在不到五毫秒的时间里，一只穴螈属的动物可以把舌头弹射出嘴巴，抓住一只正在飞行的倒霉虫子。这是两栖动物有尾目蝾螈亚目里的一种无肺螈，它的舌头包括肌肉、软骨和一部分骨骼。在两栖类当中，它是快速捕食项目的冠军。同样是用舌头抓虫子，受制于解剖结构，蛙类和变色龙的动作则相对要慢得多了。不到五毫秒就能完成捕食的穴螈。太快了？
放慢40倍来看——“我花了大概 50 年的时间去研究蝾螈舌头的演化，”加州大学伯克利分校的演化生物学家大卫·韦克说，“这事儿太有趣了，蝾螈这种做什么事儿都不快的，居然能做出我印象中脊椎动物里最快速的动作。” 在它们的谱系中，演化让它们能够更好地用舌头完成捕猎。这种适应特征看上去独一无二，但它似乎也在其他三种无关的蝾螈身上独立演化出来了。
这是一个“趋同演化”的例子，也就是说，面对相同的环境压力，不同的物种会各自发展出一些相似的生物适应特征。“如果生命倒带重播，所有物种的演化剧情是否会重新上映一次？”当问到这个被问了几十年的老问题时，韦克会首先以蝾螈作为例子。在蝾螈身上，答案似乎是肯定的；但在其他生物体上，或许就不会了。这个问题的闻名，与演化生物学家史蒂芬·杰伊·古尔德有关。
1989年，他在《奇妙的生命：布尔吉斯页岩中的生命故事》一书中提出了这个问题（并用了“磁带”这个意象，毕竟年代不同了）。这本书讨论了无数陌生动物留下来的化石，这些寒武纪时期的动物生活在大约 5.2 亿年前的海洋里，并且以化石形式保存在布尔吉斯页岩中。几乎所有现在的动物，都能在寒武纪找到自己的祖先；但却不是所有生活在寒武纪时期的动物，都在今天仍然有后代。
许多寒武纪的物种已经灭绝了，有的是因为不足以适应竞争，有的则是当火山爆发、小行星撞击或其他灭绝事件发生时，它们在错误的时间出现在了错误的地点。布尔吉斯页岩的动物群，多样性高得难以置信。古尔德由此推论，如果历史以另一种方式展开，那么今天的生命将会不同。古尔德把这些随机的突变和偶发的灭绝称为“历史偶然性”，他认为，这些突变和灭绝相辅相成，驱使着生命的演化在不同的路径上行进。
在他看来，包括人类在内的每一种动物，其存在都是一个极其罕见的事件；如果倒带回寒武纪时期再重来，这些都不可能再发生。在书里，古尔德大量引用了剑桥大学的古生物学家西蒙·康威·莫里斯对布尔吉斯页岩的研究；但是，康威·莫里斯本人却强烈反对古尔德的观点。康威·莫里斯认为，随着时间的推移，在自然选择的作用下，生物体将演化出数量有限的适应特征，以应对地球上同样数量有限的生态位。
这会让那些没有关联的生物体，都逐渐趋同演化成相似的体态。他说：“生物体必须根据物理、化学和生物世界的现实情况来配置自己。”在康威·莫里斯看来，因为有这些限制，演化如若倒带重来，最终重新产生的生物体也必然和现在的那些相似。他相信，如果人类的猿类祖先没有发展出大体积的脑部和智慧，那可能就会有其他的动物——例如海豚或乌鸦，来填补我们现在所占据的生态位。这种观点，古尔德并不同意。
其实，这两位学者都认同，趋同性和偶然性是同时存在于演化之中的。他们争论的是，像人类智慧这样关键的适应特征，是否可重复，或者是否独一无二。其他生物学家也参与了这个谜题的解答，并且揭示出趋同性和偶然性是如何相互作用的。理解这两种力量的相互作用，可以让我们知道，到底每一种生物都是几十亿年链条上机缘巧合得来的幸运产物，还是说，不管是蝾螈还是人类，我们这些生物的演化，都是如同死亡与税收一样逃不掉的存在。
为了解开这个谜题，理查德·兰斯基，来自美国密歇根州立大学的演化生物学家采取了和古生物学家不同的方式。他并不打算用化石来重建历史；他想看的是，在实验室里的受控环境下，趋同性和偶然性如何实时作用。兰斯基用大肠杆菌进行实验，这是显微镜下迅速增殖复制的大肠杆菌细胞。1988 年，他将来源于同一个大肠杆菌的细菌种群，分进 12 个装有液体培养基的烧瓶里，由它们各自进行演化。
在过去 30 年里，他或他的学生每几个月都会把一些细菌样本冻存下来。有了这份冷冻微生物的档案，兰斯基只要将样本解冻，就可以从任意一个想要的时间点，开始重播大肠杆菌的生命历史。这样，他可以检测出这些细菌是如何变化的，包括基因上的和显微镜下可见的改变。兰斯基说：“这一整个实验就是用来测试演化如何重复。”在这其中的11个烧瓶里，大肠杆菌都变得更大了。
但有一个烧瓶却不同，里面的细菌自己分出了不同的支系——一个支系的细胞比较大，另一个的比较小；它们现在已经共存了超过 60000 代。只有这一个种群出现了这种情况，这样看来，似乎是发生了一个历史偶然性事件。甚至在 30 年后，也仍然没有其他任何一个大肠杆菌的种群，发展出这样一大一小的两个支系。在这个例子里，偶然性似乎打败了趋同性。2003年，另一个偶然性事件发生了。
原先这些培养基溶液都是半透明的，但有一瓶却变浑浊了。一开始，兰斯基以为是被污染了；但结果并非如此。通常来说，大肠杆菌以溶液里的葡萄糖为食；但这一瓶细菌，却发展出了另一种方式——它们能够利用培养基里的另一种化学物质柠檬酸盐作为食物。在实验开始的15年后，也就是大约31500代之后，只有这一个种群能够将它作为营养物质。这个种群也因此迅速增长，规模扩大了5倍，细菌太多，把溶液弄浑了。
有了这一个历史偶然性事件，兰斯基和他的学生扎克瑞·布朗特就能够测试这个问题：如果倒带重播，一切重新发生的可能性有多少？在冻存的大肠杆菌中，布朗特挑了 72 个不同阶段的样本，都来自那个后来演化出柠檬酸盐代谢的种群。他将它们解冻，让它们继续生长。最后，在72个样本里，有4个获得了这种代谢能力；并且，这个突变只在30500代之后冻存的样本里才出现。
从基因分析的结果来看，在出现柠檬酸盐代谢之前，有几个基因已经发生了突变，这些突变推动了之后演化事件的发生。换句话说，这种利用柠檬酸盐的能力，依赖于之前出现的其他突变。这些突变形成了分岔口，改变了之后的世代所能够行进的路径。这个著名的大肠杆菌项目，被叫做“长期演化实验”，它们现在已经超过了 70000 代。兰斯基由此获得了一个深度数据集，并且可以从中推论出偶然性和趋同性在演化过程中的相互作用。
在不同组的细菌之间，有一些变化是相对常见的，例如那些发生在细菌 DNA 上的、让细菌变得更大而且更容易在烧瓶中繁殖的微小变化。但同时，兰斯基也观察到了一些引人注目的偶然性事件，在这些事件里，某个种群出现了与其他种群完全不同的现象。不过，兰斯基补充说，和趋同性一样，这些转变并非是完全随机的。无论过程如何，“并非一切皆有可能。”韦克解释道，“生物体在它们自己的‘遗传特征框架’下进行演化。
”它们不可能传递那些会杀死自己、或者阻止自己繁殖的突变。在穴螈属的例子里，它们的祖先不得不克服一个重要的限制：为了获得这种能够快速弹射的舌头，它们必须牺牲掉肺。这是因为，它们的舌头部分源于一些肌肉，而这些肌肉的前身其实是用来将空气泵进肺里的。之前小而弱的肌肉，现在变得更大、更强壮了。
它就像弹簧一样，包裹在嘴巴后部的一块锥形骨周围；当肌肉收缩时，这块锥形骨的力量可以将舌头连带着它的骨骼一起发射出嘴巴。因此，穴螈的祖先不仅仅是获得突变、演化出快速弹射的舌头而已；实际上，这个适应特征建立在一系列的突变之上，这些突变首先要让生物体克服对于肺的依赖，毕竟那原本是用来控制氧气和浮力的。每一个变化，都取决于它之前的变化。和穴螈不同的是，变色龙保留了它们的肺。
它们并没有去重新规划肺部的结构，而是演化出了一块胶原蛋白，可以让它们在捕食的时候弹射出舌头。表面上看来，穴螈和变色龙的舌头似乎是趋于一致了；但如果仔细观察，你会发现并非如此。变色龙捕食时，大概要用20毫秒来射出舌头；这比起穴螈的5毫秒，可实在是太慢了。为什么变色龙不得不用这么慢的舌头捕食？这是因为，它们遭遇了一些实现趋同演化的阻碍。
变色龙舌头的速度，已经足以确保它们的生存；但它们的“遗传特征框架”与穴螈不同，无法发展出那种更致命的弹射舌头。用生物学家的话来说，变色龙已经到达了“适应峰”。哈佛大学的生物学家刘如谦也在噬菌体中发现了此类“适应峰”。这些适应峰，让生物体很难都发展出同一个最佳设计——这可以用来解释，为什么偶然性的事件不会经常重复。
刘如谦想要知道的是，如果对几组相同的噬菌体施以相同的环境压力，它们是否会各自演化出某一种特定的酶。他利用一个叫PACE的辅助系统，来加速噬菌体内的蛋白演化速度。在实验过程中，病毒如果无法产生他想要的酶，就会被移除出去。留下的病毒都能合成这种酶，但这些酶的“质量”也有不同。具体来说，它们会产生一种聚合酶，这种酶能够识别某些特定的DNA序列，并且在转录成RNA的过程中发挥作用。
有些聚合酶识别序列非常精准，其他的则要弱得多。就像变色龙有一个相对不那么快的舌头，这些病毒演出的适应特征也如此——足以维持生存，但它们无法获得更好的聚合酶。有的病毒被卡在了更低的顶峰，有的则能够爬到更高的地方。生物学家说的这种适应峰到底是什么？不如这样想象：这里有一片地形，它的地势代表着或高或低的生殖潜能。在刘如谦的噬菌体实验里，不同种群通过获得不同的突变，在这片地界上探索。
有的停留在小山丘旁，有的则跑到像珠峰那样的高山旁边。它们在各自的山头上爬得越高，就越容易生存。所以，它们爬上了眼前的斜坡。要注意的是，病毒一旦抵达小山丘的顶点，就再也无法跑去另一座更高更好的山了。如果非要去，那它们必须先退着爬下山，这意味着它们要降低自身的适应力。这是很严峻的挑战，因为以“适者生存”是最紧要的，适应力降低就意味着死亡。
因此，哪个突变首先出现，也就意味着生物体一开始要攀爬的是哪座适应峰，这种选择是一个历史偶然性事件——而趋同演化如果想要克服它，就算不是不可能，那也会非常困难。突变的时机很重要。“早期的随机事件为基因池创造了差异性；而那些最终有益的基因能否影响生物体的存活，很大程度上也受这些早期随机事件的影响。”刘如谦说。“随机性消蚀了演化的重复性。
”在这个实验中，偶然性最终战胜了趋同性，过去发生的事件对重复性造成了阻碍。密歇根州立大学的计算生物学家克里斯·阿达米和查理斯·奥法里的研究，则揭示了生命或许能够跨越适应峰的限制。他们开发了一个叫“Avida”的计算机程序，在这个程序里，数字生命体在实验人员设定的环境条件下进行演化。通过随机地获取或失去一些编码片段，这些生物体也会发生突变；这让它们有可能去解开一些数学问题，提高它们“繁殖”的能力。
在一个实验中，他们为这些数字生命设定了一个任务：解开一个复杂的逻辑问题。在50个数字种群中，只有4个演化出了能够完成这一任务所必须的编码。有趣的是，所有成功的种群，在最初都有非常多的突变，也就是随机的计算编码片段；这让它们更难以解开数学问题，也就更难去繁殖。这看起来似乎有悖常理，但奥法里发现，那些早期的坏突变，对于提升后代的适应性十分重要。
这可能是因为它们增加了基因的多样性，为之后的随机突变提供了基础。在演化过程中，一系列事件按特定顺序发生，这是非常稀有的情况——这是不是就能说明，演化中的重大转变难以重来？由实验来看，的确如此；但康威·莫里斯却会十分坚定告诉你：并不。“你不能愚蠢地断言说不会有这样或那样的事发生，问题其实在于时间的尺度。
”他相信，不论过程中会有什么偶然性事件发生，只要有足够长的年限和足够多的突变基因，自然选择最终都会将生命推向那些必然的适应特征，让那些生物体能够与其生态位最好地匹配。在他看来，有一天，兰斯基实验里的大肠杆菌都将能够利用柠檬酸盐，刘如谦的所有病毒也终将攀上它们适应性上的珠穆朗玛峰。况且，这些实验都是在非常简单而且受调控的环境下进行的，这与生命在实验室之外所必须要经受的复杂生态环境相去甚远。
你很难说得清，真实世界的环境压力可能会让结果发生怎么样的变化。迄今为止，试图回答“生命倒带”这个问题的所有答案，都有一个最大的缺陷：生物学家的结论都只能基于同一个生物圈——地球。如果能和外星生命相遇，我们无疑可以了解更多。即使外星生命不存在 DNA，它们很可能也会有相似的演化机制。它们需要一些能够传递给后代的物质，这些会引导生物体的发展，并随着时间而变化。
正如兰斯基所说：“适用于大肠杆菌的，也同样适用于宇宙间任何地方的微生物。”因此，趋同性和偶然性的这种相互作用，可能也同样在其他星球上演。如果外星生命面临着与地球生命相似的演化压力，未来人类可能会发现，外星人也趋同发展出了像我们一样的智慧。反过来，如果像古尔德所说的，偶然性事件接踵而至，推动着生命走向一条独一无二的路径，那么外星生命可能就会是极其怪异的了。
古尔德认为，人类代表了一个“极其不可能的演化事件”。他的证据是，在地球生命长达25亿年的历史上，类似人类的智慧只出现过一次。会不会有另一个物种，像人类一样发展出智慧？在他看来，这件事情的可能性微乎其微。其实，将我们自己视为宇宙间可能是唯一的一个有感知能力的物种，这种想法本身还附带了一些生物范畴以外的重要含义。
古尔德在《奇妙的生命》里写道：“有些人觉得（人类是唯一智慧生命的）前景令人沮丧，我却总为之感到振奋。我将它当成是一个源泉，它带来了自由，也带来了道德上的责任。”