本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
这篇文章最初写于2006年，并多次重新发布，包括在2010年。
您可能知道，我教授 BIO101（以及 BIO102 实验课）给成人教育项目的非传统学生已经大约十二年了。我不时在博客上公开思考这个问题（参见这里，这里，这里，这里，这里，这里 和 这里，这些是一些关于它的各个方面的简短文章 - 从视频的使用，到课堂博客的使用，到开放获取对于学生阅读主要文献的重要性）。这个项目的学生质量多年来稳步提高，但我仍然受到时间的极大限制：在八周内，我有八次 4 小时的会议与学生会面。在这段时间里，我必须向他们教授所有非科学专业所需的生物学知识，还要留出足够的时间让每个学生做一个报告（关于他们最喜欢的植物和动物的科学），以及进行两次考试。因此，我必须将讲座精简到最基本的内容，并希望这些基本内容是非科学专业真正需要了解的：概念而不是琐事，与他们生活的其余部分的关系，而不是与其他科学的关系。因此，我在讲座后会播放视频和课堂讨论，他们的作业包括找到有趣的生物学视频或文章，并将链接发布到课堂博客上供大家观看。我曾几次使用疟疾作为贯穿所有主题的线索——从细胞生物学到生态学到生理学到进化。我认为这很有效，但很难做到。他们还要写一篇关于生理学某个方面的期末论文。
另一个新的进展是，管理部门已经意识到，大多数教师都在学校工作了很多年。我们经验丰富，而且显然我们知道自己在做什么。因此，他们最近给了我们更多的自由来设计我们自己的教学大纲，而不是遵循预先定义的大纲，只要课程的最终目标保持不变即可。我不完全确定我何时再次教授 BIO101 讲座（秋末，春季？），但我希望尽早开始重新思考我的课程。我也担心，由于我没有积极在实验室做研究，因此没有密切关注文献，我教的一些东西现在已经过时了。并非任何人都能跟上生物学所有领域的进展，生物学是如此庞大，但至少影响入门课程教学的重大更新是我需要知道的。
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我需要赶上进度并更新我的讲义。有什么比众包更好的方法呢！因此，在接下来的几周里，我将重新发布我的旧讲义（请注意，它们只是介绍 - 课堂上会进行讨论和视频等），并请您帮我进行事实核查。如果我有什么地方错了或者有什么东西过时了，请告诉我（但如果问题尚未解决，请不要仅仅推销您自己偏好的假设 - 请给我完整的争议解释）。如果有什么明显的遗漏，请告诉我。如果有什么可以用更优美的语言表达，请编辑我的句子。如果您知道任何很酷的图像、文章、博客文章、视频、播客、可视化、动画、游戏等，可以用来解释这些基本概念，请告诉我。最后，一旦我们完成了所有讲座，让我们讨论一下整体教学大纲 - 是否有更好的方法来组织所有这些材料以适应如此快节奏的课程。
适应与多样性
生物学关注于回答两个大问题：如何解释生物体对其环境的适应性，以及如何解释地球上生命的多样性。
到目前为止，课程的大部分内容都涉及适应性的起源和进化问题，课程的其余部分也将关注人类和其他脊椎动物的特定适应性。这是唯一专门针对多样性问题的讲座。
通常教授这些材料的方式是回顾长长的生物体列表，并列表说明它们的特征，一个群体的成员如何彼此相似，以及与其他群体的成员有何不同。在我们的课程中，我们将尝试一种不同的方法，即不仅描述，而且还解释多样性——它是如何产生的。
如果您思考一下，了解了我们目前所学的关于进化如何运作的方式，适应性的起源和多样性的起源是紧密相连的：当局部种群进化出对当前局部环境的适应性时，它们彼此之间变得越来越不同，直到物种分裂成两个或更多新物种。因此，对局部条件的适应性进化导致新物种的增殖，从而导致地球上生命总体多样性的增加。
生命的起源
人们可以假设地球上生命的起源有四种方式：a) 它是由一个智慧生命，例如上帝，凭空创造出来的 - 砰！；b) 它是由一个智慧生命，例如太空外星人，凭空创造出来的 - 砰！，无论是在地球上还是在其他地方，然后被带到地球；c) 它在宇宙的其他地方自发产生，并通过彗星和陨石带到地球；d) 它在古代海洋中，在古代大气层的存在下，通过化学反应自发产生。
科学无法解决第一个概念 - 由于它是不可检验和不可证伪的（不可能证明它是错误的），它恰当地位于科学领域之外，而位于宗教领域之内。
前三个概念也只是将目标推进一步 - 生命（包括上帝和/或外星人）在宇宙的其他地方是如何产生的？因此，科学家只关注唯一剩下的可检验的假设 - 关于生命从非生命中自发和逐渐产生的假设，这个过程称为自然发生。对自然发生的科学研究不能说，也不试图说任何关于上帝或外星人存在的事情。它只是试图弄清楚生命是如何在30亿到40亿年前的某个时候自行产生的。
地球上所有的生命都起源于一个共同的祖先。生命最初很可能多次产生，但是一旦一种生命形式变得稳定且具有足够的竞争力，所有其他自发产生的生命实例都被竞争淘汰，并且没有留下后代。
研究生命的起源很困难，因为分子不会留下化石。但是，它们确实会留下化学痕迹，因此我们对古代海洋、土壤和大气层的化学成分了解很多。因此，我们知道在什么条件下以及什么可用的材料（和能量）生命首先产生。通过在实验室中复制这些条件，我们可以研究生命如何从非生命中进化出来的细节。
对生命起源的研究是生物学中一个活跃且令人兴奋的领域，也许是因为到目前为止，很少有事情得到确凿的结论。各种研究小组提出了许多相互竞争的假设。这些假设可以分为几类：RNA优先、蛋白质优先、RNA-蛋白质优先和气泡优先。
RNA 是一种可以复制的分子，因此可以作为最初的遗传物质（DNA 太大且复杂，即使对于今天的一些病毒来说也是如此，更不用说对于最初的简单生物体了）。RNA 也能够进行催化活动 - 促进和加速其他分子之间的反应，以及自我复制。因此，RNA 是生命最初分子的最佳候选者。尽管如此，它仍然无法满足生命所需的一切，因此一些简单的多肽（在模拟原始地球条件的烧瓶中很容易合成）可能从一开始就参与其中。为了使这些反应发生，它们必须与剩余的海洋分离 - 因此某种“细胞膜”，如肥皂泡，对于生命的起源和早期进化也是必要的。
那些早期的“细胞”相互竞争。那些通过化学进化，设法变得足够好，能够在相当长的时间内保持稳定，能够从环境中获取能量，并能够分裂成两个“子细胞”的细胞，在竞争中胜过了其他细胞 - 化学进化变成了生物进化。当它们通过试错法发生变化时，一些细胞逐渐变得更擅长“生存”，并在竞争中胜过了所有其他细胞。早期生物世界的最佳竞争者是地球上所有后续生命的共同祖先，包括我们。
进化的方向性
关于进化有两个常见的误解。第一个误解是进化趋向于完美。但是，始终要记住，进化偏爱那些比同一物种的其他个体稍微更好地适应当前局部条件的个体，也就是说，获胜的是相对适应度，而不是绝对适应度（即，完美）。换句话说，您必须能够在当前环境中生存和繁殖，并且仅仅比您的同种略胜一筹 - 不需要完美适应。
关于进化的第二个常见误解是，它倾向于产生更大的复杂性。最初，就在地球上生命的最初起源之后，进化确实产生了更大的复杂性，但这仅仅是因为没有办法变得比最初的生物体已经存在的更简单。在生物世界中存在一个“左墙”复杂性，即对于被认为是活物的东西来说，存在一个最小的复杂性是必要的。
因此，最初，进化唯一可以采取的方向是远离左墙（红点），即变得更加复杂。但是，一旦相当复杂的生物体进化出来，它们就不再依偎在左墙（黄点）上了。对当前局部条件的适应性既可以促进简化，也可以促进所讨论生物体的复杂化。换句话说，随着种群的进化，种群的成员同样有可能变得更简单，也有可能变得更复杂。
实际上，正如我们从人造机器世界中所知，存在过于复杂的东西（蓝点）。过度复杂的机器更容易发生故障，并且更难维护和维修。同样，高度复杂的生物体通常不如它们简单的亲戚那样适应 - 它们的基因组太大，以至于错误率更高，细胞分裂也更困难。细胞会“失控”并变成癌症。此外，由于有如此多的相互作用部件，复杂的生物体更难进化出新的适应性，因为整个复杂系统的发展必须改变并适应这些变化。
因此，简化在进化中与获得更大的复杂性一样常见。想想寄生虫 - 它们都是其自由生活亲戚的简化版本 - 如果一个人一生都附着在宿主的肠道内壁上，吸收营养并繁殖数十亿个卵，则不需要眼睛、其他感觉器官或运动方式。
测量多样性 - 分类学和系统学
人们一直试图对周围的生物进行分类，根据一些人造标准对它们进行分组，通常是根据它们的外观、居住地以及它们对我们的用途。直到过去 150 年，我们才理解地球上所有的生物都具有谱系关系，因此我们开始根据亲缘关系程度对它们进行分类 - 绘制生命的家谱树。
最初，分类是根据生物体的解剖学和胚胎学进行的。这种方法使地球上的生命分为六个大界：细菌界、古菌界、原生生物界、植物界、真菌界和动物界。前两个是原核生物（细胞没有细胞核），后四个是真核生物（细胞有细胞核）。
界就像俄罗斯套娃一样，进一步细分为嵌套的层次结构：每个界由许多门（门 = 类型）组成。每个门由纲组成，纲由目组成，目进一步细分为科。每个科由属组成，每个属由亲缘关系最密切的种组成。
地球上每个生物的正式名称是其双名法拉丁文名称 - 属名首字母大写，种名小写，两者都用斜体表示，例如，智人 (Homo sapiens)、家犬 (Canis familiaris)、马 (Equus caballus)、牛 (Bos taurus)（分别为人类、狗、马和牛）。
最近，现代分子遗传技术已被应用于测试物种之间的关系，导致系统学较低级别（例如，种、属、科等）的分类发生许多变化。
从这种方法获得的知识也导致了我们对生物进行分类方式的一些重大变化。现在，我们将地球上的生命分为三个域：细菌域、古菌域和真核生物域。
我们现在意识到内共生（细胞内寄生虫，最初是小的细菌细胞进入并生活在较大的细菌细胞内部）产生了细胞器，如线粒体和叶绿体。我们现在意识到物种之间正在发生多少横向（或水平）遗传物质转移，即，生命的分支树也有许多横向连接在分支之间。
支序分类学是一种相对较新的生物分类方法，它使用多种（通常是许多）不同的遗传、形态和其他特征，并通过计算（使用计算机软件）每两个物种之间相互关联的概率来构建“树”。因此，“最有可能”的树被绘制为分支图，可以进一步测试和完善。
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