上几乎与它们以前的样子一模一样，”索金说。“你可能会争辩说它们没有进化。然而一切都在进化——基因上，我们也在进化——今天的海绵在基因上与化石记录中的海绵并不完全相同。”如果不是索金的工作，我们可能仍然会根据外观认为它们是相同的。
“了解生物是如何进化的，或许是了解我们未来可能发生什么的钥匙，”索金说。“我们可以利用这些分子创建预测模型，观察环境变化如何改变微生物生长模式，然后通过反馈循环，这些生长模式又如何影响环境——它们如何创建生态变化的模型。”这甚至可能阐明宇宙中其他生命存在的可能性。
“我们还有很长的路要走，研究真核生物（多细胞生物）如何在极端环境，比如酸性环境中生存，这引出了像外太空生命这样的大问题，”索金靠在椅子上说。他推测，在外太空发现的任何生命，很可能都与地球上早期原始生命类似——比如海绵。
