詹姆斯?T?科斯塔（James T. Costa）带领读者从达尔文的童年时代来到小猎犬号航行之旅（其进化观念发端于此），又去到达尔文生活了四十年的故居。这栋房子的花园和温室、周遭的草坪和林地乃至地窖和走廊，都成了达尔文的田野观测站。他在其中进行了一系列惊人的实验来验证其标志性的进化理论，且并未借助专门的设备。通过这些实验结果，他探索了自然规律，也为《物种起源》和其他分水岭著作的革命性论断提供了依据。
本书透过独特的视角向我们介绍了达尔文：一位热情洋溢的记者与合作研究者，更是一位不可救药的观察者与实验者。书中还收录了18个可在家庭、学校或花园进行的实验。
關於作者：
詹姆斯?T.科斯塔
詹姆斯?T.科斯塔是西卡罗莱纳大学生物学教授、高地生物站（Highlands Biological Station）执行主任，查尔斯?达尔文信托基金会（Charles Darwin Trust）信托人之一。现居北卡罗莱纳州的蓝岭山脉。
我们只能设想埃玛?达尔文（Emma Darwin）有着约伯（Job）那般的耐心。时光回溯至19世纪50年代的某个时刻，埃玛家的走廊上排列着布满青蛙卵的潮湿纸张，庭院鸽笼里的鸽子也“咕咕”地叫个不停，地窖里挤满了一排排盛有盐水的玻璃罐，种子漂浮在盐水上，空气中则弥漫着鸽子骨架制剂散发的恶臭。而这一切仅仅是个开始：饲养蜗牛的玻璃容器上悬挂着鸭掌，草坪上堆放着残败的花朵，围栏隔开的地块上杂草已被仔细清理，以便研究茁壮生长的幼苗。当然，她那时已和查尔斯?达尔文（Charles Darwin）成家十多年了，无疑对此见怪不怪。她可能也曾对朋友们谈起，他又在做实验。
达尔文的实验似乎只是一位维多利亚时代古怪博物学者的奇特追求而已，却推动了他和我们对生物世界及我们自身在其中之地位的理解。达尔文为他那革命性的进化论思想的关键要素奠定了经验基础。
本书介绍了达尔文鲜为人知的一面。他的进化论思想并非凭空出现。达尔文是一位观察家和实验家，他巧妙而古怪的调查研究也并非那些埋身于实验室的孤僻隐士的研究方案。绝非如此，达尔文的家就是他的实验室，他和埃玛育有7个幸存的子女的大家庭也参与到了他的工作之中，他们都是干练的实地助手。达尔文甚至还以某种方式与他的孩子们一同发表过作品：就在《物种起源》（On the Origin of Species）出版当年，《昆虫学家周刊》（Entomologist’s Weekly Intelligencer）上就刊登了关于珍稀甲虫的通告，署名为达尔文、达尔文和达尔文——3位作者分别是达尔文的儿子弗朗基（Franky，10岁）、连尼（Lenny，8岁）和贺拉斯（Horace，7岁），代为执笔的骄傲父亲一眨眼工夫就写好了此文。达尔文还有一项才能，那就是他可以将管家、家庭教师及表亲、外甥女等人带到自己的田野研究中。他还聚集了大帮朋友和陌生人帮助自己进行观察、实验，并寄回标本，而这些人也是他的宣传媒介。然而，尽管达尔文之名可能家喻户晓，其工作亦同样为人所知，但多数人并不熟悉身为科学家的达尔文，更别提这个活生生的人了。
他的划时代著作被认为是石破天惊的信息汇编，然而，即便是达尔文的忠实拥趸也对他资深观察者、热心回应者、独创理论家、实验家或居家男人的身份浑然不觉。达尔文和家人一同完成的大量实验揭示了这位常常给人刻板印象的人物十分不同——极具烟火气——的一面。无论是热心地接受自己某个孩子的建议，进而测试种子在死鸟体内的生存能力，或是在花园里释放并捕捉嗡嗡作响的大黄蜂，还是因不配合的鱼儿吐出他投喂的种子而向朋友吐露自己的挫败感，达尔文的这些实验总是显得幽默而富有启发性。正如达尔文愿意称呼的那样，它们可能一直都是“愚者的实验”，但正如他的一位朋友指出的，“天才所做的愚者实验常常被证明是通向伟大发现的暗中一跃。”
通过实验和其他调查，达尔文系统地搜集了检验其进化论思想的数据。从19世纪40年代的地质工作开始，他的实验和其他研究都为其相关论证提供了宝贵材料。19世纪50年代，达尔文的研究步伐显著加快，而他的实验则成为从进化论和自然选择的视角窥探自然的幕后工作，可谓前无古人。达尔文将《物种起源》称为“一段漫长的论证”，但我们应该退一步，以完全相同的眼光看待其在《物种起源》之后发表的所有作品：一段更为漫长的论证。他在《物种起源》之后又发表了大量论文，出版了约10部著作，主题涉及兰花、驯化、人类进化、攀缘植物、动物行为、食虫植物、花朵结构和蚯蚓等。这些主题的范围十分广泛，但都是支撑某个宏大图景的组成部分，其中有许多涉及数量惊人的朴素实验和其他项目。
除了展现达尔文和昆虫对话，追逐蜜蜂，痴迷捕蝇等带来的乐趣，本书还会为另外一个严肃的观点立论。达尔文的实验寓教于乐：新奇、有趣，有时甚至是滑稽的。的确如此，但它们都集中展现了科学作为一个连续过程的特征。达尔文是一个典型的麦基弗式人物（MacGyver figure）：徜徉在他的故居里布满碎石的思索之路砂砾小径上（sandwalk）的侦探。他证明了，使用身边的简单工具就能在庭院、花园或林地中真正地洞察自然。此处包含的更深层的信息在于，达尔文的实验提供了科学如何运作的实际示例和模板。这些实验大体上也可在任何校园、庭院、教室或厨房中完成。
任何人都能成为达尔文那样的实验者，学习如何更为仔细地观察自然界。在这方面，达尔文的实验实是150年来距我们咫尺之遥却尚未被开发的资源。而在这个众人皆绞尽脑汁思考如何讲授进化论和科学领域的批判性思维的时代，一个有助于传播科学探究之要义的无价之宝却长期遭受冷落。这个无价之宝正是这一主题的建立者：达尔文本人。在本书中，我将展示我们如何在达尔文的指引下探索自然，以及更好地理解进化论和科学的运作方式。本书采用了主题式的探讨方法，也因此承载了双重目标。首先，我旨在带领读者从家庭生活的角度更好地理解达尔文的生平及其非凡洞见：他对工作的广泛兴趣，以及亲友和更多的博物学家如何成为达尔文科学之旅的有机组成部分。多数人并不熟悉这个开展朴素实验且极具烟火气的达尔文。然而，若不理解他的这一面，我们就无法充分理解达尔文的生平及其成就。其次，我试图展示达尔文的方法如何与当今时代产生联系：他在自己后花园的实验如何能够成为你家后院的实验。为此，我还提供了“受到达尔文启发的实验”目录，这个术语广泛包含了达尔文的观察项目和在方法上更为可行的实验。
达尔文对实验的嗜好从何而来？尽管他那严肃的父亲曾为沉溺于搜集昆虫、骑马等爱好的儿子难成大器而感到绝望，但达尔文显然真诚地面对了自己内心的哲学转向——毕竟，他的祖父伊拉斯谟?达尔文（Erasmus Darwin）是一位著名的医生和诗人，其别出心裁的思想让诗人塞缪尔?泰勒?柯勒律治（Samuel Taylor Coleridge）生造出“达尔文化”（darwinizing）一词来描述其纵横恣意的思想风格。柯勒律治认为伊拉斯谟乃“最具创造力的哲学家”，他的孙子一定也是如此。为了理解这位实验者的进化论，我们的故事将以达尔文小时候和自己亲密的哥哥伊拉斯谟（与其祖父同名）初涉科学，以及他们偶尔造成的化学实验灾难为起点。我们还会遇到大学时期的达尔文，从爱丁堡大学到剑桥大学，他一路追寻着对自然世界的理解，其在“小猎犬号”（Beagle）上的经历也十分令人振奋。正是在这一时期，我们会看到查尔斯?赖尔（Charles Lyell，1797—1875）的里程碑式著作《地质学原理》（Principles of Geology）激发出了达尔文的研究方法。从这次决定性的环球航行归来后的数月之内，达尔文确信物种进化论有其真实性，并且逐渐成了生物学界的赖尔。达尔文的好奇心与日俱增，实验的眼光也越看越远，他试图弄明白藤壶和蜜蜂、报春花和鸽子、杂草和蚯蚓的秘密。但在某种意义上，他的眼光并未超出其钟爱的家中花园、林地和草坪的范围，这个家化为另一艘“小猎犬号”，载着家人、朋友等专注的船员航行在唐斯（Downs）地区。马塞尔?普鲁斯特（Marcel Proust）曾写道：“探索的真谛并不在于发现新的风景，而在于寻求新的视角。”达尔文的确抵达过新的风景，但一生的大部分时间里，他都只是在学习如何从新的视角看待眼前的事物。在了解身为实验者的达尔文的过程中，我们也能学着从寻常处发现新知。
于库洛韦高地，北卡罗来纳州
第九章
狡黠而睿智的攀缘植物
藤本植物和其他攀缘植物总有其迷人之处。它们会给人带来截然相反的联想：在神话、隐喻和传说中，像葡萄和啤酒花之类的藤本植物一直都是发展、繁荣、丰饶的古老象征，可以说，藤本植物对泰山（Tarzan）或印第安纳?琼斯（Indiana Jones）等英雄人物的冒险活动起着重要作用。但更多的时候，我们又隐约发现攀缘植物有些邪恶，而我们对它们的迷恋则带着些许恐惧或警惕。我认为这种矛盾的心态至少源于两个方面：首先，倘若不加修剪，藤本植物很容易给人纠缠的印象。虚构的藤本植物似乎总带些险恶，从J.K.罗琳的恶魔之网到《龙与地下城》（Dungeons and Dragons）中的致命刺客藤均是如此。一些藤本植物乃传说中的绞杀植物，如欧洲的白屈菜（Cynan chum louiseae），它是通常被称为“狗绞杀藤”的乳草属植物。其他的则是真正的扼杀者（尽管它们祸害的是其他植物而非动物），如臭名昭著的日本葛藤。这种蔓藤豆科植物于20世纪40年代被引入美国东南部，用于在修建道路时稳定土壤。然而，这种植物极具侵略性，现在人们通常称其为“吃掉南方的藤本植物”（Vine that Ate the South）。其次，藤本植物的动作看起来十分阴险。这种像动物般凶险的植物会给人一种不安的感觉，即它们的试探具有目的性。要注意，因为它们会悄悄地生长和缠绕，它们慢腾腾的滑动可能是我们对其感到不安的第3个原因：它们就像蛇一样，唤起了令众人最（不公平地）恐惧和讨厌的动物形象。
达尔文对藤本植物并无这般负面的联想。相反，它们让众人感到不安的、神秘的动物类移动、触摸、探索和感知的能力引起了达尔文的好奇。藤本植物是另外一类有意志的植物种群，其感觉能力强化了它们与动物的基本关系，就像达尔文钟爱的茅膏菜和捕蝇草一样。达尔文邻居的园丁约翰?霍伍德（John Horwood，此人曾为达尔文的许多植物学实验提供帮助，还指导设计了达尔文的热温室）也是这样认为的。阿萨?格雷曾为达尔文邮寄过刺囊瓜（Echinocystis lobata）的种子，这种北美野生黄瓜是出色的攀缘植物，它们的卷须似乎总是想抓住周围的什么东西。在给胡克的一封信中，达尔文表示自己对这些卷须的敏感性十分惊叹，信中还提到了霍伍德，并且评价他是“我的邻居，一位十分聪明的园丁，昨晚他看到了我桌上的植物，并对我说：‘先生，我相信卷须长了眼睛，因为无论我将它放到哪里，它总能找到临近的棍棒。’”。
回到1861年年初，格雷将卷须带入达尔文的视线，那时达尔文正沉浸在茅膏菜带来的最初的兴奋之中。他们定然一直都在讨论茅膏菜裂叶的敏感性。在一封现已遗失的信件中，格雷显然提醒达尔文说自己曾经在1858年写过一篇题为《卷须缠绕评注》（Note on the Coiling of Tendrils）的文章。此文描述了刺果瓜（Sicyos angulatus）卷须的异常敏感性，即便轻轻一触也会卷曲，一小时内又会在空中重新舒展开。
达尔文暗自记下了这些信息，因为当时他正痴迷于茅膏菜、花朵的多态性和杂交等主题，而且还在努力写作那本关于兰花的著作。但一年后，他开始关注卷须，并在写给格雷的信中提到了后者的那篇文章。“我乐意用你的卷须植物做些实验，我想知道哪种卷须植物容易在花盆中栽培。”达尔文问道。向来乐于提供帮助的格雷在同月晚些时候回复了达尔文，他在信中笑谈北美“野草”如何被入侵物种击溃（这是达尔文关注的另一个话题），同时，格雷也提供了卷须植物的种子和栽培说明（他还顺带嘲笑了英国缺乏足够的温度和光照栽培这些植物）：
这年春天，达尔文试着让格雷寄来的种子在他新完工的温室中发芽，按照约翰?霍伍德的指导他在厨房花园墙边设计并建造了这个温室。霍伍德的雇主约翰?特恩布尔曾好心地将自家花园借给达尔文研究兰花。如今，拥有自己的温室后，达尔文可以常年栽种正在研究的植物和许多其他植物了。无论英国的光照是否充足，格雷寄给他的种子也仅有一颗刺囊瓜发了芽，刺果瓜则全军覆没。达尔文充分利用了手上仅存的这个样本：“我一直在观察它的卷须，并且对其敏感性十分感兴趣；这是你的一个十分漂亮的发现。”他在这年6月给格雷的信中如此写道。他还在信中透露了自己的发现：“我从别的角度观察这种植物，并且发现打头的嫩枝会不停歇地旋转，如此，卷须就能触碰到30~50厘米内的任何物体。如果我能澄清此种运动任何未知的环节，我可能会写信给你，看看是否合适发表在西利曼或别的什么地方。”“西利曼”指的是《美国科学与艺术杂志》（American Journal of Science and Arts），民间唤作“西利曼杂志”（Silliman’s journal）以纪念其创始人、耶鲁大学地质学家本杰明?西利曼（Benjamin Silliman）。
卷须嫩枝有规律的圆周运动立即吸引了达尔文的注意。还是在这个月，他写信给邱园的胡克咨询胡克本人或者丹尼尔?奥利弗是否注意过这种现象。观察了手上的刺囊瓜后，达尔文突然意识到最顶端叶片之间的茎秆也会缓缓旋转，以循着12~20英寸（约0.3~0.51米）的圆圈范围旋转1.5~2个小时。有时它会停住并朝相反的方向旋转。奇怪的是，茎秆似乎并未变得扭曲，但旋转动作却夜以继日地进行着。不停试探的嫩枝的旋转范围内如果存在坚实的物体，卷须就会立即抓住不放。难怪这种植物似乎长了眼睛。他问胡克这种缓慢旋转的搜寻行为是否已是众所周知。
胡克此前并未注意到这种现象，他立即开始跟风研究，并派了一些邱园的工作人员观察这种藤本植物。随后，达尔文致信胡克问他是否可以匀出一些藤本植物栽种到自家温室中，并在信中更为细致地描述了自己的观察报告。胡克鼓舞人心地说：“你对卷须的看法最为新奇，我很高兴你能继续研究它们——你一定是‘最棒的’观察者。”胡克也乐于从邱园寄给他一些藤本植物。达尔文新建的温室很快成为来自世界各地的大量藤本植物的乐园——他坐拥理想的便利条件，可从最大的植物收藏园中获益，而他的好朋友恰好又是助理主管。
事实证明，尽管胡克并不知晓卷须的圆周运动，但身在美国的格雷却观察到了这一点。7月，达尔文兴奋地致信格雷报告自己的发现，但却因为格雷回信说此种现象已是众所周知而灰心丧气。他还告诉格雷，自己并没找到任何与这个主题相关的已发表文献，而且胡克及其邱园的同事也并不知晓此种现象，格雷此时变得有些苛刻，并告诉达尔文：“说起卷须，我倒想问问谁是胡克，谁是奥利弗（后来成了大学教授），他们什么来头，我怎么从没听过？”稍显恼怒的格雷告诉达尔文，“所有人”都一定见过卷须在尚未触碰到物体前的一段时间内的横扫和盘卷运动。接着，格雷让达尔文重新阅读自己1858年那篇文章的卷首段落，此文最初激发了达尔文对这个主题的兴趣，他也会发现此文参考了雨果?冯?莫尔（Hugo von Mohl）的作品，早在19世纪20年代，这位德意志图宾根大学的植物学家就首次描述了卷须的圆周运动。格雷很早以前便鼓励同事将冯?莫尔的这本著作翻译为英文，他还半开玩笑地批评达尔文忽视了这本书：“多亏了我（1851年）唆使范沃尔斯特（Van Voorst）让亨弗里翻译了这本小书。尽管你说英语，但遇到这本书时，你也不会注意。”哎。但他鼓励达尔文不要放弃这个实验：“别放弃这个主题，你定会得出大量成果。”
原来，其他人也描述了藤本植物的旋转和扭曲现象：图宾根的另外一位植物学家路德维希?帕尔姆（Ludwig Palm）及法国人亨利?迪特罗谢（Henri Dutrochet），后者的描述可能最为详细。锐气尽失但仍确信自己能做出贡献的达尔文继续推进着自己的研究；他对藤本植物本身的兴趣超过了它们明显的感知能力。此外，在宁静的书房和温室中观察这些植物乃是对他那日益紧绷的神经的完美舒缓。1863年和1864年对达尔文而言有些难熬。《物种起源》于1861年出到了第3版，它仍像避雷针一样吸引了某些人的强烈批判，达尔文对那些刺耳的评论感到十分苦闷。写满各种问题、评论、批判、攻讦的信件洪水般源源不断地向他涌来，偶尔也会有个把祝贺。令他感到欣慰的是，赫胥黎、赖尔和格雷等朋友会代表他加入这场战斗——一场他无法忍受的战斗。达尔文那一直显得阴晴不定的顽疾在这几年中像涨潮般迅速发作，他几乎每日干呕且寒战不已。1863年9月的达尔文一直处于痛苦之中。在写给友人约翰?英尼斯牧师的信中，达尔文说自己每天从事植物学研究的时间仅有1~2小时。埃玛坚持全家去伍斯特郡的马尔文度假，达尔文也可在詹姆斯?史密斯?艾尔斯特（James Smith Ayerst）开设于此的水疗馆中得到治疗——他们最小的孩子贺拉斯（时年12岁）甚至也要和父亲一道接受“水疗”，因为他同样有些消化不良。他们在当地待了几周，但疗效甚微；考虑到达尔文的女儿安妮1851年夭折于此，这里可能并非舒缓其神经的最佳地点。回到家以后，他尝试了不同的冷水疗法，但同样没有效果，此后，达尔文彻底放弃了水疗法。其间，达尔文经历了有生以来最糟糕的健康状况，他甚至还在1864年卧床疗养了几周。
在达尔文的研究近乎停滞的境况下，观察藤本植物的嫩枝和卷须的缓慢移动倒是不错的消遣。“他的生活节奏，”达尔文的传记作家珍妮?布朗十分准确地总结道，“慢到和植物一样了。”他的孩子们（此时多半也都是大小伙子了）也都尽其所能地提供帮助。达尔文告诉自己最大的孩子，当时正在南安普顿从事银行工作的24岁的威利，自己目前对卷须感兴趣，并要他对一些二型性植物做出观察。还处于青少年时期的乔治、福兰克和连尼都寄宿在伦敦南部的克拉珀姆学校。放假回家后，他们又会再次成为忠实的研究助手：连尼曾回忆起父亲开玩笑说自己处于“病态的健康状态”，并让他在病房研究植物；而乔治最终成了才华横溢的植物艺术家。乔治为达林（Darin）在林奈学会宣读的文章绘制了唐豪斯的花园和温室中的植物插画。1864年，乔治从克拉珀姆学校毕业后进入剑桥大学三一学院继续学习，克拉珀姆学校的校长兼天文学家查尔斯?普理查德（Charles Pritchard）的数学教导对他产生了很大的影响。尽管乔治在剑桥大学的学习生涯开局不利，但令家人惊讶的是，他最终在剑桥那艰难的数学荣誉学位考试中勇夺“第二牧马人”（second wrangler，全校第二等合格者）的称号。后来，乔治也成了杰出的天文学家，并最终成为剑桥普鲁米安天文与实验哲学教授（Plumian Professor of Astronomy and Experimental Philosophy）。
成为藤本植物的多种方式
达尔文所谓的“狡黠而睿智”的藤本植物的感知能力十分迷人，但他同样热衷于它们体现出的另外一个伟大的进化原理，那就是它们为适应攀爬而发生的变异。不同的物种以迥异的方式实现同样的目的，即植物的不同结构经过改造，在不同但相关的群体中具有相似的用途，这种情况说明了同源性、类比和趋同等原理。1863年8月，达尔文向格雷提出了一个有说服力的主张：卷须的“敏感性十分奇妙，就像兰花的各种变异一样”。正是这种变异——为了实现攀爬而发生的结构变异——成了藤本植物讲述的最重要进化故事。回想一下，达尔文（同样是向格雷）承认，其兰花著作的“主要旨趣”在于这种植物与“设计这个争论不休的问题之间的关系”。达尔文在该书中展示了兰花是如何演示不同部分为了类似的目的而发生变异，以及类似的部分为了不同的目的而发生变异的原理。不同物种结构潜在的同源性和相似性都指出了自然选择带来的无常变化。为了响应类似的选择压力，不同的物种可能以迥异的方式进化出同样的“解决方案”。似乎，解剖学结构就是个工具箱，不同的生命结构可发生变异从而实现类似的功能。“同源的”器官有着共同的内在结构和起源（胚胎学的和进化论的），哪怕它们发育成熟后在外观上看起来十分不同。教科书级别的例子当属哺乳动物的肢体结构：蝙蝠的翅膀、鼹鼠的前腿、鲸的尾叶、马的支撑腿和人类的胳膊等部位的相应骨骼都具有同样的结构，尽管其大小和形状存在差异。同源性器官的用途可能相似也可能不同——上述肢体多数用于运动，但运动的方式十分不同，如挖掘、飞行和游泳等。相反，“相似”的器官则在结构和功能上具有表层相似性，但它们在解剖学上却是不同的，而且缺乏共同起源。鲸的尾叶和鱼类的鳍就是典型的例子——它们功能相同，外表看上去也相似，但二者的解剖学结构却完全不同。这种差异表明它们是独立进化而来的，自然选择从它们不同的祖先处将其打造成了高效游泳所需的形状。它们是趋同的，企鹅的翅膀则是这种趋同性的又一个例子：这些鸟类可在水中“飞翔”。
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