生物进化的原因
同一种蛾，为什么有的浅、有的深？如果树干被地衣覆盖，浅色个体像躲进了背景；如果环境变得昏暗，原先显眼的深色个体反而不容易被发现。难道蛾会先看看树干颜色，再决定给自己换一件“更安全的外套”吗？当然不会。可是一代又一代之后，种群中两种体色的多少确实可能改变。这个看上去有点像“环境在指挥生物变身”的现象，正是理解生物进化原因的一扇门。
这一章要把门后的因果关系一层层拆开：种群里本来就有差异；环境让不同差异面对不同的生存和繁殖机会；能够留下较多后代的变异会在后代中越来越常见。请留意，最后改变的是一个种群中各种变异所占的情况，而不是某一个个体临时把自己改造成需要的样子。
从桦尺蛾的颜色开始追问
教材常用桦尺蛾的体色变化来请大家推理。桦尺蛾的成虫白天常停在树干上，鸟类等捕食者更容易发现与背景反差大的个体。在浅色、长有地衣的树干上，浅色型较不显眼；在被烟尘熏暗的树干上，深色型较不显眼。这里的“较不显眼”不是说它拥有隐身术，而是说被捕食的风险可能不同。
先别急着说“深色一定更好”。如果背景重新变浅，判断也可能反过来。所谓有利变异或不利变异，必须放进具体环境和具体生活方式里看；脱离条件说“某种性状永远先进”，就像只凭一把雨伞判断谁最会生活一样，根本没说清天气。
更关键的是，浅色型和深色型并不是环境为了考试题临时制造出来的。种群中原本就可能出现能够遗传给后代的差异。环境改变后，原先已经存在的差异被放到了不同的“考场”上：有些个体更容易躲过捕食并有机会繁殖，有些个体则相对更难留下后代。经过许多代，较适合当时环境的类型可能在种群中占得更多。
先在两种背景中观察风险差异，再说出真正改变的是什么。
“环境使蛾为了适应而主动变黑”把结果倒过来当成了原因。环境并不先提出需要、再把合适的变异发给个体；它会使种群中原有不同变异的存活和繁殖机会出现差别。
进化这件事，先得有可以传下去的差异
同学之间身高、肤色、耳垂形态各有不同，菜园里的番茄大小和抗病能力也可能不同。生物的变异是普遍存在的。不过，自然选择能让种群在世代间发生稳定改变，特别关注的是能够遗传给后代的变异。如果只是某一株植物因为光照不足暂时长得矮一些，或者某只动物擦伤后少了一块毛，这些改变通常不会随生殖传给后代，不能直接成为这里所说的进化材料。
把“变异”理解成抽屉里早已混着许多不同颜色的珠子，会比较接近真实逻辑；环境像一道筛子，却不是有意识的挑选者。筛孔的大小和方向由温度、食物、天敌、疾病、背景等条件决定。某种珠子能留下，并不是它努力把自己磨成了这个颜色，而是它原来就恰好更容易通过这道筛子。生物也是这样：变异出现并不以“有用”为目标，但在某个环境中，某些变异会带来较大的生存或繁殖机会。
这里还要把“能活下来”和“能留下后代”连在一起。某个个体即使活得很久，若没有留下后代，它的某种可遗传特征也不一定会在下一代扩展开来。相反，能更顺利生存并繁殖的个体，可能把相关变异传给更多后代。因此，课本中的“适者生存”不是“最强壮的个体必定获胜”，而是指在当时条件下，较适合环境并留下更多后代的个体更可能使相关变异延续。
自然选择到底“选择”了什么
把自然选择讲成一条因果链，会比死记一句话可靠得多。它有一个最容易被跳过的开头：生物普遍有较强的繁殖能力，能够产生较多后代；但食物、空间等条件有限，并非所有后代都能同样顺利地生存和繁殖。于是，生物之间和生物与环境之间会发生生存斗争。接着看后面的关系。
- 种群中有可遗传的变异。 例如，同种蛾的体色有深浅差异，并非每个个体完全相同。
- 不同变异面对的生存斗争结果不同。 在某种背景下较不易被发现的体色，可能让个体有较大机会活到繁殖期；“有利”说的是这种相对机会，不是永久奖章。
- 后代中变异的情况逐渐改变。 具有某些有利可遗传变异的个体留下较多后代，经历许多代后，这类变异在种群中可能逐渐积累，于是种群表现出对环境的适应性改变。
达尔文把这种由环境条件造成、没有人为目的的过程称为自然选择。它与人工选择很好区分：人选择繁殖某种花色的金鱼、挑选高产的水稻亲本，是人依据目标保留材料；自然选择没有一个人在自然界里拿着清单说“留下浅色、淘汰深色”。在自然选择中，环境条件和生物之间的关系，使不同变异留下后代的机会不同。
也别把“选择”理解成环境直接改造个体。环境可以影响生物的生长、存活和繁殖，却不会因为某个个体需要翅膀就把翅膀装上去。个体在一生中可能会生长、衰老或因环境产生暂时变化；进化说的是种群经历多代以后，遗传性差异的组成发生改变。一个人练出肌肉，不等于人类进化出了更发达的肌肉；同样，一只蛾被鸟吃掉或存活下来，也不等于它自己“进化了”。
先记住“产生较多后代、条件有限”这个开头，再把后面的变异、差异存活繁殖和世代积累连起来。若只写“环境变暗，蛾就变黑”，说明中间最关键的变异和世代过程被你跳过去了。
用一把豆子，把看不见的世代过程演出来
自然选择往往要经历许多代，教室里不可能真的等上几十年。不过可以用彩色豆粒或小纸片做一个简化模拟。准备浅色和深色材料各若干，把它们混在浅色或深色背景上；一位同学按相同时间规则“捕食”，其余同学记录两种材料剩余的数量。不要偷偷偏心挑一种，捕食者的规则越一致，比较越有说服力。
一次模拟只能说明在这一次背景和规则下，哪一种更容易被拿走或留下。若要模拟世代变化，可以把每一轮的剩余材料当作更可能留下后代的个体，再按相同比例补充到下一轮，连续记录几轮。通常会看到：在背景颜色不变且规则相近时，与背景更接近的材料更容易保留。换成另一种背景，结果可能变化。
这个活动的结论要说得刚刚好：它模拟了环境使不同类型的存活机会产生差异，并不能证明一粒豆子会繁殖，更不能把它当成自然界全部细节的复制品。科学探究里，模型帮我们抓住关键关系；不把模型说得过头，反而更科学。
先提出可检验的问题：在相同的“捕食”时间内，背景颜色会不会影响两种颜色材料的剩余数量？预测时要写清哪一种材料在什么背景上较不显眼。
再控制条件：两种材料的初始数量、材料大小、每轮捕食时间和捕食规则尽量一致，只改变背景颜色。这样剩余数量的差异才更能说明背景的作用。
最后记录并解释：分别统计每轮两种材料的剩余数，用“在本模拟条件下，较不显眼的类型更容易留下”作结论；若要讨论多代变化，再说明留下较多材料只是对“留下较多后代机会”的模拟。
下面把“背景—被发现—留下—下一轮组成”亲手连起来。先作预测，再看多轮记录，别只盯着最后哪一种材料多。
三个常见误区，把“像目的”翻译回因果
第一种误区是“长颈鹿因为想吃高处叶子，脖子就一代代主动变长”。想吃高处叶子只能说明存在食物条件，不能产生可遗传的定向变异。较严谨的说法应是：祖先种群中本来存在颈和腿等方面的可遗传差异；在相应环境下，某些差异可能使个体获得较多食物并留下较多后代，长期积累后，种群中相关性状的表现发生改变。
第二种误区是“环境故意挑出最优秀的个体”。自然选择没有意图，也不保证留下的是人类看起来漂亮、强壮或聪明的个体。能否留下更多后代要看当时环境中的具体条件。深色体色在深色背景中可能有利，在浅色背景中未必有利；“适应”永远带着环境这把尺子。
第三种误区是“进化总是朝着更复杂、更高级的方向走”。从生命漫长历史看，可以观察到一些总体趋势；但不能因此把每一条进化支系都想成排队向“更完美”冲刺。自然选择首先解释的是：当环境和遗传变异相互作用时，种群为什么会在世代间出现适应性改变。简化、缩小或改变生活方式也可能与特定环境相适应，不能用人的喜好给生物排优劣名次。
答题时把“为了适应而变异”改成“种群中原有变异，环境使不同变异的生存和繁殖机会不同”，常常就能把因果关系从倒置拉回正轨。还要补上“经过许多代”，因为一个个体一生的变化不是种群进化。
用下面的表述辨析给自己做一次最后检查。解释错项时，请把“谁先出现、谁起作用、改变发生在哪个层次”都说出来。
把这条因果链带走
自然选择不是一句“适者生存”的口号。生物能产生较多后代，但食物、空间等条件有限，因而会发生生存斗争；种群中已有的可遗传变异，使不同个体的生存和繁殖机会出现差异。经过许多代，较有利于当时环境的变异可能在种群中积累，种群由此发生进化。遇到桦尺蛾、抗药性或保护色一类材料题，按“产生较多后代→条件有限、生存斗争→原有可遗传差异→存活和繁殖差异→世代间种群改变”写，就能避免把个体主动改变、人工选择和自然选择混在一起。
本章练习
1
在树皮较浅的树林中，浅色桦尺蛾较不易被鸟发现。若两种体色在种群中原本都存在，较符合自然选择过程的解释是？
2
关于自然选择的表述，正确的是？
3
一只昆虫在成长中因食物不足而体型变小，且这种变化没有遗传给后代，因此它本身就是该种群进化的证据。
4
自然选择的因果链开头是：生物普遍有较强的繁殖能力，产生较多____；但食物和____等条件有限，因而会发生生存斗争。
第5题：给错误说法补上被跳过的过程
小宇解释工业污染区深色桦尺蛾增多时写道：“树干变黑了，所以所有桦尺蛾为了保护自己都变黑。”请指出这句话的两处关键错误，并用自然选择的逻辑改写。
第6题：模拟探究怎样做得更公平
用深浅两色豆粒模拟捕食时，甲组把深色豆粒放在深色背景、浅色豆粒放在浅色背景；乙组把两种豆粒都混在同一背景上，并保持初始数量、材料大小和捕食时间一致。哪组更适合比较“背景颜色对两种类型剩余数的影响”？请说明理由，并写出一个可以记录的数据。
第7题：有利不是永久称号
某种昆虫有浅色和褐色两种可遗传体色。请分别预测它们在浅色沙地和褐色落叶层上谁可能较不易被捕食，并说明为什么答案不能写成“浅色型永远更有利”。
第8题：区分人工选择与自然选择
养殖场主人连续选择肉质更符合市场需要的亲本繁殖；野外草地上，某些草种在干旱年份留下较多后代。两件事各属于什么选择？判断依据是什么？
第9题：把“进化”放回正确的层次
有人说：“我每天跑步，腿部肌肉更发达，所以人类正在朝着腿更强壮的方向进化。”请用“个体变化、可遗传变异、种群、多代”四个关键词回应。