形式的起源

新版序言 1

前 言 3

第一章 形態和物質 1

第二章 支撐與連接：結構的組成要素 25

第三章 尺 寸 51

第四章 功能對形態的影響 71

第五章 代代相傳：來自過去的影響 87

第六章 生態表現型效應：環境對形態的影響 105

第七章 目的論：世界共同體 119

第八章 巧合與無規律性 139

注 釋 147

出版後記 157

第三位智者說：“似乎沒有什麼生存方式是適合他的，他行動笨拙，不會爬樹，也不會掘洞。他無法維持生計，也沒有能力從敵人手中逃脫。”
 
校長說：“如果他是活生生的動物，那麼我們必須承認大自然有時也會出錯。”他們都說：“沒錯……他是自然界中的怪胎。”然後鞠躬離開了房間。
 
——喬納森·斯威夫特所著的《格列佛遊記》中的片段，巨人們嘗試對矮小的格列佛進行物種鑒定或許在50億年前到30億年前之間，在某處冰冷海洋的海灘附近有一片溫暖的鹹水湖，在這裡，這顆星球誕生了第一個生命。在太古時代的一場雷暴中，這片水域裡一條不起眼的裂縫中剛好有配比合適的碳、氫、氮和氧，它們按照某種方式進行了分子層面的排列組合。
 
在閃電的作用下，這些元素合成了某種氨基酸。在漫長的時間裡，這種情形在各種環境下不斷地發生，失敗與成功循環往復，卻往往以失敗告終。終於，有一些氨基酸成功地合成了蛋白質，並由此演變出藻類，而這很有可能就是地球上的第一種植物。單細胞原生生物正好以這些藻類為食，而它們就是地球上第一批真正意義上的動物。
 
經過數百萬年的演化，基因和環境的雙重影響使生物的形式和結構發生了變化：一個物種演變出多個分支，接著又分化出不同的物種，就這樣不斷地演變下去。這座生命金字塔從頂端向下延伸，最終僅有的共性就是生命的本質和可追溯到原始生命的遺傳紐帶。第一種生物演化出第二種生物，第二種演化出第三種……生命形式在這些過程中逐漸變得複雜起來。後代的生命形式和它演變出來的特徵得益於上一代的傳承，不過在向下傳承之前，遺傳物質會發生細微的變化，新的族群也因此誕生，生命演化之路不斷向前。
 
不斷擴張的族群之間和物種之間既互利互助，又相互競爭。優勢物種找到了適合它們的生存環境和生存方式。生物體結構的特化成為了它們生存的保障。有的生物可以在深海中生存下去，有的可以在宿主生物之間遷移，有的可以快速遊動，有的能夠掘地三尺，有的可以在荒漠中存活，有的可以讓自己的身體突然膨脹來嚇跑天敵。在地球生命的長河中，人類在最近的一小段時間內才誕生。而自那以後，某些非同尋常的事情就開始發生了。
 
還不會製造工具的類人猿表面上看起來和它們的祖先並沒有什麼差別，不過它們的身體內部卻在發生著改變。類人猿的中樞神經系統變得發達起來，大腦容量增加，眼睛聚焦於一點的時間增長，身體也能夠直立。這些改變使得原始人類能夠奔跑，能遠離地面的高溫，有時甚至能比獵物跑得快。身體越直立，頭部的位置就會越靠後以保持平衡，視野也會變得更加開闊。對於離開森林，來到危險的開闊平原的早期人類來說，這是生存所必需的。
 
這種新生物的奔跑速度不快，也不是游泳和挖洞高手。而且，它們不能像祖先那樣在樹梢間來回遊蕩，用來撕裂和磨碎食物的牙齒還不夠強大，也並不是狩獵或採集果實方面的佼佼者，但它是唯一具有上述所有技能的生物（如果這些技能能夠得到充分利用的話）。這個新物種沒有演變出特化的身體結構，也並沒有特定的生存環境。就這樣，第一種擁有多項技能的生物誕生了。
 
儘管人類的拇指方向與其他四根手指的不同，但這並不能稱得上是特化的結構。人類學家肯尼士·奧克利（Kenneth Oakley）說過，“從解剖學的角度來看，即便是特化程度較低的猴子，如果有足夠的智慧，用它們善於抓握的手也能夠製造工具。從許多方面來看，和近親類人猿相比，人類的手更加原始。事實上，五趾型，或者說五根手指的結構非常普遍，即便是在最原始的哺乳動物身上也能找到這樣的結構。它的起源甚至可以追溯到更古老的爬行動物，在它們身上同樣可以發現如此原始而簡單的特徵”。
 
作為擁有多項技能的生物，我們把手當作工具。也許手並不是最擅長抓跳蚤、剝開貝殼、抓握樹枝、涉水、搭建房屋或敲擊鍵盤的，然而，正如我們的身體一樣，只要能充分利用，手就能做到上述所有的事。
 
我們的手也許粗陋了些，但它們是由極其靈敏的中樞神經系統以及具有創造力和目標性的大腦所控制的。因此，雙手得以製造工具，而這些工具可以實現僅靠雙手無法完成的特殊功能，於是人類幾乎成了全能專家。
 
論及飛行的高度、挖掘洞窟的深度、奔跑的速度、建造住所的規模，我們已經超越了30億年以來所有在地球上存在過的生物。這是人類能夠做到的，也是人類必須做到的。地球上的幾乎所有其他生物都有一塊特定的棲息地，它們會在棲息地內執行特定的行為，完成特定的目標，以得到進化。人類起源於熱帶稀樹草原，但是很快就把足跡佈滿了世界各地。天然適合人類居住的棲息地幾乎沒有，所以我們必須把自然環境改造成適宜人類居住的家園。
 
儘管人類看起來似乎是大自然中的“外來者”，但人類建造的事物、採用的方法、選擇的材料以及控制尺寸和結構所遵循的法則，都與大自然中運行著的其他一切沒有什麼差別。人造事物的外觀是人類獨有的，但形式背後所用的製作方法卻是相通的。
 
本書旨在呼籲那些對人類生存環境感興趣的人們：擺脫對人類打造的生存環境的主觀臆斷和漠不關心吧，因為這個環境與我們的生命息息相關。接下來的內容旨在鼓勵讀者關注並理解自然界的複雜構成，從而明白什麼是可能存在的，什麼是不可能存在的，什麼是可以建造的，什麼是不能建造的。本書還將帶大家瞭解尺寸的極限，材料的俗名，元素之間的關係，以及事物的發展歷程、功能用途和結構控制，另外，還有如何判定某件物品製造的必要性。
 
書中的附注和實例來源廣泛，包括機械、結構和材料領域的知識，也有地質學、生物學、人類學、古生物學、形態學等學科的內容。這些對博物學家而言是基本常識，而對於那些渴望瞭解這個世界的人來說，這些內容也應該成為熟悉的參考資料。
 
經過200萬年的發展，作為擁有多種技能的通才，人類的活動已經無處不在，而且已經變得同質化。不過，隨著社會變得同質化，個體的分工卻越來越專業和精細，近些年尤為如此。
 
一個新時代即將到來。這個時代要求人們不僅要有廣博的知識，還要有深刻的見解。在這段關鍵的時期裡，新一代的人類要用全域性的視野去理解並指導人類活動。我們需要回溯到擁有多種技能的時期，並重新建立我們對自然界的認識。