关于生命起源和进化的研究进展
海豹、海狮和海象（统称为鳍足类动物）是从陆生食肉动物演化来的，但最早的已知鳍足类动物“海熊兽”已经有了脚蹼。
现在，加拿大北极地区一个新发现的化石让我们有机会看到鳍足类演化的一个更早阶段，它是一种像水獭一样的陆生和水生之间的过渡形式。该化石是一个几乎完整的骨架，适应半水生生活，包括趾骨之间可能形成了蹼。这一发现支持关于鳍足类起源于北极的假说。
Nature 458, 1021-1024 (23 April 2009) | doi:10.1038/nature07985
A semi-aquatic Arctic mammalian carnivore from the Miocene epoch and origin of Pinnipedia
地球上最早的生命并不需要“呼吸”氧气，但是大气中如果没有能够自由呼吸的氧气，早期生命除了绿藻也就剩不下什么了。传统观点认为，通过光合作用产生的氧气大约于距今24亿年前在地球上站稳了脚跟，这几乎占这颗星球历史的一半时间。然而新的实验室研究结果却对这一“大氧化事件”的姗姗来迟提出了挑战。
一直有研究人员相信，氧气在30亿年前便已出现在地球上，但是2000年，美国学院公园市马里兰大学的地质化学家James Farquhar发明了一种与硫同位素有关的非常棒的技术，将这一大氧化事件的发生年代定格在距今24亿年前。在一个化学反应中，相同元素的不同同位素的比例会发生变化。通常情况下，这些变化依赖于同位素的质量。然而Farquhar发现，在距今24亿年前，3种硫同位素之间的同位素变化却不依赖于同位素的质量。就像人们所知道的那样，这种非质量分馏（MIF）只有在无氧大气中进行太阳紫外辐射时才能够实现，同时MIF硫在距今24亿年之后便消失不见了。
然而理论学家最近提出了另一种可能的解释——MIF硫还可能存在于炙热的固体蛋白质中。在一项新研究中，美国大学公园城宾夕法尼亚州立大学的地质化学家Hiroshi Ohmoto和Yumiko Watanabe尝试着调查了这种可能性。他们和Farquhar——主要负责完成关键的同位素分析工作——报告说，在模拟地球早期更为猛烈的温泉条件下，两种氨基酸能够非常少量地产生MIF现象。研究人员在4月17日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。
这篇论文在一段措辞谨慎的结论中提出，新发现的反应模式又重开了地球早期氧化的时间问题。如果无氧大气并非MIF硫的唯一来源，那么氧气很可能在MIF信号消失之前便已存在于地球的大气中。Ohmoto强调：“这至少是一种我们应该加以考虑的可能性。”就个人而言，他说，“我认为我们取得的这些发现符合了我多年前说过的话”，即氧气的出现要比人们的估算提前了数亿年的时间。另一方面，Farquhar依然认为，MIF信号的消失“更有可能”标志着大气中的氧气出现的最早时间。
其他许多专家则倾向于支持Farquhar，他们指出，实验室的研究结果太小了——仅仅占在地质记录中发现的MIF总量的10%，并且对于温泉反应为何在距今24亿年前突然中断也缺乏一个令人信服的解释。美国剑桥市麻省理工学院的地质化学家Shuhei Ono指出：“我认为这一时间（距今24亿年前）依然很有可能是大气中的氧气的起源时间，因此当前有关早期无氧大气的概念依然站得住脚。”
Science 17 April 2009:DOI: 10.1126/science.1169289
Anomalous Fractionations of Sulfur Isotopes During Thermochemical Sulfate Reduction
4月17日的《科学》杂志报道说，通过研究最早陆地动物的古老的臂骨，研究人员说，他们已经发现了某些差别，这些差别可以对我们所知的地球上最早的从海洋爬到陆地上生活的4腿动物在进化上的位置进行重新排列。
Viviane Callier及其同僚对我们星球上的最早的四足动物进行了仔细的观察后发现，Ichthyostega（鱼石螈）随着它们年龄的增加，其上臂骨的位置会发生缓慢的变化。 这一发现表明，在它们的整个生命历程中，其上臂发生了功能性的变化，而且Ichthyostega 在年幼的时候会在水中生活更多的时间并在其生命的后期移往陆地之上，这使得它们成为已知的最喜欢在水中生活的四足动物。 过去，研究人员相信Acanthostega（棘鱼石螈）是在化石记录中最像鱼的陆地动物，但这一有关Ichthyostega 迁徙前肢的新发现表明，Ichthyostega 应该在进化树上占有一个更基底的位置，而其它的种系（如Acanthostega）可能是从Ichthyostega 所进化而来，而非反过来的情景。 研究人员总结说，他们已经捕捉到了在水生环境到陆地环境之间发育转变的最老的化石证据。 Matt Friedman在一篇Perspective中对这些发现进行了更详细的解释。
Science 17 April 2009:DOI: 10.1126/science.1167542
Contrasting Developmental Trajectories in the Earliest Known Tetrapod Forelimbs
2月27日的《科学》杂志报道说，当另外一个人的行为给你留下“口中一种不好的味道”，你是否想到它所揭示的是远比一个生动的比喻要更多的内涵？一项对表达厌恶时面部肌肉的新的研究表明，这一表达道德判断的习语可能有着深层的生物学根源。
根据Hanah Chapman及其同事的实验披露，一种味道不佳的饮料、一张令人厌恶的照片以及在游戏中遭遇的不公平对待等都会通过提唇肌而使人的上唇翘起及鼻子皱缩。研究人员说，这一研究提供了某些第一次提出的直接证据，即人类的道德系统至少有部分是建立在更为古老的进化适应基础之上的。Paul Rosin、Jonathan Haidt和 Katrina Fincher在一篇相关的Perspective 中对这些发现进行了讨论。
Science 27 February 2009:DOI: 10.1126/science.1165565
In Bad Taste: Evidence for the Oral Origins of Moral Disgust
一项解剖学研究显示了人族踝关节的细节，并表明了现代人的祖先没有类似于灵长类的树木攀援技能。一些科学家认为早期人类可能以类似于黑猩猩在树间运动的方式行走和攀援。
美国莫西干大学Jeremy DeSilva拍摄并分析了乌干达的黑猩猩的录像，从而确定这种动物的骨骼运动是否符合早期人类攀援的主张。该作者把重点放在了踝关节上，利用这些录像确定了背屈角（背屈是指踝关节转动从而让脚趾指向上方）。DeSilva证明了黑猩猩的背屈比人类远远大得多；黑猩猩能弯曲45度，而人类的范围是15到20度。现代猿的胫骨下端与踝关节连接的地方有更宽的前侧面，这很可能是对背屈的一种适应。这组作者检查了生活在150万年到400万年前不同时代的人族的12个胫骨化石，结果没有发现这样的适应。再结合其他已知的人族骨骼细节，Desilva提出人类祖先即便能攀援，可能也不像黑猩猩那样攀援。
PNAS April 13, 2009, doi: 10.1073/pnas.0900270106
Functional morphology of the ankle and the likelihood of climbing in early hominins
合作行为（cooperative behavior）是进化论中一个令人困惑的问题，它给种群内其它成员带来好处，但却会损害个体利益。生物学家对此迷惑不解——如果是最适者生存，那么有益于种群内所有成员的行为的基因就不该长期存在，合作行为应该灭绝。
美国麻省理工学院（MIT）科学家近日利用博弈论，解释了酵母规避这一问题的方法。研究显示，如果一个个体能够从合作行为中获取哪怕是微小的利益，那么即使周围的个体均不合作，它也能够生存下去。相关论文4月6日在线发表于《自然》（Nature）。
研究人员设计了一种实验装置，让酵母进行蔗糖代谢。蔗糖并非酵母的首选食物源，但在没有葡萄糖的情况下，它也会进行蔗糖代谢。不过，它们必须分泌一种蔗糖转化酶，帮助将蔗糖分解成单糖以便吸收。
问题在于，大量分解后的单糖也可被周围的其它酵母细胞利用。这种情况下，分泌转化酶的酵母称作合作者，不分泌、只消耗单糖的酵母称作欺诈者。
如果所有的单糖只是四下扩散，分泌转化酶的酵母没有优先使用权的话，那么更好的选择永远都是成为欺诈者，合作者将会灭绝。
研究实际发现，分泌转化酶的酵母对于它们制造的单糖拥有大约1%的优先使用权。这一获益超过了帮助别人所需的代价，使得它们能够成功地与欺诈者进行竞争。
此外，不论开始的酵母种群数量是多少，最后都会达到一种平衡状态，合作者和欺诈者同时存在。这类似于博弈论中的“铲雪博弈”——你和同伴开一辆车被雪堆挡住去路，每个人都可以选择下车铲雪或原位不动。一个人不铲雪，那么另一个人必须铲雪。
表面上看来，你最好的选择是待在温暖的车里，同伴去铲雪。但有时最坏的情况会发生，即你和同伴均不去铲雪，结果你们永远回不了家。因而，最好的策略是永远选择你对手策略的反面。
论文第一作者、MIT物理系的Jeff Gore表示，之前研究已经显示，在野生状态下，酵母携带的转化酶基因拷贝数存在不同。这种野外的遗传多样性，可能与实验室中观察到的合作者和欺诈者的长期共存相类似。
Nature advance online publication 6 April 2009 | doi:10.1038/nature07921
Snowdrift game dynamics and facultative cheating in yeast
据美国《连线》杂志网站报道，如果你曾经纳闷人类为何没有适于抓握的长脚趾，从而让双脚也具备双手的功能，那么最新的科学研究将告诉你答案：粗而短的脚趾或许是为奔跑量身定制的。
根据这项最新生物力学分析结果，长脚趾比短脚趾耗费更多体力，产生更多的震动，这也是帮助居住于大草原的人类祖先追逐猎物的诸多生理进化之一。
区别其他物种的重要标志
加拿大卡尔加里大学人类学家坎贝尔·罗利安(Campbell Rolian)说：“相比短脚趾，长脚趾在运动时需要肌肉，需要更多力气才能保持身体稳定。只要我们从事大量跑动，那么自然选择便会青睐于短脚趾的人。”大多数灵长类动物，包括跟我们关系最近的黑猩猩，按身体比例脚趾都长过人类的脚趾。人类脚趾十分短小，感觉没有深度，只能伸开和弯曲。多数能跑的动物的脚趾同样很短。猫和狗等一些动物的爪子几乎完全由脚掌或手掌构成。罗利安的研究小组由此想知道，奔跑是否可以解释人脚的生理构造。
当然，奔跑对早期智人的重要性很好推测。但是，这项技能对人体进化确实具有不同寻常的意义：除了智人外，只有极少数动物具备长跑能力，没有一种动物可以在炽热的阳光下长时间奔跑。比如狼和鬣狗，它们只能在寒冷天气或黄昏时分长途奔袭捕猎，在高温情况下则丧失了这种能力。需要耐力的奔跑则是将早期人类同其他物种区别开来的一个重要标志。
根据这项研究的另一位成员、哈佛大学人类学家丹尼尔·利伯曼(Daniel Lieberman)介绍，在有关大草原的长途奔跑问题上，现代人体结构的很多特征都发挥了重要作用。跟腱好比弹簧，可以起到保存体力的作用；后肢具有超大关节，而臀部肌肉则是保持稳定的完美工具。同样，大脑对奔跑活动产生的身体颤动具有特有的敏感度。
脚趾长增加对肌肉损伤
脚趾或许就属于这一类人体进化。利伯曼说：“人类非常适合耐力跑，这一定程度上使得人体变化更有意义。我们不仅是出色的短跑运动员，而且还是地球上最优秀的长跑选手。”这种人类擅长于长跑的论断尚未被普遍接受。美国威斯康星州大学古人类学家约翰·霍克斯(John Hawks)说：“走和跑利用了一样的人体部位。很难说这些人体构造是为奔跑量身定制，更为确切的说，是为长跑打造的。”霍克斯没有参加罗利安的研究。
但是，罗利安的研究至少证明了脚趾对跑步的重要性。这项研究刊登在最新一期《实验生物学杂志》（Journal of Experimental Biology）上。人在向前走或跑时，一只脚在空中，另一只脚在地面，人体一半到四分之三的重量恰好落在前脚上。罗利安说：“你走步时，一只脚在迈出一步前，另一只脚已经着地。你已经转移了部分身体重量。你的脚趾必须在跑动过程中完成更多的工作，推动你的身体向前。”
实验中，15名志愿者在一个对压力十分敏感的表面上一会儿跑，一会儿走，罗利安的研究小组对他们给这个表面施加的力量进行了分析，结果发现脚趾力量只要增加20%，产生的电动力(motor force)却是原来的两倍。我们可以从更为直观的跷跷板活动来解释这一问题：压力和支点之间的距离可使杠杆力增大。
罗利安还发现，长脚趾在让身体停止活动，或利用它们去引导跑和走所必须的向前倾的活动时，需要耗费更多的体力。这多出来的体力便是由长脚趾耗费的，因此增加了对肌肉的压力和损伤，可能使其成为自然选择的牺牲品。
凭借耐力猎杀大型动物
化石记录也粗略提供了合适的例证：类人猿的脚趾比南方古猿(最早的两足原始人类)脚趾长，而南方古猿的脚趾又比人属的脚趾长，现代人就属于人属。霍克斯指出，长途奔跑现已极为罕见，“在其存在的地方，是由非常复杂的文化适应支持(cultural adaptation)的，包括跟踪、水资源储存，将肉类运回家等等。至于早期人类是否存在这些文化适应证据，现阶段几乎没有，或根本不存在。”
然而，利伯曼指出，早期人属及其后代显然以大型动物为食，尽管猎杀大型动物所必须的投射物只是在距今几千年前发明出来的。利伯曼说：“我们的祖先，那些身单力薄的灵长类动物，如何猎杀大型动物？答案是我们可以追它们。我们让它们飞奔，它们不能一边奔跑，一边喘气。我们不是凭速度拖垮羚羊的，而是凭借耐力。”
当然，如今在商店和餐厅，奔跑已变成一种休闲娱乐活动，而硬底鞋吸收了赤足所感受的部分震动。从古代进化的压力释放出来，我们的双脚又会遭遇什么事情呢？罗利安说，现在说一切都不会发生还为时尚早，“但这是一个有关人体构造的许多特征的普遍问题。因为我们不再需要短脚趾最早的那种作用，于是有人又在谈论短脚趾最终是否会消失。”
Journal of Experimental Biology 212, 713-721 (2009) doi: 10.1242/jeb.019885
Walking, running and the evolution of short toes in humans
浙江大学农学院昆虫研究所陈学新教授课题组在一项关于蜜蜂的研究中发现，中华蜜蜂之所以比意大利蜜蜂具有更强的抗寒能力和抗病能力，是因为意大利蜜蜂在更为长期的驯化过程中丧失了某些基因。据悉，这一发现首次用实验的方式证实了长期驯化可能导致生物基因多样性降低的理论假设。
中华蜜蜂
据介绍，中华蜜蜂和意大利蜜蜂都起源于约1000万年前的亚洲，是一对非常相近的“姐妹”物种。由于蜂蜜产量高，易于管理，意大利蜜蜂很早就被人类驯化饲养，目前驯养范围遍及全世界，已经没有野生种群。而作为中国土生土长的重要蜜蜂种类，中华蜜蜂虽然也被人类驯化饲养，但目前仍然存在野生种群。此前科学家在研究中发现，中华蜜蜂比意大利蜜蜂更加耐寒，更能抵御病害浸染和螨虫危害，并能为更多种类的植物尤其是高山植物传授花粉。
陈学新教授课题组经过四年的研究认为，蜜蜂体内与免疫相关的物质——抗菌肽是导致这对“姐妹”物种存在差异的重要线索。该课题组利用分子生物学、比较基因组学和生物信息学等手段，克隆并鉴定了中华蜜蜂和意大利蜜蜂的体内基因都来自4个抗菌肽基因家族。这些基因对革兰氏阴性和阳性菌，其中包括一些人类疾病的致病菌都具有抗菌活性。其不同之处在于，中华蜜蜂体内存在87个不同的基因，共编码26种不同的抗菌肽；意大利蜜蜂则为16个基因、11种抗菌肽。
陈学新说，抗菌肽是生物体内普遍存在的、在免疫防御体系中发挥重要作用的生物活性物质。由于这两种蜜蜂的抗菌肽家族具有明显的不同，当他们同时受到病原侵袭时，中华蜜蜂会因其具有明显的抗菌肽基因优势和更为丰富的抗菌肽物质免受其害。
该课题组的相关论文近日发表在美国《公共科学图书馆·综合》（PLoS ONE）杂志上。杂志的评审专家认为，该研究首次全部鉴定了一个物种所有抗菌肽因家族的系统研究，获得了有趣的科学发现并富有重要价值，在实践上为进一步保护和利用蜜蜂及其重要的抗菌类物质提供了重要的科学依据。
PLoS ONE 4(1): e4239. doi:10.1371/journal.pone.0004239
Antimicrobial Peptide Evolution in the Asiatic Honey Bee Apis cerana
促使一个物种演变为两个物种的基因比基因组中的其他基因显现出更强的适应能力，这引发了科学家对促进此类基因快速进化原因的思考。
该论文表明此类基因与之前确认的“物种形成基因”有关，两种基因都可编码关键蛋白质，控制分子进出细胞核。研究人员认为细胞内的竞争加速了基因的迅速进化，从而造成了紧密相关的物种彼此基因上却不相容。
罗切斯特大学的生物学教授达文·普莱斯格瑞弗斯谈到，当其将两种早在300万年前就分裂开来的果蝇类型进行杂交时，一些杂交的后代发生了死亡。这表示，源自一个物种的基因不能与来自其他物种的基因相兼容。当同种类的生物由于山脉或海洋等地理的限制分开时，他们就开始了独自的进化。如普莱斯格瑞弗斯教授之前研究的马达加斯加的果蝇品种，由于印度洋的限制，其逐渐在非洲大陆演变为一个类似的“姐妹物种”，而随着时间的推移，这两个独立进化的物种的基因差异将越发明显。即当同一基因在两个相近的物种中快速进化时，它们将变得十分不同，不能再相互兼容，正如达尔文150年前所预言的那样，他们将在自然的选择下不断进化。
普莱斯格瑞弗斯对名为Nup160和Nup96的特定基因的快速进化原因有独到的见解。他认为这些基因如同细胞核的门卫一般，对这个最易受到病毒侵袭甚至基因组内部不良基因攻击的目标进行保护。这些基因或受到了不断的攻击，从而培养了自身超强的适应能力，而新物种的起源仅仅是进化竞争所产生的副产品。
研究小组现在正在研究其他可引发杂交死亡的基因，并尝试辨别出为何自然的选择可致此类特殊的复合体快速地发生进化。普莱斯格瑞弗斯认为病毒可对复合体的快速进化起到推动作用，因为病毒会将自身的DNA注入宿主细胞之中。在双方的竞争中，病毒将不断地寻求机会突破复合体的防护，而护卫基因也将迅速调整以阻挠病毒的侵袭，从而加速了自身的进化。
Science 6 February 2009:DOI: 10.1126/science.1169123
Evolution of the Drosophila Nuclear Pore Complex Results in Multiple Hybrid Incompatibilities
据英国《每日邮报》报道，脸红是泄露我们的内心情感的信号。但是，美国一位科学家称对于人们感到尴尬、羞耻或害羞时脸会变红的原因至今困惑不解。
脸红是如此神秘，以致著名生物学家、美国埃默里大学的弗朗斯·德瓦尔教授把脸红描述为“进化史上最大的鸿沟”之一。德瓦尔教授说：“我们是唯一对尴尬情境或者谎言被揭穿时脸会变红的灵长类动物，可是，为什么我们需要这种表达内心情感的显而易见的信号？”
今年为了纪念达尔文诞辰200周年，《新科学家》杂志要求一些世界上的顶级生物学家指出生物领域中的最大的未解之谜。有的研究人员表示，生命本身的神秘是生物领域中的最大缺口，也有研究人员称，是迷失的连接人类和黑猩猩的共同祖先。但是，德瓦尔教授认为，这个难题是人为什么会脸红。
当接近脸颊、颈部和胸部皮肤表层的血管张开允许更多血流通过的时候脸红就会发生。自主神经系统掌控着这些血管中的肌肉。德瓦尔教授称，脸红会让人们的撒谎变得困难。既然我们的生物学由自然选择所限定，这意味着表达诚心实意的能力让我们的祖先获得了与其他更多同时代生物的进化优势。
东安格利亚大学的心理学家雷·克罗兹教授表示认同地说：“通过这种方式发送出对群体致歉的信号……，这是人们知道他们做过错事的感觉。它能平息敌对行为，让人们更快地原谅你。它对人们消除怒火有帮助，对个人也有好处。”
如果存在时间机器，那么把一种生物放进去，能不能使它逆转退回远祖的状态呢？
葡萄牙和美国的科研人员用果蝇作为对象研究了这个有趣的问题，他们在实验室中模拟重建了果蝇远祖生活的环境。实验用果蝇是1975年从野外捕捉的果蝇的后代，已经在各种环境中经历了500代的进化，许多特性已经随环境变化而发生了改变。
实验中，科研人员把这些果蝇放回类似其祖先曾经生活过的环境中，让它们再经历50代的进化。如果果蝇出现逆向进化，那么它们3号染色体上的DNA（脱氧核糖核酸）一个片断将会有所变化。
研究得出的结论是什么呢？果蝇的确会“返祖”，但到一定程度就停止了。
科研人员在新一期英国《自然·遗传学》杂志上报告说，一旦果蝇能自如适应新环境，逆向进化的时钟就会停止，但这时果蝇的DNA与其远祖并不一定一致。
科研人员说，平均来说，只有一半的基因序列逆转变回到和其祖先相同的状态。这项研究也表明，进化比人们想像的要复杂得多，甚至有时取决于偶然事件。
这项研究也从一方面表明，物种能够通过基因重组而非基因突变一代代地进化。
Nature Genetics 11 January 2009 | doi:10.1038/ng.289
Experimental evolution reveals natural selection on standing genetic variation
按照现有的生物进化理论，地球上所有现存的生命，无论是人类本身还是像蓝鲸这样的庞然大物，都可以追溯到大约35亿年之前最古老的一批原核生物——细菌就属于原核生物的一种。
然而，这些最初微小的、不起眼的生物，是怎样在漫长的历史岁月中，进化到体积如此庞大的复杂生命的？还有，这种“从小到大”的进化游戏，是否仍将继续？
在最近出版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上，斯坦福大学的乔纳森·佩恩（Jonathan L. Payne）博士和他的同事给出了一种可能的答案：地球上生物体积的增长，实际上是在两个相对集中的历史时期完成的；而在这两次革命过程中，每次增加的最大值都高达上百万倍。
在美国国家进化综合中心（National Evolutionary Synthesis Center）的资助下，佩恩和其他十个研究机构的同事共同完成了此次调查。通过对大量的科学文献和化石进行分析，科学家们发现，生命体积的扩张并不是渐进的过程，而是主要集中在古远古代中期（约16亿年前）和古生代的早期（约五亿四千万年前）；这两个时期的总时长，还不到整个地球生命历史的五分之一。
氧气革命
在生命发展的最初15亿年中，地球上的栖居者主要是大量的原核生物，最典型的就是细菌。原核生物是由原核细胞组成的单细胞生物，它的细胞结构比较简单，没有储存遗传物质的细胞核，处于整个进化阶梯的底部。
正是由于原核细胞自身的局限性，决定了它的体积不可能很大程度的扩张。不过，此时，变化的契机已经正在酝酿。
在距今27亿至24亿年前，一种在进化史上具有重大意义的原核生物——蓝细菌（cyan bacteria）诞生了。蓝细菌通过光合作用，能够吸收二氧化碳，并释放出氧气。
蓝细菌
在远古时期，地球上的氧气非常稀薄，大部分氧元素都被固定在其他物质中，比如水和岩石。而随着蓝细菌在远古海洋中的繁盛，越来越多的氧气被排放出来。
氧气的逐渐增加，使得地球变得更有活力，因为更多的氧气意味着生物可以通过氧化过程获得更多的能量。正是在这种有利条件下，约16亿年前，真核细胞出现了，真核生物登上了历史舞台。
真核生物虽然仍然是单细胞生命体，但与原核生物不同的是，在氧气的辅佐下，它已经进化出了更加复杂和完善的细胞结构。比如，真核细胞已经具有由染色体、核仁、核液等构成的细胞核，细胞内部也逐步分化出了各种机能。
这种细胞结构的复杂化，直接导致了生物体积的变化。在大约两亿年的时间内，真核生物从肉眼不可见的尺寸，一跃而进化成一角硬币大小。
事实证明，由原核细胞向真核细胞的进化，是生命体积第一次革命的关键。
“化石记录清楚地告诉我们”，佩恩博士解释说，“原核细胞不太可能发生体积上的剧变。因为即使到了今天，原核生物也还是像以前一样的微小。”
多细胞繁荣
此后，地球上的生命又以单细胞的形式静静地度过了十亿年。直到距今约五亿四千万年前，随着大气层中的氧气浓度又一次提高，生命体积的扩大才迎来了第二个春天。
虽然迄今为止，这次氧气含量增加的原因尚不明确，但这一现象，极有可能为大型多细胞生物的产生提供了先决条件。
这是因为，多细胞生物在新陈代谢的过程中，需要吸收周遭的氧气以获取能量。而这一时期氧气相对充足的环境，正好能够支持更多数量细胞的存活，从而促进了体积庞大的多细胞生物的出现。
此时的地球正在步入寒武纪——地质年代中古生代的第一纪。在地球生物演化史上演新的一幕时，短短数百万年时间里，包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现，这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”（Cambrian explosion）。带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣，它们在海洋中栖息生活，以微小的海藻和有机质颗粒为食物。其中，最繁盛的是节肢动物三叶虫，故寒武纪又称为“三叶虫时代”。
这些种类繁多的多细胞生物，在接下来的一亿年中，逐渐进化成体积越来越惊人的个体。而其中最为庞大的一支，莫过于奥陶纪的海中霸王——巨大的头足类动物，包括鹦鹉螺、角石和菊石等。
奥陶纪是紧接寒武纪之后古生代的第二个纪元。在这一时期广袤的海洋里，三叶虫依然平静地生活着，然而它的霸主地位已经完全让给了大而凶猛的头足类动物：当凶猛的鹦鹉螺向它进攻时，它所能做的就是迅速把身体蜷起来，然后沉入海底。
古生物学家曾在奥陶纪的地层中，发现过长达11米的鹦鹉螺。在奥地利的戈纳盆地，人们也挖掘出直径超过两米的菊石，其尺寸完全可以媲美一张成年人睡的大床。
这些巨型的多细胞生物与真核生物相比，体积又扩大了不下百万倍。而所花费的时间，却还不到第一次体积飞跃的一半。而我们今天所看到的整个体积多变的现代生物世界，也都是这次大爆发的“遗产”。
还有第三次吗？
一个问题是：在可以预见的未来，地球上会不会出现第三次的体积飞跃呢？
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的邓涛博士告诉《财经》记者，自有脊椎动物出现以后，生物体积的增长已经趋于平缓了。
当然，他补充说，从进化的规律来看，生物的体积总体上是一直在增大的，并且还将保持这一趋势。
这主要是由于个大的物种通常寿命较长。例如，老鼠一般只能存活一至两年，而大象的平均寿命则可以达到几十年。较长的生存时间也在客观上增加了生物的繁殖机会，从而有利于种族的延续。
此外，“身大力不亏”几乎是自然界的普适性原理。从生存竞争的角度看，一种生物的体型越壮硕，比它小的食肉动物就越难威胁到它的性命，这也是变得庞大的好处。
不过，邓涛博士也强调，生物体积的增大，同时也会产生不利的影响。因为大体积生物对于食物量的需求更大。因此，对环境变化的适应性较弱。
在生物史上，也不乏“逆向发展”的种族。比如说鸟类，鸟类祖先始祖鸟约有半米多长，其体型比现代鸟类要大出好几码。
佩恩博士也指出，尽管第三次的飞跃在理论上来说是可行的，但是就地球目前的空间和资源状况来看，或许已经没有更多的余地容纳体型更为巨大的生命。
从这个意义上来说，地球的大小已经决定了生物体积的极限。更何况，人类这个“二次革命”的遗产，还在急剧地压缩着其他物种的生存空间和资源。
PNAS December 23, 2008, doi: 10.1073/pnas.0806314106
Two-phase increase in the maximum size of life over 3.5 billion years reflects biological innovation and environmental opportunity
《新科学家》杂志的文章指出：生态学家们认为，气候变化将使生物体形变小。
但科学家们认为，马上就能找到缩小的动物是不现实的，因为这种影响在很长一段时间内都不会显现。尽管如此，加州大学的生物学家罗伊指出，“我们现在就需要考虑如何保护体形较大的物种了。”
“自然环境的恶化产生了同样的后果。”罗伊说：“食物数量的不断减少，使小型动物更具优势，因为它们需要较少的食物。”
与此同时，罗伊还相信另外一个因素可能威胁世界上的大型动物。他说：“全球变暖可以通过温度—大小规则加强这种变小的趋势。”
温度—大小规则也叫Bergmann规则：随着纬度的增加，动物的体形逐渐变大。也就是说，栖息地离赤道越近，动物的体形越小；离两极越近，体形越大。尽管关于Bergmann规则也有争论，但这个规则是很有说服力的：体形越大的动物有越小的表面积/体积比，这有利于它们储存更多的热量，更好地在寒冷的环境中生存。
相反的，体形越小的物种更容易散热，所以更适合生活在温暖的环境中。有实验证明，在越热的环境中，饲养的动物个头越小。罗伊说：“事实证明，并非越大越好，我们的行为已经建立了一个巨大的物种选择实验。”他同时还证明了生物在寒冷的环境中进化更快。世界保护协会（WCU）的生物学家弗丹指出：“‘越冷越大’是一条很有意义的规则；相反的，随着地球逐渐变暖，生物将逐渐变小。”英国帝国理工学院种群生物学研究中心的坡韦斯同意生物变小的观点，他指出，相反的观点认为，生物在变热的环境下更容易补充能量。但他不这么看，生物由于要应对环境的突然变化，可能变得更加短命。2005年，坡韦斯的一项研究发现，濒临灭绝的物种与没有受到灭绝威胁的物种相比，前者的平均大小要比后者大一个数量级。这项研究成果发表在《科学》杂志上。根据弗丹和坡韦斯的观点，生态学家已经认定，全球变暖导致生物变小；当然还有很多别的因素，例如人类的捕捞、猎杀、栖息地的退化等。因为生物变小是一种进化的反应，所以需要很长一段时间才会显现出来。
弗丹认为，目前最适合进行观察研究的地点应该是已经明显变暖、并且有较短寿命生物的地方。
美国研究人员最近发现，从上个冰川时代残留下来的阿德利企鹅骨骼中提取的DNA样本将有助于揭示物种如何应对气候变化。
布里斯班市格里菲斯大学的进化生物学家David Lambert在新一期遗传学杂志《公共科学图书馆·遗传学》（PLoS Genetics）上发表了他们对于生活在3.7万前的企鹅DNA样本的分析成果。Lambert教授说，对于研究气候变化，企鹅是非常合适的物种。它们在生活环境中感受的温度变化要比赤道地区的那些动物剧烈的多。
自从上一次盛冰期以来，企鹅们已经经历了地球上多次出现的气候变暖。他估计在距今十二万年的上个冰期之前，企鹅们就已经存在了。
阿德利企鹅在相当长的时期中都保持了相当大的种群数量，这样的物种并不多见。一个物种通常可以通过地理上的迁徙让自己生活在最适宜的温度中，从而应对气候变化带来的影响。但是阿德利企鹅从没有迁移到别处，它们一直都呆在最冷的地方。
阿德利企鹅能在剧烈的温度变化中生存下来，说明有些物种能够在不迁徙的情况下应对气候变化带来的考验。Lambert和同事们对南极洲企鹅进化速率的研究或许可以揭开这个现象背后的秘密。
研究人员从在南极极端干燥和寒冷的环境中保存下来的三万七千年前的企鹅骨骼中提取了多份DNA样本。他们将现在在南极生活的企鹅妈妈和他们孩子的基因样本进行比对，并再和它们祖先的DNA进行比对。结果显示，三万七千年来企鹅代际变化速率一直保持稳定。
这一发现反击了当前生物学者对进化速率的一种认识，他们认为生物进化在短期会加快，而长期则相对较慢。更为重要的成果是，Lambert和他的团队发现验证了早期的研究成果，阿德利企鹅的进化速率比现在人们想象的要快。这也可能解释为什么这些企鹅能够在气候剧烈变化的环境中存活下来。进化速率和企鹅一样快的动物还有一种新西兰特有的爬行动物tuatoara、野牛、棕熊和穴居狮子等。
这些DNA分析将焦点放在基因变化而不是自然选择。所谓“中性”基因对于形成一个演变速率稳定的“生物原子时钟”至关重要。而自然选择造成的结果是生物演化在一些一段时间内极为迅速，而在其它时期则几乎稳定不动。阿德莱德大学的进化生物学家Jeremy Austin认为这项成果将促使人们质疑进化演变速率对时间的依赖性。但是要揭示进化速率快慢的话，三万七千年这个周期显然还不够长。生物学界讨论进化速率时，通常会讲到一百万年甚至更长周期内的变化。将企鹅和更古老物种的DNA序列进行对比可能更有说服力一些。
Lambert相信他的团队肯定会在南极大陆更深处的永久冻土层中发现百万年前的企鹅遗迹。
PLoS Genetics，4(10): e1000209. doi:10.1371/journal.pgen.1000209，Craig D. Millar, David M. Lambert
Mutation and Evolutionary Rates in Adélie Penguins from the Antarctic
据10月9日的《科学》（Science）杂志报道说，在热带地区，许多物种如果缺乏一个可以迁往的较为凉爽的地方的话，它们不久将面临因为全球气候的变暖而出现种群数的下降及灭绝的局面。这些地球上的热带地区对物种来说是一种独特的挑战，因为纬度方向的迁徙（向东或向西）并不能够给它们提供足够的救助。这些物种必须将其活动范围向高处迁移才能够躲避暑热。
Robert Colwell及其同事分析了热带的植物、昆虫和真菌等1902个物种的数据并得出结论：低地的物种种群数不久即会出现生物多元性和物种丰富程度的下降，这是因为还没有什么已经适应了较高温度的物种源可以取代那些因气温变暖而被驱往更高海拔的物种。在此期间，研究人员提出，较高海拔的物种当面临向更高海拔攀登的空间已不复存在的时候，它们将会同时面临“山顶灭绝”的处境。 此外，一项新的调查显示，在美国Yosemite国家公园内的小型哺乳动物在经过气温变暖的一个世纪之后，其活动范围发生了重大的改变。某些生活在高海拔地区的哺乳动物如高山金花鼠的活动范围已经缩小，而生活在低海拔地区的动物如巢鼠则已经将其活动范围扩大到了较高的海拔地区。
Craig Moritz及其同事说，气候变暖也搅乱了其它生活在中等海拔和高海拔地区的哺乳动物群落。为了证明这些变化，研究人员将他们的调查数据与在20世纪初由Joseph Grinnell收集的Yosemite大量的数据组进行了比较。Joseph Grinnell是一位田野生物学家，他的工作导致了“生态位”概念的问世。尽管物种的活动范围出现了显著的波动，Yosemite在过去的100年中一直维持着小型哺乳动物物种的多样性。Moritz及其同事提出，受到公园保护的广大地区可能因为允许哺乳动物随着气候的变化而迁往新的海拔高度从而保持了这些动物的多样性。在一篇Perspective中，Jens-Christian Svenning更为详细地解释了这些发现。
Science，Vol. 322. no. 5899, pp. 258 - 261，Robert K. Colwell，John T. Longino
Global Warming, Elevational Range Shifts, and Lowland Biotic Attrition in the Wet Tropics
非洲湖泊中的慈鲷鱼是教科书中关于物种快速形成的典型例子，但其中所涉及的机制仍然不是很清楚。
现在，对维多利亚湖中的慈鲷鱼所做观测研究，揭示了导致（通过自然和性别选择进行的、由感官驱动的）物种形成过程的视觉系统趋异演化（表现为视觉基因的分化、雄性的彩色化和雌性的喜好）的生态及分子基础。感官驱动假说预测，感觉和信号系统中对不同环境的趋异适应，可在种群的第二接触点（secondary contact）上引起交配前隔离（premating isolation）。
除了为证明物种形成可以通过感官驱动发生而不需要地理隔离提供明确证据外，这项工作还为在由人为原因造成的维多利亚湖富营养化期间慈鲷鱼物种多样性的崩溃提供了一个机制性的解释。
Nature 455, 620-626 (2 October 2008) | doi:10.1038/nature07285
Speciation through sensory drive in cichlid fish
气候变化常常改变在一个地区植物繁盛的地点和种类，这可能导致依赖特定植物为食的动物物种的灭绝。Catherine Badgley及其同事研究了来自巴基斯坦北部化石丰富的Siwalik化石记录中的哺乳动物化石，结果发现了该地区的气候在数百万年的时间里从热带森林转变为稀树草原的过程中，许多动物物种没能适应环境而灭绝了。这些结果与此前的发现相反，此前的发现认为全球气候变化对哺乳动物多样性的影响较小，人们认为哺乳动物可以轻易地迁移或者适应变化的气候。
Siwalik沉积物群包含了全世界得到了最好的研究和最完整的哺乳动物化石记录之一，在一个2英里厚的沉积岩中含有从100万年前到1800万年前在该地区活动的哺乳动物的遗迹。大约在800万年前，随着那里的气候从热带森林气候变成类似于今天东非的稀树草原气候，几乎所有依赖森林食物（例如水果和阔叶植物）的哺乳动物都灭绝了。这组作者说，牙齿化石显示甚至一些食草动物也灭绝了，而且几乎没有新物种取代了那些消失的物种。相关论文发表在美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。
PNAS， doi: 10.1073/pnas.0805592105，Catherine Badgley，David Pilbeam
Ecological changes in Miocene mammalian record show impact of prolonged climatic forcing
在地球物种进化历程中，伴随着生物灾难末日和旺盛繁殖，其中许多物种像恐龙一样逐渐退出了地球历史生物圈，人们对它们的认识只能基于化石和标本。但地球上也存在着一些顽强的物种，曾经几乎灭绝消失，现又重现其身影。以下是全球十大“活化石”物种：
1、腔棘鱼
腔棘鱼当之无愧是十大活化石物种之首，这种鱼类被认为在白垩纪末期就已从地球上灭绝，但在1938年之后，非洲多个国家陆续报道称发现了腔棘鱼。并将它列入“Lazarus Taxon”(是古生物学的专有名词，意思是那些在化石纪录中突然消失的物种)。化石纪录中腔棘鱼的历史可追溯至4.1亿年前，它们通常主要生活在海洋底部，但有时会出现在海洋表面。腔棘鱼的体长可超过15英尺。
2、拉帕尔马巨蜥
之前科学家认为拉帕尔马巨蜥从1500年就已灭绝，这种生活在加那利群岛的巨型蜥蜴由于猫入侵该岛最终导致它们数量减少直至消失。但是2007年在加那利群岛上有人真实拍摄到了拉帕尔马巨蜥。
3、老挝岩鼠
老挝岩鼠的第一次描述是2005年，当时一位科学家由于未发现活体，认为这种鼠类应当属于Laonastidae鼠。一年之后，科学家对于它的分类产生了不同意见，他们认为这种鼠类实际上应当是于中新世末期灭绝的Diatomyidae鼠。这种鼠类像大黑鼠，却长着像松鼠一样的尾巴。令人惊讶的是，第一个老挝岩鼠的标本是发现在老挝肉市场的肉摊上。
4、百慕大海燕
百慕大海燕是夜晚在地面筑巢的海鸟，之前科学家认为在330年前就已消失。它是百慕大本土鸟类，然而在1951年却又重新发现18对。百慕大海燕的灭绝被认为是英国人占领百慕大群岛，并在岛上引入了猫、老鼠和狗，从而导致这种在地面上筑巢的海鸟无法生存。据称，这种鸟类能够发出奇异可怕的叫声，使西班牙水手认为岛上闹鬼，出于此原因他们未曾在岛上居住。
5、格拉西利德瑞斯蚁
格拉西利德瑞斯蚁是一种夜晚活动的蚂蚁，科学家认为它是一种灭绝已久的蚂蚁物种，事实上，之前科学家对它的了解仅来自于一块包裹着格拉西利德瑞斯蚁的琥珀化石。2006年报道称，发现存活的格拉西利德瑞斯蚁，但是至今很少人知道这种蚁类的存在和历史。它们生活在较小的蚁群，蚁巢位于土壤之中。
6、山脉侏儒负鼠
1896年，山脉侏儒负鼠是以更新世化石的形式进入科学家的视野，然而1966年澳大利亚霍瑟姆山脉的一间滑雪屋中再次发现它的踪迹。山脉侏儒负鼠的体型与老鼠相似，通常出现在高山密集岩石区和大石块之中。雌性喜欢生活在山脉顶部，而雄性则生活在山脉较低位置。为了求爱交配，雄性山脉侏儒负鼠须穿过马路抵达雌性的生活区域，但这样是非常危险的。对此，澳大利亚政府特地为山脉侏儒负鼠在马路之下建造了一条“爱情隧道”。
7、南秧鸟
南秧鸟是新西兰南部岛屿本土生活的一种不会飞行的鸟类，在1898年最后4个标本制作完成之后，科学家认为南秧鸟已从地球上灭绝了。经过一次较大范围的搜索勘测，1948年在蒂阿瑙湖再次发现南秧鸟。目前，它被列入濒临灭绝物种。南秧鸟拥有非常特殊的进食习惯，它们用喙拔下草，用脚爪紧抓草，仅食用草底部最柔软的部分。然后将草的其他部分都丢弃。
8、巨型帕卢斯蚯蚓
巨型帕卢斯蚯蚓起源于北美洲，被认为在上世纪80年代灭绝，但近年来又出现了它的踪迹。除了知道它是一种非常奇特的蚯蚓，人们对它的了解十分有限。这种蚯蚓体长可达到3英尺，当它被捉住时会释放出像百合花般的气味。它们在进行防御时会吐出唾液，身体呈全白。
9、恐怖小蜥蜴
恐怖小蜥蜴的学名是Phoboscincus bocourti，科学家认为这是一种早期已灭绝的物种，2003年在南太平洋新喀里多尼亚岛再次发现了它的踪迹。这种蜥蜴体长50厘米，长着长而锋利的弯曲牙齿，但实际上它却从不挑食。在此之前仅有的一例标本是1876年在新喀里多尼亚岛制作的。
10、新荷兰鼠
人类对新荷兰鼠的第一次描述始于1843年，之后它从人类的视线中消失并被认为是灭绝物种，但到1967年又再次发现了它的踪迹。科学家仅在澳大利亚发现了新荷兰鼠，目前，它被列为濒临灭绝物种，其数目已接近灭绝物种的定义。这是由于1983年一场野外火灾造成的。
《自然》杂志刊载了一项最新考古化石研究显示，美国德克萨斯州发现的一具2.9亿年前两栖新物种化石，一种类似青蛙，长着短而粗壮尾部的动物，它们可以在陆地行走、池塘里游动，捕食蜉蝣类昆虫，还可通过独特的鼓膜耳倾听配偶的呼叫。据悉，这种两栖物种是青蛙与蝾螈进化首次分裂时出现的。它是一种早期类似青蛙和蝾螈的远古动物。
1995年，德克萨斯州贝勒郡一处远古鱼类沉积采石场发现了这种两栖物种化石，虽然化石样本发现较早，但直到近期古生物学家才对此鉴别并列为一种远古新物种，并将其命名为“Gerobatrachus hottoni”，发现者是史密森尼博物馆古生物学家尼古拉斯 奥托，他指出这种远古物种是一种过渡型两栖动物，兼具了青蛙和蝾螈的特征。这项发现填补了青蛙与蝾螈进化史上的缺口。像现代蝾螈一样，这种远古两栖物种脚踝有两块融合的骨骼，同时，它又兼具了青蛙的特征，长着较大的鼓膜耳。所以，这种远古两栖动物很可能用鼓膜耳倾听配偶的呼叫。
研究人员表示，这种远古两栖动物并不像现代青蛙一样经常跳跃，它们很可能在陆地上爬行，在水中游动。事实上，纵观两栖物种进化历史，早期青蛙并没有跳跃，直到侏罗纪或三叠纪。最具权威性具有跳跃能力青蛙的化石可追溯至距今2.48—2.06亿年前的三叠纪时期。这个两栖动物化石发现于存在大量鱼骨骼的池塘沉积层中，但我猜测它在陆地上和水中生活都非常适应。通过对骨骼化石分析显示，它长着许多小牙齿，与现代处于不同发育时期两栖动物的特殊诱捕特征十分相似。当它们用牙齿咬住猎物时，牙齿会像绞链一样将猎物拉入口中，猎物很难逃脱。
这种远古新物种从鼻尖到尾部末端不足5英寸（12厘米），它标志着远古青蛙和蝾螈在进化历程中向现代物种进化发育的分支。依据这项最新发现，我们评估青蛙与蝾螈彼此进化分离是在2.4—2.75亿年前，比之前的预测年代更晚一些。
Nature，453, 515-518 (22 May 2008)，Jason S. Anderson, Stuart S. Sumida
A stem batrachian from the Early Permian of Texas and the origin of frogs and salamanders
