生命現象中的謎
生物學上持久的，也許具有深遠意義的“謎”是有生命機體的進化及其複雜結構的產生和再產生，我們將依次討論這些現象。
一、物種的進化之謎
傳統上，生物學家都根據特定物種的特定曆史來說明所觀察到的有機體的解剖學特征。他們認為，不可思議的遺傳突變和自然選擇塑造了我們今天所看到的有機體並創造出生物的形式。突變被看作是雙親的遺傳密碼在後代身上的副本出現了“打印錯誤”，而且所有物種都以差不多不變的比率產生這種突變。隨機變異所產生的絕大多數突變體在某些方麵都存在缺陷，因而會被自然選擇所淘汰。然而，隨機突變不時地會偶然碰到使個體更適於生存和繁殖的遺傳組合，這種個體又把它的突變基因遺傳給子孫後代，而由這些後代所產生的許多後代取代了屬於先前占主要地位的物種的那些個體。
有些研究人員，例如像R·道金斯（RichardDawkins），對這種解釋十分滿意。按照道金斯的觀點，自然界就好像一個“盲種表匠”，它的試錯法產生了生物圈的有序和多樣性的全景。但其他許多人對此不太相信，例如M·丹頓（MichaelDenton）就問，隨機過程是否能夠創造出一種甚至其基本要素（如蛋白質和基因）也比人類的智能更複雜的進化結果呢？能不能說諸如哺乳動物的大腦這種真正非常複雜的係統是偶然出現的呢？這種大腦中僅僅百分之一的通訊線路按類別組織起來，也比全世界整個通訊網絡的通訊線路多。丹頓的結論是，被自然選擇所影響的偶然突變能夠很好地說明特定物種的變異，但幾乎不能說明它們的連續變異。
懷疑達爾文關於物種進化的機製的適當性的一個理由是K·洛倫茨（KonradLorenz）提出的。洛倫茨說，盡管斷言偶然突變和自然選擇的原理在進化中起一定作用在形式上是正確的，但僅僅這種斷言本身並不能說明事實。突變和自然選擇可以說明特定物種內部的變異，但是在這顆行星上，生物進化可以利用的40億年時間對通過隨機過程從物種的原生動物祖先產生出今天這樣複雜的和有序的有機體來說，可能是遠遠不夠的。
數學家H·韋耳（HermannWeyl）在涉及這個問題時指出，作為生命基礎的分子每一個都由大約100萬個原子組成，所以原子的可能組合數是非常巨大的。另一方麵，能夠產生有效基因的原子組合數卻是極為有限的，通過隨機過程產生這種組合的可能性是微乎其微的。韋耳說，比較可能的解釋是，某種選擇過程一直在進行，一直在探索不同的可能性，而且在逐步探索從簡單到複雜結構的途徑。韋耳本人的意見是，“具有意象、理念、‘建構計劃’性質的非物質因素”可能包含在生命的進化中。
科學界不接受這些猜測，因為它們具有目的論的味道。科學家們相信，自然界創造出自己的圖樣，而不是接受現成的圖樣。但是生命在有限的時間內已經不可思議地建立起複雜的結構，它是如何做到這一點的，到現在還沒有令人滿意的答案。不言而喻，認為我們這個行星一定受胎於來自外層空間的生命胚芽（開爾文勳爵也持這種觀點），這已超出了科學可接受性的柵欄。
物種在其中進化的環境並不是一成不變的，這個事實解決了隨機進化的問題。一度適合於居住的地方隨著時間的推移可能變得不那麼適合了，甚至可能威脅到某一物種的生存。為了繼續生存，這個物種不得不修改它們的適應方式以有利於適應能更自然存活下來的小生境。不過，這樣的修改可能是危險的。即使這個物種產生出使它們最終適於生活在更能自然存活的環境中的突變體，但在過渡期間它能達到這種環境而不冒不能適應和可能滅絕的危險嗎？盡管生物圈環境不是固定不變的，但大量物種仍同我們在一起生活。顯然，存活下來的物種解決了從一種類型的環境轉換到另一種類型的環境的問題，但它們是怎樣做到這一點的還沒有弄清楚。
我們可以在“進化圖景”的框架內來分析這個謎。設想一個像一張紙那樣向兩個方向伸展的水平麵，這個平麵並不完全平坦，有些地方有向上隆起的小丘，物種基因遺傳中的每一個變種都沿平麵的一個方向或另一個方向移動。隆起的小丘給這個圖景增添了適應的因素，物種越適應它的環境，它在小丘上就攀登得越高，小丘的頂部代表最適應的點。
根據達爾文的理論，物種慢慢向小丘的頂部攀登，它們在其基因庫中產生隨機的變種，由此而產生的突變體麵臨著生存下去的考驗。不適應的突變體被自然選擇淘汰，這就迫使物種沿適應的斜坡向上攀登。問題是，物種也能從一個小丘向另一個小丘移動嗎？
在穩定的環境中不會出現這種問題，物種能停留在它們自己的小丘上，並向小丘的頂部靠近。但是在變化著的圖景中，從一個適應的頂峰向另一個適應的頂峰轉移遲早是必要的；在一組條件下的真正適應可能變成在另一組條件下滅絕的原因。但是物種並沒有把它們從正在消失的小丘引向另一個上升的和更加穩定的小丘的高架道路，如果它們要到達另一座小丘，它們必須下降到兩丘之間的穀底。然而，在達爾文的進化論中，這是不允許的。隨機突變可能會產生多種多樣的突變體，它們中間不太適應的就會被自然選擇所淘汰。然而，“適應”的突變體推動著物種沿它們當時所在的小丘向上攀登，因此物種不可能在適應的斜坡上“向下爬”，自然選擇把它們束縛在它們當時所在的小丘上。