本书作者安德烈亚斯•瓦格纳，是维也纳大学生物学学士，耶鲁大学博士，苏黎世大学进化生物学教授，圣塔菲研究所客座教授，2011年被评选为美国科学促进会成员，2014年被评选为欧洲分子生物学组织成员。
这是一本关于进化论的书， “生命科学书系”之一。达尔文的自然选择理论能很好地解释了适者是如何经过漫长的时间保留了下来，但是无法解释适者究竟是怎么到来的。仅仅历经38亿年的随机突变，能解释翅膀、眼球是怎么来的吗？如果答案是“否”的话，该如何解释进化的速度与效率呢？
《适者降临》这本书，就是作者15年的研究成果，补上了达尔文理论缺失的部分，揭开了生命多样性的奥秘。达尔文的焦虑
达尔文进化论的主流观点是，优势性状赋予生物的优势，无论多么微不足道，都将在生物漫长的繁衍生息中被无限放大，这个观点解释了所有生物的多样性。
但是，优势性状从何而来？自然选择不创造新的变异体，而仅仅是对已存在的变异体进行选择。达尔文意识到了自然选择在生物进化中的正面作用，却始终无法参透变异的来源。
那些认为变异总是随机的观点，暴露了对变异的无知。
那么，新性状从何而来？新的变异，尤其是那些能够延长生物体寿命、增加异性吸引力、提高繁殖能力的变异到底从何而来？有人可能会觉得理所当然：变异和新性状的产生当然是随机的，听天由命。这种虚无的解释至今仍有不少拥护者，不过达尔文深知这个解释没有任何意义，他在《物种起源》中讨论变异的章节是这样开篇的：
一直以来，我自己都时不时把变异……发生的原因归因于天意。这种说法除了是彻头彻尾的错误之外，还暴露了我们对变异的原因一无所知的事实。
对达尔文来说，变异是个大问题，因为自然选择本身并不会导致变异，也就没有新性状。
新性状的起源
新性状的出现有赖于新的分子和合成这些新分子的化学反应的存在。
自组织
“自组织”是一个复杂科学的概念，有时也称为“涌现”。简单说，自组织就是某个系统内并不存在外部指令，而是可以自发地形成同步或者产生有序结构的演化机制。
比如萤火虫的同步发光现象。在美国田纳西州的一个国家公园里的一小片森林里，有一种这样的萤火虫，这些萤火虫会在每天夜里出来活动，数千只萤火虫的闪光完全同步，在3秒钟内，它们会闪光6次，然后熄灭6秒钟的时间，再次闪光。相互之间的闪光时间差不超过0.03秒。
为什么这些萤火虫的发光要同步呢？这是因为雌性萤火虫更偏爱第一只闪光的虫子，所以每只雄性萤火虫都争相成为那个第一。如果每只雄性萤火虫都遵守这条看似自私的规则，那同步现象就是肯定会发生的。这帮助萤火虫从混乱中建构出了秩序，在漫长的进化过程中，这种机制让萤火虫的整个“社会”朝着有利于“集体利益”的方向演化。而有趣的是，科学家们发现，在萤火虫的同步过程中，并不存在任何的“领导”或者“指挥”。萤火虫在完全去中心化的情况下，通过个体之间的互动，最终实现了同步。
又如经济学里亚当·斯密著名的“看不见的手”理论，“看不见的手”的意思是指：在经济活动中，每个人在经济生活中只考虑自己利益，即使没有政府干预经济活动，在竞争的环境下，市场也能发生自动调节，形成良好的经济秩序，并且让社会朝着有利于所有人的方向上演化。这个过程跟萤火虫的同步是非常类似的，尽管每个个体考虑的只是自己局部的同步和信息，但系统最终总是可以朝着有利于整体的方向演化。
自组织在宇宙中随处可见，甚至平常得往往会被我们忽略。自组织的出现远早于生命以及自然选择，它是恒星和星系出现的原因，也是地球诞生的推手，地球继而通过自组织俘获了月球，获得了海洋和大气，这股洪荒之力还在持续改变着板块的位置。自组织造就了小到显微镜下的雪花的对称结构，大到狂怒的台风云，另外还有沙丘变幻的轮廓以及晶体永恒的美丽形状。如果说生命的起源中同样包含了自组织，我们也不用感到惊奇，因为自组织的确无处不在。生命的自组织生物膜模型能够解决一个早期生命的谜题：第一个细胞进行分裂的方式。
新陈代谢网络
组成生命的物质分子并不是生命本身，就像一堆砖头和木材根本算不上是一栋大楼。至少，生命还需要一张包含许多获取能量、合成生物体所需物质分子的化学反应网络，这张网络也被称为新陈代谢。生命还需要有增加自身数量的能力，即自我复制，以遗传的方式将自己的优势特征传递给子代个体。如果没有子代对亲代性状的遗传，达尔文主义者的进化论就成了空谈，自然选择也就没有了意义。
因为自组织原理，原始的新陈代谢能演变为复杂的反应网络，网络中的反应不断发生重新组合，让生命尽可能地拓展到了任何可能的栖息地中。复杂的蛋白质酶替代了无机催化剂，并让功能复杂的蛋白质的出现成为可能，比如感光用的视蛋白以及防御用的角蛋白。当然，还有调节，虽然它看起来似乎无关紧要，却是进化必不可少的组分，正是由于调节过程的存在才让多细胞器官得以出现，如四肢、心脏和大脑（后面具体讲）。
从生命出现到今天，进化一直在不断改变和优化新陈代谢、蛋白质和调节。虽然这三者看起来毫无联系，但在它们背后起关键作用的，正是神奇而强大的自组织形式。
无穷的代谢组合
一种生物所具有的全部生化反应构成了这种生物的新陈代谢。新陈代谢进化的本质在于重新组合。生命时刻在尝试每一种可能的基因新组合，重新解读，重新编译，然后重新布局代谢遗传，毫不停歇，从而造就并提升着代谢的多样性。新的代谢能力是不断驱动生命拓展最前沿阵地的引擎。
从下图100种能源物质能够组合出多少种代谢呢？对于每一种物质而言，生物体只有能够或不能够依靠这种物质生存两种结果，除此之外没有第三种可能，因此所有的可能代谢表现型是100个2相乘，也就是2的100次方。这数字比银河系中的恒星数量要多了，如果我们非要拿来比较的话，后者仅为10的11次方，也就是“区区”1 000亿。如此巨大的数量就意味着代谢进化的巨大潜力。
由此可见，生物系统是多么复杂。也许，有一天我们将能够破译数以百万计的代谢文本，但是对于远超宇宙数量级的代谢来说，这也不过是沧海一粟，甚至仅仅是宇宙中的几粒尘埃而已，可能的代谢远远超过地球上所有曾经存在过的生命的总和。尽管已经经历了38亿年的进化，生命依旧只是徘徊在一个小角落。
既然存在这么多种可能，那马上就有一个问题：在近乎无穷大的代谢文本中，地球上的生物是怎样找到这些正确的代谢文本呢？以任何一种代谢表现型为例，比如依靠葡萄糖存活的代谢性状，假设如果代谢图书馆内超过10的1 500次方个代谢文本中只有一种能够表达这种性状会怎么样？如今地球上的细菌总数大约是5×10的30次方个，这个数量十分巨大，1后面要跟着30个0。我们可以假设自从生命出现起，每一个细菌以一秒一种的速度尝试新的代谢模式，那么在已经过去的将近40亿年里，它们总共只尝试了大约10的48次方种代谢模式。细菌们随机找到那种仅有的、能够利用葡萄糖进行代谢的概率微乎其微，还不到1/10的1 450次方。这个概率小得几乎没有任何实际意义。换句话说，这种盲目的搜寻方式最终将无法令细菌获得相应的性状。
既然，寻找到某种特定性状的概率是渺茫的，而生命表现的多样性表明，进化寻找新性状的能力无须置疑。这意味着只有一种可能：包含葡萄糖的文本肯定不止一本，很可能有许多能够利用葡萄糖的不同代谢模式。
以能够利用葡萄糖作为单一碳源和能源进行合成代谢为例，通过计算可得：包含2 000个代谢反应、能够利用葡萄糖的代谢文本大约有10的750次方种。也就是说，不要说整个的代谢文本，哪怕是仅仅包含葡萄糖代谢的文本就已经是一个超宇宙常数了。
请停下来认真思考一个代谢文本的数量，在无穷的可能面前，生命卑微得像无根的野草，在世间到处漂泊流浪。无数生命用自己的身躯试验着不同的化学反应组合，不断地试验，不断地重复。有些一命呜呼，有些则侥幸生还，继而把自己的经验传递给下一代。生命犹如风中翻腾的黄沙，生命进化的过程并不比无处安身的风尘高贵多少。
无穷的蛋白质构型
蛋白质是生命的驱动者。每种蛋白质的构型都高度复杂，与它们执行的功能相适应。蛋白质的构型维持着生命世界的运转，大自然可以用蛋白质书写不同的文本，更多的文本就意味着更多的构型，参与更多的催化反应，执行更多的功能和完成更多的任务。
到底有多少有意义的代谢组合，我们仍然无从得知。但经过几十年的研究，已经可以估算处有意义的蛋白质的数量，因为大多数有用的蛋白质都有特定的折叠形状。随机选取一个蛋白质，它能够折叠的概率至少是万分之一。这个概率听起来好像不是很大，但请记得，由于组合库本身非常巨大，光是由100个氨基酸组成的蛋白质就超过10的130次方个。即使其中只有万分之一的蛋白质能够折叠，也有10的126次方个，即1后面跟着126个0，这比全宇宙中的氢原子数量还多。由此可知，有意义的蛋白质的数目大得超乎想象。
自然实验室中的上千种蛋白质同样叙述了一个类似的故事：不管是酶、调节因子还是像血红蛋白那样的运输分子，当我们需要一个新的蛋白质解决眼前的问题时，解决方案往往多得数不过来。不仅如此，应对相同问题的蛋白质由一张众多蛋白质文本构成的巨网相连。在某些蛋白质网络中我们已经能够认出数千种蛋白质了，可是这也只是沧海一粟，要知道，一张网络中具有相同表现型的蛋白质往往多达数万亿个。
有些未知的蛋白质属于早已灭绝的生物，但是绝大多数蛋白质甚至从未在自然界出现过。生命历经的40亿年太短，只够创造出10的50次方种蛋白质，这只占所有蛋白质文本中的极小一部分。
无穷的调节环路
无论多复杂的生物，它的形态和功能都受到调节因子的控制，调控指导着所有生物的发育。
我们体内的每个细胞都包含有人类全部的基因，细胞的区别源于它们选择性表达的基因。肌肉细胞能够表达马达蛋白，这种小小的分子机器是肌肉细胞能够收缩的关键，所以几乎所有种类的肌肉细胞都表达这种蛋白质。人类的眼睛内有一种透明蛋白，能够透光并将光聚焦到感光的视网膜上。软骨细胞能够表达胶原蛋白和弹性蛋白，作为缓冲物以防止关节骨之间过度的摩擦和损耗。
对细胞分化起关键作用的基因往往在许多不同类型的细胞中都能表达，所以对这些基因的调控往往需要多个开关。比如有编码晶状体蛋白的基因，就是眼内晶状体分子指纹中的成员蛋白之一，正是依靠它我们的眼睛才能进行聚焦。
从果蝇到人类，胚胎发育的每时每刻，所有组织内都在发生类似的信号交联，涉及的信号分子数以百计。正是在这种超乎常人想象的信号交流过程中，细胞得以确定自己的位置和命运。基于同样的原理，细胞在信号指令的操控下分裂、移动、膨胀、收缩并变得扁平，最终完成细胞分化和生物塑形。不管何时，当细胞需要发生分化，生物形态需要进行重塑时，都逃不过细胞对信号分子表达的调整。
一个5个基因的调控环路，有超过8 000亿种可能组合。而许多现实的调控环路中包含的基因数量远远不止5个。以脊椎动物的Hox基因家族为例，它们组成的调控环路里有至少40个基因，如果每一个基因只有激活或关闭两种可能，那么40个基因就有2的40次方种可能表现型，总值超过一万亿。而现实中一个基因的状态并不是非白即黑的，它可以微弱、中等、强烈或是非常强烈地进行表达。不仅如此，生物形态的造就往往需要多个不同的调控环路协同合作，这也大大增加了表达谱的可能数量。与所有这些表达谱的数量相比，我们体内区区数百种不同的细胞和组织几乎不值一提。
为什么代谢组合、蛋白质构型和调控环路中的新性状有着相似的起源方式？为什么有着十分类似的分类体系？这些问题的答案是一只看不见的手，它早在生命出现之前就在引导着世界万物的进程。这只手就是自组织。
有序性和无序性
完美的有序性和彻底的无序性一样，对生物进化而言都有害无益。无序性对自然来说并不一定意味着负担，它同样可以帮助自然界的生物发现新的代谢方式、新的调控环路和新的生物大分子。简而言之，无序性也可以帮助生物进化。
多变的环境催生了生物的复杂性，而复杂性促成了发育稳态，发育稳态继而造就了基因型网络，而基因型网络的存在让进化成为可能，使得生物能够通过演变适应环境的变化、提高自身的复杂性，循环往复，生物进化通过这种方式螺旋上升。这种进化方式的核心在于处在多维空间的基因型网络的自组织性。自组织性是生命绚烂光彩背后的支持者，它是隐藏的生命建筑师。
基因组中保留的重复基因同样是为了应对无序——多变的环境。许多重复基因的实际作用依旧是个谜，也许它们是在为某些还未遇到的特殊状况而蛰伏。
大自然的启示
自然进化和技术创新有诸多共同之处，促进自然进化的基因型网络在人类技术进步中同样存在。技术发明的精简主义和高雅主义，深深隐藏在现实世界的背后。
科研以及技术多起源的现象之所以存在，是因为科学问题与自然界的生命一样，同一个问题通常有多种解决途径。最典型的例子也是科学家研究较为充分的一个问题：生物学家称之为碳固定，而工程学家称之为碳脱除，研究的关注点都是如何除去大气中的二氧化碳。
科学技术和生物创新的另一个共同点是擅长废物再利用，这在技术发明的历史上体现得淋漓尽致。约翰内斯·古登堡发明印刷术的契机是他从别人那里借来的一台机器，那台机器配有螺旋传送装置，在设计之初是用来给客人上酒的，而古登堡对它做了改装使它成为驱动新媒体运转的高效引擎。用于加热食物的微波炉技术最早来自雷达：一名雷达工程师在微波融化了他口袋里的一条巧克力棒后发现了微波的加热功能，最初投入商业使用的产品名称正是“雷达炉”。
自然和技术之间的最后一个共同点：创造在一定程度上就是对原有事物的组合优化。比如代谢，生物通过对已有化学反应的组合把有毒的五氯苯酚代谢成可利用的能源物质，或者把体内有毒的成分代谢成低毒的尿素。对于蛋白质而言，新的创造来自对已有氨基酸的重新组合。而在调控环路中，新的环路起源于调节因子之间新的相互作用。
试错、人海战术、多起源及组合优化都是科学技术和自然界之间相似的地方，难怪技术学家一直想要模仿自然的创造能力。模拟生物进化的进化算法确实是一种强大的工具，但是似乎还缺点儿什么。它们欠缺生物进化的核心部分：组合优化。大自然是组合优化的一把好手，而原因非常简单：标准化。
人类技术工程中缺少高度的标准化，往往只能通过不断创造新的标准推动技术进步，这又构成了组合优化难以实现的主要瓶颈。
而功能不同的蛋白质，有的能催化反应，有的能推动分子转运，还有的能维持细胞存活。这些功能的结构基础都相同，都是由氨基酸以同样的连接方式组合而成的。氨基酸之间的标准化连接方式是“肽键”，由一个氨基酸分子的氮原子和相邻氨基酸的碳原子构成。尽管每种氨基酸自身的结构不同，但由于“接口”的标准化，它们依旧能以相同的方式连接到一起。正是不同生物体内的氨基酸连接的标准化造就了我们熟悉的自然界。没有标准化，就没有远超宇宙级数量的组合样式 。