与自然对话第二版中文译本-4-1

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TABLE OF CONTENTS

PART 1：HUMAN EXPLORATION OF THE PHYSICAL UNIVERSE

3

TEXT 1A TEXT 1B TEXT 2 TEXT 3A TEXT 3B

3 7 10 26 32

PART 2：HUMAN EXPLORATION OF THE WORLD OF LIFE

36

TEXT 4 TEXT 5 TEXT 6

36 61 106

PART 3：OUR UNDERSTANDING OF HUMAN UNDERSTANDING

117

TEXT 7 TEXT 8 TEXT 9 TEXT 10A TEXT 11A TEXT 11B

117 136 147 185 202 216

苏格拉底：现在，让我描绘一幅图画来说明我们人类受教育与没受教育相比的 情况吧。一些人从他们的童年便开始居住在一个洞穴里，光线可以直射入这个 洞穴底部。人们的脚和脖子都被铁链所束缚，他们双眼只能直视前方，看到洞 底。在他们后上方洞口不远处燃着一堆火。火与这些人之间有一条稍微隆起的 路。在该路上又有一堵相似的矮墙。 格劳孔：是这样的！

苏：许多人扛着各种各样的家具，木制或石制的动物雕像以及其他由不同质地 的东西做成的画像沿着那道矮墙起动。这些被扛着的东西的影子都能由火光投 射到洞底的墙壁上。那些扛东西的人有的在说话，有的则保持沉默。 格：你给我们展示了一幅很奇特的图像，你所说的这些囚徒也很有意思。

苏：我们其实在本质上和他们也差不多。在这个洞穴中，他们只能看到由火光 投射到洞底墙壁上的影子。这些影子中当然也包括他们自己和同伴们的影子。 格：对！如果他们不能转动他们的头颅的话，他怎么能够看到除了这些影子以 外的东西呢！

苏：他们只能看到那些被扛过洞口的东西的投影。 格：对。

苏：如果这些囚徒能够交谈的话，他们也会给他看到的这些影子取名，是不 是？ 格：肯定会的。

苏：让我们进一步设想，如果这个监狱般的洞穴里有回声的话，而且这些回声 又是洞口那些经过洞口的人的声音造成的话，这些洞里的囚徒们会不会认为这 些实际上是路过者发出的声音，而认为是他们眼前的影子说的话呢？ 格：毫无疑问，他们是会这么想的。

苏：这样，对于他们来说那些影子也就是他们所知的“现实真理”了。 格：对。

苏：那么，我们再设想一下，如果这些囚徒们都给释放了出来，他们的错误也 被别人纠正了过来，会有什么事情发生呢？首先，当他们中的一个人获释了， 而且突然被强迫站了起来，转过头颅，并且向着光亮处走去。那么，他会感到 痛苦异常。耀眼的光芒强烈地刺激着他的眼睛。而且他再也不能用以前看影子 的方式来面对这个崭新的现实了。再设想一下，如果有人告诉他：他以前所见 的一切都只不过是虚幻的影子而己；现在他正在一步一步的接近现实；他的眼 睛正在转向更加真实的事物；他的视野变得更加清晰。那么，面对这一切，他 将如何回答呢？如果告诉他真相的人指着一些正在他们面前经过的事物要求他 叫出它们的名字来，他会不会迷惑呢？他是否仍会认为他以前所见的那些影子 比现在展现在他面前的东西更加真实呢？ 格：他会仍然坚持说以前的影子是更真实的。

苏：如果他被迫去直视光线，但光线却使他的眼睛剧烈疼痛，他会不会转回身 来去看那些他能毫不费劲就看清楚的东西呢？他会认为这些在别人正在指给他 看的东西更为真实一些呢？ 格：他会的。

苏：再来设想一下，他被极不情愿地拖拽着上了一个陡峭而崎岖的斜坡，直到 他被强迫进入太阳光直接照射的地方，为阳光所立即淹没。他会不会感到极倍 痛苦而又恼怒万分呢？当他接近光线的时候，他那被眩花了的双眼不能看清那 些被称为现实存在的事物了，对吗？ 格：暂时他是看不清的。

苏：他会逐渐习惯地面世界上的景致的，首先，他会看清一些东西的影子；其 次他能看清人们和其他一些事物在水中的倒影；然后他能看清物体的本身，进 而他会凝视月亮、星辰和灿灿的星空；他看晚上的天空和满天的星辰仍然比看 太阳或太阳的光线。感觉更加清楚一些。 格：对。

苏：最后，他能够看太阳，不是太阳在水中的倒影，而是在天空中高悬的，真 实的太阳：他会仔细观察太阳的真实情况。 格：对。

苏：然后，他就会想，是太阳创造了季节，年度；是太阳充当着我们可见世界 所有事物的卫士。而且从某个程度上说，太阳也是他和他的同伴们所观察得到 的一切事物的起源。 格：对，当他看到太阳时，他是会这么想的。

苏：当他想起他从前的住处，那个洞穴里的“知识”和他的伙伴们的时候，你 认为他会为自己的变化感到高兴并为他的没有获得自由的同伴们惋惜吗？ 格：他当然会的。

苏：如果，他们曾经习惯于赞扬他们中间的那些能最早观察到那些经过的影子 能说出那些影子中哪个在前，哪个在后，又有哪些是并排列的人，并且习惯于 夸奖那些善于对未来做出准确的预言的人的话，你认为这个见过太阳的人会在 乎这些荣誉和称赞吗？他会嫉妒那些获得这些荣誉的人吗？他会不会赞同荷马 所说的：“我甘愿做一个贫穷的主人的贫穷的奴仆。”并且忍受一切事物，不 愿和他的不自由的伙伴们一样地生活与思考呢？ 格：我想他会的，他将宁愿忍受一切痛苦，而不会去附和那引起的错误的想 法，也不愿再按那种可悲的方式继续生活下去的。

苏：我们来设想一下，这样一个的突然离开了阳光普照的地方，被拉回他原来 的境况，他会不会两眼充满黑暗呢？ 格：会的。

苏：如果当他的视力仍然十分微弱，还没有回复原状的时候，他被要求去参加 一个竞赛，去和那些没有离开过那个洞穴的囚犯们比赛测量那些经过的影子， 他会不会在他的伙伴面前显得很可笑，很无能呢？囚徒们会不会认为，当他去 过一回地面后再下来时已经失去了他的眼睛呢，他们会不会不让任何人再有想 上去的想法？如果再有一个人从地面下来并试图解开囚徒们的锁链并将他们带 上光明之处时，他们会抓住这个入侵者并将他处死的，对吧？ 格：毫无疑问。

苏：亲爱的格劳孔，你现在可以把我这一个比喻附在我以前的辩论的后面了。 囚徒们的洞穴是一个视觉的世界，那堆火的光芒便是太阳光。如果你按照我的 看法，其实是我说的不如说是你逼我总结出来的看法，而且正确与否也只有诸 神清楚，去吧，向上走出洞穴，进入光明世界的过程理解为灵魂上繁荣昌盛到 智慧世界的过程的话，你才算抓住了我的本意。但是，不管正确与否，我的观

点是：在知识的世界里，善的观念是最后才出现的。而且必须付出巨大努力才 能看到。在善的观念被观察到的时候，通常是会被认为世界一切真、善、美的 缔造者死；是光明的父母，是视觉世界中主管光线的神明，是智慧世界中真理 和理性的来源；是那些在公共或者私下的场合都要依理性行事的人们所必须注 意的力量。 格：在我所能理解的范围内，我同意你的看法。

苏：你用不着对那些已经到了顶极境界的人不愿再回到世俗生活中来感到奇 怪。因为他们的灵魂一直为达到他们所希望去居住的上层世界而努力。如果我 们的比喻可信的话，他们的这些愿望是无可非议的。 格：对，这是很自然的。

苏：如果一个人从神圣的思维的世界坠落到罪恶的境地，并且此行为荒诞的 话，又有什么值得奇怪的呢？如果当那个去过地面的人双眼还在痛苦地眨着， 还没有适应习惯于周围的黑暗的时候，他就被强迫去站到法庭上，或其他某个 地方去为公共所认同的影像，或该影像的影子去辩护，并且努力去投合那些从 未见过正义的人头脑中关于正义的观念的话，那又会是一种什么样的情形呢？ 会很奇怪吗？ 格：没有什么好奇怪的。

苏格拉底（Socrates）死于公元前 399 年，正好是在世纪之交（当然不 是按照他们的日历，而是按照我们的日历），他的死成为古希腊哲学史上一个 便利的分界点。这样，公元前 6 世纪和 5 世纪苏格拉底的前人们（本章前面讨 论过的所有哲学家）就被统称为“前苏格拉底哲学家”。但苏格拉底的突出不 只是作为一个日历事件。苏格拉底代表了古希腊哲学重点的转移，从公元前 6 世纪和 5 世纪的宇宙论关怀转向了政治和伦理问题。虽然如此，这种转移并未 剧烈到使人们不再继续关注苏格拉底以前的那些主要问题。在苏格拉底年轻的 朋友和学生柏拉图的著作中，我们同时可以发现新、旧两种问题。 柏拉图（公元前 427-348 或 347 年）出生于一个雅典世家，他热衷于国 事；无疑，他亲眼目睹了导致苏格拉底被处死的那些政治事件。苏格拉底死 后，柏拉图离开雅典，游历意大利和西西里，在那里他似乎已经接触到了毕达 哥拉斯派的哲学家们。公元前 388 年，柏拉图回到雅典开办了自己的学校，即 （柏拉图）学园，在这里，年轻人可以从事高级的研究（见图 4.2）。柏拉图 的作品差不多全部由对话录组成，其中大部分保留了下来。我们将会发现，对 柏拉图哲学的考察必须有高度的选择性，让我们首先从他对基本实在的探究开 始吧。 在他的一篇对话录《理想国》（Republic）中，有这样一段，柏拉图反 思了木匠制造的实际桌子和他头脑中对于一张桌子的观念或定义两者间的关 系。木匠在他制造的每一张桌子中，尽可能精确地摹仿心灵观念，但这种摹仿 总是不完美的。没有两张桌子可以在最细微的地方一模一样，材料的限制（例 如，这里一块节疤，那里一块翘起的木板）使得没有一张桌子能完全达到理想 的情况。 柏拉图认为，有一个神匠，他与宇宙的关系就如同木匠和桌子的关系。 这个神匠(造物主(Demiurge))按照一个理念或计划构建了宇宙，因此，宇宙和 其中万物都是永恒的理念或相的复制品（并且由于材料的内在的局限性，它们 总是不完美的复制品）。简而言之，存在着两个世界：一个理念的或相的世 界，包含着任何个别事物的完美理念；和物质的世界，这些理念或相在此得到 了不完满的复制。 柏拉图的两个不同世界的观念在很多人看来很奇怪，因此，我们必须强 调几个要点。相是非实体、无形状和不可感觉的；它们总是存在着，与造物主 一样享有着永恒性；而且，它们是绝对不变的。它们包括物质世界中万物的形 式，即完美的理念。人们无法说出它们的位置，因为它们是非实体的并因而是 非空间性的。虽然它们是非实体和不能被感知的，但它们客观存在；的确，真 正的实在（完全的实在）只存在于相世界中。相反，可感的、有形的世界是不 完美和短暂的。实体是相的复制品，因此它的存在依赖于相，在这个意义上， 它具有更少的真实性。有形物体的存在是第二位的，而相的存在则是第一位 的。 柏拉图在其著名的“洞喻说”中阐明了这种实在观。“洞喻说”见于 《理想国》的第七篇。一些人被囚禁在一个深深的洞穴中，受链条所缚，他们 不能转动自己的头。在他们身后有一面墙壁，墙壁后面有一团火。人们在墙下 走来走去，墙上放置各种东西，包括人和动物的雕像，它们在囚徒们可以看得

到的墙壁上投下阴影。囚徒们看到的仅仅是这些雕像和其他物体的投影；而 且，他们从小就生活在洞窟中，记不起任何其他的实在。他们不会猜想这些影 子是他们所不能看到的物体的影像；而是错把影子当作真实的东西。 柏拉图说，我们也是这样。我们是被囚禁在肉体之中的灵魂。寓言中的 阴影代表了感觉经验的世界。灵魂，从它的囚所，向外凝视着，它能感知到的 只是那些闪烁不定的阴影，无知的人却宣称这些阴影就是实在。然而，确实存 在着雕像和其他的物品，这些阴影只是它们的微弱的表现；也确实存在着人和 动物，这些雕像就是他们的不完美的复制品。为了达到更高的实在，我们必须 摆脱感觉经验的束缚，爬出这个洞穴，直到最终发现我们自身能够看到永恒的 实在，从而进入真知的世界。 这些看法对于前苏格拉底哲学家所关注的问题具有什么涵义呢？首先， 柏拉图将他的相等同于基本实在，而将可感物的有形世界确定为派生性的或第 二性的存在。其次，通过将变与不变确定为实在的不同层次，柏拉图就给变与 不变都留下了空间：有形世界呈现出的是一幅不完美和变化的图景，而相的世 界则以永恒不变的完满为特征。因此，变与不变都是真实的，都是事物的特 征；但不变属于相的世界，从而享有更大的实在性。 第三，正如我们已经看到的，柏拉图也阐述了认识论问题，把观察和真 正的知识（或理解）对立了起来。感觉绝不是要把我们引向知识或理解，相 反，感觉是限制我们的锁链；哲学的反思才是通往知识之路。这种观念清楚地 反映在《斐多篇》（Phaedo）中，在这里，柏拉图坚持认为感觉对于获取真理 没有助益，并指出，当灵魂试图借用感觉时，它就不可避免地要蒙受欺骗。 对柏拉图认识论的简短描述常常就在这里结束；但有一些重要的条件， 如果遗漏它们就是一个严重的错误。事实上，柏拉图并不像巴门尼德所做的和 （（斐多篇））中的段落可能暗示的那样，完全否认感觉经验。在柏拉图看 来，感觉经验有各种有用的功能。首先，感觉经验可以提供有益健康的消遣。 其次，对某些可感物体（尤其是那些具有几何外观的物体）的观察可以将灵魂 引向相世界中更高贵的对象；柏拉图用这个论证为从事天文学研究作了辩护。 第三，柏拉图（在他的回忆说中）认为，感觉经验可以实际唤起记忆，使灵魂 回想起它在一种超验的存在中了解的相，这就促进了一种反思的过程，它将导 向对相的真正认识。最后，虽然柏拉图坚信关于永恒的相的知识（是一种最高 级的、也许是惟一真实的知识）只有通过运用理性才能获得，但可变的物质世 界也是一个适当的研究对象，这种研究提供了宇宙中运用理性的典范。如果说 这就是使我们感兴趣的东西（正如它有时引起了柏拉图的兴趣），那么探究的 最好办法肯定是通过观察。显然，在《理想国》中柏拉图也暗示了感觉经验的 正当性和实用性，在这里柏拉图承认，一个从洞穴中走出来的囚徒首先是用他 的视觉来认识生灵、星辰，最终理解最高贵的（物质性的）可见物——太阳。 然而如果他渴望理解“根本性的实在”，他就必须要“沿着没有任何感觉帮助 的理性”向前摸索。因此，理性和感觉都是应当掌握的工具；在具体情况中该 采用哪种工具将取决于研究的对象。 当柏拉图把相看作实在时，他实际上是将实在等同于一类事物共有的属性。实 在的真正承受者既不是（例如）这只低垂着左耳的狗，也不是那只狂吠的狗，

而是每只个别的狗（不完美，却是真实的）所共有的一只狗的理想化形式。因 此，为了获得真正的知识，我们必须抛开事物作为个体所特有的性质，而寻求 它们共有的、使它们成为一类的那些属性。用这种温和的方式来表述，柏拉图 的观点就具有了明显的现代意味：理想化是许多近代科学的一个突出特征；我 们发展出了注重本质而忽略偶性的模型或法则。（例如，伽利略的惯性原理就 是试图描述理想状况下的运动，所有的阻力和干扰都被排除了。）然而，柏拉 图比这走得更远，他不仅认为真正的实在存在于一类事物共有的属性中，而且 认为这些共有的属性（理念或相）就是客观、独立和真正先验的存在。

第二章 生平和著作 公元前 384 年，亚里士多德出生于希腊北部城镇斯塔吉拉（Stagila） 的一个特权家族。他的父亲是马其顿（Macedon）王阿敏塔斯二世 （Amyntasii，亚历山大大帝的祖父）的御医。亚里士多德获得了接受特殊教育 的机会：17 岁时，他被送去雅典，师从柏拉图。作为柏拉图学园的一员，他在 雅典生活了二十多年，直到公元前 347 年前后柏拉图去世为止。此后，亚里士 多德花了几年时间进行旅行和研究，他穿过爱琴海，来到小亚细亚（现在的土 耳其）及其沿岸诸岛。在此期间，他开展了生物学研究，并且在回到马其顿担 任年轻的亚历山大（后来的亚历山大大帝）的老师之前，遇到了狄奥弗拉斯特 （Theophrastus），狄奥弗拉斯特后来成为他的学生和终生的同事。公元前 335 年，雅典沦于马其顿的统治之下，亚里士多德回到该城并开始在吕克昂 (Lyceum)——一个老师们经常光顾的公共花园——从事教学。直到公元前 322 年逝世前不久，他一直生活在那里，并建立了一个非正式的学派。 在长期的学习和教学生涯中，亚里士多德系统、全面地阐述了他那个时代的主 要哲学问题。据说他写了不止 150 篇论文，其中大约有 30 篇流传了下来。幸存 下来的作品似乎主要是一些讲课笔记，或并未打算广为流传的未完成的论文； 无论这些论文的确切来源如何，它们显然是针对高级的学生或其他哲学家的。 它们的现代译本可以摆满半个书架，而且，它们包含了一个在影响和范围上都 令人无法抗拒的哲学体系。此处我们不可能纵览亚里士多德哲学的全部，只能 满足于考察他的自然哲学的基本原理——从他对前苏格拉底哲学家和柏拉图的 观点的反应开始。

形而上学和认识论 通过与柏拉图长期相处，亚里士多德当然彻底掌握了柏拉图的相的理论。柏拉 图强烈贬低（而不是完全拒斥）感觉所观察到的物质世界的实在性。柏拉图认 为，完满的实在只能被永恒的、不依赖任何其他东西而存在的相所拥有。相比 之下，构成可感世界的物体从相中派生出了它们的特征甚至它们的存在；因 此，可感物体的存在只能是派生性的或第二性的。 亚里士多德拒绝接受柏拉图给予感觉对象的这种依属地位。它们必定可以自主 地存在。因为在他看来，它们就是构成了真正的世界的那些东西。而且，亚里 士多德认为，使个别物体具有了自身特点的那些特性并不先验地、独立地存在 于相的世界，而是属于物体本身。例如，没有一只狗的完美形式能独立存在并 且被不完美地复制在单个狗的身上从而赋予其属性。对亚里士多德来说，存在 的仅仅是单个的狗。这些狗肯定共有一套属性——因为，否则我们就不能称之 为“狗”了——但这些属性存在于并属于单个的狗。 可能对于这种看待世界的方式我们并不陌生。给个别的可感对象以第一性的实 在（亚里士多德称之为“实体”）似乎是本书大多数读者健全的常识，并可能 也给亚里士多德的同时代人留下了同样的印象。但如果说它是健全的常识，它

是否也是好的哲学？即它能否成功地或至少表面上合理地解决前苏格拉底哲学 家和柏拉图提出的那些困难的哲学问题——基本实在的本质、认识论关怀和变 与不变的问题？让我们来逐一讨论这些问题。 把实在赋予可感的、有形的物体，这种决定并没有告诉我们很乡关于实在的认 识——它仅仅告诉我们应该在可感世界中寻找（实在）。在亚里士多德的时 代，哲学家们就已经需要知道得更多了：他们需要知道的一件事就是，有形物 体是不可还原的还是必须被看作是由更基本的部分组成的。亚里士多德通过区 分属性及其主体（比如温暖和温暖的物体）阐述了这个问题。他（像我们中的 大多数人那样）坚持认为一种属性必定是物体的属性；我们称那些物体为它的 “主体”。要成为一种属性就要属于一个主体；属性不能独立存在。 于是单个的有形物体既具有属性（颜色、重量、结构等），也具有某些 不同于属性而作为其主体的东西。这两种角色分别由“形式”和“质料”（这 两个专门术语的涵义在亚里士多德那里和在我们这里并不完全一致）来承担。 有形对象是形式和质料的“合成物”——形式包括使一个物体成为该物体的那 些属性，而质料则作为形式的主体或根基。例如，由于其形式，一块白色的岩 石就是白的、硬的、重的等等；但质料也必须存在，以作为这些形式的主体， 而且，在它与形式的结合中，这一质料没有带入自身的任何属性。（亚里士多 德的观点将在第十二章中联系中世纪人们为澄清和发展它而作的努力作进一步 讨论。） 在现实中，我们从不能将形式与质料分离；它们仅以一个统一的整体呈 现在我们面前。倘若它们可以分离，我们就可以把属性（不再是事物的属性） 放在一堆，而把（完全没有属性的）质料放在另一堆——这显然是不可能的。 但是如果形式和质料从不可分离，那么说它们是事物的真正组成成份不就毫无 意义吗？它难道不是仅存在于我们头脑而非外部世界之中的吗？对亚里士多德 来说，肯定不是这样，对我们来说可能也不是；在否认冷或红的实在性之前， 我们中的大多数人会三思而行，尽管我们从未收集到一桶冷或红。简而言之， 亚里士多德用常识观念构建了一座令人诚服的哲学大厦，从而又一次使我们惊 奇。 第一性的实在是具体的个别事物，亚里士多德的这一断言肯定具有认识 论的蕴含，因为真正的知识一定是关于真实存在的知识。按此标准，柏拉图的 注意力自然而然被引向了永恒的相，它可以通过理性或哲学的反思而被认知， 与此相反，亚里士多德的具体的个别事物的形而上学把他对知识的探求引向了 个体、自然和变化的世界，即一个通过感觉感知的世界。 亚里士多德的认识论博大精深。这里必须充分指出的是，获取知识的过程开始 于感觉经验；从重复的感觉经验中形成记忆；从记忆中，通过一个“直觉”或 洞察的过程，有经验的研究者可以看清事物的普遍性特征。例如，通过对狗的 反复观察，有经验的养狗人逐渐知道一只狗真正是什么；即他逐渐理解了狗的 形式或定义，没有那些关键特性，一个动物就不能成其为一只狗。请注意，亚 里士多德也决心把握普遍性，在这方面他不逊于柏拉图；但与他的老师不同的 是，亚里士多德认为这样就必须要从个别事物开始。而一旦我们拥有了普遍性 的定义，我们就可以把它用作演绎证明的前提。

这样，人们就通过一个始于经验（在一些情况下，这是个宽泛到足以包括常识 或道听途说的词）的过程获得知识。在这种意义上，知识是经验性的；离开这 些经验什么也不能知道。但我们通过这一“归纳”过程而了解到的东西只有具 备了演绎形式，才能获得作为真正知识的地位；最终获得的，是从作为前提的 普遍定义出发的演绎证明（它在欧几里得几何学的证明中得到了很好的体 现）。尽管亚里士多德对获取知识过程中的归纳和演绎阶段都作了讨论（后者 远远多于前者），但他更多的是促进了后世方法论家的出现，尤其是在对归纳 的分析方面。 从理论上说，这就是亚里士多德所勾勒出的知识理论。它是否也就是亚里士多 德实际应用在自己的科学研究中的方法昵？可能不是一不过也许有一个偶尔的 例外。像现代科学家一样，亚里士多德在研究中并不完全遵循方法论，而是凭 借尽管简陋但却实用的方法，即那些业经实践证明的常用的程序。有些人就把 科学确定为“尽你最大的努力，没有什么不可做的事”；（比如）当亚里士多 德进行广泛的生物学研究时，毫无疑问，他正是这样做的。在思考知识的本质 和基础时，亚里士多德将要阐述一种与自己的科学实践不完全一致的理论体系 （认识论），这并不让人感到惊讶，肯定也不是品格缺憾。

本性与变化 在公元前 5 世纪，关于变化的问题已成为一个著名的哲学问题。公元前 4 世纪时，柏拉图通过将变化限于物质对不变的相世界的不完满的复制而解决 变化问题。而对于亚里士多德这位在哲学上忠实奉守着可感世界中个体具有完 全的实在性的杰出自然主义者，变化问题也是一个最紧迫的问题。 亚里士多德的出发点是这样一个常识假定：变化是真实的。但这一假定 本身并没有告诉我们很多；变化的观念能否经受哲学的检查仍有待证明，变化 能怎样得到解释仍有待表明。亚里士多德的武器库中有达到这些目的的各种武 器。首先是他的形式与质料的学说。如果每一物体都是由形式与质料组成的， 亚里士多德就能通过这种论证给变与不变都留下空间：当一物体经历变化时， 它的形式变化了（通过一个新形式取代旧形式的过程），而质料未变。亚里士 多德进一步论证说，形式的变化发生在一对对立面之间，一方是将要实现的形 式，另一方是它的匮乏或缺乏。当干的东西变湿，或冷的东西变热时，这就是 一个从匮乏（干或冷）到预定形式（湿或热）的变化，因而在亚里士多德看 来，它从不是一个开放的过程，而是一个限定在对立性质问的过程；因此，即 使是在变化的过程中，秩序也是可辨认的。 一个坚定的巴门尼德主义者也许会抗议说，这仍旧不能逃脱巴门尼德对 变化的反驳，因为它不可避免地要求从无中生有。对此，亚里士多德的回答见 于其潜在与实在的学说。无疑，亚里士多德已经承认，倘若惟一的两种可能性 就是存在与不存在，即事物要么存在，要么不存在，那么从不热到热的转变的 确要涉及从不存在到存在的过程（从热的不存在到热的存在），这就易于遭受 巴门尼德的攻击。但亚里士多德相信，通过假定有三个与存在有关的范畴，就 可以成功地避开这种反对，这三个范畴是：(l)不存在，(2)潜在，(3)实在。如 果事物的状态确实如此．那么变化就可以在潜在与实在之间发生，而无须涉及

不存在。例如，一粒种子是一棵潜在而不是实际的树。当它长成一棵树时，其 中的潜在就变成了实在。这样，变化就涉及从潜在到实在的过程——不是从不 存在到存在，而是从一种存在到另一种存在。这种学说在生物学领域可以得到 最好的说明，但它也具有普遍的适用性。从地上举起的重物之所以下落是为了 实现它的潜在（与其他重物一起位于宇宙的中心）；一块大理石能潜在地变成 雕刻家给予的任何形状。 如果说这些论证能使我们逃脱与变化的观念相关的逻辑困境，并由此而相信变 化是可能的，那么它们还没有告诉我们变化的原因是什么。为什么一粒种子要 从一棵潜在的树发展成一棵实在的树，或者一个物体要由黑变白，而不是保持 它原来的状态？这些问题将我们带到了亚里士多德关于自然和因果性的观念。 亚里士多德认为，我们所居住的世界是一个有序的世界，其中的事物通常以可 预测的方式运行，因为每一自然物都有一种“本性”，即一种使得物体按其习 惯方式运行的属性（主要与形式有关），假如没有不可克服的障碍干扰它的 话。在杰出的动物学家亚里士多德看来，可以用这样一种内在驱动力的活动来 轻而易举地解释生物有机体的成长和发展。一粒橡籽之所以能成为一棵橡树， 是因为这是它的本性。并且，这一理论不仅适用于生物的成长，事实上，它的 适用范围甚至超出了整个生物学领域。狗吠、岩石下落、大理石受雕刻家的锤 子和凿子摆布，这些都是因为它们各自的本性。最终，亚里士多德认为，宇宙 间的所有变化和运动都可以追溯到事物的本性。对于那些对变化和可变化的事 物感兴趣的自然哲学家来说，这些本性是核心的研究对象。关于对亚里士多德 “本性”说的这个一般性表述，我仅需提醒读者两点：一、它并不适用于人工 制品，因为这些制品不具有变化的内在源，而仅仅是外在影响的承受者；二、 复杂有机体的本性并不来自各个组成成份的本性的叠加或混合，而是那种有机 体作为一个统一整体所具有的独特的自然特征。 通过这种本性说，我们就能够理解亚里士多德科学实践中一个一直令现代评论 家和批评家迷惑和苦恼的特点——即他的著作中缺乏任何类似受控实验的东 西。不幸的是，这种批评忽视了亚里士多德的目的——他的目的极大地限制了 他在方法上的选择。亚里士多德相信，应该从事物在自然、无羁绊状态下的行 为中发现其本性，人为的限制仅仅是（对这种自然状态的）干扰。如果说尽管 有干扰存在但事物仍然能按其习惯方式去运行，那我们就是在庸人自扰。如果 我们设定了阻止物体的本性显现出来的那些条件，那么我们已经了解到的就是 它仍然能在干扰之下隐藏自己。实验并不比其他方式更多地使我们获得关于本 性的知识。因此，不能把亚里士多德的科学实践解释为愚昧和缺陷——不能察 觉到明显的程序上的改进—一的结果，而应理解为一种与他所感受到的世界相 一致并很适合于他所感兴趣的问题的方法。实验科学的产生并不是因为人类中 终于出现了某些发现人工条件有助于探索自然的聪明之士，而是因为自然哲学 家开始询问这种方法可以回答的那些问题了。 为了完成对亚里士多德的变化理论的分析，我们必须简要地探讨一下亚里士多 德著名的四因说。理解一个变化或一件人工制品的产生就是去认识它的原因 （也许最好翻译为“解释的条件和因素”）。这样的原因共有四个：物体所接 受的形式；那种形式所基于的质料，它在变化中始终不变；引起变化的作用者 (agency)；变化所要达到的目的。这些分别被称为形式因、质料因、动力因和

目的因。举一个极为简单的例子：一座雕像的产生，其形式因是赋予大理石的 形状，质料因是获得这种形状的大理石，动力因是雕刻家，目的因是制造这座 雕像的目的（或许是为了美化雅典人，或许是为了赞美他们的一个英雄）。有 时很难确定这种或那种原因，有时则不止有一个原因出现，但亚里士多德确 信，他的四因说提供了一个普遍适用的分析体系。 我们已经充分阐述了形式与质料的区分，从而澄清了形式因和质料因的确切涵 义，动力因则非常接近于现代的原因概念，因此无需作进一步的注解；但目的 因还需再作一些解释。首先，“目的因”这一英文表述来源于拉丁词 finis， 意思是“目标”、“目的”或“结果”，与亚里士多德的四因名单里通常最后 出现的那个原因毫无关联。亚里士多德十分正确地认为，缺少了对目的或功能 的认识，许多事情就不可理解。例如，为了理解口中牙齿的排列，我们就必须 理解它们的功能（前面的尖牙用于撕扯，后面的臼齿用于研磨）。或者举一个 无机界的例子，倘若不了解锯子要承担的功能，就无法理解锯子为什么被造成 那种样子。不仅如此，亚里士多德赋予目的因比质料因更高的地位，他指出锯 的目的决定了它必须要用的材料（铁），而我们拥有一块铁这个事实丝毫不能 使我们作出要将它做成锯的决定。 也许关于目的因的最重要之处在于，它清楚地说明了目的在亚里士多德的宇宙 中的作用（更专业的术语是“目的论”）。亚里士多德的世界不是原子论者的 惯性、机械的世界，在原子论者的世界中，单个原子实现着自己的过程而完全 不考虑其他的原子。亚里士多德的世界不是一个机会和巧合的世界，而是一个 有序的、有组织的世界，一个有目的的世界，事物在其中向着由它们的本性决 定了的目标发展。用亚里士多德预示现代科学的程度（似乎他的目的在于回答 我们的问题，而不是回答他自己的问题）来评价他的成就既是不公正的，也是 不得要领的；但值得注意的是，由亚里士多德目的论所导致的对功能解释的强 调，对所有科学都将具有深远的意义，并且直到今天，它仍然是生物科学中占 支配地位的解释模式。

宇宙论 亚里士多德设计了探究、理解世界的方法和原则：形式与质料、本性、 潜在与实在、四因。不仅如此，在此过程中，他还发展出一些详尽而影响深远 的关于大量自然现象的理论，上至天空，下至大地及其栖息者。¨ 让我们从起源问题开始讨论。亚里士多德坚决否定一个开端的可能性， 坚持认为宇宙一定是永恒的。相反的看法，即宇宙在时间的某个点上产生，在 他看来不可想象，违反了巴门尼德对无中生有的限制。亚里士多德对此问题的 观点将是他的中世纪评注者们感到非常棘手的问题。 亚里士多德把这个永恒的宇宙看作一个巨大的球，被月球所在的球壳分成一上 一下两个区域。月球以上是天界，月球以下是地界；月球既是空间上的中间 者，也是本性上的分界线。地界或月下区的 55 特征是生与死和各种短暂的变 化；而天界或月上区则是永不变化的循环的区域。这个体系源于观察看来是非 常明显的；在他的《论天》（On the Heavens）中，亚里士多德提到：“在整

个过去的时间，远至前人所记载的最古老时期，在整个最外层天和其中任何一 个适当部分，都没有任何变化发生。”他继续写到，如果在天空中我们观察到 永恒不变的圆周运动，我们就能由此推断，天不是由地上的那些元素构成的， 它们的本性（观察表明）是以短暂的直线运动上升和下降。天必定是由不朽的 第五种元素（地上有四种元素）组成的：第五元素（字面上的意思就是第五种 元素）或以太。天的区域完全被以太所充满（没有虚空），并且正如我们将要 看到的，被分成许多承载着行星的同心球壳。在亚里士多德看来，它具有至高 无上的、类似于神的地位。 月下区的图景则是生成、腐朽和不持久。与前人们一样，亚里士多德也在探寻 月下区中众多物质能还原成的一种或几种元素。他接受了最初由恩培多克勒提 出随后被柏拉图所采纳的四元素：土、水、火、气。他同柏拉图一样，认为这 些元素实际上还可以还原为甚至更基本的东西；但他不像柏拉图那样偏好数 学，因此他拒绝接受柏拉图的规则几何体及其基本成份三角形。他选取可感性 质作为终极的宇宙之砖，以此表达了自己对于感觉世界的实在性的忠诚。有两 对性质是决定性的：热一冷和干一湿。它们有四种结合方式，每种产生出一种 元素（见图 3.2）。 请注意，亚里士多德又一次使用了对立面。任何东西都不能阻止这四种性质中 的任何一种被其对立面所取代（作为外部影响的结果）。如果水被加热，这就 是水的冷让位于热，水被转化成了气。这样一个过程不费力地解释了状态的变 化（从固体到液体到气体，反之亦然），而且它也轻而易举地解释了从一种物 质到另一种物质的更一般性的转化。炼金术士们可以轻而易举在这种理论基础 上发展起来。 构成世界的各种物质完全充满了这个世界，绝对不留任何空间。为正确地评价 亚里士多德的观点，我们必须抛开我们那近乎本能的原子论倾向；对物质性的 东西，我们必须不把它想象为微小颗粒的积累，而想象为连续的整体。如果说 一块面包显然是由细小空隙分隔开的面包屑组成，那么就没有理由不假定这些 空隙会被某些更精细的物质，如气和水所充满。当然，对此没有任何简单的证 明方式，但的确也没有任何明显的理由使我们相信水和气绝不是连续的。应用 到整个宇宙的类似推理使亚里士多德得出结论说，宇宙是充满着的，它是一种 Plenum，不包含任何虚空。 亚里士多德采用各种论证来捍卫他的结论，比如说下面的这个论证：任何两种 运动之间总会有一个比值（通过测量穿过给定空间所需要的时间）；如果这种 时间的差别来自于两种媒质间密度的不同，那么时间之比将等于密度之比。然 而，如果一种媒质是虚空，它的密度（等于零）与其他媒质的密度的比值将不 存在，因此，一时间与另一时间也没有比值，这就违反了该论证最初的假定。 今天我们可通过以下论证解决同样的问题：如果阻力是减缓物体运动速度的因 素，那么没有阻力时物体将以无穷大的速度运动一一这就是一种荒谬的观念。 批评者常常指出，这个论证不仅可以用来证明虚空并不存在，而且可以证明没 有阻力时并不产生无穷大的速度。这说的当然有道理。然而，我们要认识到， 亚里士多德对虚空的否定并不单单是依赖这样一条推理。实际上，这仅是反对 原子论者的长期运动的一小部分，在这场运动中，亚里士多德采用了各种论证 来反对虚空（或空位）观念，有的更有说服力，有的则不然。

除了热或冷、湿或干以外，元素之间还有轻重之分。土和水重，但土又是两者 中最重的。气和火轻，但火比气还要轻。在说这两种元素轻时，亚里士多德并 不只是想说（如我们说这话时可能会有的意思）它们相对不重，而是要说在一 种绝对的意义上它们是轻的；轻不是重的较弱的表现，而是它的对立面。因为 土和水重，所以向宇宙中心下落就是它们的本性；气和火轻，所以向外围（即 地界的外围，月球所在的那个天球）上升就是它们的本性。因此，如果未受阻 碍，士和水将落向宇宙的中心；土由于其更重，将聚集在宇宙的中心，水则位 于它外面的同心球壳。气和火要上升，但火由于更轻，将占据最外层的区域， 气则刚好作为它里面的同心球壳。理想情况下（指没有混合物，也没有任何东 西阻止这四种元素实现它们的本性），这些元素将形成一系列同心球：火在 外，接着是气和水，土则位于中心（见图 3.3）。但在现实中，世界主要由混 合体组成，一种元素总是干扰着另一种元素，理想状况从未能实现。不过，理 想的排布确定了每种元素的自然位置；土的自然位置在宇宙的中心，火的位置 刚好在月球所在的天球之内等等。 必须强调的是，元素的排列是球形的。土在中心集结形成大地，它也是球形 的。亚里士多德运用各种论证来捍卫这种信仰。从自然哲学方面，他指出，既 然土的自然趋势是移向宇宙的中心，那么它必然要以那个点对称地排列。他还 要求人们注意观察证据，包括发生月食时地球投射到月球上的圆形阴影，以及 观察者在大地表面进行南北方向的运动改变了星的视位置这一事实。亚里士多 德甚至记录了数学家们估算出的地球周长（400，000 斯塔=大约 45，000 英 里，约等于现代值的 1.8 倍）。亚里士多德所坚持的大地是球状的主张，一直 不曾被人们遗忘，也没有受到任何严重的质疑。广为流传的那种宣扬中世纪人 们相信大地是一块平板的传说，是从近代才有的。 最后，我们必须要指出这一宇宙论的一个内涵，即空间并不是事件发生于其中 的一个中性的、同一的背景（类似于我们现代的几何空间的观念），而是具有 属性。或者更确切地说，我们的世界是一个空间的世界，而亚里士多德的世界 是一个位置的世界。重的物体之所以会向宇宙中心的位置运动，不是因为它趋 向与位于那里的其他重物相结合，而仅仅是因为寻求那个中心位置是它们的本 性；即使由子某种奇迹的发生，这个中心变成了空的（在亚里士多德的宇宙 中，这种情况在物理上是不可能的，仅是一种有趣的想象状态），它仍将是重 的物体的目的地。

天地运动 探讨亚里士多德运动理论的最好方式，是从它的两个基本原理人手。第一个基 本原理是运动从来不是自发的；没有推动者就没有运动。第二个原理是对两种 运动的区分：朝向运动物体的自然位置的运动是“自然运动”，而朝向任何其 他方向的运动是“受迫运动或伴以外力的运动”。 在自然运动的情况下，推动者就是物体的本性，正是它使得物体具有了朝向理 想状况下元素的球形分布所确定的自然位置运动的趋势。混合物体的运动倾向 取决于在它们的混合中各种元素间的比例。当一个作自然运动的物体到达其自 然位置时，它的运动便停止了。在受迫运动的情况下，推动者是一个外来的

力，它迫使物体违反其自然倾向，朝着不指向其自然位置的方向运动。当外部 的力撤走以后，这种运动也停止了。 这似乎是有道理的。然而，一个明显的困难在于如何解释这一现象：一个被水 平投出并因而作受迫运动的物体，在与它的推动者脱离接触以后，为什么不立 即停止运动？亚里士多德的答案是媒质代替了推动者。当我们抛射出一个物体 时，我们也作用于周围的媒质（例如气），使它具有了推动物体的力量；这种 力量从媒质的一部分传向另一部分，这样，抛射物总是接触着能够保持其运动 的媒质的一部分。如果说这看上去令人难以置信，那么考虑一下，（从亚里士 多德的观点看，）相反的观点则更难以置信，即因其本性而倾向于朝着宇宙中 心运动的抛射物在没有任何东西促使它作水平或向上的运动的情况下，还能作 这样的运动。 推动力并不是运动的惟一决定因素。在地上所有真实的运动中，还存在着阻力 或反作用力。对亚里士多德来说似乎明显的是，运动的快慢显然取决于这两个 决定性因素：动力和阻力。这样，问题就产生了：动力、阻力同速度或快慢之 间的关系是什么？虽然亚里士多德可能并未提出一个普遍适用的定量法则，但 是他并非对此问题不感兴趣，他对定量研究也有所涉猎。在其《论天》和《物 理学》（Physics）中论及自然运动时，亚里士多德声称，当两个不同重量的物 体下落时，它们穿过给定距离所需的时间与它们的重量成反比（一个重量两倍 于它的物体只需一半的时间）。在（《物理学》的同一章中，亚里士多德把阻 力概念引入到对自然运动的分析中，他认为，如果相同重量的物体通过不同密 度的媒质，它们穿过给定距离所需的时间与各自通过的媒质的密度成正比；即 媒质的阻力越大，物体的运动就越慢。最后，亚里士多德在《物理学》中还讨 论了受迫运动，认为如果用一个给定的力推动一个给定的重物（反抗其本性） 在给定时间内穿过给定距离，那么，用同样的力在同样时间内可以推动两倍重 的物体穿过一半的距离（或用一半的时间穿过同样距离）；或者，用一半的力 推动一半重的物体在同样时间内将穿过同样的距离。 从这些陈述中，亚里士多德的一些后继者以不懈的努力总结出一个一般法则。 该法则通常被表述为：V∝F/R 即，速度(V)与推动力(F)成正比，而与阻力(R) 成反比。对于一重物自然下落这种具体情况，动力就是物体的重量(W);于是这 个关系式就变为：V∝W/R 在大多数运动的情况中，这样的关系也许与亚里士多 德的意图并没有太大的偏差；然而，赋予它们数学的形式，如我们已经做的那 样，就表明它们适用于 V、F 和 R 取所有的值——这种主张是亚里士多德肯定要 拒绝的。例如，亚里士多德曾清楚地说过，阻力与动力相等时，运动将会停 止，但上面的公式并不能给出这样的结果。而且，在这些关系中速度的出现严 重地歪曲了亚里士多德的概念体系，在他的概念体系中并不包含任何速度概念 作为运动的计量尺度，他仅仅用距离和时间来描述运动。速度作为一个可能被 赋予数值的专门的科学术语是中世纪的一个贡献。 为这一运动理论，亚里士多德受到了猛烈的批判，批评者们的假定是， 任何一个有判断力的人都能看出这一理论有致命的缺陷。这种批评正当吗？首 先，几乎没有哪位历史学家会把评判功过作为他们的首要使命，而理解过去似 乎是更为有用得多的目标。其次，一些批评实际上仅适用于那些由追随者或评 论家添加给亚里士多德的理论，而不是他自己的理论。第三，真正的亚里士多

德理论是十分有意义的；比如，各种考察已经表明，现代多数受过大学教育的 人都乐于接受亚里士多德运动理论中的许多基本方面。第四，亚里士多德理论 中相对有限的定量化内容可以被容易地解释为是其更大的自然哲学的结果。他 的主要目标是理解事物的本质，而不是去探讨适用于运动物体的时间一空间 （或位置一时间）坐标等这些非本质因素之间的关系；即使对后者进行彻底考 察，也不能给予我们任何关于前者的知识。（近代力学的一个重要特征恰恰在 于它对待所有物体均一视同仁，而拒绝承认它们本质上的不同：无论物体是由 什么组成的，它们都遵循同样的规律，产生同样的行为。）如果愿意，我们可 以批判亚里士多德漠视了我们感兴趣的东西，但我们并不因此就获得对亚里士 多德的某些重要的认识。 天界的运动则完全是另一种景象。天由第五元素构成，这是一种不朽的 物质，没有对立面，因而不能产生性质上的变化。适合于这样一个区域的似乎 是绝对的无运动，但是即使对天的最偶然的观察，也足以击破这种假设。因 此，亚里士多德赋予天以最完美的运动——连续均匀的圆周运动。除了是完美 的运动外，匀速圆周运动似乎还可以解释观测到的天体的周期。 到亚里士多德时代，这些周期成为人们研究的对象已有几百年。人们认 识到：“恒”星的运动具有完美的一致性，它们好像被固定在一个匀速旋转 的、周期大致为一天的球面上。但是有七颗星，即漫游的星或行星，则呈现出 一种更复杂的运动；这七颗星是太阳、月亮、水星、金星、火星、木星和土 星。太阳缓慢地自西向东运动（运动大约 1°／天），速度变化很小，它沿着 一条被称为黄道的路径穿过恒星的天球，黄道经过了黄道带的中心（见图 2.6）。月球大致沿着同样的路线运动，但速度更快（大约 12°／天）。其他 的行星也以不同的速度沿着黄道运动，偶然也会改变运动的方向。 这些复杂的运动与天空中匀速圆周运动的要求相符合吗？比亚里士多德早一代 的欧多克索(Eudoxus)，已经表明它们是符合的。我将在下面的第五章回到这个 话题；此刻，只需指出欧多克索把每一复杂的行星运动看作一系列简单、均匀 的圆周运动的组合就足够了。他使每一行星具有一系列同心球，使每个球成为 该行星的复杂运动的一个组件。亚里士多德接受了欧多克索的体系，但做了各 种改动。最终，他构造了一部复杂的天体机器，其中包括 55 个行星的天球再加 上恒星的天球。 天的运动原因是什么呢？亚里士多德的自然哲学不允许对此问题不闻不问。当 然，天球是由第五元素构成的；它们永恒的运动一定是自然的而不是受迫的。 这种永恒运动的原因本身一定是不动的，因为如果不假定一个不动的推动者， 我们很快会发现自己陷入了一个无穷的倒退：一个运动的推动者一定是从另一 个也在运动的推动者掌管着得了运动，以此类推。亚里士多德把行星天球的不 动的推动者确定为“第一推动者”，一个代表着最高的善的有生命的神，他是 一个完全实现的、彻底沉浸于自我沉思的、非空间的、与其所推动的天球相分 离的神，全然不同于传统的人格化的希腊众神。那么，第一推动者或不动的推 动者怎样引起天的运动呢？推动者不是作为动力因，而是作为目的的因，因为 前者要求推动者与被推动者有一定的接触。这就是说，第一推动者是天球所渴 求的对象，它们通过永恒的、均匀的圆周运动而尽力模仿其不变的完美。任何 读到这里的读者都有理由认为，整个宇宙中只有一个不动的推动者；因此，当

亚里士多德宣称实际上每一天球都有自己不动的推动者，即它所爱的对象和它 的目的因时，这就让人感到有点奇怪了。

第十二章 把“物理学”一词放入本章的题目似乎并不妥当，不妥之处在于，有的读者可 能因中世纪的物理学与近代物理学共用“物理学”这一名称而把二者混为一 谈，持这一想法的读者将自然而然地得出这样的结论：中世纪的物理学家在努 力成为现代物理学家，只是成功的很少，或者认为中世纪的物理学是现代物理 学一个原始的或不成功的版本。但是，如果我们把中世纪物理学看作不成功的 现代物理学，就不可能理解中世纪物理学特有的目的和它自身的成就。 事实上，中世纪物理学就其本身而言，是高度协调的理论体系，它成功地回答 了许多中世纪学者提出的物理学问题。总的说来，这些问题比现代物理学家提 出的问题要宽泛一些。当我们考察中世纪的相关术语时，中世纪物理学的范围 就清晰地呈现出来。拉丁语名词“physica”和“physicus”（分别表示“物理 学”和“物理学家”）取自古希腊著作中“physis”一词，一般译为“本 性”(nature)。对亚里士多德（在本章的研究领域，他的影响达到了最高点） 来说，“physis”或事物的本性是该事物具备了它自身特征和行为方式的内在 原因，正是本性引起了事物所有的自然的变化。自然作为一个集合概念，包括 了拥有这一本性的所有事物，物理学家就是考察这些事物及其自然变化的人。 简言之，物理学家就是研究有关自然所有现象的学者或哲学家。 这并不是说，在中世纪物理学和近代物理学之间没有明显的连续性。中世纪学 者所关心的一些问题，或多或少传给了 16、17 世纪的后继者，而且，中世纪学 者为早期近代科学提供了一部分重要的科学语汇和概念框架。显然，这种连续 性在历史考察中是合理而且重要的研究对象，本章不会完全忽略。但本章的目 标是理解中世纪关于自然的思想的目的和成就，所以连续性问题不是这里研究 的主要对象。当我们发现中世纪物理学的某些片断在以后时代受到褒扬时．我 们应当不受引诱，据此断定我们已经理解了中世纪物理学家认为其学科甚为重 要的基本特征。

运动的数学表达 我们今天把数学用于运动问题是顺理成章的事情，运动理论的前身是理论力 学，理论力学通过定义的方式把数学引入了运动之中。对于任何人来讲，要掌 握现代物理学就必须先掌握数学。但这种结论只是一种事后聪明，是现代人以 现代观点得出的结论，对于亚里士多德以及延续亚里士多德传统的学者而言， 把数学引入运动是不合理的。我们仍须牢记，亚里士多德及其中世纪继承者认 为位移运动只是四种变化中的一种，他们认为，对运动的分析应与对一般意义 上的变化分析是一样（或基本一样）的。我们知道，对于绝大多数变化的情形 而言，并没有什么固有的数学规律可言。当我们看到健康战胜了疾病，美德战 胜了邪恶，由冷变暖，从这些变化中跳不出数的大小或几何图形。实体的生与

朽和性质的转变也不是明显的数学过程，只有经过了数个世纪英雄探险般的不 懈努力，一些学者才找到了把数学引入少数几种变化之中的方法，这几种变化 中包含有位移运动。这里，我们要考察的是这一过程的早期阶段，它发生在中 世纪后期。 当然，自然的数学化在古代就有人提出，提出者包括毕达哥拉斯派、柏拉图和 阿基米德。早期取得的成就可见于天文学、光学和平衡研究（见第五章）。不 可避免的是，这些领域的成功鼓励了对数学方法有兴趣的其他学科的发展。我 们能在亚里士多德的《物理学》中找到对运动进行数学分析的最基本的开端， 在这本书里，可以定量表示的空间和时间，都可以作为运动的尺度。亚里士多 德说，两个运动物体中运动得较快的一个，在相同时间里走过的距离较大，或 者走过相同的距离所需的时间较短。而运动快慢一致的两个物体在相同的时间 里走过的距离相等。奥托里克斯（Autolycus of Pitane，活跃于公元前 300 年）是亚里士多德下一代的数学家，他的做法前进了一步，他把在相同时间里 走过相同距离的运动定义为匀速运动。应该注意，在这些对时间和距离的古代 讨论里，时间和距离被作为衡量运动的重要尺度，有可能赋予具体数值，但 “快慢”( quickness)或速度( speed)从来没有取得这一地位，所以它仍然是 模糊的、不可量化的概念。 在中世纪西方国家里，数学化分析开始产生的影响可见于布鲁塞尔的杰 拉尔德(Gerard of Brussels)的著作。杰拉尔德是一位数学家，可能在 13 世纪 上半叶任教于巴黎大学。杰拉尔德的《论运动》（Book on Motion）很简明， 该书最可贵之处，在于把内容严格限制在我们今天所说的“运动 学”(kinematics)问题之内。为了理解这一点，我们先简单地区分一下运动学 和动力学，此二者的区别可以作为下面讨论中世纪运动理论时组织材料的一个 原则。如果我们研究物体的运动，则有两种基本途径。我们可以集中讨论运动 的原因，描述运动的产生者或推动力，或许将它们与运动的数量或速度连系起 来。另一途径是根本不考虑引起运动的原因，只描述运动本身。前者集中于原 因研究，称为“动力学”，后者限制在对运动的描述（一般是数学描述）方 面，称为“运动学”。由此杰拉尔德的重要性即在于他是拉丁西方运动学研究 传统的开创者。 在 14 世纪，运动学研究传统在一批逻辑学家和数学家那里产生出了非 凡的成果，这些学者都与 1325 至 1350 年期间的牛津大学默顿学院有很深的关 系。这些学者中包括托马斯·布拉德沃丁（卒于 1349 年），他后来成为坎特伯 雷教区的大主教；威廉·海特伯里( William Heytesbury，活跃于 1335 年)； 邓布尔顿的约翰(John of Dumbleton，约卒于 1349 年)和理查德·斯怀因谢德 （Richard Swineshead，活跃于 1340-1355 年）。首先，默顿学派的学者们严 格区分了在杰拉尔德的（《论运动》一书中仅以隐含的方式存在的运动学与动 力学的区别，注意到运动既可以从运动的原因来分析，也可以从运动的作用来 分析。默顿学派的学者努力发展出了一套概念体系和专业术语来研究运动学意 义上的运动，其中包括速度和瞬时速度，它们都被视为可以量化的科学概念。 默顿学者区别了匀速运动（速率保持不变的运动）和非匀速运动（或加速运 动），他们还为匀加速运动下了一个准确定义，这一定义与我们对匀加速运动 下的定义一样：如果某运动物体的速度在相等的时间单位里增量相等，则称该

运动为匀加速运动。最后，默顿学者提出了许多运动学理论，下面我们要考察 其中几个。在我们考察这些理论之前，必须考虑运动学成就的哲学基础。古代 用距离和时间来衡量运动，速率作为一种衡量运动的新尺度，它的出现需要解 释一下。毕竟，速率是一个非常抽象的概念。它不会主动引起运动的观测者的 注意，而只能由自然哲学家创造出来并将之加于运动现象。速率概念是怎么产 生的呢？在对性质及其力度与强度的哲学分析中找到了这一问题的答案。 基本的观点是这样的，属性或形式可以不同的程度或不同的强度存在。 暖或冷不以单一的程度存在，从极冷到极热之间存在着一系列的强度或程度差 异，在极冷到极热的范围内，形式或属性可以有差异。这即是说，形式或属性 可以加强或减弱。用中世纪的专门术语来讲就是，它们可以被强化或弱化。当 对属性强化或弱化的一般讨论转向位移运动这一具体情况时（运动被当作一种 属性或与属性相类似的东西），马上就产生了速率概念。运动属性的强度，即 衡量运动的力度或程度，只能是快慢或（用中世纪的术语表达为）速率。这 样，运动属性的强化或弱化就必然指涉速率的变化。 在考虑属性、属性的强度和属性的加强时，就会引起另一个问题，即属性的强 度与这一强度的延伸或量值有何区别。下例可以帮助我们理解它们的区别。以 热为例，很明显，一物体可能比另一物体热得多。这时我们已有了强度或度的 观念（多少与我们所说的温度概念有些相似），但显然还不止这些。也就是 说，还有某物体（一个热的物体）的热这一属性的分布。设想我们把相同度的 热或相同强度的热加于两物体，这两个物体一个是另一个体积的两倍，其余完 全相同。较大的物体必定含有两倍于较小物体的热。热的“强度”(intensity) 并不因上述两物体的体积不同而不同，只是较大物体所含热的 “量”( quantity)是较小物体所含热的量的两倍。把热的属性换成重量的属性 考虑一下，就产生了重量的度或强度（即我们所说的密度或比重）与同一物体 的重量分布（重量的总和）之间可对比的差别。人们假定所有其他的属性（包 括运动）都可以和上例一样来看待，这样就需要区分一般意义上的属性的强度 和属性的量。 默顿学派对属性分析产生出的新颖成就，很快传到欧洲的学术中心，在 此过程中，通过几何表达体系丰富并澄清了这一属性分析的成果。默顿学派原 来对属性的分析只形诸文字，基本上和我们上面讲述的一样。但几何分析的优 点很快引起了关注，终于，相当精 297 细的几何表达体系产生了。乔瓦尼 ( Giovanni di Casali)是第一批发展这种几何表达的学者之一，他是波伦亚的 一名方济各会修士，曾经在剑桥大学呆过一段时日，他的著作大约写于 1351 年。在同一时期稍后一段时间里，尼古拉·奥里斯梅在巴黎大学形成远比前者 详尽的几何分析体系，对奥里斯梅的几何表达体系做一了解必然令我们深受启 发，一如其曾影响了中世纪读者一样。 第一步就是要用线段来表示性质的强度，这一步对熟谙亚里士多德（他曾用直 线表示时间）和欧几里得（他曾用直线表示数的大小）的中世纪学者来说并不 困难。如线段 AB（图 12.2）代表某性质的强度，则线段 AC 代表两倍于前一强 度的强度。这么做很不错，但还不能使我们有很大进展。关键在于下一步，要 让这样的直线能够表示出物质属性的任意强度，取一支杆 AE（图 12.3），非均 匀地加热，使一端比另一端热。在杆的 A 点以及任意点画垂直的线段，这些线

段代表那一点的热的强度。如果杆的温度自 A 至 E 均匀升高，在图形上表示就 能看出，从 A 到 E 代表强度的垂线在均匀的延长。奥里斯梅做了一个抽象的步 骤，用一条水平直线取代了对杆 AE 的描画，这一做法使该系统抽象程度大大提 高。这对于创造一个能够表示一般物体的普适体系（图 12.4）很有影响，在这 样的图中，水平线（又叫“物线”或“延展线”）代表物体。不管它是什么物 体，垂直线代表的是，在物体的的任一点我们所选取性质的强度。 奥里斯梅创造出来的是几何表达形式，它是现代几何图形表达的前身。在几何 表达中，图形的形状（如图 12.3）告诉了我们物体属性的强度变化。但我们如 何把对一般属性的几何表示转移到具体的运动中呢？办法之一是考虑一个物 体，该物体不同的部分运动速度不同。固定住杆的一端，使杆做圆弧运动就是 一例。这样，可以水平地画一支杆，在杆的任意点上垂直地画出线段，用以表 示这一点的运动速率。结果将得到杆在各点的速率分布，即如图 12.5 所示。 还有一种情形，因为需要更加抽象化的处理而较为困难。设想某物体的整体都 参与运动，且在运动时各个部分的速度相同，但使物体的速度随时间变化。奥 里斯梅解释到，理解这一运动的方法是，不要把物线看作是如上例所示的实在 物体的延展，而是位移运动的间隔。这里，时间变成了物体，于是就产生了一 个原始的坐标系，在这个坐标系里，速率可以作为时间的函数（图 12.6）。基 于此，奥里斯梅开始讨论在时间变化时速率的变化方式。匀速运动可以用各垂 直线段等高的图形表达，即用矩形图表示。非匀速运动则各垂直线段长短不 一。在对非匀速运动分类时，可以得到均匀的非匀速运动（即匀加速运动）， 它可用三角形表示，还可以得到不均匀的非匀速运动，它可以由许多其他的图 形来表示（见图 12.7）。最后，奥里斯梅如何处理上面提到的属性的其他特 征，即所有运动的总量呢？他把运动的总量等同于物体走过的距离。他说，在 速度一时间图中，运动的总量必须由图形的面积表示。 由此，奥里斯梅发展出了一套非常精当的几何学体系来表示运动。他和他的继 承者是固步自封，还是在此基础上更求进益呢？事实上，他们成功地发展了运 动学定理，利用它揭示了匀速运动或匀加速运动的一些显著的数学特性。最重 要的是对匀加速运动的数学分析，由图 12.7(b)表示。这一例子在 14 世纪引起 人们很大的兴趣，不是因为它被认为是真实世界里的特殊运动，而是因为它提 出了一个实实在在的数学的挑战。这里，我们回顾两个可用于在匀加速运动中 的重要定理。 第一个定理已被默顿学者阐释过，但没有提供几何证明和图示。现在被称为 “默顿规则”( Merton rule)或“均速定律”(mean-speed theorem)，这一定 律试图通过与匀速运动的比较来度量匀加速运动。300 定律的内容是：做匀加 速运动的物体在一定的时间里所走过的距离，与以匀加速运动的平均速度作匀 速运动的物体在相同时间里走过的距离相等。以数学的语言来讲就是，一个做 匀加速运动的物体在从速率 10 增加到速率 30 的过程中所走的距离，与以速率 20 做匀速运动的物体在相同时间里经过的距离相等。现在，奥里斯梅为这一定 理提供了一个简洁明了的证明。匀加速运动可由三角形 ACG 表示(图 12.8)，它 的平均速度由线段 BE 表示。则可与此匀加速运动相比拟的匀速运动必然由矩形 ACDF 表示（矩形的宽 BE 是匀加速运动的平均速度）。默顿规则简单地说一种 运动走过的距离与另一种运动走过的距离相等。在奥里斯梅的图形中，由于物

体走过的距离由图的面积表示，只需表明三角形 ACG 与矩形 ACDF 的面积相等就 能证明该定理。所言不虚，一望可知。 与第一个定理一样，第二个定理也是利用对距离进行比较揭示匀加速运动的数 学特征。这里所说的是，匀加速运动前半段时间里走过的距离与后半段时间里 走过的距离相比是 1：3 的关系。用几何定理证明这一结论时，只需考察四边形 BCGE（图 12.8）的面积，它代表后一半时间所走过的路程，三角形 ABE 代表前 半段时间里走过的路程，可见两者之比是 3:1。和前一定理的证明一样，简单 地比较一下就能知道情形确实如此。 最后，需要提到两个一般性观点。第一，我们必须时刻提醒自己，中世纪的运 动学完全是抽象的推演一很像现代数学。例如，它的陈述方式是，如果存在一 个匀加速运动，那么默顿规则就可以运用到该运动中去。还没有一个中世纪学 者在现实世界中找到一例他们所描述的这种运动。对这种古怪的现象可以给出 令人满意的解释吗？可以。在中世纪特定的技术水平之下（尤其是测量时间的 技术很落后），证明某一具体运动是匀加速运动确是一项艰巨的事业。即使在 20 世纪，也可以想象，在没有实验室测量装置的条件下，要产生或确认一个匀 加速运动有多么困难。但更重要的是，中世纪发展了运动学的学者是数学家和 逻辑学家。他们和现代的数学家与逻辑学家一样，不会把自己的研究场所从书 斋搬到工场去。 第二，从这种纯粹的理智活动里产生出一套运动学的新概念体系，而且为伽利 略在 17 世纪形成运动学提供了许多定律（如默顿规则）。通过伽利略的工作， 这些定律被汇入了近代力学的主流之中。

位移运动和动力学 上面已对利用数学来描述运动的中世纪运动学作了回顾。最后我希望简略考察 一下中世纪动力学对运动的因果分析所作的贡献。中世纪动力学的思考起点是 亚里士多德的一条基本原理：物体的运动总是由一推动者引起的。首先我们必 须弄清楚这一原理在中世纪意味着什么。然后在几个特别困难的运动实例中， 看看人们如何试图找出推动者。最后，我们将考察一下定量表示推动者的力或 能与由此产生的受推动物体的速率之间关系的努力。 读者们应该还记得，亚里士多德把运动分为两大类：自然运动和受迫运动。自 然运动是物体向自身的自然位置的运动。这显然由物体的内在原理、即它的本 性所决定。而任何指向非自然位置方向的运动都是受迫运动，它由一个与物体 持续不断地接触的外力推动而产生。粗略看去，这再明显不过了，但当中世纪 学者试图找到自然运动的确切推动者时，当他们面对受迫运动中一个疑难例子 时，问题就来了。 亚里士多德在《物理学》中，描述自然运动的推动者时颇费踌躇，他在 开始时提出了自然运动可能有其内在原因，这里说的内在原因即物体的本性。 后来又说物体的本性不会是自然运动的全部原因，自然运动仍然需要外在推动 者的参与。亚里士多德模糊的言辞为其中世纪追随者提出了显而易见的问题，

这些人认为，必须搞清楚物体的本性是不是物体运动的充分条件。阿维森那和 阿维洛伊认为，由于没有明确区分什么是被推动的东西（物体），什么是推动 物体的东西（物体的本性），所以物体由其本性推动这一论断不可接受。他们 发现了形式一质料的区分似乎能够成为满意的解释，提出了形式是物体的推动 者，质料是被推动的东西。在西方，托马斯·阿奎那拒绝这一解释，提醒人们 注意形式与质料不可以分开，且不能作为不同的东西来看待。阿奎那认为（这 一看法重提亚里士多德的一个主张）自然运动的推动者就是最先使物体离开它 的自然位置的那个东西。此后，物体在自然运动中就不需要其他的推动者，只 须顺应自然即可。对这一问题的争论贯穿整个中世纪的后期，没有哪一种观点 占据明显的优势。 受迫运动中给人们带来疑问的特例是抛射物的运动，问题在于如何解释 抛体与抛物者失去接触后，为什么还能持续运动下去？亚里士多德认为是介质 的作用，认为抛物者把力施于抛体的同时也把能量传给了抛体周围的介质，这 一能量从一个局部传向另一个局部，抛体总是被一部分能够使它运动的介质包 围着。从上述的解释来看，物体的运动需要一个外在的力持续不断地与抛体相 接触。 第一个对亚里士多德的观点作出有力反驳的是 6 世纪亚历山大城的哲学家约 翰·菲洛普纳斯（卒于 575 年之后），他在对亚里士多德《物理学》的评注中 认为，介质与其说是运动的推动者，不如说是运动的阻碍者，不但如此，他也 怀疑介质既可提供动力同时又可提供阻力的说法。作为新柏拉图主义者和坚定 的反亚里士多德主义者，菲洛普纳斯深入批评了亚里士多德的自然哲学，包括 “受迫运动需要外在的推动者”这样的观念。相反，他提出无论是自然运动还 是受迫运动，都是内在推动者起作用的结果。因此，当一个物体被抛射出时， 抛物者给抛体施加了一个“无形的推动力”，是这个内在的力使得抛体继续运 动下去。 尽管菲洛普纳斯提出的施加动力有着激烈反对亚里士多德的背景，但这一学说 最终被中世纪亚里士多德传统所吸收。菲洛普纳斯对亚里士多德《物理学》的 评注在阿拉伯文的译本里影响很大，对中世纪罗马天主教的思想似乎也有间接 的影响，尽管传承的细节仍有待充分加以探讨。在 13 世纪，那些与菲洛普纳斯 观点相类似的理论由罗吉尔·墙根和托马斯·阿奎那作了讨论和批驳。在 14 世 纪，首先是方济各会的神学家弗朗西斯库斯（Franciscus de Marchia，活跃于 1320 年），随后是约翰·布里丹和其他人出面捍卫菲洛普纳斯的施予的力理 论。下面我们考虑一下布里丹理论的大致情形，这一理论往往被认为是这一理 论的最高级的形式。 布里丹使用了一个新的术语“冲力”(impetus)来表示施予的力，这一术语直到 伽利略时代仍是标准的术语。布里丹将冲力描述为一种性质，它的本性就是使 受到它作用的物体运动。布里丹还尽力区分了“冲力”这种性质和由它产生的 运动：“冲力是一种永久性的东西，与改变抛物位置的位移运动不同。……冲 力可能是一种自然呈现的性质，它具有一种使受到它作用的物体产生运动的倾 向。”为了维护冲力理论，布里丹指出了冲力与磁石的相似之处，磁石能够赋 予铁块向磁石运动的性质，和其他的性质一样，冲力在受到反对力量或阻力时 就衰解了，但如果没有遇到这类阻力，冲力将保持它原有的力量。布里丹宣

称，冲力的力量可以由速率和物体包含质料的多少来衡量，由此，他迈开了使 冲力定量化的第一步。最后，布里丹拓宽了冲力理论的解释范围，使它不局限 于单纯的抛射体运动，而认为上帝在创世的瞬间把冲力施予天球使之运动，于 是，天上的运动也能够用冲力得到合理的解释，由于天不会产生任何阻力，冲 力不会减弱，于是天球就将以永远不变的运动方式（就像观测者观测到的那 样）运动下去。布里丹说，落体的加速运动可以通过一个假设得以解释，即在 下落过程中，物体的重量不断在物体内产生额外的冲力，冲力增加，则速度增 加。 在 17 世纪之前，冲力理论始终是解释抛射体运动的主流理论。此后，一种关于 运动的新理论（该理论否认无阻力的连续运动需要内在的力或外在的力）逐步 取代了冲力理论。在科学史上，很多人尝试着把冲力理论作为指向近代动力学 的重要步骤，例如，这种看法常常关注布里丹的冲力概念（速度×质料的量） 与近代的动量概念（速度×质量）之间的类似性。无疑，这两个概念有联系， 但我们必须注意布里丹的冲力是抛射体连续运动的原因，而近代的动量是对运 动的度量，这里的运动只要没有阻力就能永远持续下去，不需要原因。简言 之，布里丹仍然在以亚里士多德的概念框架为基础思考问题，这意味着他的世 界（或世界观）与 17 世纪的自然哲学家大不相同，后者把他们创立的新力学奠 基于一套新的关于运动和惯性的概念体系。 ……

1687 年出版的牛顿的《自然哲学的数学原理》是整个物理学史 E 最重大的事件之一。数千 年来，人们力求了解世界体系、力和运动的原理以及物体在不同介质中运动的物理学，这 部著作可以说是这和努力的顶峰。虽然《自然哲学的数学原理》的物理学已经被改变、改 良和受到挑战，但对于天体力学和宏观物理学中的很多问题，我们至今仍然像 300 年前的 牛顿那样加以解决，这足以证明牛顿的科学天才。牛顿的天体力学原理支配着我们的人造 卫星、航天飞机和探索太阳系的宇宙飞船。如果这些还满足不了“伟大”的标准，那么牛顿 作为一位纯粹的数学家也是同样伟大的。他发明了微积分（与德国哲学家莱布尼茨同时独 立发明），这是物理学的语言；他提出了二项式定理以及无穷级数的各种性质，并且奠定 了变分法的基础。在光学方面，牛顿对光的分解与合成作了实验研究，表明白光由许多不 同颜色的光混合而成，其中每一种光都有特定的折射率。根据这些研究，产生了光谱学和 颜色分析法。牛顿发明了反射式望远镜，从而向天文学家指明了如何超越透镜的限制。总 之，牛顿的科学成就令人难以置信，可以说前无古人，也很可能后无来者。 在本书中，我们只讨论牛顿的动力学体系和引力理论，前面各章为这些核心问题作了准 备。如果你已经认真阅读了前面的内容，那么除了一项重要内容，你已经能够理解牛顿宇 宙体系的所有东西，这项内容就是对匀速圆周运动的分析。然而，即使理解这一点，我们 仍然需要牛顿的指导才能将这因素拼合在一起，万有引力的新概念必须由天才来提出，现 在我们来看看牛顿实际是怎么做的。 首先应当知道，伽利略本人从未试图展示任何力的的框架以说明行星或卫星的运动。至于 哥白尼，《天球运行论》并未包含对天体力学的重要洞见。开普勒虽然试图提供一种天体 的机械论，但结果并不令人满意。他主张，太阳所流射出来的“施动灵魂”可以使行星环绕 着太阳作圆周运动，并且进一步认为，太阳与行星之间的磁相互作用能够使行星的圆周轨 道变为椭圆。其他思考行星运动问题的人提出了各种力学体系，它们包含着某些特征，后 来在牛顿动力学中都会出现。其中之一是胡克(Robert Hooke)，他非常合理地认为牛顿应 当给他更多的褒扬，而不仅仅足附带提及，他曾经预见到动力学定律和引力定律的一部分 内容。

牛顿的预见 关于宇宙力学发明过程的高潮要从一个美妙的故事开始说起。在 17 世纪下半叶，有一 群人极其渴望推进新的数学实验科学，他们一起去实验，彼此提出问题寻求解答，报告自 己的研究，并通过书信、书籍和小册子来讨论别人的研究。后米，胡克、哈雷（Edmund Halley)、英国最优秀的建筑帅雷恩（Sir Christopher Wren）聚在一起讨论这样一个问题： 行星在何种力的定律的作用下才能沿椭圆轨道运行？根据开普勒的定律，尤其是第三定律 或和谐定律，也包括第二定律或等面积定律，太阳必定按照行星与太阳的相对距离而支配 （至少是影响）行星的运动。即使开昔勒所提出的那种机制（施动灵魂与磁力）不得不被 抛弃，行星与太阳之间也无疑存在若某种相互作用，使行星能够维持在轨道上。不仅如 此，如果具有比开普勒更加锐敏的直觉，就会感到任何从太阳流射出来的力都必须沿四面 八方展，其强度大概与到太阳距离的平方成反比，就像光的强度随距离而减弱一样．但说 这与通过数学来证明它是非常不同的。因为证明它需要有一整套物理学，包含可以解决所 有相关问题的数学方法、牛顿拒不感谢那只是提出一般命题，但没能用数学证明它们或将 其纳入一个有效的动力学框架的坐着。他针对胡克的话很合理的说：“现在难道不是很好 吗？发现、解决并且做完一切事情的数学家们必须自认为是枯燥的计算者和苦工；而另-个

人虽然什么也不做，却号称掌握了一切，必须拿走所有的发明，不论是前人还是后人所做 出的成果” 无论如何，到了 1684 年 1 月，哈雷得出以下结论：使行星保持在轨道上的作用力“与 距离的平方成反比”，但他无法由这一假说导出天体的视运动。不久以后，雷恩和胡克当月 聚会时，他们同意哈雷所假设的太阳的力。胡克夸口说，根据这条原理，所有天体运动的 定律都将【即能够】被证明，而且他本人已经完成了这一证明。然而，不论雷恩如何再三 敦促，甚至还提供了一份可观的奖金，胡克都没有——大概是没有办法——给出解答。6 个 月后，即 1684 年 8 月，哈雷决定到剑桥拜访牛顿。他一到那里就听说了一个“好消息”：牛 顿“已经给出了完美的证明”。以下是棣莫弗(DeMoivre)对那次拜访几乎同时代的记述： 【1684 年，哈雷博士来剑桥访问。】他们待了一会儿以后，【哈雷】博士问他，要是 太阳的引力与行星到太阳距离的平方成反比，他认为行星运行的曲线会是什么样。艾萨克 爵士马上回答说，会是一个椭圆。士十分惊喜，问他是怎么知道的。“哎呀，”他说，“我已 经计算过。”接着，哈雷博士马上要他的计算材料。艾萨克爵士在材料堆里翻了一会儿，没 有找到，但他答应再算一遍，然后寄给他。为了保守承诺，艾萨克爵士又一次投入到工作 中，但却没能得到他自以为认真考察过的杰伦。不过他又尝试了一种新方法，虽然花费的 时间更长，但还是再次得到了先前的结论。然后他仔细检查了他以前所作的计算为何被证 明是不正确的，他发现，在亲手绘制了一个粗糙的椭圆之后，他画了曲线的两个轴，而不 是画两条相互倾斜的直径（他也许想象的是任何两条共轭直径），而这是他必须做的。在 觉察到这一点之后，他终于使两次计算吻合了。 受哈雷拜访的激励，牛顿继续对他在 20 多岁就曾注意过的一个主题进行研究，那时他已 经为其他那伟大的科学发现奠定了基础：白光和颜色的本质，以及微积分等等。他现在将 研究加以整理，取得了巨大进展。当年秋天，为获得教授职位，牛顿在剑桥大学的一系列 动力学讲演中讨论了他的研究。最后，在哈雷的鼓励下，这些讲演的一份草稿——《论物 体的运动》（De motu corporum）成为有史以来最伟大、最有影响的著作之一。哈雷为牛 顿的《自然哲学的数学原理》（其全称为 Philosophiac naturalis principia mathematica， 1687 年）写了一首颂词作为前言，许多科学家都表达过类似的感叹。

《自然哲学的数学原理》 《自然哲学的数学原理》分为三个部分或三卷，我们将集中于它的第一和第三部分。在 第一卷中，牛顿提出了运动无力一般的动力学原理；在第三卷中，他将这些原理应用于宇 宙的机制；第二卷讨论了液体力学、波动理论以及物理学的其他方面。 在笫一卷中，在前言、定义和对时间空间本性的探讨之后，牛顿提出了“运动的公理或定 律”： 定律 I 每个物体都保持其静止或匀速直线运动状态，除非有外力作用干它迫使其改变那个状 态。 定律Ⅱ

运动的变化正比于所施加的推动力，变化的方向沿着所施加的力的直线方向。

如果一个物体作匀速直线运动，邶么与物体运动方向成直角的力将不会影响它的前行。这 源自加速总是沿着力的方向，因此在这种情况下，加速与运动方向垂直。于是，在第五章 的玩具火车实验中，主要的作用力是向下的重力，产生竖直的加速度。因此，无论小球是 向前运动还是处于静止，都会减慢它向上的运动直到静止，然后在下降时加速。 比较两组照片，我们可以看到无论火车处于静止还是作匀速运动，上升和下降都是一样 的。在向前的方向上．重量或重力不产生影响，因为为它只沿着向下的方向发生作用。向 前或水平方向上唯一的力就是微弱的空气摩擦，几乎可以忽略；所以我们可以说，在水平 方向没有作用力。根据牛顿第一运动定律，小球将和火车一样继续向前作匀速直线运动， 这一点我们可以通过照片看出来，无论火车处于静止还是作匀速直线运动，小球都处于火 车上方。这条运动定律有时被称为惯性原理，物体继续保持静止或作匀速直线运动的性质 有时被称为物体的惯性。 牛顿通过抛射体继续向前运动来阐述第定律，认为“如果没有空气阻力的阻碍或重力向下牵 引，就将保持射出时的运动”，他还提到了“行星和彗星一类较大物体”。（关于“行星和彗 星一类较大物体”的运动的惯性，参见附录 12。）这一次，牛顿采取了与亚里士多德物理 学相反的观点。亚里士多德认为，如果没有力的作用，天体就无法作匀速直线运动，因为 那将是一种与自己本性相反的“受迫”运动，正如我们已经看到的，如果没有外在或内在的 推动力，地球上的物体也无法沿着“自然的”直线运动。牛顿则提出了一种同时适用于地界 和天界物体的物理学，他说在没有力的情况下，物体并不像亚里士多德所认为的那样必然 静止或趋向于静止，而是可能以恒定速度沿直线运动。所有物体在没有力的情况下对静止 或匀速直线运动“不加分辨”，这显然是伽利略在关于太阳黑子著作中说法的一种高级形 式，区别在于，在那本书中，在关于太阳黑子著作中说法的一种高级形式，区别在于，在 那本书中，伽利略写的是物体沿着与地球同心的球形表面的均匀运动。 关于运动定律，牛顿说它们“已经为数学家们所接受，也得到了大量实验确证。根据前两条 定律和时两个推论，伽利略曾发现物体的下落随时间的平方而变化，抛射体的运动轨迹是 抛物线，只要这些运动不受空气阻力的些微阻碍，就都与经验相吻合”。“两个推论”讨论的 是伽利略及其先驱者们组合两个不同的力或两种独立运动所使用的方法。在伽利略《关于 两门新科学的谈话》出版 50 年后，已经建立了一门惯性物理学的牛顿很难设想，伽利略 能够子啊不完全抛弃圆周，没有认识到正确的直线惯性原理的情况下，和他一样接近惯性 概念。 无论伽利略在多大程度上“真的”拥有了惯性定律或牛顿第一定律，说他对第二定律同样有 贡献是很难的。第二定律有两部分。在牛顿关于第二定律的后半段陈述中，由“所施加 的”(impressed)或“推动的”（motive）力所产生的“运动变化”（无论是物体运动速率的变 化，还是其运动方向的变化）的方向“沿着所施加的力的直线方向”。这在很大程度上蕴含 在伽利略关于抛射体运动的分析中，伽利略认为，在向前的方向上没有加速度，因为除了 可以忽略不计的空气摩擦，没有水平的力；但在竖直方向上，由于有向下作用的重力，所 以存在着加速度或向下速度的连续增加。但第二定律的第一部分——运动的变化与推动力 有关——却是另外某种东西；只有牛顿这样的人才能从伽利略对落体的研究中看出这一 点。定律的这部分内容说，然后再施以另一个作用力 F2，则所产生的加速度或速度变化 A1 和 A2 将与作用力成正比。但在落体分析中，伽利略讨论的是每物体只有一个作用力即

其重量 W 的情况，对于自由落体而言，它所产生的加速度为 g。（关于牛顿第二定律的两 种形式，参见本章结尾的补充注释。） 亚里士多德说，力使物体有速度，牛顿则说，力使物体有加速度 A。为了找到速度 V，我 们必须知道力的作用时间有多长 T，或者物体加速的时间有多长，从而可以应用伽利略的 定律：V=AT 这里我们讨论一个思想实验，假定有两个铝制的证方体，体积相差一倍。（顺便说一句， 立方倍积问题，即如何使一个立方体的体积是给定立方体体积的二倍，与三等分角或化园 为方问题一样，在欧几里得几何框架内都是不可能的。）我们对较小的立方体施以一连串 作用 F1，F2，F3，…其相应的加速度分别为 A1，A2，A3，…依照第二定律，力与加速度 之比应为常数。再以同样步骤施于较大的立方体，发现同样的一组作用力 F1，F2，F3，… 分别产生另一组加速度 a1，a2，a3，…，依照牛顿第二定律，力与加速度之比仍为常数。 事实表明，较大立方体的常数恰好是较小立方体常数的二倍。一般地，只要我们处理的是 像纯铝这样的物质的变化，则此常数将与物体的体积成正比，因此是任何样本中铝的量的 度量。这一常数是对物体反抗加速度的一种度量，或者说是物体力图保持其现有状态（不 论是静止还是直线运动）的一种度量。保持 m1=2m2，如果要使两个物体有相同的加速度 或发生同样的运动改变，则较大物体所需的力将恰好为较小物件所需力的二倍。我们将物 体保持静止或匀速直线运动状态的趋势称为惯性，所以牛顿第一定律也被称为惯性原理。 由力与加速度之比所确定的常数称为该物体的惯性。但对于我们的铝块来说，由于这一常 数也是物体“物质的量”的一种度量，所以也被称为它的“质量”。对于两个不同材料的物 体，比如一个是铜的，一个是木的，它们具有相同“物质的量”的精确条件是：具有由力与 加速度之比所确定的同样的质量，或者说同样的惯性。 在日常生活中，我们用来比较“物质的量”的并非惯性．而是它们的重量。牛顿物理学说明 了个中原因，通过这种澄清，我们才知道为什么不论在地球上的任何地方，两个重量不等 的物体在真空中部会以相同速度下落。然而，至少有一种常见状况，即当我们拿起两个物 体，想知道哪个较重或质量较大时，我们总是去比较物体的惯性，而不是物体的重节。我 们并不是举着物体平伸出去，看看哪个物体向下牵引手臂的力较大，而是将物体上下掂 量，以发现哪个物体更容易移动。这样便可确定哪个物体更有能力抗拒自己直线运动状态 或静止状态的改变，也就是具有更大的惯性。（关于牛顿的惯性概念，参见附录 15。）

惯性定律的最终表述 和《关于阿门新科学的谈话》中，伽利略设想一个圆球沿着平面滚动，并且指出，“如果平 面无限延伸，那么在这个平面上的均匀运动将是永恒的”。对于一个柏拉图主义的纯数学家 来说，一个无限的平面并没有什么不对。但伽利略却将这样一种柏拉图主义与在实际感觉 经验世界的应用结合起来。在《关于两门新科学的谈话》中，伽利略感兴趣的并不只是抽 象事物本身，而且还有对地球表面附近实际运动的分析。我们知道，在讨论了无限平面之 后，他并没有继续这种想象，而是问，如果它是一个实际的地球乎而（他指这个平面“有边 界并且被抬高”），那么这个平面上会发生什么。在实际的物理世界中，圆球将会落下平 面，开始落向地面。在这种情况下

运动物体（设想它是有重量的）在越过平面边界时，除了原有的均匀而永恒的运动之外， 还会由于它自身的重量而获得一种向下的倾向；于是就产生了某种运动，它由均匀而水平 的运动和向下的自然加速运动组合而成，我称之为“抛射”。

与伽利略不同，牛顿在抽象的数学世界与物理（他仍然称之为哲学）世界之间作了明确区 分。于是，《自然哲学的教学原理》既包括“数学原理”本身，也包括那些可应用于“自然哲 学”的原理，而伽利略的《关于两门新科学的谈话》只包含在自然中得到例证的数学条件。 牛顿显然知道太阳对行星的吸引力与距离的平方成反比。但在《自然哲学的数学原理》的 第一卷中，他不仅探究了这种特定的力的推论，而且还探究了其他完全不同的距离依赖关 系。

“宇宙体系” 《自然哲学的数学原理》的第三卷讨论“宇宙体系”，牛顿一开篇就解释了它与讨论“物体运 动”的前两卷有何不同：

在前两卷中，我已经奠定了哲学的基本原理；这些原理不是哲学的（属于物理学），而是 数学；由此可以在哲学探索中进行推理。哲学原理是某些运动和力的定律和条件，这些运 动和力主要是与哲学有关的；为了不使它们流于枯燥贫乏，我还曾不时引入哲学附注加以 说明，指出某些事物具有普适特性，它们似乎是哲学的主要依靠；诸如物体的密度和阻 力，完全没有物体的空间，以及光和声音的运动，等等。现在，我要由同样的原理来证明 宇宙体系的结构。

我认为可以公平地说，正是由于既可以用纯数学的方式，也可以用“哲学的”（或物理学 的）方式来考虑问题，这种自由使得牛顿能够提出第一定律和完整的惯性物理学。毕竟， 物理学作为一门科学可以用数学力式发展起来，但它必须依赖于经验，而经验从未向我们 展示过纯惯性的运动。即使在伽利略所讨论的有限的直线惯性的例子中，也总有空气时摩 擦，而且运动几乎立即就会静止，比如当抛射体接触地面时。在伽利略探讨的整个物理学 范围内，没有一个屋里对象的例子能够在哪怕非常短的时间内有一个纯粹惯性的分量。也 许正是由于这个原因，伽利略从未提出一般的惯性定律。他的的确确是一位物理学家。 而作为数学家，牛顿很容易设想物体永远沿直线作匀速运动。蕴含着无限宇宙的“永远”一 词并不使他感到惊恐，我们注意到，他对惯性定律的表述，即物体的自然状态是作匀速直 线运动，由现在《自然哲学的数学原理》的第一卷中。据他说，这部分内容是数学的而不 是物理的。既然物体的自然状态就是作匀速直线运动，那么这种惯性运动必定能够刻画行 星。然而，行星并非沿直线运动，而是沿椭圆运动。倘使用伽利略对这一问题的解答方 式，牛顿可以说行星必定参与了两种运动： 一种是惯性运动（匀速直线运动），另一种永 远与这条直线成直角，将行星拉入自己的轨道。（参见附录 11 和附录 12。） 行星虽然不作直线运动，但却是宇宙中可以观察到的惯性运动的最好例证。如果不是由于 惯性运动的分量，那么这种继续不断地拉着行星远离直线的力艘会把行星拉向太阳，直到

相撞。牛顿曾经用这种论证来证明造物主的存在。他说，如果行星不曾接受到这样一种推 动，从而获得运动的惯性（或切线）分量，那么太阳引力就不会使行星保持在轨道上，而 是会使之向着太阳本身作直线运动。因此，宇宙不能只用物质来解释。 对伽利略而言，纯粹的圆周运动仍然可以是惯性运动，比如在地球表面或接近地球表面的 物件的例子，但是对牛顿而占，纯粹的圆周运动并不是惯性运动，而是加速运动，需要力 来维持。是牛顿最终打破了“正圆”的束缚，并且表明了如何基于运动定律建立一门天体力 学，因为行星的椭圆（差不多是正圆）轨道运动并非纯粹的惯性运动，而是需要有外力继 续作用，这种力就是万有引力。 另一点与伽利略不同的是，牛顿决定“展示宇宙体系的结构”，或者用今天的话说，表明地 界运动的一般定律如何能够应用于行星及其卫星。

定义 l: 物质的量是物质的度量，可由其密度和体积共同求出。

所以空气的密度加倍，体积加倍，它的量就增加到四倍；体积加到三 倍，它的量就增加到六倍。因挤紧或液化而压缩起来的雪、微尘或粉末，以及 由任何原因而无论怎样不同地压缩起来的所有物体，也都可以作同样的理解。 我在此没有考虑可以自由穿透物体各部分间隙的介质，如果有这种物质的话。 此后我不论在何处提到物体或质量这一名称，指的就是这个量。从每一物体的 重量可推知这个量，因为它正比于重量，正如我在很精确的单摆实验中所发现 的那样，后面我将加以详述。

定义 2: 运动的量是运动的度量，可由速度和物质的量共同求出。

整体的运动是所有部分运动的总和。因此，速度相等而物质量加倍的物 体，其运动量加倍；若其速度也加倍，则运动量加到四倍。

定义 3: vis insita，或物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一物体当 中，大小与该物体相当，并使之保持其现有的状态，或是静止，或是匀速直线 运动。

这个力总是正比于物体，它来自于物体的惯性，与之没有什么区别，在此按我 们的想法来研究它。一个物体，由于物质的惯性，要改变其静止或运动的状态 不是没有困难的。由此看来，这个固有的力可以用最恰当不过的名称，惯性或 惯性力来称呼它。但是，物体只有当有其他力作用于它，或者要改变它的状态 时，才会产生这种力。这种力的作用既可以看做是抵抗力，也可以看做是推斥 力。当物体维持现有状态，反抗外来力的时候，即表现为抵抗力；当物体不易 于向外来力屈服，并要改变外来力的状态时，即表现为推斥力。抵抗力通常属 于静止物体，而推斥力通常属于运动物体。不过正如通常所说的那样，运动与 静止只能作相对的区分，一般认为是静止的物体，并不总是真的静止。

定义 4: 外力是一种对物体的推动作用，使其改变静止的或匀速直线运动的状态。

这种力只存在于作用之时，作用消失后并不存留于物体中，因为物体只靠其惯 性维持它所获得的状态。不过外力有多种来源，如来自撞击、来自挤压、来自 向心力。

定义 5: 向心力使物体受到指向一个中心点的吸引、或推斥或任何倾向于该点的作用。

属于这种力的有重力，它使物体倾向于落向地球中心；磁力，它使铁趋 向于磁石；以及那种使得行星不断偏离直线运动，否则它们将沿直线运动，进 入沿曲线轨道环行运动的力，不论它是什么力。系于投石器上旋转的石块，企 图飞离使之旋转的手，这企图张紧投石器，旋转越快，张紧的力越大，一旦将 石块放开，它就飞离而去。那种反抗这种企图的力，使投石器不断把石块拉向 人手，把石块维持在其环行轨道上，由于它指向轨道的中心人手，我称为向心 力。所有环行于任何轨道上的物体都可作相同的理解，它们都企图离开其轨道 中心；如果没有一个与之对抗的力来遏制其企图，把它们约束在轨道上，它们 将沿直线以匀速飞去，所以我称这种力为向心力。一个抛射物体，如果没有引 力牵制，将不会回落到地球上，而是沿直线向天空飞去，如果没有空气阻力， 飞离速度是匀速的。正是引力使其不断偏离直线轨道，向地球偏转，偏转的强 弱，取决于引力和抛射物的运动速度。引力越小，或其物质的量越少，或它被 抛出的速度越大，它对直线轨道的偏离越小，它就飞得越远。如果用火药力从 山顶上发射铅弹，给定其速度，方向与地平面平行，铅弹将沿曲线在落地前飞 行 2 英里；同样，如果没有空气阻力，发射速度加倍或加到十倍，则铅弹飞行 距离也加倍或加十倍。通过增大发射速度，即可以随意增加它的抛射距离，减 轻它的轨迹的弯曲度，直至它最终落在 10 度，30 度或 90 度的距离处①，甚至 在落地之前环绕地球一周；或者，使它再也不返回地球，直人苍穹太空而去， 作 infinitum（无限的）运动。运用同样的方法，抛射物在引力作用下，可以 沿环绕整个地球的轨道运转。月球也是被引力，如果它有引力的话，或者别的 力不断拉向地球，偏离其惯性力所遵循的直线路径，沿着其现在的轨道运转。 如果没有这样的力，月球将不能保持在其轨道上。如果这个力太小，就将不足 以使月球偏离直线路径；如果它太大，则将偏转太大，把月球由其轨道上拉向 地球。这个力必须是一个适当的量，数学家的职责在于求出使一个物体以给定 速度精确地沿着给定的轨道运转的力。反之，必须求出从一个给定处所，以给 定速度抛射的物体，在给定力的作用下偏离其原来的直线路径所进入的曲线路 径。

可以认为，任何一个向心力均有以下三种度量：绝对度量、加速度度量和运动 度量。 ……

定律 I： 每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它 改变那个状态。

抛射体如果没有空气阻力的阻碍或重力向下牵引，将维持射出时的运 动。陀螺各部分的凝聚力不断使之偏离直线运动，如果没有空气的阻碍，就不 会停止旋转。行星和彗星一类较大物体，在自由空间中没有什么阻力，可以在 很长时间里保持其向前的和圆周的运动。

定律Ⅱ： 运动的变化正比于外力，变化的方向沿外力作用的直线方向。

如果某力产生一种运动，则加倍的力产生加倍的运动，三倍的力产生三倍的运 动，无论这力是一次还是逐次施加的。而且如果物体原先是运动的，则它应加 上原先的运动或是从中减去，这由它的方向与原先运动一致或相反来决定。如 果它是斜向加入的，则它们之间有夹角，由二者的方向产生出新的复合运动。

定律Ⅲ： 每一种作用都有一个相等的反作用；或者，两个物体间的相互作用总是相等 的，而且指向相反。

不论是拉或是压另一个物体，都会受到该物体同等的拉或是压。如果用手指压 一块石头，则手指也受到石头的压。如果马拉一系于绳索上的石头，则马（如 果可以这样说的话）也同等地被拉向石头，因为绷紧的绳索同样企图使自身放 松，将像它把石头拉向马一样同样强地把马拉向石头，它阻碍马前进就像它拉 石头前进一样强。如果某个物体撞击另一物体，并以其撞击力使后者的运动改 变，则该物体的运动也（由于互压等同性）发生一个同等的变化，变化方向相 反。这些作用造成的变化是相等的，但不是速度变化，而是指物体的运动变 化，如果物体不受到任何其他阻碍的话。因为，由于运动是同等变化的，向相 反方向速度的变化反比于物体。本定律在吸引力情形也成立，我们将在附注中 证明。

推论 I:

物体同时受两个力作用时，其运动将沿平行四边形对角线进行，所用时间等于 二力分别沿两个边所需。

如果物体在给定的时刻受力 M 作用离开处所 A，应以均匀速度由 A 运动 到 B，如果受力 N 作用离开 A．则应由 A 到 C，做出平行四边形 ABCD，使两个力 共同作用，则物体在同一时间沿对角线由 A 运动到 D。因为力 N 沿 AC 线方向作 用，它平行于 BD，（由第二定律）将完全不改变使物体到达线 BD 的力 M 所产 生的速度，所以物体将在同时到达 BD，不论力 N 是否产生作用。所以在给定时 间终了时物体将处于线 BD 某处；同理，在同一时间终了时物体也处于线 CD 上 某处。因此，它处于 D 点，两条线交会处。但由定律工，它将沿直线由 A 到 D。

自然选择——它的力量和人工选择力量的比较——它对于不重要性状的力量— —它对于各年龄和雌雄两性的力量——性选择——论同种的个体间杂交的普遍 性——对自然选择的结果有利和不利的诸条件， 即杂交、隔离、个体数目—— 缓慢的作用——自然选择所引起的绝灭——性状的分歧，与任何小地区生物的 分歧的关联以及与归化的关联——自然选择，通过性状的分歧和绝灭，对于一 个共同祖先的后代的作用——一切生物分类的解释——生物体制的进步——下 等类型的保存——性状的趋同——物种的无限繁生——提要

前章简单讨论过的生存斗争，对于变异究竟怎样发生作用呢？在人类手里发生 巨大作用的选择原理，能够应用于自然界吗？我想我们将会看到，它是能够极 其有效地发生作用的。让我们记住，家养生物有无数轻微变异和个体差异，自 然状况下的生物也有程度较差的无数轻微变异和个体差异；同时也要记住遗传 倾向的力量。在家养状况下，可以确切他说，生物的整个体制在某种程度上变 为可塑性的了。我们几乎普遍遇见的家养生物的变异，正如胡克和阿萨·格雷 所说的，不是由人力直接产生出来的；人类不能创造变种，也不能防止它们的 发生；他只能把已经发生了的变种加以保存和累积罢了。人类在无意中把生物 放在新的和变化中的生活条件下，于是变异发生了；但是生活条件的相似的变 化可以而且确实在自然状况下发生。我们还应记住，生物的相互关系及其对于 生活的物理条件的关系是何等复杂而密切；因而无穷分歧的构造对于生活在变 化的条件下的生物总会有些用处。既然对于人类有用的变异肯定发生过，那末 在广大而复杂的生存斗争中，对于每一生物在某些方面有用的其他变异，难道 在连续的许多世代过程中就不可能发生吗？如果这样的变异确能发生（必须记 住产生的个体比可能生存的为多），那么较其他个体更为优越（即使程度是轻 微的）的个体具有最好的机会以生存和繁育后代，这还有什么可以怀疑的呢？ 另一方面，我们可以确定，任何有害的变异，即使程度极轻微，也会严重地遭 到毁灭。我把这种有利的个体差异和变异的保存，以及那些有害变异的毁灭， 叫作“自然选择”，或“最适者生存”。无用也无害的变异则不受自然选择的 作用，它或者成为彷徨的性状，有如我们在某些多形的物种里所看到的，或者 终于成为固定的性状，这是由生物的本性和外界条件来决定的。 有几位著者误解了或者反对“自然选择”这一用语。有些人甚至想像自然选择 可以诱发变异，其实它只能保存已经发生的、对生物在其生活条件下有利的那 些变异而已。没有人反对农学家所说的人工选择的巨大效果；不过在这种情形 下，必须先有自然界发生出来的个体差异，然后人类才能依照某种目的而加以 选择。还有一些人反对选择这一用语，认为它含有这样的意义：被改变的动物 能够进行有意识的选择；甚至极力主张植物既然没有意志作用，自然选择就不 能应用于它们！照字面讲，没有疑问，自然选择这一用语是不确切的；然而谁 曾反对过化学家所说的各种元素有选择的亲和力呢？严格地实在不能说一种酸 选择了它愿意化合的那种盐基。有人说我把自然选择说成为一种动力或“神 力”；然而有谁反对过一位著者说万有引力控制着行星的运行呢？每一个人都 知道这种比喻的言词包含着什么意义；为了简单明了起见，这种名词几乎是必 要的。还有，避免“自然”一字的拟人化是困难的；但我所谓的“自然”，只

是指许多自然法则的综合作用及其产物而言，而法则则是我们所确定的各种事 物的因果关系。只要稍微熟习一下，这些肤浅的反对论调就会被忘在脑后了。 对正在经历着某些轻微物理变化、如气候变化的一处地方加以研究，我们将会 极好地理解自然选择的大致过程。气候一发生变化，那里的生物比例数几乎即 刻就要发生变化，有些物种大概会绝灭。从我们所知道的各地生物的密切而复 杂的关系看来，可以得出如下的结论：即使撇开气候的变化不谈，生物的比例 数如果发生任何变化，也会严重地影响其他生物。如果那地区的边界是开放 的，则新类型必然要迁移进去，这就会严重地扰乱某些原有生物间的关系。请 记住：从外地引进来一种树或一种哺乳动物的影响是何等有力；对此已有所阐 明。但是，在一个岛上，或在一处被障碍物部分环绕的地方，如果善于适应的 新类型不能自由移入，则该处的自然组成中就会腾出一些地位，这时如果某些 原有生物按照某种途径发生了改变，它们肯定会把那里填充起来；因为如果那 区域允许自由移入，则外来生物早该取得那里的地位了。在这种情形下，凡轻 微的变异，只要在任何方面对任何物种的个体有利，使它们能够更好地去适应 改变了的外界条件，就有被保存下来的倾向；于是自然选择在改进生物的工作 上就有余地了。正如第一章所阐明的，我们有充足的理由可以相信，生活条件 的变化，有使变异性增加的倾向；在上节所述的情形中，外界条件既变，有利 变异发生的机会便会渐多，这对自然选择显然大大有利。如果没有有利变异发 生，自然选择便不能发生作用。切勿忘记， “ 变异” 这一名词所包含的仅仅 是个体差异。人类把个体差异按照任何既定的方向积累起来，就能使家养的动 物和植物产生巨大的结果，同样地，自然选择也能够这样做，而且容易得多， 因为它有不可比拟的长久期间去发生作用。我不相信必须有任何巨大的物理变 化，例如气候的变化，或者高度的隔离以阻碍移入，借以腾出一些新的空位， 然后自然选择才能改进某些变异着的生物，而使它们填充进去。因为各地区的 一切生物都以严密的平衡力量互相斗争着，一个物种的构造或习性发生了极细 微的变异，常会使它比别种生物占优势；只要这个物种继续生活在同样的生活 条件下，并且以同样的生存和防御的手段获得利益，则同样的变异就会愈益发 展，而常常会使其优势愈益增大。还没有一处地方，在那里一切本地生物现已 完全相互适应，而且对于它们所生活于其中的物理条件也完全适应，以致它们 之中没有一个不能适应得更好一些或改进得更多一些；因为在一切地方，外来 生物常常战胜本地生物，并且坚定地占据这片土地。外来生物既能这样在各地 战胜某些本地生物，我们就可以稳妥地断言：本地生物也会发生有利的变异， 以便更好地抵抗那些侵入者。 人类用有计划的和无意识的选择方法，能够产生出而且的确已经产生了伟大的 结果，为什么自然选择不能发生效果呢？人类只能作用于外在的和可见的性 状：“ 自然” ——如果允许我把自然保存或最适者生存加以拟人化— —并不 关心外貌，除非这些外貌对于生物是有用的。“ 自然” 能对各种内部器官、 各种微细的体质差异以及生命的整个机构发生作用。人类只为自己的利益而进 行选择：“ 自然” 则只为被她保护的生物本身的利益而进行选择。各种被选 择的性状，正如它们被选择的事实所指出的，都充分地受着自然的锻炼。人类 把多种生长在不同气候下的生物养在同一个地方；他很少用某种特殊的和适宜 的方法来锻炼各个被选择出来的性状；他用同样的食物饲养长喙和短喙的鸽； 他不用特别的方法去训练长背的或长脚的四足兽；他把长毛的和短毛的绵羊养

在同一种气候里。他不允许最强壮的诸雄体进行斗争，去占有雌性。他并不严 格地把一切劣等品质的动物都毁灭掉，而在力之所及的范围内，在各个不同季 节里，保护他的一切生物。他往往根据某些半畸形的类型，开始选择；或者至 少根据某些足以引起他注意的显著变异，或明显对他有利的变异，才开始选 择。在自然状况下，构造上或体质上的一些极微细的差异，便能改变生活斗争 的微妙的平衡，因此它就被保存下来了。人类的愿望和努力只是片刻的事啊！ 人类的生涯又是何等短暂啊！因而，如与“ 自然” 在全部地质时代的累积结 果相比较，人类所得的结果是何等贫乏啊！这样，“ 自然” 的产物比人类的 产物必然具有更“ 真实” 得多的性状，更能无限地适应极其复杂的生活条 件，并且明显地表现出更加高级的技巧，对此还有什么值得我们惊奇的呢？ 我们可以比喻他说，自然选择在世界上每日每时都在仔细检查着最微细的变 异，把坏的排斥掉，把好的保存下来加以积累；无论什么时候，无论什么地 方，只要有机会，它就静静地、极其缓慢地进行工作，把各种生物同有机的和 无机的生活条件的关系加以改进。这种缓慢变化的进行，我们无法觉察出来， 除非有时间流逝的标志。然而我们对于过去的悠久地质时代所知有限，我们能 看出的也只是现在的生物类型和先前的并不相同罢了。一个物种要实现任何大 量的变异，就必须在变种一旦形成之后，大概经过一段长久期间，再度发生同 样性质的有利变异或个体差异；而这些变异必须再度被保存下来，如此，一步 一步地发展下去。由于同样种类的个体差异反复出现，这种设想就不应被看作 没有根据。但这种设想是否正确，我们只能看它是否符合并且能否解释自然界 的一般现象来进行判断。另一方面，普通相信变异量是有严格限度的，这种信 念同样也是一种不折不扣的设想。虽然自然选择只能通过并为各生物的利益而 发生作用，然而对于我们往往认为极不重要的那些性状和构造，也可以这样发 生作用。当我们看见吃叶子的昆虫是绿色的，吃树皮的昆虫是斑灰色的；高山 的松鸡在冬季是白色的，而红松鸡是石南花色的，我们必须相信这种颜色是为 了保护这些鸟和昆虫来避免危险。松鸡如果不在一生的某一时期被杀害，必然 会增殖到无数；我们知道它们大量受到食肉鸟的侵害；鹰依靠目力追捕猎物— —鹰的目力这样锐利，以致欧洲大陆某些地方的人相戒不养白色的鸽，因为它 们极容易受害。因此，自然选择便表现了如下的效果：给予各种松鸡以适当的 颜色，当它们一旦获得了这种颜色，自然选择就使这种颜色纯正地而且永久地 保存下来。我们不要以为偶然除掉一只特别颜色的动物所产生的作用很小；我 们应当记住，在一个白色绵羊群里，除掉一只略见黑色的羔羊是何等重要。前 面已经谈到，吃“ 赤根” 的维基尼亚的猪，会由它们的颜色来决定生存或死 亡。至于植物，植物学者们把果实的茸毛和果肉的颜色看作是极不重要的性 状；然而我们听到一位优秀的园艺学者唐宁（Downi ng）说过，在美国，一种 象鼻虫（Curcul i o）对光皮果实的为害，远甚于对茸毛果实的为害；某种疾 病对紫色李的为害远甚于对黄色李的为害；而黄色果肉的桃比别种果肉颜色的 桃更易受某种病害。如果借助于人工选择的一切方法，这等微小差异会使若干 变种在栽培时产生巨大差异，那么，在自然状况下，一种树势必同一种树和大 量敌害作斗争，这时，这种感受病害的差异就会有力地决定哪一个变种—— 果 皮光的或有毛的，果肉黄色的或紫色的——得到成功。 观察物种间的许多细小的差异时（以我们有限的知识来判断，这些差异似乎十 分不重要），我们不可忘记气候、食物等等对它们无疑能产生某种直接的效

果。还必须记住，由于相关法则的作用，如果一部分发生变异，并且这变异通 过自然选择而被累积起来，其他变异将会随之发生，并且常常具有意料不到的 性质。我们知道，在家养状况下，在生命的任何特殊期间出现的那些变异，在 后代往往于相同期间重现，——例如，蔬菜和农作物许多变种的种籽的形状、 大小及风味；家蚕变种的幼虫期和蛹期，鸡的蛋和雏鸡的绒毛颜色，绵羊和牛 靠近成年时的角，都是如此。同样地在自然状况下，自然选择也能在任何时期 对生物发生作用，并使其改变，之所以能如此，是由于自然选择可以把这一时 期的有利变异累积起来，并且由于这些有利变异可以在相应时期遗传下去。如 果一种植物因种籽被风吹送得很远而得到利益，那么通过自然选择就会实现这 一点，其困难不会大于植棉者用选择的方法来增长和改进蒴内的棉绒。自然选 择能使一种昆虫的幼虫发生变异而适应成虫所遇不到的许多偶然事故；这些变 异，通过相关作用，可以影响到成虫的构造。反过来也是这样，成虫的变异也 能影响幼虫的构造；但在一切情况下，自然选择将保证那些变异不是有害的， 因为如果有害，这个物种就要绝灭了。自然选择能使子体的构造根据亲体发生 变异，也能使亲体的构造根据子体发生变异。在社会性的动物里，自然选择能 使各个体的构造适应整体的利益；如果这种被选择出来的变异有利于整体。自 然选择所不能做的是：改变一个物种的构造，而不给它一点利益，却是为了另 一个物种的利益。虽然在一些博物学著作中谈到过这种效果，但我还没有找到 一个值得研究的事例。动物一生中仅仅用过一次的构造，如果在生活上是高度 重要的，那么自然选择就能使这种构造发生很大的变异；例如某些昆虫专门用 以破茧的大颚，或者未孵化的雏鸟用以啄破蛋壳的坚硬喙端等皆是。有人说 过：最好的短嘴翻飞鸽死在蛋壳里的比能够破蛋孵出来的要多得多；所以养鸽 者在孵化时要给予帮助。那么，假使“ 自然” 为了鸽子自身的利益，使充分 成长的鸽子生有极短的嘴，则这种变异过程大概是极缓慢的，同时蛋内的雏鸽 也要受到严格选择，被选择的将是那些具有最坚强鸽喙的雏鸽，因为一切具有 弱喙的雏鸽必然都要死亡；或者，那些蛋壳较脆弱而易破的将被选择，我们知 道，蛋壳的厚度也像其他各种构造一样，是变异的。在这里说明以下一点，可 能是有好处的：一切生物一定都会偶然地遭到大量毁灭，但这对于自然选择的 过程影响很小，或者根本没有影响。例如，每年都有大量的蛋或种籽被吃掉， 只有它们发生某种变异以避免敌人的吞食，它们才能通过自然选择而改变。然 而许多这等蛋或种籽如果不被吃掉，成为个体，它们也许比任何碰巧生存下来 的个体对于生活条件适应得更好些。再者，大多数成长的动物或植物，无论善 于适应它们的生活条件与否，也必定每年由于偶然的原因而遭到毁灭；虽然它 们的构造和体质发生了某些变化，在另外一些方面有利于物种，但这种偶然的 死亡也不会有所缓和。但是，即使成长的生物被毁灭的如此之多，如果在各地 区内能够生存的个体数没有由于这等偶然原因而全部被淘汰掉，——或者，即 使蛋或种籽被毁灭的如此之多，只有百分之一或千分之一能够发育，——那么 在能够生存的那些生物中的最适应的个体，假使向着任何一个有利的方向有所 变异，它们就比适应较差的个体能够繁殖更多的后代。如果全部个体都由于上 述原因而被淘汰，如在实际中常常见到的，那么自然选择对某些有利方向也就 无能为力了。但不能因此就反对自然选择在别的时期和别的方面的效力；因为 我们实在没有任何理由可以假定许多物种曾经在同一时期和同一区域内都发生 过变异而得到改进。

性选择 在家养状况下，有些特性常常只见于一性，而且只由这一性遗传下去；在自然 状况下，无疑也是这样的。这样，如有时所看到的，可能使雌雄两性根据不同 生活习性通过自然选择而发生变异，或者，如普通所发生的，这一性根据另一 性而发生变异。这引导我对于我称为“ 性选择” 的略加阐述。这种选择的形 式并不在于一种生物对于其他生物或外界条件的生存斗争上，而在于同性个体 间的斗争，这通常是雄性为了占有雌性而起的斗争。其结果并不是失败的竞争 者死去，而是它少留后代，或不留后代。所以性选择不如自然选择来得剧烈。 一般他说，最强壮的雄性，最适于它们在自然界中的位置，它们留下的后代也 最多。但在许多情况下，胜利并不全靠一般的体格强壮，更多地还是靠雄性所 生的特种武器。无角的雄鹿或无距的公鸡很少有机会留下大量的后代。性选 择，总是容许胜利者繁殖，因此它确能增强不挠的勇气、距的长度、翅膀拍击 距脚的力量，这种选择同残酷的斗鸡者的选择差不多是同样的，它们总是把最 会斗的公鸡仔细选择下来。在自然界中下降到哪一等级，才没有性选择，我不 知道；但有人描述雄性鳄鱼（al l i gator）[1]当要占有雌性的时候，它战 斗、叫嚣、环走，就像印第安人的战争舞蹈一样；有人观察雄性鲑鱼（sal mon）整日在战斗；雄性锹形甲虫（stag-beetl e）[2]常常带着伤痕，这是别的 雄虫用巨型大颚咬伤的；无与伦比的观察者法布尔（M．Fabre）屡屡看到某些 膜翅类的雄虫专门为了一个雌虫而战，她停留在旁边，好像漠不关心地看着， 然后与战胜者一同走开。多妻动物的雄性之间的战争大概最为剧烈，这等雄性 动物，常生有特种武器。雄性食肉动物本已很好地被武装起来了；但它们和别 的动物，通过性选择的途径还可以生出特别的防御武器来，如狮子的鬃毛和雄 性蛙鱼的钩曲颚就是这样；因为盾牌在获得胜利上，也像剑和矛一样重要。 在鸟类里，这种斗争的性质，常常比较和缓。一切对这问题有过研究的人都相 信，许多种鸟的雄性之间的最剧烈竞争是用歌唱去引诱雌鸟。圭亚那的岩鸫、 极乐鸟以及其他一些鸟类，聚集在一处，雄鸟一个个地把美丽的羽毛极其精心 地展开，并且用最好的风度显示出来；它们还在雌鸟面前做出奇形怪状，而雌 鸟作为观察者站在旁边，最后选择最有吸引力的做配偶。密切注意笼中鸟的人 们都明确知道，它们对于异性个体的好恶常常是不同的：例如赫伦爵士（Si r R． Heron）曾经描述过一只斑纹孔雀多么突出地吸引了它的全部孔雀。 我在这里不能讨论一些必要的细节；但是，如果人类能在短时期内，依照他们 的审美标准，使他们的矮鸡获得美丽和优雅的姿态，我实在没有充分的理由来 怀疑雌鸟依照她们的审美标准，在成千上万的世代中，选择鸣声最好的或最美 丽的雄鸟，由此而产生了显著的效果。关于雄鸟和雌鸟的羽毛不同于雏鸟羽毛 的某些著名法则，可用性选择对于不同时期内发生的、并且在相当时期内单独 遗传给雄性或遗传给雌雄两性的变异所起的作用，来作部分的解释；但我在这 里没有篇幅来讨论这个问题了。 这样，任何动物的雌雄二者如果具有相同的一般生活习性，但在构造、颜色或 装饰上有所不同，我相信这种差异主要是由性选择所引起的：这就是由于一些 雄性个体在它们的武器、防御手段或者美观方面，比别的雄性略占优势，而这 些优越性状在连续世代中又只遗传给雄性后代。然而我不愿把一切性的差异都 归因于这种作用：因为我们在家养动物里看到有一些特性出现并为雄性所专

有，这些特性分明不是通过人工选择而增大了的。野生的雄火鸡（turkeycock）胸前的毛丛，没有任何用处，这在雌火鸡眼中是否是一种装饰，却是一 个疑问；——不错，如果在家养状况下出现此种毛丛，是会被称为畸形的。自 然选择，即最适者生存的作用的事例 为了弄清楚自然选择如何起作用，请允许我举出一两个想像的事例。让我们以 狼为例，狼捕食各种动物，有些是用狡计获取的，有些是用体力获取的，也有 些是用敏捷的速度获取的。我们假设：在狼捕食最困难的季节里，最敏捷的猎 物，例如鹿，由于那个地区的任何变化，增加了它们的数量，或者是其他猎物 减少了它们的数量。在这样的情况下，只有速度最敏捷的和体躯最细长的狼才 有最好的生存机会，因而被保存或被选择下来，——假使它们在不得不捕食其 他动物的这个或那个季节里，仍保持足以制服它们的猎物的力量。我看不出有 任何理由可以怀疑这种结果，这正如人类通过仔细的和有计划的选择，或者通 过无意识的选择（人们试图保存最优良的狗但完全没有想到来改变这个品 种），就能够改进长躯猎狗的敏捷性是一样的。我补充他说一下：据皮尔斯先 生（Mr．Pi erce）说，在美国的卡茨基尔山（Catski l l Mountai ns）栖息 着狼的两个变种，一种类型像轻快的长躯猎狗那样，它追捕鹿，另一种身体较 庞大，腿较短，它们常常袭击牧人的羊群。 必须注意，在上面所讲的事例中，我所说的是体躯最细长的个体狼被保存下 来，而不是说任何单独的显著变异被保存下来。在本书的以前几版里，我曾说 到，后一种情形好像也常常发生。我看到个体差异的高度重要性，这就使我对 人类的无意识选择的结果进行充分讨论，这种选择在于把多少具有一些价值的 个体保存下来，并把最坏的个体毁灭掉。我还看到，在自然状况下，某些偶然 的构造偏差的保存，例如畸形的保存，是罕见的事；即使在最初被保存下来 了，其后由于同正常个体杂交，一般也消失了。虽然这样说，直到我读了在 《北部英国评论》（North Bri ti sh Revi ew， 1867 年）上刊登的一 篇有力的和有价值的论文后，我才知道单独的变异，无论是微细的或显著的， 能够长久保存的是何等稀少。这位作者用一对动物为例，它们一生中共生产了 二百个后代，大多数由于各种原因被毁灭了，平均只有二个后代能够生存以繁 殖它们的种类。对大多数高等动物来说，这固然是极高的估计，但对许多低等 动物来说决非如此。于是他指出，如果有一个单独个体产生下来，它在某一方 面发生了变异，使它比其他个体的生存机会多二倍，然而因为死亡率高，还有 一些机会强烈地阻止其生存。假定它能够生存而且繁殖，并且有一半后代遗传 了这种有利的变异；如这位评论者所继续指出的，幼者生存和繁殖的机会不过 是稍微好一点而已；而且这种机会还会在以后各代中继续减少下去。我想这种 论点的正确性，是无可置辩的。例如，假设某一种类的一只鸟，由于椽的钩曲 能够比较容易地获得食物，并且假设有一只鸟生来就具有非常钩曲的喙，因而 繁盛起来了，然而这一个个体要排除普通的类型以延续其种类的机会还是极其 少的；但是不容置疑，根据我们在家养状况下所发生的情形来判断，在许多世 代中如果我们保存了或多或少地具有钩曲喙的大多数个体，并且还毁灭了具有 最直喙的更大多数的个体，是可以招致上述结果的。 但是，不可忽视，由于相似的体制受着相似的作用，某些十分显著的变异—— 没有人把这种变异视为只是个体的差异——就会屡屡重现。关于这种事实，我

们可以从家养生物中举出很多事例。在这种情形里，即使变异的个体不把新获 得的性状在目前传递给后代，只要生存条件保持不变，它无疑迟早还会把按照 同样方式变异的而且更为强烈的倾向遗传给后代。同样也无可怀疑，按照同样 方式进行变异的倾向常是如此之强，以致同种的一切个体，没有任何选择的帮 助，也会同样地发生改变。或者只有三分之一、五分之一、或十分之一的个体 受到这样的影响，关于这样的事实，也可以举出若干事例 来。例如葛拉巴（Graba）计算非罗群岛上有五分之一的海鸠（Gui l l emot），是被一个特征如此显著的变种组成的，以致从前竟把它列为一个独立 的物种，而被称为 Uri a l acrymans。在这种情形下，如果变异是有 利的，通过最适者生存，原有的类型很快就会被变异了的类型所代替。 关于杂交可以消除一切种类变异的作用，将在以后再讨论；但这里可以说明， 大多数的动物和植物都固守在本乡本土，没有必要时，不会在外流动；甚至候 鸟也是这样，它们几乎一定要回到原处来的。因此，各个新形成的变种，在最 初一般仅局限于一个地方，对自然状况下的变种来说，这似乎是一条普遍的规 律；所以发生同样变异的诸个体很快就会聚集成一个小团体，常常在一起繁 育。如果新变种在生存斗争中胜利了，它便会从中心区域慢慢地向外扩展，不 断地把圈子扩大，并且在边界上向未曾变化的个体进行斗争，而战胜它们。 举出另一个关于自然选择作用的更复杂的事例是有好处的。有些植物分泌甜 液，分明是为了从体液里排除有害的物质：例如，某些英果科（Leguminosæ） [3] 植物的托叶基部的腺就分泌这种液汁，普通月桂树（l aurel ）的叶背上的 腺也分泌这种液汁。这种液汁，分量虽少，但昆虫贪婪地去寻求它；不过昆虫 的来访，对于植物却没有任何利益。现在让我们假设，假如任何一个物种的有 一定数量的植株，从其内部分泌这种液汁即花蜜。寻找花蜜的昆虫就会沾上花 粉，并常常把它从这一朵花带到另一朵花上去。同种的两个不同个体的花因此 而杂交；这种杂交，正如可以充分证明的，能够产生强壮的幼苗，这些幼苗因 此得到繁盛和生存的最好机会。凡是植物的花具有最大的腺体即蜜腺，它们就 会分泌最多的蜜汁，也就会最常受到昆虫的访问，并且最常进行杂交；如此， 从长远的观点来看，它就占有优势，并且形成为一个地方变种。如果花的雄蕊 和雌蕊的位置同前来访问的特殊昆虫的身体大小和习性相适合，而在任何程度 上有利于花粉的输送，那么这些花也同样会得到利益。我们用一个不是吸取花 蜜而是采集花粉的往来花间的昆虫为例：花粉的形成专是为了受精之用，所以 它的毁坏，对于植物来说分明是一种纯粹的损失；然而如果有少许花粉被吃花 粉的昆虫从这朵花带到那朵花去，最初是偶然的，后来乃成为惯常的，如果因 此达到杂交，虽然十分之九的花粉被毁坏了，那末，这对于被盗去花粉的植物 还是大有益处的，于是那些产生愈来愈多花粉的、和具有更大花粉囊的个体就 会被选择下来。当植物长久地继续上述过程之后，它们就变得能够高度吸引昆 虫，昆虫便会不知不觉地按时在花与花之间传带花粉；根据许多显著的事实， 我能容易地阐明昆虫是可以有效地从事这一工作的。我只举一个例子，同时它 还可以说明植物雌雄分化的一个步骤。有些冬青树（bol l y-tree）只生雄 花，它们有四枚雄蕊，只产生很少量的花粉，同时它还有一个残迹的雌蕊；另 外一些冬青树只生雌花，它们有充分大小的雌蕊，但四枚雄蕊上的花粉囊却都 萎缩了，在那里找不出一粒花粉。在距离一株雄树足有六十码远的地方，我找

到一株雌树，我从不同的枝条上取下二十朵花，把它们的柱头放在显微镜下观 察，没有例外，在所有柱头上都有几粒花粉，而且在几个柱头上有很多花粉。 几天以来，风都是从雌树吹向雄树，因此花粉当然不是由风传带过来；天气很 冷且有狂风暴雨，所以对于蜂是不利的。纵使这样，我检查过的每一朵雌花， 都由于往来树间找寻花蜜的蜂而有效地受精了。现在回到我们想像中的场合： 当植物一到能够高度吸引昆虫的时候，花粉便会由昆虫按时从这朵花传到那朵 花，于是另一个过程开始了。没有一个博物学者会怀疑所谓“ 生理分工” （pbysi ol ogi cal di vi si on of l abour）的利益的；所以我们可 以相信，一朵花或全株植物只生雄蕊，而另一朵花或另一株植物只生雌蕊，对 于一种植物是有利益的。植物在栽培下或放在新的生活条件下，有时候雄性器 官，有时候雌性器官，多少会变为不稔的。现在如果我们假定，在自然状况下 也有这种情况发生，不论其程度多么轻微，那末，由于花粉已经按时从这朵花 被传到那朵花，并且由于按照分工的原则植物的较为完全的雌雄分化是有利 的，所以愈来愈有这种倾向的个体，就会继续得到利益而被选择下来，最终达 到两性的完全分化。各种植物的性别分离依据二型性和其他途径现在显然正在 进行中，不过要说明性别分离所采取的这等步骤，未免要浪费太多篇幅。我可 以补充他说，北部美洲的某些冬青树，根据爱萨· 葛雷所说的，正好处于一种 中间状态，他说，这多少是杂性异株的。 现在让我们转来谈谈吃花蜜的昆虫，假定由于继续选择使得花蜜慢慢增多的植 物是一种普通植物；并且假定某些昆虫主要是依靠它们的花蜜为食。我们可以 举出许多事实，来说明蜂怎样急于节省时间：例如，它们有在某些花的基部咬 一个洞来吸食花蜜的习性，虽然它们只要稍微麻烦一点就能从花的口部进去。 记住这些事实，就可以相信，在某些环境条件下，如吻的曲度和长度等等个体 差异，固然微细到我们不能觉察到的地步，但是对于蜂或其他昆虫可能是有利 的，这样就使得某些个体比其他个体能够更快地得到食物；于是它们所属的这 一群就繁盛起来了，并且生出许多遗传有同样特性的类群。普通红三叶草和肉 色三叶草（Tr． i ncarna- tum）的管形花冠的长度，粗看起来并没有什么差 异，然而蜜蜂能够容易地吸取肉色三叶草的花蜜，却不能吸取普通红三叶草的 花蜜，只有土蜂才来访问红三叶草；所以红三叶草虽遍布整个田野，却不能把 珍贵的花蜜丰富地供给蜜蜂。蜜蜂肯定是极喜欢这种花蜜的；因为我屡次看 见，只有在秋季，才有许多蜜蜂从土蜂在花管基部所咬破的小孔里去吸食花 蜜。这两种三叶草的花冠长度的差异，虽然决定了蜜蜂的来访，但相差的程度 确是极其微细的；因为有人对我说过，当红三叶草被收割后，第二茬的花略略 小些，于是就有许多蜜蜂来访问它们了。我不知道这种说法是否准确；也不知 道另外发表的一种记载是否可靠——据说意大利种的蜜蜂（Li gu-ri an bee） （一般被认为这只是普通蜜蜂种的一个变种，彼此可以自由交 配），能够达到红三叶草的泌蜜处去吸食花蜜，因此富有这种红三叶草的一个 地区，对于吻略长些的，即吻的构造略有差异的那些蜜蜂会大有利益。另一方 面，这种三叶草的受精绝对要依靠蜂类来访问它的花，在任何地区里如果土蜂 稀少了，就会使花管较短的或花管分裂较深的植物得到大的利益，因为这样， 蜜蜂就能够去吸取它的花蜜了。这样，我就能理解，通过连续保存具有互利的 微小构造偏差的一切个体，花和蜂怎样同时地或先后慢慢地发生了变异，并且 以最完善的方式来互相适应。

我十分明了，用上述想像的例子来说明自然选择的学说，会遭到人们的反对， 正如当初莱尔的“ 地球近代的变迁，可用作地质学的解说” 这种宝贵意见所 遭到的反对是一样的；不过在运用现今依然活动的各种作用，来解说深谷的凿 成或内陆的长形崖壁的形成时，我很少听到有人说这是琐碎的或不重要的了。 自然选择的作用，只是把每一个有利于生物的微小的遗传变异保存下来和累积 起来；正如近代地质学差不多排除了一次洪水能凿成大山谷的观点那样，自然 选择也将把连续创造新生物的信念、或生物的构造能发生任何巨大的或突然的 变异的信念排除掉的。 论个体的杂交 我在这里必须稍微讲一些题外的话。雌雄异体的动物和植物每次生育，其两个 个体都必须交配（除了奇特而且不十分理解的单性生殖），这当然是很明显的 事；但在雌雄同体的情况下，这一点并不明显。然而有理由可以相信，一切雌 雄同体的两个个体或偶然地或习惯地亦营接合以繁殖它们的种类。很久以前， 斯普伦格尔（Sprengel ）、奈特及科尔路特就含糊地提出过这种观点了。不久 我们就可以看到这种观点的重要性；但这里我必须把这个问题极简略他讲一 下，虽然我有材料可作充分的讨论。一切脊椎动物，一切昆虫以及其他某些大 类的动物，每次的生育都必须交配。近代的研究已经把从前认为是雌雄同体的 数目大大减少了；大多数真的雌雄同体的生物也必须交配；这就是说，两个个 体按时进行交配以营生殖，这就是我们所要讨论的一切。但是依然有许多雌雄 同体的动物肯定不经常地进行交配，并且大多数植物是雌雄同株的。于是可以 问：有什么理由可以假定在这等场合里，两个个体为了生殖而进行交配呢？在 这里详细来论讨这一问题是不可能的，所以我只能作一般的考察。 第一，我曾搜集过大量事实，并且做过许多实验，表明动物和植物的变种间的 杂交，或者同变种而不同品系的个体间的杂交，可以提高后代的强壮性和能育 性；与此相反，近亲交配可以减小其强壮性和能育性；这和饲养家们的近乎普 遍的信念是一致的。仅仅这等事实就使我相信，一种生物为了这一族的永存， 就不自营受精，这是自然界的一般法则；和另一个体偶然地——或者相隔一个 较长的期间——进行交配，是必不可少的。相信了这是自然法则，我想，我们 才能理解下面所讲的几大类事实，这些事实，如用任何其他观点都不能得到解 释。各个培养杂种的人都知道：暴露在雨下，对于花的受精是何等不利，然而 花粉囊和柱头完全暴露的花是何等之多！尽管植物自己的花粉囊和雌蕊生的这 么近，几乎可以保证自花受精，如果偶然的杂交是不可缺少的，那么从他花来 的花粉可以充分自由地进入这一点，就可以解释上述雌雄蕊暴露的情况了。另 一方面，有许多花却不同，它们的结籽器官是紧闭的，如蝶形花科即英果科这 一大科便是如此；但这些花对于来访的昆虫几乎必然具有美丽而奇妙的适应。 蜂的来访对于许多蝶形花是如此必要，以致蜂的来访如果受到阻止，它们的能 育性就会大大降低。昆虫从这花飞到那花，很少不带些花粉去的，这就给予植 物以巨大利益。昆虫的作用有如一把驼毛刷子，这刷子只要先触着一花的花粉 囊，随后再触到另一花的往头就足可以保证受精的完成了。但不能假定，这 样，蜂就能产生出大量的种间杂种来；因为，假如植物自己的花粉和从另一物 种带来的花粉落在同一个柱头上，前者的花粉占有的优势如此之大，以至它不 可避免地要完全毁灭外来花粉的影响，该特纳就（Gärtner）曾指出过这一点。

当一朵花的雄蕊突然向雌蕊弹跳，或者慢慢一枝一枝地向她弯曲，这种装置好 像专门适应于自花受精；毫无疑问，这对于自花受精是有用处的。不过要使雄 蕊向前弹跳，常常需要昆虫的助力，如科尔路特所阐明的小菜（barberry）情 形便是这样；在小蘖属里，似乎都有这种特别的装置以便利自花受精，如所周 知，假如把密切近似的类型或变种栽培在近处，就很难得到纯粹的幼苗，这样 看来，它们是大量自然进行杂交的。在许多其他事例里，自花受精就很不便 利，它们有特别的装置，能够有效地阻止柱头接受自花的花粉，根据斯普伦格 尔和别人的著作以及我自己的观察，我可以阐明这一点：例如，亮毛半边莲确 有很美丽而精巧的装置，能够把花中相连的花粉囊里的无数花粉粒，在本花柱 头还不能接受它们之前，全部扫除出去；因为从来没有昆虫来访这种花，至少 在我的花园中是如此，所以它从不结籽。然而我把一花的花粉放在另一花的柱 头上却能结籽，并由此培育成许多幼苗。我的花园中还有另一种半边莲，却有 蜂来访问，它们就能够自由结籽。在很多其他场合里，虽然没有其他特别的机 械装置，以阻止柱头接受同一朵花的花粉，然而如斯普伦格尔以及希尔德布兰 德（Hi l debrand）和其他人最近指出的，和我所能证实的：花粉囊在柱头能 受精以前便已裂开，或者柱头在花粉未成熟以前已经成熟，所以这些叫做两蕊 异熟的植物（di chogamous pl ants），事实上是雌雄分化的，并且它们一 定经常地进行杂交。上述二形性和三形性交替植物的情形与此相同。这些事实 是何等奇异啊！同一花中的花粉位置和柱头位置是如此接近，好像专门为了自 花受精似的，但在许多情形中，彼此并无用处，这又是何等奇异啊！如果我们 用这种观点，即不同个体的偶然杂交是有利的或必需的，来解释此等事实，是 何等简单啊！ 假如让甘蓝、萝卜、洋葱以及其他一些植物的几个变种在相互接近的地方进行 结籽，那末由此培育出来的大多数实生苗，我发现都是杂种：例如，我把几个 甘蓝的变种栽培在一起，由此培育出 233 株实生苗，其中只有 78 株纯粹地保 持了这一种类的性状，甚至在这 78 株中还有若干不是完全纯粹的。然而每一 甘蓝花的雌蕊不但被自己的六个雄蕊所围绕，同时还被同株植物上的许多花的 雄蕊所围绕；没有昆虫的助力各花的花粉也会容易地落在自己的住头上；因为 我曾发现，如果把花仔细保护起来，与昆虫隔离，它们也能结充分数量的籽。 然而这许多变为杂种的幼苗是从哪里来的呢？这必定因为不同变种的花粉在作 用上比自己的花粉更占优势的缘故；这是同种的不同个体互相杂交能够产生良 好结果的一般法则的要素。如果不同的物种进行杂交，其情形正相反，因为这 时植物自己的花粉几乎往往要比外来的花粉占优势；关于这一问题，我们在以 后一章里还要讲到。 在一株大树满开无数花的情况下，我们可以反对他说，花粉很少能从这株树传 送到那株树，充其量只能在同一株树上从这朵花传送到那朵花而已；而且在一 株树上的花，只有从狭义来说，才可被认为是不同的个体。我相信这种反对是 恰当的，但是自然对于这事已大大地有所准备，它给予树以一种强烈的倾向， 使它们生有雌雄分化的花。当雌雄分化了，虽然雄花和雌花仍然生在一株树 上，可是花粉必须按时从这花传到那花；这样花粉就有偶然从这树被传送到他 树的较为良好的机会。属于一切“ 目” （Orders）的树，在雌雄分化上较其 他植物更为常见，我在英国所看到的情形就是这样；根据我的请求，胡克博士 把新西兰的树列成了表，阿萨· 葛雷把美国的树列成了表，其结果都不出我所

料。另一方面，胡克博士告诉我说，这一规律不适用于澳洲；但是如果大多数 的澳洲树木都是两蕊异熟的，那末，其结果就和它们具有雌雄分化的花的情形 是一样的了。我对于树所作的这些简略叙述，仅仅为了引起对这一问题的注意 而已。 现在略为谈谈动物方面：各式各样的陆栖种都是雌雄同体的，例如陆栖的软体 动物和蚯蚓；但它们都需要交配。我还没有发见过一种陆栖动物能够自营受 精，这种显著的事实，提供了与陆栖植物强烈不同的对照，采用偶然杂交是不 可少的这一观点，它就是可以理解的了；因为，由于精子的性质，它不能像植 物那样依靠昆虫或风作媒介，所以陆栖动物如果没有两个个体交配，偶然的杂 交就不能完成。水栖动物中有许多种类是能自营受精的雌雄同体；水的流动显 然可以给它们做偶然杂交的媒介。我同最高权威之一，即赫胥黎教授进行过讨 论，希望能找到一种雌雄同体的动物，它的生殖器官如此完全地封闭在体内， 以致没有通向外界的门径，而且不能接受不同个体的偶然影响，结果就像在花 的场合中那样，我失败了。在这种观点指导之下，我以前长久觉得蔓足类是很 难解释的一例；但是我遇到一个侥幸的机会，我竟能证明它们的两个个体，虽 然都是自营受精的雌雄同体，确也有时进行杂交。无论在动物或者植物里，同 科中甚至同属中的物种，虽然在整个体制上彼此十分一致，却有些是雌雄同体 的，有些是雌雄异体的，这种情形必会使大多数博物学者觉得很奇异。但是如 果一切雌雄同体的生物事实上也偶然杂交，那未它们与雌雄异体的物种之间的 差异，仅从机能上来讲，是很小的。从这几项考察以及从许多我搜集的但不能 在这里举出的一些特别事实看来，动物和植物的两个不同个体间的偶然杂交， 即使不是普遍的、也是极其一般的自然法则。通过自然选择有利于产生新类型 的诸条件 这是一个极为错综的问题。大量的变异（这一名词通常包括个体差异在内）显 然是有利的。个体数量大，如果在一定时期内发生有利变异的机会也较多，即 使每一个体的变异量较少也可得到补偿；所以我相信，个体数量大乃是成功的 高度重要因素。虽然大自然可以给予长久的时间让自然选择进行工作，但大自 然并不能给予无限的时间；因为一切生物都努力在自然组成中夺取位置，任何 一个物种，如果没有随着它的竞争者发生相应程度的变异和改进，便是绝灭。 有利的变异至少由一部分后代所遗传，自然选择才能发挥作用。返祖倾向可能 常常抑制或阻止自然选择的作用；但是这种倾向既不能阻止人类用选择方法来 形成许多家养族，那么它怎么能胜过自然选择而不使它发挥作用呢？ 在有计划选择的情形下，饲养家为了一定的目的进行选择，如果允许个体自由 杂交，他的工作就要完全归于失败，但是，有许多人，即使没有改变品种的意 图，却有一个关于品种的近乎共同的完善标准，所有他们都试图用最优良的动 物繁殖后代，这种无意识的选择，虽然没有把选择下来的个体分离开，肯定也 会缓慢地使品种得到改进。在自然的状况下也是这样；因为在局限的区域内， 其自然机构中还有若干地方未被完全占据，一切向正确方向变异的个体，虽然 其程度有所不同，却都可以被保存下来。但如果地区辽阔，其中的几个区域几 乎必然要呈现不同的生活条件：如果同一个物种在不同区域内发生了变异，那 末这些新形成的变种就要在各个区域的边界上进行杂交。我们在第六章里将阐 明，生活在中间区域的中间变种，在长久期间内通常会被邻近的诸变种之一所

代替。凡是每次生育必须交配的、游动性很大的而且繁育不十分快的动物，特 别会受到杂交的影响。所以具有这种本性的动物，例如鸟，其变种一般仅局限 于隔离的地区内，我看到的情形正是如此。仅仅偶然进行杂交的雌雄同体的动 物，还有每次生育必须交配但很少迁移而增殖甚快的动物，就能在任何一处地 方迅速形成新的和改良的变种，并且常能在那里聚集成群，然后散布开去，所 以这个新变种的个体常会互相交配。根据这一原理，艺园者常常喜欢从大群的 植物中留存种籽，因其杂交的机会由是减少了。 甚至在每次生育必须交配而繁殖不快的动物里，我们也不能认为自由杂交常常 会消除自然选择的效果；因为我可以举出很多的事实来说明，在同一地区内， 同种动物的两个变种，经过长久的时间仍然区别分明，这是由于栖息的地点不 同，由于繁殖的季节微有不同，或者由于每一变种的个体喜欢同各自变种的个 体进行交配的缘故。 使同一物种或同一变种的个体在性状上保持纯粹和一致，杂交在自然界中起着 很重要的作用。对于每次生育必须交配的动物，这等作用显然更为有效；但是 前面已经说过，我们有理由相信，一切动物和植物都会偶然地进行杂交。即使 只在间隔一个长时间后才进行一次杂交，这样生下来的幼体在强壮和能育性方 面都远胜于长期连续自营受精生下来的后代，因而它们就会有更好的生存并繁 殖其种类的机会；这样，即使间隔的时期很长，杂交的影响归根到底还是很大 的。至于极低等的生物，它们不营有性生殖，也不行接合，根本不可能杂交， 它们在同一生活条件下，只有通过遗传的原理以及通过自然选择，把那些离开 固有模式的个体消灭掉，才能使性状保持一致。如果生活条件改变了，类型也 发生变异了，那未只有依靠自然选择对于相似的有利变异的保存，变异了的后 代才能获得性状的一致性。 隔离，在自然选择所引起的物种变异中，也是一种重要的因素。在一个局限的 或者隔离的地区内，如果其范围不十分大，则有机的和无机的生活条件一般几 乎是一致的；所以自然选择就趋向于使同种的一切个体按照同样方式进行变 异，而与周围地区内生物的杂交也会由此受到阻止，瓦格纳（Mori tz Wagner）最近曾发表过一篇关于这个问题的有趣论文，他指出，隔离在阻止新 形成的变种间的杂交方面所起的作用，甚至比我设想的还要大。但是根据上述 理由，我决不能同意这位博物学者所说的迁徙和隔离是形成新种的必要因素。 当气候、陆地高度等外界条件发生了物理变化之后，隔离在阻止那些适应性较 好的生物的移入方面，同样有很大重要性；因此这一区域的自然组成里的新场 所就空出来了，并且由于旧有生物的变异而被填充起来。最后，隔离能为新变 种的缓慢改进提供时间；这一点有时是非常重要的。但是，如果隔离的地区很 小，或者周围有障碍物，或者物理条件很特别，生物的总数就会很小；这样， 有利变异发生的机会便会减少，因而通过自然选择产生新种就要受到阻碍。 只是时间推移的本身并没有什么作用，这既不有利于自然选择，也不妨害它。 我要说明这一点的原因，是因为有人误认为我曾假定时间这一因素在改变物种 上有最重要的作用，好像一切生物类型由于某些内在法则必然要发生变化似 的。时间的重要只在于：它使有利变异的发生、选择、累积和固定，有较好的 机会，在这方面它的重要性是很大的。同样地，它也能增强物理的生活条件对 于各生物体质的直接作用。

如果我们转向自然界来验证这等说明是否正确，并且我们所观察的只是任何一 处被隔离的小区域，例如海洋岛，虽然生活在那里的物种数目很少，如我们在 《地理分布》一章中所要讲到的；但是这些物种的极大部分是本地所专有的— —就是说，它们仅仅产生在那里，而是世界别处所没有的。所以最初一看，好 像海洋岛对于产生新种是大有利的。但这样我们可能欺骗了自己，因为我们如 果要确定究竟是一个隔离的小地区，还是一个开放的大地区如一片大陆，最有 利于产生生物新类型，我们就应当在相等的时间内来作比较；然而这是我们不 可能做到的。 虽然隔离对于新种的产生极为重要，但从全面看来，我都倾向于相信区域的广 大更为重要，特别是在产生能够经历长久时间的而且能够广为分布的物种尤其 如此。在广大而开放的地区内，不仅因为那里可以维持同种的大量个体生存， 因而使发生有利变异有较好的机会，而且因为那里已经有许多物种存在，因而 外界条件极其复杂；如果在这许多物种中有些已经变异或改进了，那么其他物 种势必也要相应程度地来改进，否则就要被消灭。每一新类型，当它们得到大 大的改进以后，就会向开放的、相连的地区扩展，因而就会与许多其他类型发 生斗争。还有，广大的地区，虽然现在是连续的，却因为以前地面的变动，往 往呈现着不连接状态；所以隔离的优良效果，在某种范围内一般是曾经发生 的。最后，我可总结，虽然小的隔离地区在某些方面对于新种的产生是高度有 利的，然而变异的过程一般在大地区内要快得多，并且更重要的是，在大地区 内产生出来的而且已经战胜过许多竞争者的新类型，是那些分布得最广远而且 产生出最多新变种和物种的类型。因此它们在生物界的变迁史中便占有比较重 要的位置。 根据这种观点，我们对于在《地理分布》一章里还要讲到的某些事实，大概就 可以理解了；例如，较小的大陆，如澳洲，它的生物，现在和较大的欧亚区域 的生物比较起来，是有逊色的。这样正是大陆的生物，在各处岛屿上到处归 化。在小岛上，生活竞争比较不剧烈，那里的变异较少，绝灭的情形也较少。 因此，我们可以理解，为什么马得拉的植物区系，据 O。希尔（Oswal d Heer）说，在一定程度上很像欧洲的已经灭亡的第三纪植物区系。一切淡水盆 地，总的来说，与海洋或陆地相比较，只是一个小小的地区。结果，淡水生物 间的斗争也不像在他处那样剧烈；于是，新类型的产生就较缓慢，而且旧类型 的灭亡也要缓慢些。硬鳞鱼类（Ganoi d fi shes）以前是一个占有优势的 目，我们在淡水盆地还可以找到它遗留下来的七个属；并且在淡水里我们 还 能 找 到 现 在 世 界 上 几 种 形 状 最 奇 怪 的 动 物 ， 如 鸭 嘴 兽 （Orni thorhynchus）和肺鱼（Lepi dosi ren），它们像化石那样，与现今在 自然等级上相离很远的一些目多少相联系着。这种形状奇怪的动物可以叫做活 化石；由于它们居住在局限的地区内，并且由于变异较少，因而斗争也较不剧 烈，所以它们能够一直存留到今天。 就这极复杂的问题所许可的范围内，现在对通过自然选择产生新种的有利条件 和不利条件总起来说一说。我的结论是，对陆栖生物来说，地面经过多次变动 的广大地区，最有利于产生许多新生物类型，它们既适于长期的生存，也适于 广泛的分布。如果那地区是一片大陆，生物的种类和个体都会很多，因而就要 陷入严厉的斗争。如果地面下陷，变为分离的大岛，每个岛上还会有许多同种

的个体生存着；在各个新种分布的边界上的杂交就要受到抑制；在任何种类的 物理变化之后，迁入也要受到妨碍，所以每一岛上的自然组成中的新场所，势 必由于旧有生物的变异而被填充；时间也能允许各岛上的变种充分地变异和改 进。如果地面又升高，再变为大陆，那里就会再发生剧烈的斗争；最有利的或 最改进的变种，就能够分布开去，改进较少的类型就会大部绝灭，并且新连接 的大陆上的各种生物的相对比例数便又发生变化；还有，这里又要成为自然选 择的优美的活动场所，更进一步地来改进生物而产生出新种来。 我充分承认，自然选择的作用一般是极其缓慢的。只有在一个区域的自然组成 中还留有一些地位，可以由现存生物在变异后而较好地占有，这时自然选择才 能发生作用。这种地位的出现常决定于物理变化，这种变化一般是很缓慢的。 此外还决定于较好适应的类型的迁入受到阻止。少数旧有生物一发生变异，其 他生物的互相关系就常被打乱；这就会创造出新的地位，有待适应较好的类型 填充进去；但这一切进行得极其缓慢。虽然同种的一切个体在某种微小程度上 互有差异，但是要使生物体制的各部分发生适宜的变化，则常需很长时间。这 种结果又往往受到自由杂交所显著延滞。许多人会说这数种原因已足够抵消自 然选择的力量了。我不相信会如此。但我确相信自然选择的作用一般是极其缓 慢的，须经过长久的时间，并且只能作用于同一地方的少数生物。我进一步相 信此等缓慢的、断续的结果，和地质学告诉我们的这世界生物变化的速度和方 式很相符合。 选择的过程虽然是缓慢的，如果力量薄弱的人类尚能在人工选择方面多有作 为，那末，在很长的时间里，通过自然力量的选择，即通过最适者的生存，我 觉得生物的变异量是没有止境的，一切生物彼此之间以及与它们的物理的生活 条件之间互相适应的美妙而复杂的关系，也是没有止境的。 因自然选择而绝灭 在《地质学》的一章里还要详细讨论这一问题；但因为它和自然选择有密切的 关系，所以这里必须谈到它。自然选择的作用全在于保存在某些方面有利的变 异，随之引起它们的存续。由于一切生物都按照几何比率高速度地增加，所以 每一地区都已充满了生物；于是，有利的类型在数目上增加了，所以使得较不 利的类型常常在数目上减少而变得稀少了。地质学告诉我们说，稀少就是绝灭 的预告。我们知道只剩下少数个体的任何类型，遇到季候性质的大变动，或者 其敌害数目的暂时增多，就很有可能完全绝灭。我们可以进一步地说，新类型 既产生出来了，除非我们承认具有物种性质的类型可以无限增加，那末许多老 类型势必绝灭。地质学明白告诉我们说，具有物种性质的类型的数目并没有无 限增加过；我们现在试行说明，为什么全世界的物种数目没有无限增加。 我们已经看到个体数目最多的物种，在任何一定期间内，有产生有利变异的最 好机会。关于这一点我们已经得到证明，第二章所讲的事实指出，普通的、广 布的即占优势的物种，拥有见于记载的变种最多。所以个体数目稀少的物种在 任何一定期间内的变异或改进都是迟缓的；结果，在生存斗争中，它们就要遭 遇到普通物种的已经变异了的和改进了的后代的打击。 根据这些论点，我想，必然会有如下的结果：新物种在时间的推移中通过自然 选择被形成了，其他物种就会越来越稀少，而终至绝灭。那些同正在进行变异

和改进中的类型斗争最激烈的，当然牺牲最大。我们在《生存斗争）一章里已 经看到，密切近似的类型，——即同种的一些变种，以及同属或近属的一些物 种，——由于具有近乎相同的构造、体质、习性，一般彼此进行斗争也最剧 烈；结果，每一新变种或新种在形成的过程中，一般对于和它最接近的那些近 亲的压迫也最强烈，并且还有消灭它们的倾向。我们在家养生物里，通过人类 对于改良类型的选择，也可看到同样的消灭过程。我们可以举出许多奇异的例 子，表明牛、绵羊以及其他动物的新品种，花卉的变种，是何等迅速地代替了 那些古老的和低劣的种类。在约克郡，我们从历史中可以知道，古代的黑牛被 长角牛所代替，长角牛“ 又被短角牛所扫除，好像被某种残酷的瘟疫所扫除一 样” （我引用一位农业作者的话）。 性状的分歧 我用这个术语所表示的原理是极其重要的，我相信可以用它来解释若干重要的 事实。第一，各个变种，即使是特征显著的那些变种，虽然多少带有物种的性 质，——如在许多场合里，对于它们如何加以分类，常是难解的疑问——肯定 的，它们彼此之间的差异，远比那些纯粹而明确的物种之间的差异为小。按照 我的观点，变种是在形成过程中的物种，即曾被我称为初期的物种。变种间的 较小差异怎样扩大为物种间的较大差异呢？这一过程经常发生，我们可以从下 列事实推论出这一点：在自然界里，无数的物种都呈现着显著的差异，而变种 ——这未来的显著物种的假想原型和亲体——却呈现着微细的和不甚明确的差 异。仅仅是偶然（我们可以这样叫它）或者可能致使一个变种在某些性状上与 亲体有所差异，以后这一变种的后代在同一性状上又与它的亲体有更大程度的 差异；但是仅此一点，决不能说明同属异种问所表现的差异何以如此常见和巨 大。 我的实践一向是从家养生物那里去探索此事的说明。在这里我们会看到相似的 情形。必须承认，如此相异的族，如短角牛和赫里福德牛，赛跑马和驾车马， 以及若干鸽的品种等等，决不是在许多连续的世代里，只由相似变异的偶然累 积而产生的。在实践中，例如，一个具有稍微短喙的鸽子引起了一个养鸽者的 注意；而另一个具有略长喙的鸽子却引起了另一个养鸽者的注意；在“ 养鸽者 不要也不喜欢中间标准，只喜欢极端类型” 这一熟知的原则下，他们就都选择 和养育那些喙愈来愈长的、或愈来愈短的鸽子（翻飞鸽的亚品种实际就是这样 产生的）。还有，我们可以设想，在历史的早期，一个民族或一个区域里的人 们需要快捷的马，而别处的人却需要强壮的和粗笨的马。最初的差异可能是极 微细的；但是随着时间的推移，一方面连续选择快捷的马，另一方面却连续选 择强壮的马，差异就要增大起来，因而便会形成两个亚品种。最后，经过若干 世纪，这些亚品种就变为稳定的和不同的品种了。等到差异已大，具有中间性 状的劣等马，即不甚炔捷也不甚强壮的马，将不会用来育种，从此就逐渐被消 灭了。这样，我们从人类的产物中看到了所谓分歧原理的作用，它引起了差 异，最初仅仅是微小的，后来逐渐增大，于是品种之间及其与共同亲体之间， 在性状上便有所分歧了。 但是可能要问，怎样才能把类似的原理应用于自然界呢？我相信能够应用而且 应用得很有效（虽然我许久以后才知道怎样应用），因为简单他说，任何一个 物种的后代，如果在构造、体质、习性上愈分歧，那末它在自然组成中，就愈

能占有各种不同的地方，而且它们在数量上也就愈能够增多。在习性简单的动 物里，我们可以清楚地看到这种情形。以食肉的四足兽为例，它们在任何能够 维持生活的地方，早已达到饱合的平均数。如果允许它的数量自然增加的话 （在这个区域的条件没有任何变化的情形下），它只有依靠变异的后代去取得 其他动物目前所占据的地方，才能成功地增加它们的数量：例如，它们当中有 些变为能吃新种类的猎物，无论死的或活的；有些能住在新地方，爬树、涉 水，并且有些或者可以减少它们的肉食习性。食肉动物的后代，在习性和构造 方面变得愈分歧，它们所能占据的地方就愈多。能应用于一种动物的原理，也 能应用于一切时间内的一切动物，——这就是说如果它们发生变异的话，—— 如果不发生变异，自然选择便不能发生任何作用。关于植物，也是如此。试验 证明，如果在一块土地上仅播种一个草种，同时在另一块相像的土地上播种若 干不同属的草种，那末在后一块土地上就比在前一块土地上能够生长更多的植 物，收获更大重量的干草。如在两块同样大小的土地上，一块播种一个小麦变 种，另一块混杂地播种几个小麦变种，也会发生同样的情形。所以，如果任何 一个草种正在继续进行着变异，并且如果各变种被连续选择着，则它们将像异 种和异属的草那样地彼此相区别，虽然区别程度很小，那末这个物种的大多数 个体，包括它的变异了的后代在内，就能成功地在同一块土地上生活。我们知 道每一物种和每一变种的草每年都要散播无数种籽；可以这样说，它们都在竭 力来增加数量。结果，在数千代以后，任何一个草种的最显著的变种都会有成 功的以及增加数量的最好机会，这样就能排斥那些较不显著的变种；变种到了 彼此截然分明的时候，便取得物种的等级了。 构造的巨大分歧性，可以维持最大量生物生活，这一原理的正确性已在许多自 然情况下看到。在一块极小的地区内，特别是对于自由迁入开放时，个体与个 体之间的斗争必定是极其剧烈的，在那里我们总是可以看到生物的巨大分歧 性。例如，我看见有一片草地，其面积为三英尺乘四英尺，许多年来都暴露在 完全同样的条件下，在它上面生长着二十个物种的植物，属于十八个属和八个 目，可见这些植物彼此的差异是何等巨大。在情况一致的小岛上，植物和昆虫 也是这样的；淡水池塘中的情形亦复如此。农民们知道，用极不同“ 目” 的 植物进行轮种，可以收获更多的粮食：自然界中所进行的可以叫做同时的轮 种。密集地生活在任何一片小土地上的动物和植物，大多数都能够在那里生活 （假定这片土地没有任何特别的性质），可以说，它们都百倍竭力地在那里生 活；但是，可以看到，在斗争最尖锐的地方，构造的分歧性的利益，以及与其 相随伴的习性和体质的差异的利益，按照一般规律，决定了彼此争夺得最厉害 的生物，是那些属于我们叫做异属和异“ 目” 的生物。 同样的原理，在植物通过人类的作用在异地归化这一方面，也可以看到。有人 可能这样料想，在任何一块土地上能够变为归化的植物，一般都是那些和土著 植物在亲缘上密切接近的种类；因为土著植物普通被看作是特别创造出来而适 应于本土的。或者还有人会这样料想，归化的植物大概只属于少数类群，它们 特别适应新乡土的一定地点。但实际情形却很不同；得康多尔在他的可称赞的 伟大著作里曾明白说过，归化的植物，如与土著的属和物种的数目相比，则其 新属要远比新种为多。举一个例子来说明，在阿萨· 格雷博士的《美国北部植 物志》的最后一版里，曾举出 260 种归化的植物，属于 162 属。由此我们可以 看出这些归化的植物具有高度分歧的性质。还有，它们与土著植物大不相同，

因为在 162 个归化的属中，非土生的不下 100 个属，这样，现今生存于美国的 属，就大大增加了。 对于在任何地区内与土著生物进行斗争而获得胜利的并且在那里归化了的植物 或动物的本性加以考察，我们就可以大体认识到，某些土著生物必须怎样发生 变异，才能胜过它们的同住者；我们至少可以推论出，构造的分歧化达到新属 差异的，是于它们有利的。 事实上，同一地方生物的构造分歧所产生的利益，与一个个体各器官的生理分 工所产生的利益是相同的——米尔恩· 爱德华兹（Mil ne Edwards）已经详 细讨论过这一问题了。没有一个生理学家会怀疑专门消化植物性物质的胃，或 专门消化肉类的胃，能够从这些物质中吸收最多的养料。所以在任何一块土地 的一般系统中，动物和植物对于不同生活习性的分歧愈广阔和愈完善，则能够 生活在那里的个体数量就愈大。一组体制很少分歧的动物很难与一组构造更完 全分歧的动物相竞争。例如，澳洲各类的有袋动物可以分成若干群，但彼此差 异不大，正如沃特豪斯先生（Mr．Water-house）及别人所指出的，它们隐约代 表着食肉的、反刍的、啮齿的哺乳类，但它们是否能够成功地与这些发育良好 的目相竞争，是可疑的。在澳洲的哺乳动物里，我们看到分歧过程还在早期的 和不完全的发展阶段中。 自然选择通过性状的分歧和绝灭，对一个 共同祖先的后代可能发生的作用 根据上面极压缩的讨论，我们可以假定，任何一个物种的后代，在构造上愈分 歧，便愈能成功，并且愈能侵入其他生物所占据的地方。现在让我们看一看， 从性状分歧得到这种利益的原理，与自然选择的原理和绝灭的原理结合起来之 后，能起怎样的作用。 本书所附的一张图表，能够帮助我们来理解这个比较复杂的问题。以 A 到 L 代表这一地方的一个大属的诸物种；假定它们的相似程度并不相等，正如自然 界中的一般情形那样，也如图表里用不同距离的字母所表示的那样。我说的是 一个大属，因为在第二章已经说过，在大属里比在小属里平均有更多的物种发 生变异；并且大属里发生变异的物种有更多数目的变种。我们还可看到，最普 通的和分布最广的物种，比罕见的和分布狭小的物种更多变异。假定 A 是普通 的、分布广的、变异的物种，并且这个物种属于本地的一个大属。从 A 发出的 不等长的、分歧散开的虚线代表它的变异的后代。假定此等变异极其微细，但 其性质极分歧；假定它们不同时发生，而常常间隔一个长时间才发生；并且假 定它们在发生以后能存在多久也各不相等。只有那些具有某些利益的变异才会 被保存下来，或自然地被选择下来。这里由性状分歧能够得到利益的原理的重 要性便出现了；因为，一般地这就会引致最差异的或最分歧的变异（由外侧虚 线表示）受到自然选择的保存和累积。当一条虚线遇到一条横线，在那里就用 一小数目字标出，那是假定变异的数量已得到充分的积累，因而形成一个很显 著的并在分类工作上被认为有记载价值的变种。 图表中横线之间的距离，代表一千或一千以上的世代。一千代以后，假定物种 （A）产生了两个很显著的变种，名为 a1 和 m1。这两个变种所处的条件一般还

和它们的亲代发生变异时所处的条件相同，而且变异性本身是遗传的；结果它 们便同样地具有变异的倾向，并且普通差不多像它们亲代那样地发生变异。还 有，这两个变种，只是轻微变异了的类型，所以倾向于遗传亲代（A）的优点， 这些优点使其亲代比本地生物在数量上更为繁盛；它们还遗传亲种所隶属的那 一属的更为一般的优点，这些优点使这个属在它自己的地区内成为一个大属。 所有这些条件对于新变种的产生都是有利的。 这时，如果这两个变种仍能变异，那末它们变异的最大分歧在此后的一千代 中，一般都会被保存下来。经过这段期间后，假定在图表中的变种 a1 产生了变 种 a2，根据分歧的原理，a2 和（A）之间的差异要比 a1 和（A）之间的差异为 大。假定 m1 产生两个变种，即 m2 和 s2，彼此不同，而和它们的共同亲代（A） 之间的差异更大。我们可以用同样的步骤把这一过程延长到任何久远的期间； 有些变种，在每一千代之后，只产生一个变种，但在变异愈来愈大的条件下， 有些会产生两个或三个变种，并且有些不能产生变种。因此变种，即共同亲代 （A）的变异了的后代，一般会继续增加它们的数量，并且继续在性状上进行分 歧。在图表中，这个过程表示到一万代为止，在压缩和简单化的形式下，则到 一万四千代为止。 但我在这里必须说明：我并非假定这种过程会像图表中那样有规则地进行（虽 然图表本身已多少有些不规则性），它的进行不是很规则的，而且也不是连续 的，而更可能的是：每一类型在一个长时期内保持不变，然后才又发生变异。 我也没有假定，最分歧的变种必然会被保存下来：一个中间类型也许能够长期 存续，或者可能、也许不可能产生一个以上的变异了的后代；因为自然选择常 常按照未被其他生物占据的或未被完全占据的地位的性质而发生作用；而这一 点又依无限复杂的关系来决定。但是，按照一般的规律，任何一个物种的后 代，在构造上愈分歧，愈能占据更多的地方，并且它们的变异了的后代也愈能 增加。在我们的图表里，系统线在有规则的间隔内中断了，在那里标以小写数 目字，小写数目字标志着连续的类型，这些类型已充分变得不同，足可以被列 为变种。但这样的中断是想像的，可以插入任何地方，只要间隔的长度允许相 当分歧变异量得以积累，就能这样。 因为从一个普通的、分布广的、属于一个大属的物种产生出来的一切变异了的 后代，常常会共同承继那些使亲代在生活中得以成功的优点，所以一般地它们 既能增多数量，也能在性状上进行分歧：这在图表中由（A）分出的数条虚线表 示出来了。从（A）产生的变异了的后代，以及系统线上更高度改进的分枝，往 往会占据较早的和改进较少的分枝的地位，因而把它们毁灭；这在图表中由几 条较低的没有达到上面横线的分枝来表明。在某些情形里，无疑地，变异过程 只限于一枝系统线，这样，虽然分歧变异在量上扩大了，但变异了的后代在数 量上并未增加。如果把图表里从（A）出发的各线都去掉，只留 a1 到 a10 的那一 支，便可表示出这种情形。英国的赛跑马和英国的向导狗与此相似，它们的性 状显然从原种缓慢地分歧，既没有分出任何新枝，也没有分出任何新族。 经过一万代后，假定（A）种产生了 a10、f10 和 m10 三个类型，由于它们经过历 代性状的分歧，相互之间及与共同祖代之间的区别将会很大，但可能并不相 等。如果我们假定图表中两条横线间的变化量极其微小，那末这三个类型也许 还只是十分显著的变种；但我们只要假定这变化过程在步骤上较多或在量上较

大，就可以把这三个类型变为可疑的物种或者至少变为明确的物种。因此，这 张图表表明了由区别变种的较小差异，升至区别物种的较大差异的各个步骤。 把同样过程延续更多世代（如压缩了的和简化了的图表所示），我们便得到了 八个物种，系用小写字母 a14 到 m14 所表示，所有这些物种都是从（A）传衍下 来的。因而如我所相信的，物种增多了，属便形成了。在大属里，发生变异的 物种大概总在一个以上。在图表里，我假定第二个物种（Ⅰ）以相似的步骤， 经过一万世代以后，产生了两个显著的变种或是两个物种（w10 和 z10），它们 究系变种或是物种，要根据横线间所表示的假定变化量来决定。一万四千世代 后，假定六个新物种 n14 到 z14 产生了。在任何一个属里，性状己彼此很不相同 的物种，一般会产生出最大数量的变异了的后代：因为它们在自然组成中拥有 最好的机会来占有新的和广泛不同的地方：所以在图表里，我选取极端物种 （A）与近极端物种（Ⅰ），作为变异最大的和已经产生了新变种和新物种的物 种。原属里的其他九个物种（用大写字母表示的），在长久的但不相等的时期 内，可能继续传下不变化的后代；这在图表里是用不等长的向上虚线来表示 的。 但在变异过程中，如图表中所表示的那样，另一原理，即绝灭的原理，也起重 要的作用。因为在每一处充满生物的地方，自然选择的作用必然在于选取那些 在生活斗争中比其他类型更为有利的类型，任何一个物种的改进了的后代经常 有一种倾向：在系统的每一阶段中，把它们的先驱者以及它们的原始祖代驱逐 出去和消灭掉。必须记住，在习性、体质和构造方面彼此最相近的那些类型之 间，斗争一般最为剧烈。因此，介于较早的和较晚的状态之间的中间类型（即 介于同种中改进较少的和改良较多的状态之间的中间类型）以及原始亲种本 身，一般都有绝灭的倾向。系统线上许多整个的旁枝会这样绝灭，它们被后来 的和改进了的枝系所战胜。但是，如果一个物种的变异了的后代进入了某一不 同的地区，或者很快地适应于一个完全新的地方，在那里，后代与祖代间就不 进行斗争，二者就都可以继续生存下去。假定我们的图表所表示的变异量相当 大，则物种（A）及一切较早的变种皆归灭亡，而被八个新物种（a14 到 m14 所代 替；并且物种（Ⅰ）将被六个新物种（n14 到 z14）所代替。 我们还可以再做进一步论述。假定该属的那些原种彼此相似的程度并不相等， 自然界中的情况一般就是如此；物种（A）和 B、C 及 D 的关系比和其他物种的 关系较近；物种（Ⅰ）和 G、H、K、L 的关系比和其他物种的关系较近。又假 定（A）和（Ⅰ）都是很普通而且分布很广的物种，所以它们本来一定就比同属 中的大多数其他物种占有若干优势。它们的变异了的后代，在一万四千世代时 共有十四个物种，它们遗传了一部分同样的优点：它们在系统的每一阶段中还 以种种不同的方式进行变异和改进，这样便在它们居住的地区的自然组成中， 变得适应了许多和它们有关的地位。因此，它们极有可能，不但会取得亲种 （A）和（Ⅰ）的地位而把它们消灭掉，而且还会消灭某些与亲种最接近的原 种。所以，能够传到第一万四千世代的原种是极其稀少的。我们可以假定与其 他九个原种关系最疏远的两个物种（E 与 F）中只有一个物种（F），可以把它 们的后代传到这一系统的最后阶段。 在我们的图表里，从十一个原种传下来的新物种数目现在是十五。由于自然选 择造成分歧的倾向，a14 与 z14 之间在性状方面的极端差异量远比十一个原种之

间的最大差异量为大。还有，新种间的亲缘的远近也很不相同。从（A）传下来 的八个后代中，a14、q14、p14 三者，由于都是新近从 a10 分出来的，亲缘比较相 近；b14 和 f14 系在较早的时期从 a5 分出来的，故与上述三个物种在某种程度上 有所差别；最后 o14、i 14、m14 彼此在亲缘上是相近的，但是因为在变异过程 的开端时期便有了分歧，所以与前面的五个物种大有差别，它们可以成为一个 亚属或者成为一个明确的属。 从（Ⅰ）传下来的六个后代将形成为两个亚属或两个属。但是因为原种（Ⅰ） 与（A）大不相同， （Ⅰ）在原属里差不多站在一个极端，所以从（Ⅰ）分 出来的六个后代，只是由于遗传的缘故，就与从（A）分出来的八个后代大不相 同；还有，我们假定这两组生物是向不同的方向继续分歧的。而连接在原种 （A）和（Ⅰ）之间的中间种（这是一个很重要的论点），除去（F），也完全 绝灭了，并且没有遗留下后代。因此，从（Ⅰ）传下来的六个新种，以及从 （A）传下来的八个新种，势必被列为很不同的属，甚至可以被列为不同的亚 科。 所以，我相信，两个或两个以上的属，是经过变异传衍，从同一属中两个或两 个以上的物种产生的。这两个或两个以上的亲种又可以假定是从早期一属里某 一物种传下来的。在我们的图表里，是用大写字母下方的虚线来表示的，其分 枝向下收敛，趋集一点；这一点代表一个物种，它就是几个新亚属或几个属的 假定祖先。新物种 F14 的性状值得稍加考虑，它的性状假定未曾大事分歧，仍 然保存（F）的体型，没有什么改变或仅稍有改变。在这种情形里，它和其他十 四个新种的亲缘关系，乃有奇特而疏远的性质。因为它系从现在假定已经灭亡 而不为人所知的（A）和（Ⅰ）两个亲种之间的类型传下来的，那末它的性状大 概在某种程度上介于这两个物种所传下来的两群后代之间。但这两群的性状已 经和它们的亲种类型有了分歧，所以，新物种（F14）并不直接介于亲种之间， 而是介于两群的亲种类型之间；每一个博物学者大概都能想到这种情形。 在这张图表里，各条横线都假定代表一千代，但它们也可以代表一百万或更多 代；它还可以代表包含有绝灭生物遗骸的地壳的连续地层的一部分。我们在 《地质学》一章里，还必须要讨论这一问题，并且，我想，在那时我们将会看 到这张图表对绝灭生物的亲缘关系会有所启示，——这些生物虽然常与现今生 存的生物属于同目、同科、或同属，但是常常在性状上多少介于现今生存的各 群生物之间；我们是能够理解这种事实的，因为绝灭的物种系生存在各个不同 的辽远时代，那时系统线上的分枝线还只有较小的分歧。我看没有理由把现在 所解说的变异过程，只限于属的形成。在图表中，如果我们假定分歧虚线上的 各个连续的群所代表的变异量是巨大的，那末标着 a14 到 p14、b14 和 f14、以及 o14、到 m14 的类型，将形成三个极不相同的属。我们还会有从（Ⅰ）传下来的 两个极不相同的属，它们与（A）的后代大不相同。该属的两个群，按照图表所 表示的分歧变异量，形成了两个不同的科，或不同的目。这两个新科或新目， 是从原属的两个物种传下来的，而这两个物种又假定是从某些更古老的和不为 人所知的类型传下来的。 我们已经看到，在各地，最常常出现变种即初期物种的，是较大属的物种。这 确实是可以被预料到的一种情形；因为自然选择是通过一种类型在生存斗争中 比其他类型占有优势而起作用的，它主要作用于那些已经具有某种优势的类

型；而任何一个群之成为大群，就表明它的物种从共同祖先那里遗传了一些共 通的优点。因此，产生新的、变异了的后代的斗争，主要发生在努力增加数目 的一切大群之间。一个大群将慢慢战胜另一个大群，使它的数量减少，这样就 使它继续变异和改进的机会减少。在同一个大群里，后起的和更高度完善的亚 群，由于在自然组成中分歧出来并且占有许多新的地位，就经常有一种倾向， 来排挤和消灭较早的、改进较少的亚群。小的和衰弱的群及亚群终归灭亡。瞻 望未来，我们可以预言：现在巨大的而且胜利的、以及最少被击破的、即最少 受到绝灭之祸的生物群，将能在一个很长时期内继续增加。但是哪几个群能够 得到最后的胜利，却无人能够预言；因为我们知道有许多群从前曾是极发达 的，但现在都绝灭了。瞻望更远的未来，我们还可预言：由于较大群继续不断 地增多，大量的较小群终要趋于绝灭，而且不会留下变异了的后代；结果，生 活在任何一个时期内的物种，能把后代传到遥远未来的只是极少数。我在《分 类》一章里还要讨论这一问题，但我可以在这里再谈一谈，按照这种观点，由 于只有极少数较古远的物种能把后代传到今日，而且由于同一物种的一切后代 形成为一个纲，于是我们就能理解，为什么在动物界和植物界的每一主要大类 里，现今存在的纲是如此之少。虽然极古远的物种只有少数留下变异了的后 代，但在过去遥远的地质时代里，地球上也有许多属、科、目及纲的物种分布 着，其繁盛差不多就和今天一样。 论生物体制倾向进步的程度 “ 自然选择” 的作用完全在于保存和累积各种变异，这等变异对于每一生 物，在其一切生活期内所处的有机和无机条件下都是有利的。这最后的结果 是，各种生物对其外界条件的关系日益改进。这种改进必然会招致全世界大多 数生物的体制逐渐进步。但我们在这里遇到了一个极复杂的问题，因为，什么 叫做体制的进步，在博物学者间还没有一个满意的界说。在脊椎动物里，智慧 的程度以及构造的接近人类，显然就表示了它们的进步。可以这样设想，从胚 胎发育到成熟，各部分和各器官所经过的变化量的大小，似乎可以作为比较的 标准，然而有些情形，例如，某些寄生的甲壳动物，它的若干部分的构造在成 长后反而变得不完全，所以，这种成熟的动物不能说比它的幼虫更为高等。冯 贝尔（Von Baer）所定的标准似乎可应用得最广而且也最好，这个标准是指 同一生物的各部分的分化量，——这里我应当附带说明一句，是指成体状态而 言——以及它们的不同机能的专业化程度；也就是米尔恩· 爱德华所说的生理 分工的完全程度。但是，假如我们观察一下，例如鱼类就可以知道这个问题是 何等的晦涩不明了；有些博物学者把其中最接近两栖类的，如沙鱼，列为最高 等，同时，还有一些博物学者把普通的硬骨鱼列为最高等，因为它们最严格地 呈现鱼形并和其他脊椎纲的动物最不相像。在植物方面，我们还可以更明确地 看出这个问题的晦涩不明，植物当然完全不包含智慧的标准；在这里，有些植 物学者认为花的每一器官，如萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊充分发育的植物是最高 等；同时，还有一些植物学者，却认为花的几种器官变异极大的而数目减少的 植物是最高等，这种看法大概较为合理。如果我们以成熟生物的几种器官的分 化量和专业化量（这里包括为了智慧目的而发生的脑的进步）作为体制高等的 标准，那么自然选择显然会指向这种标准的：因为所有生物学者都承认器官的 专业化对于生物是有利的，由于专业化可以使机能执行得更好些；因此，向着 专业化进行变异的积累是在自然选择的范围之内的。另一方面，只要记住一切

生物都在竭力进行高速率的增加，并在自然组成中攫取各个未被占据或未被完 全占据的地位，我们就可以知道，自然选择十分可能逐渐使一种生物适合于这 样一种状况，在那里几种器官将会成为多余的或者无用的：在这种情形下，体 制的等级就发生了退化现象。从最远的地质时代到现在，就全体说，生物体制 是否确有进步，在《地质的演替》一章中来讨论将更为方便。 但是可以提出反对意见：如果一切生物，既然在等级上都是这样倾向上升，为 什么全世界还有许多最低等类型依然存在？在每个大的纲里，为什么有一些类 型远比其他类型更为发达？为什么更高度发达的类型，没有到处取代较低等类 型的地位并消灭它们呢？拉马克相信一切生物都内在地和必然地倾向于完善 化，因而他强烈地感到了这个问题是非常难解的，以致他不得不假定新的和简 单的类型可以不断地自然发生。现在科学还没有证明这种信念的正确性，将来 怎么样就不得而知了。根据我们的理论，低等生物的继续存在是不难解释的； 因为自然选择即最适者生存，不一定包含进步性的发展— —自然选择只利用对 于生物在其复杂生活关系中有利的那些变异。那末可以问，高等构造对于一种 浸液小虫（i nfu- sori an ani nal cul e）[4]，以及对于一种肠寄生虫， 甚至对于一种蚯蚓，照我们所能知道的，究有什么利益？如果没有利益，这些 类型便不会通过自然选择有所改进，或者很少有所改进，而且可能保持它们今 日那样的低等状态到无限时期。地质学告诉我们，有些最低等类型，如浸液小 虫和根足虫（rhi zopods），已在极长久的时期中， 差不多保持了今日的状 态。但是，如果假定许多今日生存着的低等类型，大多数自从生命的黎明初期 以来就丝毫没有进步，也是极端轻率的；因为每一个曾经解剖过现今被列为最 低等生物的博物学者们，没有不被它们的确系奇异而美妙的体制所打动。 如果我们看一看一个大群里的各级不同体制，就可以知道同样的论点差不多也 是可以应用的；例如，在脊椎动物中，哺乳动物和鱼类并存；在哺乳动物中， 人类和鸭嘴兽并存；在鱼类中，沙鱼和文昌鱼（Amphi oxus）[5]并存，后一种 动物的构造极其简单，与无脊推动物很接近。但是，哺乳动物和鱼类彼此没有 什么可以竞争的；哺乳动物全纲进步到最高级，或者这一纲的某些成员进步到 最高级，并不会取鱼的地位而代之。生理学家相信，脑必须有热血的灌注才能 高度活动，因此必须进行空气呼吸；所以，温血的哺乳动物如果栖息于水中， 就必须常到水面来呼吸，很不便利。关于鱼类，沙鱼科的鱼不会有取代文昌鱼 的倾向，因为我听弗里茨· 米勒说过，文昌鱼在巴西南部荒芜沙岸旁的唯一伙 伴和竞争者是一种奇异的环虫（annel i d）。哺乳类中三个最低等的目，即有 袋类、贫齿类和啮齿类，在南美洲和大量猴子在同一处地方共存，它们彼此大 概很少冲突。总而言之，全世界生物的体制虽然都进步了，而且现在还在进步 着，但是在等级上将会永远呈现许多不同程度的完善化；因为某些整个纲或者 每一纲中的某些成员的高度进步，完全没有必要使那些不与它们密切竞争的类 群归于绝灭。在某些情形里，我们以后还要看到，体制低等的类型，由于栖息 在局限的或者特别的区域内，还保存到今日，它们在那里遭遇到的竞争较不剧 烈，而且在那里由于它们的成员稀少，阻碍了发生有利变异的机会。 最后，我相信，许多体制低等的类型现在还生存在世界上，是有多种原因的。 在某些情形里，有利性质的变异或个体差异从未发生，因而自然选择不能发生 作用而加以积累。大概在一切情形里，人对于最大可能的发展量，没有足够的

时间。在某些少数情形里，体制起了我们所谓的退化。但主要的原因是在于这 样的事实，即在极简单的生活条件下，高等体制没有用处—— 或者竟会有害 处，因为体制愈纤细，就愈不容易受调节，就愈容易损坏。再来看一下生命的 黎明初期，那时候一切生物的构造，我们可以相信都是极简单的，于是可以 问：身体各部分的进步即分化的第一步骤是怎样发生的呢？赫怕特· 斯潘塞先 生大概会答复说，当简单的单细胞生物一旦由于生长或分裂而成为多细胞的集 合体时，或者附着在任何支持物体的表面时，他的法则“ 任何等级的同型单 位，按照它们和自然力变化的关系，而比例地进行分化” ，就发生作用了。但 是，既没有事实指导我们，只在这一题目上空想，几乎是没有什么用处的。但 是，如果假定，在许多类型产生以前，没有生存竞争因而没有自然选择，就会 陷入错误的境地：生长在隔离地区内的一个单独物种所发生的变异可能是有利 的，这样，全部个体就可能发生变异，或者，两个不同的类型就可能产生。但 我在《绪论》将结束时曾经说过，如果承认我们对于现今生存于世界上的生物 间的相互关系极其无知，并且对于过去时代的情形尤其如此，那末关于物种起 源问题还有许多不能得到解释的地方，便不会有人觉得奇怪了。 性状的趋同 H.C.沃森先生认为我把性状分歧的重要性估计得过高了（虽然他分明是相信性 状分歧的作用的），并且认为所谓性状趋同同样也有一部分作用。如果有不同 属的但系近属的两个物种，都产生了许多分歧新类型，那末可以设想，这些类 型可能彼此很接近，以致可以把它们分类在一个属里；这样，两个不同属的后 代就合二而成为一属了。就大不相同的类型的变异了的后代来说，把它们的构 造的接近和一般相似归因于性状的趋同，在大多数场合里都是极端轻率的。结 晶体的形态，仅由分子的力量来决定，因此，不同的物质有时会呈现相同的形 态是没有什么奇怪的。但就生物来说，我们必须记住，每一类型都是由无限复 杂的关系来决定的，即由已经发生了的变异来决定的，而变异的原因又复杂到 难于究诘，——是由被保存的或被选择的变异的性质来决定的，而变异的性质 则由周围的物理条件来决定，尤其重要的是由同它进行竞争的周围生物来决定 的，——最后，还要由来自无数祖先的遗传（遗传本身就是彷徨的因素）来决 定，而一切祖先的类型又都通过同样复杂的关系来决定。因此，很难相信，从 本来很不相同的两种生物传下来的后代，后来是如此密接地趋同了，以致它们 的整个体制变得近乎一致。如果这种事情曾经发生，那么在隔离极远的地层 里，我们就可以看到毫无遗传联系的同一类型会重复出现，而衡量证据正和这 种说法相反。 自然选择的连续作用，结合性状的分歧，就能产生无数的物种的类型，华生先 生反对这种说法。如果单就无机条件来讲，大概有很多物种会很快地适应于各 种很不相同的热度和湿度等等；但我完全承认，生物间的相互关系更为重要； 随着各处物种的继续增加，则有机的生活条件必定变得愈益复杂。结果，构造 的有利分歧量，初看起来，似乎是无限的，所以能够产生的物种的数量也应该 是无限的。甚至在生物最繁盛的地区，是否已经充满了物种的类型，我们并不 知道；好望角和澳洲的物种数量如此惊人，可是许多欧洲植物还是在那里归化 了。但是，地质学告诉我们，从第三纪早期起，贝类的物种数量，以及从同时 代的中期起，哺乳类的数量并没有大量增加，或根本没有增加。那末，抑制物

种数量无限增加的是什么呢？一个地区所能维持的生物数量（我不是指物种的 类型数量）必定是有限制的，这种限制是由该地的物理条件来决定的；所以， 如果在一个地区内栖息着极多的物种，那末每一个物种或差不多每一个物种的 个体就会很少；这样的物种由于季节性质或敌害数量的偶然变化就容易绝灭。 绝灭过程在这种场合中是迅速的，而新种的产生永远是缓慢的。想像一下一种 极端的情况吧，假如在英国物种和个体的数量一样多，一次严寒的冬季或极干 燥的夏季，就会使成千上万的物种绝灭。在任何地方，如果物种的数量无限增 加，各个物种就要变为个体稀少的物种，两个稀少的物种，由于常常提到的理 由，在一定的期间内所产生的有利变异是很少的；结果，新种类型的产生过程 就要受到阻碍。任何物种变为极稀少的时候，近亲交配将会促其绝灭；作者们 以为立陶宛的野牛（Aurochs）、苏格兰的赤鹿、挪威的熊等等的衰颓，皆由于 这种作用所致。最后，我以为这里还有一个最重要的因素，即一个优势物种， 在它的故乡已经打倒了许多竞争者，就会散布开去，取代许多其他物种的地 位。得康多尔曾经阐明，这些广为散布的物种一般还会散布得极广；结果，它 们在若干地方就会取代若干物种的地位，而使它们绝灭，这样，就会在全世界 上抑制物种类型的异常增加。胡克博士最近阐明，显然有许多侵略者由地球的 不同地方侵入了澳洲的东南角，在那里，澳洲本地物种的类量就大大地减少 了。这些论点究有多大价值，我还不敢说；但把这些论点归纳起来，就可知道 它们一定会有在各地方限制物种无限增加的倾向。 本章提要 在变化着的生活条件下，生物构造的每一部分几乎都要表现个体差异，这是无 可争论的；由于生物按几何比率增加，它们在某年龄、某季节或某年代，发生 激烈的生存斗争，这也确是无可争论的；于是，考虑到一切生物相互之间及其 与生活条件之间的无限复杂关系，会引起构造上、体质上及习性上发生对于它 们有利的无限分歧，假如说从来没有发生过任何有益于每一生物本身繁荣的变 异，正如曾经发生的许多有益于人类的变异那样，将是一件非常离奇的事。但 是，如果有益于任何生物的变异确曾发生，那么具有这种性状的诸个体肯定地 在生活斗争中会有最好的机会来保存自己；根据坚强的遗传原理，它们将会产 生具有同样性状的后代。我把这种保存原理，即最适者生存，叫做“ 自然选 择” 。“ 自然选择” 导致了生物根据有机的和无机的生活条件得到改进；结 果，必须承认，在大多数情形里，就会引起体制的一种进步。然而，低等而简 单的类型，如果能够很好地适应它们的简单生活条件，也能长久保持不变。 根据品质在相应龄期的遗传原理，自然选择能够改变卵、种籽、幼体，就像改 变成体一样的容易。在许多动物里，性选择，能够帮助普通选择保证最强健 的、最适应的雄体产生最多的后代。性选择又可使雄体获得有利的性状，以与 其他雄体进行斗争或对抗；这些性状将按照普遍进行的遗传形式而传给一性或 雌雄两性。 自然选择是否真能如此发生作用，使各种生物类型适应于它们的若干条件和生 活处所，必须根据以下各章所举的证据来判断。但是我们已经看到自然选择怎 样引起生物的绝灭；而在世界史上绝灭的作用是何等巨大，地质学已明白地说 明了这一点。自然选择还能引致性状的分歧；因为生物的构造、习性及体质愈 分歧，则这个地区所能维持的生物就愈多，——我们只要对任何一处小地方的

生物以及外地归化的生物加以考察，便可以证明这一点。所以，在任何一个物 种的后代的变异过程中，以及在一切物种增加个体数目的不断斗争中，后代如 果变得愈分歧，它们在生活斗争中就愈有成功的好机会。这样，同一物种中不 同变种间的微小差异，就有逐渐增大的倾向，一直增大为同属的物种间的较大 差异、或者甚至增大为异属间的较大差异。 我们已经看到，变异最大的，在每一个纲中是大属的那些普通的、广为分散 的、以及分布范围广的物种；而且这些物种有把它们的优越性——现今在本上 成为优势种的那种优越性——传给变化了的后代的倾向。正如方才所讲的，自 然选择能引致性状的分歧，并且能使改进较少的和中间类型的生物大量绝灭。 根据这些原理，我们就可以解释全世界各纲中无数生物间的亲缘关系以及普遍 存在的明显区别。这的确是奇异的事情，——只因为看惯了就把它的奇异性忽 视了——即一切时间和空间内的一切动物和植物，都可分为各群，而彼此关 联，正如我们到处所看到的情形那样，——即同种的变种间的关系最密切，同 属的物种间的关系较疏远而且不均等，乃形成区（secti on）及亚属；异属的 物种间关系更疏远，并且属间关系远近程度不同，乃形成亚科、科、目、亚纲 及纲。任何一个纲中的几个次级类群都不能列入单一行列，然皆环绕数点，这 些点又环绕着另外一些点，如此下去，几乎是无穷的环状组成。如果物种是独 立创造的，这样的分类便不能得到解释；但是，根据遗传，以及根据引起绝灭 和性状分歧的自然选择的复杂作用，如我们在图表中所见到的，这一点便可以 得到解释。 同一纲中一切生物的亲缘关系常常用一株大树来表示。我相信这种比拟在很大 程度上表达了真实情况。绿色的、生芽的小枝可以代表现存的物种；以往年代 生长出来的枝条可以代表长期的、连续的绝灭物种。在每一生长期中，一切生 长着的小枝都试图向各方分枝，并且试图遮盖和弄死周围的新枝和枝条，同样 地物种和物种的群在巨大的生活斗争中，随时都在压倒其他物种。巨枝为分大 枝，再逐步分为愈来愈小的枝，当树幼小时，它们都曾一度是生芽的小枝；这 种旧芽和新芽由分枝来连结的情形，很可以代表一切绝灭物种和现存物种的分 类，它们在群之下又分为群。当这树还仅仅是一株矮树时，在许多茂盛的小枝 中，只有两三个小枝现在成长为大枝了，生存至今，并且负荷着其他枝条；生 存在久远地质时代中的物种也是这样，它们当中只有很少数遗下现存的变异了 的后代，从这树开始生长以来，许多巨枝和大枝都已经枯萎而且脱落了；这些 枯落了的、大小不等的枝条，可以代表那些没有留下生存的后代而仅处于化石 状态的全目、全科及全属。正如我们在这里或那里看到的，一个细小的、孤立 的枝条从树的下部分叉处生出来，并且由于某种有利的机会，至今还在旺盛地 生长着，正如有时我们看到如鸭嘴兽或肺鱼之类的动物，它们由亲缘关系把生 物的两条大枝连络起来，并由于生活在有庇护的地点，乃从致命的竞争里得到 幸免。芽由于生长而生出新芽，这些新芽如果健壮，就会分出枝条遮盖四周许 多较弱枝条，所以我相信，这巨大的“ 生命之树” （Tree of Life）在其传 代中也是这样，这株大树用它的枯落的枝条填充了地壳，并且用它的分生不息 的美丽的枝条遮盖了地面。

我@豪邦媲''1怨

( Bonnie Jean )细情基因，以 我外公的苏格兰血统为荣

认为他具有幡实、勤奋与节

俭"苏格兰传统.德 。 他本 入也拥有这些特质，且认为 这肯定传亲自她的父亲 。 但 他不拿旱趟，留给她的身外

之物只有她小时候从格拉斯

"岁的小沃辈革

鲸蜂伊丽，白白父亲...斯.

哥 IG阳咱。wl 订购来送她的 苏格兰衔。或许正因细此她 才将别珍惜她父亲的生物遗

产蔓莓子物质遗产 。

在成长过程中，我老是跟母来争论天性 (narure) 和教养 (nurture) 在找

们的成长 ' 和所扮演的角色孰径孰重. 残认为被养重于天性，深馆想成为什么

样的人完全掌锢在自己手 中，拒绝後量基因具有重要角色的说法

宁可将植

母的极度肥胖归国于攀食 . 如果她的身材是基固的产物.未来我也可能身材 粗壮 . 然而即使还是位背少年，我也不会反驳遗传的基本原则，也就是·危

生龙风生风气我跟母亲争论的是复杂的特质，例如性格特质，而不是代

i

代相传、造成"家族容貌栩似" 的单纯特征，当时戮虽然是固执的少年，可

5

仍明白这一 点. 找继承了我母亲的鼻子，而我儿子邓肯(Duoc副}又继承了 我的 .

有时将征会在几代之间时而出现‘时而消失 中最著名的例 子主

种缺骨突出

有时则一连符续多代，其

是所谓"哈布斯续居. (Ha严出咆L.ip) 的长期性状 . 这

下腾下垂的明显将征，使眈洲哈布斯堡统治者成为鼓代苟延画

家是可怕的箩厦.而且这个特征至少原封不动地遗传了 23 代以 上 . 近亲通蟠使晗布斯堡阜族的遗传 w剧变得更加恋惨. 这个家族经常在不 同的支系与近亲之间安稽'昏姻就建立政治联盟确保王朝的延续而言 仲做法颇有道理.但是从遗传学的观点来看

边

可一点也不聪明 . 近亲逝婚可

能导致遗传疾南，哈布斯堡垒族就为此付出了惨痛的代价 . 晗街斯堡垒族在 西班牙的最后一位君主查理三 世(0wI~时，不仅有堪称典型的家族隔型 (他甚至无法自行咀嚼食物).还全身线废.尽管结过两次婚，都无法生下任 何子嗣 .

长久队来遗传疾嗣一直剖缠着人类 . 在查理二世这类的例子中

甚至

对历史造成直接的影响 . 追溯诊断指出，在樊国独立战争中失去新大陆这个

殖民地的英王乔治三世(Georgc l!l ) ， 患有

种称为繁质症(阳 rphyria) 的

遗传族病.敛使他不时精神俯乱 . 有些历史学家，特别是英国的朋史学者认 为，乔治国王因嗣分 'L'、

荧国人才能在迫泊中获得军事胜利.尽管大部分的

遗传疾病并未对地缘政治i1!成影响，却让置在的家族饱圭邮寄且通常结局悲 惨 ， 有时甚至纠缠敛代 . 遗传学并不仅止于了解我们的容貌为什么与父母相 仙，也是为了对付人类必古老的 一些敌 人

造成遗传疾病的基因缺陷 .

找们的祖先在脑子进化到能构思正确的问题时，必定曾对遗传的庭作感 到好奇 . 如果你的兴趣跟我们的祖先一样 改良家奋和作物(以增加牛的泌乳锺

是在寻遗传学的实际用怠 。 例如

改变果实的大小等等 1 ，光是近来相似

连个显而易见的原则守就够你忙好 一阵子 . 在，)、'L 地育种数 代之后，可以产 生专为人类·最身打造"的动植物 . 所的"育种"是指驯养适合的品种，然 后仅培育生产力最高的事L 牛和果实始大的果 树 .这类没有阳下记隶的 辛苦工 作，遵循的屉简单的经验法则

产量段高的母牛会生下产f盐 1坷的后代 ， 祟实

大的果树神 子 也会种出果实大的报树. 因此

尽管近百年来斜技大跃进，但

遗传见解绝不是 2()世 纪与 21 世纪所独有的.虽然直到明J9年英国生物学 家贝特拿 ( W ì1l îamBat凶"、) 才替这门学问取名为遗传学 (ge刷刷)

管 DNA 革命已经开创出具有元91潜力的崭新前景但事实上

而且尽

早在数世纪以

前 ， 默默无闻的次夫就 已 开始i由于遗传学 t 1il能选柄人类的 应用 . 我们现在 所吃的谷类 、 水果

肉类和李L 削品等几乎都是老创采为了解决问题在很

纵遗传之 F所较得的拮果，这是雄古老 但是，了解遗传的实际机制

影响最深远的遗传应用 .

倒真不是码/)'1: . - _n 刑 1866 年

孟德尔

( GregorMcndel ) 才钊对此议题发表了著名的论文{其后科学界又忽视了它将 近 34 年 1 . 为"么花了这么久的时间 9 毕竟，遗传是自然界的 1[(要由国

~

重要的是 ，我们圄处都很容杨现黎到它 : 御主人可以看到棕榈与咽~，jíi)交配后

的拮果 e 所有的父母总是有意无意地在儿女身上寻找向己的特'1íE . -z.所以会 花这么久的时间 ， 有

个简单的原因

遗传饥制实在很复杂. 孟德尔对此问

题徙出的解答，似乎并不是那么丑後 . 华竟

子女不只是双亲特征的"混合

物或伴放重要的是 ， 早期的生物学家未能分辨"遗传~ ( hered it y) 与"发 育. (也velopment ) 是两个本质迥异的过程 . 今 日我们 已经知道圭精卵含有来

自父 I~双方的遗传信息 ， "1 以决定这人是否会随患紫质症之类的痰机，.这娃 遗传 . 其后运用遗传信息的过程才是"发育"

亦即

个简单基本的细胞

(萤精卵)发展成全新个体的过程 . 若是从学斜来分辨的的 传倍息

illl f专学布眼于遗

发育生物学协l重视此伯息的应用 . 早期的科学家将遗传 与 发 m战为

谈，况之为单现象

因此从未银山能寻 l 导他们找出遗传奥秘的问题. 不

元1.

n 从两方文明之 M， 叼人类便已用 一些方式朝这个方向努力.

喻'青人曾魁梧过 inW (I'..r间组 . 包销稀被克拉底 ( H i plX览m'ω} 在内 . 他

们创造山‘泛生论由{ 严""附"份，且称性行为会使铺卜的身体部位转侈直 Jl 个个体

白毛发指'"

静脉、i;lJ脉肌赠与骨销 ， 只不过庭些悦于太小

所以仍不比.在成长过相 巾， 它 们 会逐渐彼 此分离 J 这个说法后米仲短钊

tt ,)j:

间为气时达尔文.ìi!切地偏要以一个可行的遗传假 说来支仰 1也纷向然il;

仰而i1l ltZ 理论，因此他伍 19 ，如eJ.J华 '1 钝出泛生论的修正版本 . 1在照边尔 文的说法

(萨 mmu川

，~，街

肾脏与骨髓>1每一 个器官.部会贡献出小型的.~敬穿白

它们在体内循环。然后跟积缸性器官中，最终在有性生娟的U覆

叶'进行交根 . 由于这些慌芽娃在生物体的一生当中制造的，因此达尔文主张 个体t1: U，1 生后发生的所有改变，例如民到1赔为了吃是高处的树叶而 l'和氏的防 子郁 liE 传给下代 . 然而讽刺的是 . 为了证 ~I 其自然逃得J]!i仑，达 :r、文

工 。EZ2 口CE

开始支符法国博物学家位马克 (J ean. BapüsteLama rc川有关

后天性状的遗传细论

这也是他的造化论所极力惟刷的观念 .

达尔文只搜刚位马克的遗传思论.他依然相信臼然选知是选 化背后的动力

也假民自然选得是在·泛生阮所产生的变舜

F运作的. 如果当时达尔文如血孟德尔的研究(达尔文的‘彷

ω

忡起源>>

I TheOriginofS，阿α'es l

了他的成果

问世后不久

但格尔文 -TI f2注意到)

孟德尔就 2比我

也许就可以兔1;缸事

业 后期俐在F位马克的一些观念勉力寻找证据的尴尬 . 泛生:企假设胚胎是 Ih -'~fi缩小的成分所咀iOC

纠

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jf:: - 先成论 由 (prcforma t ion ism) 则一举避开了组合的步骤卵

子或4陈子中的 一 个{至 F 是哪一个，则引起伴多争议}包含

(

.预先形成"的元'应个体，称为·雏型人- (homUIl叫tutus)

而发育只是把官放大为完全长成的人 . 在先成论风行的勾 It 1;f今日所谓的遗传统病有讲多解得 . 有时它被砚 ;均上帝的感

町 ， 或是妖怪与魔鬼的恶作剧

有时则 被 舰为处父亲的"种

子" 过多或不足球付来利怀华时有" 邪念 " 所造成的蜡巢 . " 彼仑曾立法允伴准灿灿当扒手

考虑的 前提就徒华 nl~ 无法

实现欲细而感到医仰成沮丧时

有可 能造成盹儿时提; . 不用

说这些普法，乎无锺 j 拢们对遗传族病的了僻.

.~尔之酌购 遗传筝

'在没 精 子的头"内何-个

阶先知足的 遗 体 个体

体做

雏坦 人

f1J T

1 9 世纪初更精昆的Iil慢慢推翻 T 先成论，国为无

论多'号为

部无法在粉子或卵子里看 到!鳝稽的雏型人.虽然

应生论这个恪由观念较早出现

但持 续 的时间匪而较久，该

9

理论坚持守应是因为饭穿太小而看不到的缘攸守但除终德国 生物学 家魏斯堡 (A ugu川 Wc; smann ) 还是推翻了泛生论 . 槐斯曼主张遗传取决于 1世代士问种 质 (gennplasm) 的 连续性

因此个体一生 ψ 的身体变化 守

无法传埠，始后代.

他做了简单的实验 : 把好多代的老鼠尾巴切断. 根据达尔文的泛盐论 、 没有 尾巴的老鼠会制造代表 · 无尾"的微芽 ，

因此它们的子列主院会出现尾巴严

重发育不全甚至没有尾巴的现象. 跑斯曼证明 f 即使把许多代老限的尾巴'自 晰.展新- 代的老 鼠还是会长山尾巴. 至此 、 迂 ltì仓终 7 愤不成军 . '毫后找出正确答案的人是革德尔

然而无论以哪一种标准来看 ， 他郁不

像制学 界的 起 级 巨 星 . 孟德尔 1 822 年出生 守 现今使克榄内的次民来眶。 在乡 下学校 的表现 优异 . 21 岁 就进入奥古斯丁教派役斗布尔诺 ( B rü fm ) 的修道 院. 在历经但任教区敏，- 的惨痛经验后 (他在担任布退之伸职 后 销忡 JOllil札 他尝试从事教职.据说他是个优秀的老师.但是要成为合格的全抖技师

就

必须通过考试、百I俯他没通过. 于是 修道院的院长奈曾 (Napp) 派他到维也 响大学选修

要他为重新 应试苦读

虽然在维也刑时，孟德尔在物理学上的

我现相 当优异 、 但他还是没通过考战

后来 - - Ê[只能担任代课老师 .

1856 年 左右 ，在奈 ll.院长的碰议下。 孟德尔开始进行与遗传相关的抖学 实验 . 他在修道院花园里属 于 他的那块地上种精豆科愤物，研究各种概物 不 同的性状 .

1 865 年，他在陶次演说，'， 守

向当地的自然史学会展示研究成果 !

一年后又在学会的期刊上发表实验成果 . 这是一个非常卓越的研究 . 实验本 身经过精心设计 、 在执行时煞费苦'L' . 孟德尔 对实验结果的外 fJr~IJ 精辟商明 . 他所接受的物理学训练 ， 显然对他在研究上的突彼颇有贡献 。 因为他采取了

与当 时的生物学家不同的做法，以定量方式处理问题. 他不仅指出红

白花

布交后会产生一些红的和些白的子 代还实际计算它们的敖且发现子代 的红臼比例可能具有重要意义，事宴上也的确如此 . 可是在将论文送给多位 杰出科学家后，孟德尔却友现他5 已全被科学界所忽略 . "也试囚引起注愈 W 做 法却拙致反徽排， . 他写信给 他认iRl'fl 当 代科学大师

费尼黑生 物学家内棉里

( KarI Nageli ) . 请 他重复自己的实验 ，还附上 140 包消锺标示的种子 . 其实这 她多此一举 t 因为内恪望认为这位默默无闻的修士应该帮自己做实验

而不

是反过来要他亲 自动手 . 因此他将 自 己 位喜爱 的山柳猜属植物 ( hawk执 ~d)

的种子送给孟德尔 守 反而要这位修 t 以不同的物种重现自己的实验结果

只

可惜基于多 种因素，山 柳 菊腐植物并末适合用于重复孟德尔的豌 豆实验 . 这 整个实验只是浪费了 他的时间 .

孟德尔是修士教师兼研究人员

但是他低调的生插在 1868 年突然告

终.该年条曾院长过世 ， 孟德尔获选为修道院院长 . 尽管他仍然继续研究蜜

蜂与气候

fê行政特型的责任实在 繁重 守 特别是修道院又警入欠税的纷争 E札

íl~JJDJ:.其他的因素 ， 妨饵了他的科学研究. 放后 ， 他因身材肥胖而无法继续 在 1日园现场工作。他曾吁且 ! 爬械这件 很"在这个熏力无所 不 在的世 界 1 对 我而 言非 常困难 \ 他的医生开出的处方是以烟草控制体 重守 他也遵从医生 指示

得天吸 20 恨雪饰，这与丘吉尔- 样多 . 不过让他病倒的倒不是腑锅

IR" 年

孟德尔因七、脏与肾脏的并发症逝世守 享年 61 岁 .

孟德尔的研究成果不仅深埋在王人问津的学术期刊里.且当代大多数的 科学家恐怕也 无法理解其精髓 . 他精密的实验与复杂的定量分析远远越越时 代

直到 20 世纪滥入 20 址妃后剧学界才赶 t他的脚步 . 三位对类似 间由

感兴趣的遗传学家

重新发现孟德尔的研究 . 外且掀起一场科学革命 .科学

界终于准各仔楼哇这位修 士 的蜿豆实验 . 孟德尔发现亲代会将待定的国子 ( factor ) 传给子代，后来这些因 子就 被

称为基因 (gene). 他的研 究 显示这些因子成对出现 ， 而且子代是从两 个来 ft 备;美量一 个 I~ 子 . 在:观察到魏豆有绿 (G) 与黄 (Y) 两种不同的颜色后 ， 孟德尔推论豌 显 的颜色基因有两种 . 若蜿旦婆成为绿鱼

就必须要有两个 G 颜色扳回、此时

我们新该豌豆 的颜色基因为 GG . 因此百必Æ 是各从一 个宋代接收到 一个 G 颜色扳回 . 锹 l町黄 色蜿豆则是 YY 与 YG 组合下的产物 ! 只要有一 1、 Y 颜 鱼基因就 ;，(够产生黄包蜿"7._ . Y 会盖过 G . 因为在 YG (1(J例子中. Y 的讯号盖 过 G 的 1讯号 自阳性~

我们称 Y 为阜显性目

( dominant).

比较弱的 G 颜色基因则称为

( rcCi四川) . 每个来代的豌豆槌响彻有树个豌豆颜色基因

其中 一个传给子 代 e 子代的另 一 个颜 色基因则 是由另 为例

但只 会将

个亲代提供. 以植物

花粉粒中包含精细胞 ， 这是雄性贡献给下代的。每个精细胞都只含

- 个院豆颜色基因 . 具有 YG 组合的来代现 IL 会制造出包含 Y 或 G 颜色基 因的精子

孟德 尔发现这个选取过程是随机的

的精子会有 Y 颜 色基因

榄物 产生 的精子当巾

50~屯

50" 会有 G 颜色练囚 .

许多遗传之谜顿时豁然什阴.以芮 J L'但( 事实上是 50%) 代 ft遗传的性 状为显性，例如 1 哈布斯堡家族下垂的下回.其他在族 1椅上偶尔发 生且经 桥隔 代出现的 性状 因

则可能 是 隐性 . 就隐性基因而言

个体必何1117有两个险性基

才能表现出其相应的性状 . 仅携惜 一 个基因的个体，称为何?因者

(carrier)

他们本 身不会出现相应的性状 ，但是可以将此基因传给下

为身体无法制造色萦

代. 因

而滥成皮肤与毛发明显呈现白 包的自化在 (albinism)

就是以这种方式传递的隐性性状 . 因此

自化症患者必定有两个份别来臼双

亲的自化提基因 . 这时双亲可能 一点也tI不出拥有这种基 因 ， 如果他们都只

( UFEE 。ω。E O

信需付.

KPLJ 什 咆子显微t跪下的人，电"民.体 .

有 一个统国 {这种情况经常发生)

那么他们俩哪是啊?因者

耐应种性状至

少跳过了 一 代 .一个有名的例子始斯本内牧师 ( W Hl i amArch阳 ld S严泪。阔叶， 他是自化症患者，此外他动槐会出现一种传殊的情吉混乱{同时有 这两种

病症可能只是巧合) . 例如他会把 a weJl -oil cdbi 叮 d，说成 a we l1 .boiled îcic l c . 后来这种首音直镜的现象即依他的名字命名为"斯本内现象啕 ('p∞nerìsm) .

孟德尔的研究捕果显示.的确有一些东商是代代精If札而且是实际的物质.

但这些物廊的本质究竟是"么' 科学东使用日盖在精良的显徽键

研究细胞的辙，)、陆构

排且在孟德尔过

1栓的 "制年左右创造了咀色体 M (chrom 脚~)这个词用以指称细胞 镜内的细妖线业街质 .不过

一直到 1 回2 年

他们才把孟德尔和秘色体草案也

在一起 . 哥伦比亚大学医学院的学生意咽 ( W创阳 Sutton) . 发现娘也体与孟德尔

的柿豁园子有许多相同Z处 . :11'顿研究'专髦的岛民色体 ， 发观它们大多成对出 现 守 IU孟德尔的成对因予一柿.但是:11'顿也 ltJl!有一种细胞的蜘色体并不成 时邪就是位细胞.蚌短稿子只有组黛色体而不是成对的两组这与孟 德尔所描述的完全相符. 孟德尔发现豌豆植物的精细胞中.只挽手按各种特 定因子中的一份 . 孟德尔的遗传因子(即现在我们所说的挡回)显然也于

躲色体上 . 在德国磁立进行研究的波弗利 ( Th刷lorBovcri) 也得到和器

顿 栩 同的拮论，后来他们的研究所促成的生物革命 ， 就称为由领彼掬利 提包体遗传理论 . 基因安然成为实际存在的物质，副且位于闲显瞰统就可以 实际看到的提色体上.

然而，并非所有的人都栩倩苦苦顿-栋，售利草草 论 摩根(Thomas Hu nt Morgan) 就是其中之

同样在哥伦比亚大学的

. 他从显微使上看到细带拔的势

色体时，实在很难想像它们是世代之间所街改变发生的原因 . 如 a民所有 M 剧

郁稽 "J在绿色体上.而所有黛色体都原剑不动地代代相传.许多性状必定会 一 思遗传. 不过这段实验结果不符. !艇色体似乎不足以解 ，春夜们在大自然中 观察到的变异 . 后来 ， 靡很咀 f!l.精明的实验主义者，想出 一个方法来舰决这 种撞在异 . 他转移目标

拿绿蝇 (Drosophil ll. Mel肌 ogaster ) 来做实验，从此且

种岛生侧的小生匈就成为遗传学家的般爱.

盟'很艰先发现的一个变种非常有用.正常来蝇是缸'很

变种果蝇则是臼

，~.他也发现白眼果蝇通常是雄蝇.当时已知果蝇的性别 是由绿色体所决定 人樊的性别也样.雄蝇有两条 X 貌也体.雄蝇则有 一条 x!岱色体和一条小 得多的 γ 翻脸色体 . 在了解这些俄息后，白眼的措果突然变得合理 . 决定眼瞅 颜色的必因位于 x!怪色体上

而臼峨的资变捞回 W 为隐性. 囱于雄'帽只有

条 x!脸色体，在没有显性a乐园的!E仰下 ， 即使是隐性基因也会自动显观 . I::J

E民雌蝇较罕见 ， 因为它们通常只有- 个 W . 因此显现的是显性的 红眼 . 在伐 到控制眼睛颜色的基因与 x!他色体之阔的关联后.尽管刚开始时态度有所保

fIj .

，悔恨E缝有很证实了黎锁-波锦利理论 . 他也去观 T '性联iJi W. (se翼'

l ink格时的例子.所谓性联遗传是指 一个特短的特征在一种性别中出现的比 例特别高.

如同'"稿的果蝇 ， 维多利亚女王也是位联遗传的著名实例.他的一 个 x 躲色体上有血友病 (hemophil 旧的费变基因.报思这种·流血病"的人无法

正常描画血.由于 他的另 一条'但色体正常 并未得耐，只是带凶者

而血友耐基因是隐性 ， 因此他本 人

她女儿也未得耐 ， 且然他们俩至少都有-个正常基

因 ， 但是维多利亚的儿子们就不都是这么幸运 T . 如同所有的雄位动街(也 循锺果蝇在内}

维多利亚的儿子il!i只街

条 X 梅色体.而且这条绿色体j'j'

Drosophila Melanogaster .辙~::t'..-饱...…·襄…@科掌. 伟忍耐，也.不懂… M ，.λ刷....

这....‘民属于 …·的- 圃 ...鑫他们在 1901"."'. .

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以不喜欢帽栩蕃榕的'根在 报 绳童 工 帷""键人偷偷 的照 片 。

Thomas Hunt Morgan 14

定遗传自维多利非{他们的 n朵也体 只 可 能来自维多利亚的丈夫艾怕将来 .:F) . 维多树枝有一个突变基间和l一个正常拣因

因此她每个儿子都有皿%的

JV和融 i，ll.血 Ii.响 . 和l 奥彼饱 1::-f ( Prin~c Lc(阳 d) 就拍到了 ，不在 血友锅

他也了

."岁时因斗中平一盹而流血豆死. 维多刷亚的两位女儿艾 丽斯 (Aliccl

与比阿特 HríJUr ( B;:mricc ) 都从 i导亲 身止遗传到安变基因，因此都是带罔吝 备向生 F携邻血征柑基因 (l ~ 儿欠 . 艾丽斯的孙子，俄罗斯王位继承人皇太子 业f巧克由斯 (A IeJl is) 就低且血友病 抢先杀门也

就钩俄国大革命时布尔什维克党人未能

他肯定也会 'I'i!!í.

'"秘的报蝇压远l>:1l比他的路密 . 摩恨和i 他的学生在研究栩问躲色体 的)J;国时 新组10览

发现在梢细胞叮卵细胞的制造过但咛' 也就是说嚷 IHAn~的时对悲柿1

有根据.川剧代遗传子的悦 rl; ， ("山 mbinal 刷、 )，

当胆包体会先断裂

波 炜利理沦的反对看法

II~ 亚

其 3 作没

i主钟I!fr 挝再重新姐成的"'1，组价用"

H!成 ;:.t 娘也体之间的基因发生易位 . 换句话说俐阳我从

i士 来遗传到的第 12 号 1公色体 {另 一 个当然来臼我父亲) 身阿族争 12 .\)~ 色体的版食物 找岭来在制造卵细胞时 ，

实际上是我母亲本

他这~j;块惚色体分别来自我外婆和我外公 .

，主两条第f2号将包体发生蓝组(交恢段;在).

liH-' i

成为(~. jl~ 此我从何来JJli儿遗传到的第 口 号娩色体，百I愧为是囱找外削父

竹的第 12 号悔也体桥路而成的 . 当然 .战母亲从我外婆那 JL遗传到的第 12 号'1\色体 ，川 是由她外桂1 父[ij: (fl 锦 f2号染色体;并接 而成的，依此类推 m织使得摩恨与他的学生能够在特定的染色体上.定出特定基固的位置 回 重组涉及梅色体的断刽(以及重新连接)，因为基因就像仰列在染缸体上的珠 子，从统计观点来看

在制睛很远的两?、基因之间发生断裂的可能性， :ili;~

于栩隔很近的两个基因(相隔远的网个基因之间可能发生断裂的任较多).因 此，如柴我们】发现某条惧色体上任意阿个基因之间的重细情况很多

就可以

推 i~1匕们相隔很近，1Il细情况怠少基因可能愈悠近 . 这个强奋力的基本原 理成为绘制基因回谐的必础.许多年之后参与 人类基因组计划的科学家 叫及在对抗遗传，失嗣前线 (1 战的 J 研究人员所使用的一个重要工具

正是当年

在哥伦 比亚大学边问脱脱拥挤的果蝇室中发展出来的.现在每当报纸"学版 上出现"找到某呆基因"的头条新闻时 ! 都是在向攥根与其学生的创新研究 1到~t:收 .

重新发现孟德尔的研究放随之而来的突破，使各界对遗传学的社会意义 兴组激给. 在"世纪和 19 世纪 t 则日益关。'J " 退化阶层..

f匕阶层"拍她济院

制学家努力掌握遗传的硝确机制，而民众

(dcgcncraIC c!asS) 对性会所选成的负担

所 i\'I" iil

感 1 ，院与精神病院里的 人 . 该如何处到这些人咄?也要

仁慈地对待 他 们坯是 「脆扭砚不恰 对惜 他 们的人直 响

作 h 的 Û r，去不 一. 附(r.J 子们要{怒

仁慈~ l 会 il 这些 人 不 总 争 U J. ，im

.,

6 卤柏叫，理由_.tIAi" 庵.>. 旭令的父亲不

幸早逝家中经济陷入困精但这位前途无量的年轻人的然完成了学业相

当难能可贵. lt一回到l哥本哈照

立即拜读 T 泡令有关 α 虫，腕的研究 . 令人惊讶的是

他并非 恨低 X 光衍射的实验数据推 论出模型.而是恨据身为措向化学家的丰

富经验守大胆拖沱哪 种 类型的鲸J资结 构最符 合多肤键的 lt学特性.泡令制 作 蓝白质分子不同部分的比例 模型

找出可能的三 维结构 . 他将间姐简化成一

种主维彷因游戏既简唱 Z 聪明 . α 螺能栩?组 5是丽

但现在的问题在 1 宫是否正确 . 旬捏一军期后我

得到了苔 '.Iè . 发明 X 光晶体学 ( X-rayc hrysla il ograp h y) 的 1915 年陆贝尔 物理学奖仰主市喇恪爵士 ( Sir L.a wrcnceßra监 )来到哥本哈根 ，兴奋地宣布 比他资浅的同事

奥炮和Ijf事化学家佩臼茨 ( Max Pc刊 11.)巧妙地用合成多肤

ìIT: 唤了泡令的 α 螺旋是正确的， 对布 IQ恪的卡立油价在验室而言、这是个音

乐参半的胜利， 因 为前

年他们在论文中罗 l"f; 多肤链可能具有的螺旋形态时 、

完全不份要锁， 到阳节

卢里亚尝试替我安徘仨文iJ1!什实验室的研究职位.

卡文迪价 位于

剑桥大学 守 必科学界最著名的实验室 ， 卢茸福 ( E~SIRulhcrford) 就是在这

旦首先描述出阳子的结构 . 当时那是命喇格的研茸领域

而我则被安摊剧英

国化学家肯德岱 ( John Kcn drew ) 实习他的兴趣是找出肌红絮 1m ，吨 l ob i n )

达种E 白质的三维站构 . 卢里:lF.姐 议找尽快前往卡文j由 It 实验室 ，因为山德 fH阳才1:E美国佩鲁茨会 "'恢我的 资恪.肯德m与佩I!i茨早先饲

起建立医学

研究垂员会 ( M由:aI Rcsc;川口到阳 I. MRC ) 作为生物系统站拘研究的单位.

36

布拉德 { 鑫 } 与 ..a.艘'院 里的泡舍舍，ι

一个月 后在剑 桥，佩'茨向我保证，钱很快就能精通必要的 X 先衍射理 论，应该也很快就能融入他们人败不多的研究单位. 我松了一口气.因为他 步乎没有因为梭的生物学背最而拒绝残 .布唰格也配有 .他还从办公室下来 帮丁浅一 下 .

我在 10 月初抵边剑侨医学研究委员会的研究单佳 ， 那年我自岁 . 我和 3s岁的阳物理学东直里克共用生化研究室 . 他在战时曾靠，英国海军研究磁性 PVJrrhe

水窗.战争结束后，克里直原本计划留在军方的研究机构，但在拜豫了停定 37

湾的《生命是什么7>>后，决定朝生物学发展 . 当时他在卡立迫什实验室以

研究置白质的三 维结构为博士论直 . 我和克里克相遇的那个早晨，他听说我来剑桥是为了大量学习有关晶体

学的知识以便被解 DNA 的结构， 大为高兴 . 不久之后，我就请克里直谈谈 他对使用泡令的模型建构法来破解 DNA 结构的看法 . 我们是不是五日辱做许 多年的晴射实验，才能实际下手去建构模型'为了加快我们研究 DNA 结构 的速度，克里克菌清白战后就认识的朋友威尔金斯 1 在星期天从伦敦过来共 进午餐，这样我们就能得知自从那不勒斯的演讲后 1 威尔金斯还有哪些进展 . 威尔金斯表示 ， 他认为 DNA 的结构是螺旋状，囱敛条键擅自~J核沓酸互 相缠绕而成 1 而惟一尚待解决的问题在于链的数目 .当 时威尔金斯根据他测

量的 DNA 纤维密度，认为应该有 三条後杏眼链.他迫切地想着手建造模型， 却碰上了

个障部

刚加入国王学院生物物理学研究单位的富兰克林

( &ωalindFI阳剧in) .

富兰克林才从法国回来，她在巴黎用 X 光晶体学的技术研究了 4 年的E 噩 . 她接置聘任，加入国王学院的 DNA 计划时，威尔金斯刚好不在 . 不萃 的是，后来证明这两人根本合不来 . 富兰克林的个性率直 . !在视敏据，威尔

金斯则拘谨而勇于猜想，他们注定无法合作. 在威尔金斯搜查狡们的午餐盟

约前不久，他们两人才大盼一次，富兰克林坚待在她搜集直多衍射数据筒 ， 不能着手建立模型 . 他们俩显然无法沟通，而在富 兰克林子 11 月初举办实验

室研讨会之前，威尔金斯无从得知她的进展 . 不过若我们想参加这次研讨会， 威尔金斯植乐意邀我和克里克前在. 后来克里克因故未能参加研i才会，囱我 独自前往稍后再把我认为与 DNA 晶体有关的重要讯息告诉他 . 我特别根

'"首的富兰亮'‘是由'剑"的 ..m 化句. .'

她是个对

自旦的.业貌'得不 ~T的饵....在".生日时 她只要写.rr. 自己所 属领缉的辈辈末期刊 ‘ 画佛学辙 ， (~~阳d旬.~恤."，为盒自礼输. 她量能写".糖和

M.

对于欠峻迭'医糟A酷的人没布仲兔酣惶

惯'要遭 u细醉强烈的警法 '事辙德

她不习

-踵"她的.士枪支锢

来到民的健贝尔 u 主运普里什(1Ioo11d 战"'自》

细述为 " .量固执好稀奇厦署~专剿 . 在实 .鑫外她是.色体在进行直制时 ， 基囚的遗传讯息能精准1Il现在~l原因 .

DNA 分 子会像往链样·拉开形成蚀立 的两股 . 每股都可以作为新股

合成时的模岖 ， 于是

条双螺旋就变成了两条 .

在《生命是什么"中， I车走诗德议 ， 生命 的语言也许就像摩斯密码， 是

系列的点与 线. 这个讲法倒是蛮接近事实的 . DNA 的语言是囱 A ， T. G

与 C 构成的线性川序列 . 就像我们在街写书籍时，偶尔也会打错字

"于 1

样，所有

"字 2

命之所在

"

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