◆2017全新增訂版，增修地質年代與彩色照片 ◆美國AMAZON讀者四顆星推薦 ◆國立自然科學博物館 程延年博士 專文導讀 ◆解開寒武紀大爆發之謎的經典重現 為何已維持三十五億年單純形式的生命， 會在寒武紀時演化大爆炸？ 什麼是寒武紀大爆發？ 早在五億四千四百萬年前，單細胞生物就已在地球上出沒，當時的動物物種只有三個動物門。而在短短的五百萬年後(這段時期僅占生物演化史的千分之一)，這三個動物門的物種突然演化成三十八個動物門，幾乎現今所有動物的祖先，全在一瞬間蜂湧而出。這個物種快速暴增的現象發生在寒武紀初期，稱為寒武紀大爆發，是演化史上的劃時代事件。 什麼原因導致寒武紀大爆發？ 自達爾文發表《物種起源》始，寒武紀大爆發一直被視為演化上的謎團。為了解開謎團，眾多地質學家、古生物學家和演化學家皆提出各式各樣的假說，卻也接二連三地被推翻。牛津大學動物學家派克於2003年再度挑戰這個連達爾文也感到困惑的千古難題，他以大膽假設、小心求證的科學精神，全面檢查遠古化石證據，提出一個簡單又極具說服力的解釋：光開關理論。 2017年倫敦自然史博物館全新修訂出版 派克於2003年出版本書後，立即奠定了古生物學界的大師地位。歷時十三年，這本書引發眾多的討論，在在驗證本書理論的正確性，甚而被引申為人類文化活動突然壓力事件的模型等。本書在2003年時原由大眾讀物出版社出版，2016年時由倫敦自然史博物館全新出版，不僅增訂了全書的地質年代，並由作者增補彩色照片與黑白圖說，更確定本書的可靠性與正確性。2017年繁體中文版即為2016年倫敦自然史博物館所修訂的最新版本，完整呈現。 【各界好評】 「派克像擔任古生物的辯護律師般，以嚴謹的態度整合他那引人入勝的論點——就像達爾文一樣。」 ——馬特瑞德利，《23對染色體：解讀創生奧秘的生命之書》作者 「寒武紀大爆發的解釋是古生物學家的聖杯。派克的論點不但展現令人信服的邏輯，而且清楚明晰，他對寒武紀之謎的解釋不僅出色且顯而易見——我們必然是瞎了眼才會忽略它的存在。」 ——《每日電訊報》 「漂亮的解釋！派克用一絲不苟且淺顯易懂的方式闡述他的主張，令人振奮。」 ——《周日電訊報》 「從光學、藝術史、動物學、地質學到古生物學，一連串的事實令人目眩神迷。派克對各種證據線索信手捻來的非凡功力，造就了一趟迷人的閱讀之旅。本書可讓讀者一窺當代科學爭論的內幕，並對進行中的研究留下鮮明的印象。」 ——《衛報》

前言 第一章　演化大霹靂 第二章　化石的虛擬生命 第三章　注入光源 第四章　當黑暗降臨 第五章　光、時間與演化 第六章　寒武紀時代的色彩？ 第七章　形成視覺 第八章　殺手的本能 第九章　謎底揭曉 第十章　故事結束了嗎？

　　 　　本書集十三年研究之大成，而十三年來，研究意外地收斂到相同的問題——寒武紀大爆發的原因。在出版後的十三年裡，大眾開始關注它提出的問題，更令人訝異的是，它竟產生對人類社會的影響。 　　 　　在視覺存在之前，生命體如何感知世界？如果沒有演變出形成圖像的眼睛，演化將如何進行呢？這些問題引起了太空生物學的興趣，舉例而言，它們能理論上協助我們推測其他行星的生命如何進行演化。 　　 　　當重大變化出現時，人類社會會發生什麼事情呢？寒武紀引進視覺之前、期間和之後這三段時間的生物及其間的各種互動，近年來被用作一種模型來詮釋這樣的情況，無論變化是出現在社會情境、經濟還是國防方面。而在社交媒體上，這種變化可能為個人提供了前所未有的資訊透明度。「政府、軍隊、教會、大學、銀行和企業都在一個相對模糊的知識環境中成長茁壯。在這樣的環境下，知識多半受限，祕密容易被隱藏，而每個人不是目盲，就是近視。當這些組織突然發現自己暴露在日光下時，他們很快發現不能再仰賴舊法，他們必須直面曝光的危機，否則將走向滅亡。」（Daniel Dennett和Deb Roy，《科學人雜誌》，2015年3月，第64-69頁）。 　　 　　我非常感謝許多人撥出他們的時間評論光開關理論，這些積極的回饋激勵了我。爭論的主要關注點在「眼睛」一詞並沒有普遍的定義，我仍然更喜歡「形成圖像的視覺器官」，而不是也包含那些功能較少的器官。然而，同樣重要的是，能夠最大限度地解讀和運用這些圖像的能力，因此擁有此器官的第一個物種也被視為一個「受視覺引導、高度移動的掠食者」。這樣的生物強勢地將視線鎖定其他所有的生物上，並且晴天霹靂般引進了視覺。突然間，在地質時代的某一刻，所有的動物都毫無選擇地只能出現在可怕掠食者的視網膜上。而演化將會有所回應。 　　 　　最後，提一下自二○○三年以來的新發現。有許多新種類的寒武紀生物被挖掘出來，並且現有化石經過重新詮釋，而保存完好的眼睛也浮出了寒武紀的地表，例如那些巨大的、具代表性的掠食者奇蝦（Anomalocaris）。我在自然歷史博物館的同事格雷格‧艾吉康博士，以及日本的田中玄五博士，他們在這段時間好心地協助我不斷更新研究成果，許多研究人員慷慨地與我分享了他們在寒武紀遺址的發現。我十分感謝他們的付出，遺憾的是，由於數量眾多，我無法一一添加在之後的文本中。惟有地質日期已經根據新的研究進行了精細調整（再次感謝格雷格）。即便如此，我想這本書的假設並不會因此受影響，並且關鍵部分也能不斷地被新發現證實。

每當基於某種特殊目的而改變顏色時，就我們所能判斷，若非提供直接或間接保護，就是攸關兩性之間的吸引力。 達爾文《物種起源》（初版，一八五九年） 　　穿過牛津大學自然史博物館裡，那一道道維多利亞時代的門廊、樓梯與迴廊，最後就會置身隱藏於哥德式建築偏遠角落裡的一個簡陋入口。這是通往赫胥黎室的大門，門後是一片頗具歷史意義的屋頂，它的木材吸收了一八六○年大辯論期間，第一項公諸於大眾的演化消息。赫胥黎曾在這裡與韋伯弗斯大主教展開一場唇槍舌戰，是場關於演化論的「科學與宗教」觀點的對決。赫胥黎捍衛的是達爾 文於七個月前出版的《物種起源》，企圖阻止「情操干擾才智」。雖然達爾文缺席，但赫胥黎漂亮地贏了一仗，將演化這個名詞注入全球語言。非常值得在赫胥黎室門前暫時駐足。 　　大辯論之後，赫胥黎室被改裝成昆蟲學標本典藏館，裡面滿是科學家採集而來的昆蟲標本。牛津自然史博物館最後一任維多利亞時代的昆蟲學標本典藏館館長，波敦爵士，命中注定要為館內的甲蟲神魂顛倒。 　　有天早晨，波敦打開赫胥黎室的門，照例欣賞了一會這棟建築物。陽光照亮略微傾斜的屋頂，和許多裝飾漂亮的橫樑，打斷了室內的黑暗。他走過赫胥黎室的通道，這條通道兩旁各有一排木造的昆蟲標本收藏櫃。有個抽屜不知何時被從收藏櫃裡拿了出來，使他在例行檢查時，不由得停下腳步。陽光照在這個抽屜上，由於光線是穿過一扇花飾鉛條窗的圓形透鏡射入，因此聚焦形成一道光束。波敦吹去玻璃蓋上的灰塵，於是他那雙已適應室內時有時無的黑暗的眼睛，立刻被一枚寶石所吸引。陽光使約拇指般大小的埋葬蟲身上的金屬藍，顯得更亮眼。在支撐標本的大頭針上，貼有「埋葬蟲，蘇門答臘，華萊士，一八六六年」的標籤。這個由共創演化論的華萊士所採集的閃亮標本，正好在演化論首次受到檢驗的會議室裡被人發現，真是再貼切不過了。事實上，此處還收藏達爾文蒐集的其他標 本，但波敦真正感興趣的是華萊士標本的顏色。不久，波敦就把所有的昆蟲標本抽屜放在陽光底下，在赫胥黎樑木——演化學識的樑柱——上，映照出一道道絢爛的彩虹。 　　波敦最終發表了動物的顏色分類法，並成為「大英帝國昆蟲學研究的重心」。他喚起整個世紀關於動物體色的研究，從某方面來說，在本章也能找到解開寒武紀之謎的線索。 維多利亞時代之前 　　早在數個千禧年之前，埃及人就曾談到「太陽神」。他們將糞金龜的地位抬得更高，認為牠們會在沙漠上，四處象徵性地滾動太陽形的物體。埃及人相信這種「聖」甲蟲代表太陽神凱布利，在埃及文中，「凱布利」這個字具有「聖甲蟲」和「存在」雙重意義。羅馬人對陽光同樣感興趣，但他們的興趣不只局限在宗教層面。反光通信法是羅馬人的訊號藝術，他們會利用反射在金屬盾牌上的陽光進行通信，有時也利用反射作用，讓陽光直射敵軍的眼睛，使對方目眩眼花。閃光比穩定的光線更炫亮，但在近距離內具有擊昏效應。從飛機上往下俯瞰，汽車擋風板反射過來的光線，就算不致讓人瞎眼，也還是非常強烈。不幸，羅馬人竟被自己的技術反將一軍，阿基米德利用他們的金屬盾牌，將陽光聚焦於入侵的羅馬戰船船帆上，使戰船在爆炸之後被無情的火燄吞噬。 　　自然界也有格外強烈的光。想像一下，若將陽光聚焦引起某種物質起火燃燒，這時它對視網膜的影響會有何巨大。視網膜是演化的產物，但也會因演化適應的結果而遭破壞。就是這個原因，讓天使魚在地盤處於危急關頭時，搖身一變成為冥府的天使魚。 　　天使魚生活在亞馬遜河清澈的淺層水域，扁平的銀色身體如同一面明鏡。當某條魚侵入另一條魚的地盤時，守衛者就會離開藏身的蘆葦，奮勇作戰。牠們所採取的戰鬥態勢，是在水中保持傾斜的姿勢，目的是反射陽光，將它射入敵人的眼睛。如同羅馬盾牌般，天使魚可將強烈的亞馬遜河陽光，聚集成一道窄小的光束，並精確地擊中目標。事實上在這場戰鬥中，雙方都在開放水域擺出戰姿，藉由調整身體的傾斜度，來微調自己所發射的火線。穿透河水閃爍而出的光線，如同「星際大戰」的要角在作戰時所發射的雷射光。這場戰役的賭注極高。被光直接擊中眼睛會使血管破裂，並促使心跳及呼吸速率加快，以這種方式被擊敗的魚，最幸運的下場是暫時昏迷，最悲慘的結局是喪失生命。但不論戰敗者的下場如何，戰爭都已結束。這是一種生活在陽光最強烈的水域，而且適應良好的魚類。根據 強大的選擇壓力，天使魚已逐漸演化形成精密的明鏡。 　　不過「光」到底是什麼？我即將積極投入這個關鍵問題的歷史。事實上這個問題可分為小規模的討論，整本歷史書會交錯出現問題的答案。無論如何，如此基本的光學要素，起先似乎與談論演化的書籍無關，即使是討論自然界顏色的書籍。因此，為何不簡單地告訴我們答案，好節省些上歷史課的時間呢？科學界的歷史解釋裡，有些關於自然界顏色的成因與目的的線索，甚至連藝術和軍事領域的解釋，也含有這類線索。人類的獨創性與藝術表達，經常會聚於顏色也涉足其中的自然選汰。 　　本章我們將觀察一種特殊的動物，並詢問二個問題：「是何原因造成那種顏色？」及「那種顏色有何目的？」我們將探討一系列的動物物種，了解上述問題的各種答案。你將發現，每種情況都有很多可能性，但早期科學家、藝術家與軍事戰術家所贏得的勝利，甚至他們所經歷的苦難，都能幫助我們縮小搜索嫌疑犯的範圍。 　　如同前人所為，十五世紀時達文西也致力尋找光的解釋，不過他的看法的確與前輩略有不同。達文西開始懷疑當時哲學家所抱持的觀點〈他們認為眼睛會散發光〉，回過頭來思考光是否源自某個物體——觀察物體——的反射作用。達文西認為光可與聲音相比擬，兩者都是以「震動」的方式通過空氣或水。他藉此暗示一種在空氣或水中，透過一連串干擾而傳播的訊號，他所描述的是「波」的概 念。他把二顆石頭丟進河裡，並觀察到二顆石頭所興起的同心圓波，會在相遇之後彼此抵消。達文西想知道光是否也會如此表現。 　　達文西分心了，他把注意力從光轉移到宇宙中的萬事萬物。他認為「每樣事物都是利用波來傳播」。他曾對光著迷，至少達文西得到光是太陽的一種屬性的結論。從現在起，哲學家開始從波的角度來思考光，儘管是最簡單的形式。 　　惠更斯和笛卡兒把波的概念發揮得更加淋漓盡致，人們常對他們讚譽有加。一六六四年，笛卡兒曾說明當光通過雨滴時會發生什麼事，他得出內反射造成彩虹效應的結論。但當時的人們認為，理論上光只有白色，因此笛卡兒的解釋只能預測彩虹如何形成。此外，笛卡兒也認為光的傳播是瞬間發生。後來人們證實，他的這兩項解釋都不正確。 　　十七世紀晚期，法國數學家費瑪在達文西的概念裡注入新生命，即大自然總是走最短的捷徑，光確實以有限的速度行進。根據費瑪的觀點，光在水中與空氣中的行進速度不同。 　　約在此時，二十二歲的牛頓離開劍橋，為了躲避大瘟疫，而中斷藝術系學士學位的課業，當時大瘟疫正從倫敦往他的學校蔓延。接下來的二年，我們看見或許是這位科學史上的英才，最具創造力的展現。牛頓在家鄉烏爾索普，想出數學的二項式定理和微分學與積分學；統合天體力學；天文學的重力論；以及……光學的色彩論。在所謂的「決斷實驗」中，牛頓利用一片稜鏡把光細分成一組色譜，然後再讓每一種「顏色」穿過第二片稜鏡，來證明這些光不可能再次分離。牛頓的實驗，除了證實陽光是由所有的色譜組成之外，別無其他發現。現在笛卡兒的彩虹有了自己的色彩。 　　關於自然光，牛頓並未堅持某種觀點，事實上，他贊同光是由粒子所組成，不同顏色的粒子，具有不同的速度或質量的看法。但牛頓發現自己沒有時間依照慣例，以極高的數學嚴謹度來檢驗這個見解。惠更斯的光波論贏得最後勝利〈雖然現今我們認為，所有的粒子都能表現得像波，反之亦然〉。 　　一九六○年，與牛頓同時代的惠更斯明確地指出，波前上的每一點，都是新波的來源，而新波與原波具有相同的振盪頻率。不同行進方向的微波，可以彼此抵消，如同達文西的二顆石頭所興起的漣漪。但若未受到阻撓，波會繼續往前行進。 維多利亞時代的另一項珍品 　　十九世紀的維多利亞時代掌握所有的知識，當時的人們知道陽光含有不同波長的光波，而眼睛可將各種波長的光波，轉換成不同的顏色〈環境中並無色彩，色彩只存在人類心裡——我會在第六章討論這個問題〉。維多利亞時代的人可自由使用精密的儀器，他們根據光的特性，完成由達文西所展開的研究，也就是說他們為了本書的宗旨，完成了這項研究〈謹向卜朗克與愛因斯坦致歉〉。 　　維多利亞時代早期的英國物理學家楊格發現，只要混合三種不同的顏色，即藍色、綠色與紅色，就能得到任何顏色，這個有用的概念，對科學和電視極為重要。接著楊格又發現了偏光現象，當波沿著一條吉他的弦行進時，弦會朝旁邊位移。若在「波」的行經路徑放置一個狹縫，只要它的位移與縫隙平行，波就會繼續行進，但若它的位移與狹縫不平行，波就會被反射並折回原路。光的表現與波類似，它是一種橫波。人造偏光的太陽眼鏡，近似可降低光傳播的狹縫。若光束裡含有位移或偏振方向不同的波，那麼就只有那些與透鏡「狹縫」平行的波才能通過透鏡，此時通過每片透鏡的光都已經偏振化。 　　與此同時，維多利亞時代的科學家也正著手應付另一個難題——光的速度。先前科學家曾利用天空的星星因地球繞太陽公轉而產生的微小位移，取得驚人精確的數值，但十九世紀的法國與波蘭科學家的目標，是直接測量光速，這不但需要獨創性，也必須藉助維多利亞時代的高科技。他們進行的實驗是用燈泡照亮一面旋轉中的鏡子，以製造光脈衝，然後將第二面靜止不動的鏡子，放在某個方向的極遠之處，這面鏡子會把一道光脈衝朝旋轉中的鏡子反射回去。隨著轉速的變化，反射回來的光擊中旋轉鏡面的角度也會略微不同，其中只有一個角度能讓光朝燈泡反射。利用鏡子的旋轉速度與相關的距離和角度，就可以相當精確地測得光的速度，約每秒二十九萬九千九百一十公里。所以光只需大約八分鐘的時間，就能從太陽抵達地球。人們將這項事實與馬克士威的研究聯想在一起。 　　蘇格蘭物理學家馬克士威，因電磁場理論而聲名大噪。長話短說，馬克士威發現，諸如空氣等介質中的電子，會因電場的作用而偏離正常的位置。 　　馬克士威理解，在他的實驗裡，電子在通過介質時會以波的形式偏離，但他還是能計算這些波的行進速度——與計算所得的光速相同！找到了！馬克士威發現光其實是電磁波的事實，亦即它具有電的成分與磁性的成分——會垂直位移的波。一八八○年代，德國物理學家赫茲利用一些製作精巧的實驗，證實了馬克士威的理論。但這些事蹟都與維多利亞時代最著名的科學書籍《物種起源》有關嗎？ 　　演化也遵從光學原理。 色素 　　有一夜我搭乘曼莉渡輪返家時，在雪梨港內觀察到楊氏色彩論的混色作用。有部分港灣，岸邊有著高度不一的摩天大樓作為邊飾，這些大樓都裝設顯示公司名稱的霓虹燈。從水面反射而回的燈光形成鏡像，我注意到反射光中竟出現一些霓虹燈招牌所沒有的顏色。水面上的細浪，將來自不同建築物的反射像混合在一起，包括它們的霓虹燈招牌在內。在水平線上，紅色與藍色招牌彼此重疊之處，我只看見一道紫色的反射光。 　　在維多利亞時代晚期，「有效混色」原理——與在調色盤上，簡單地將幾種不同的顏料調合在一起不同——是法國印象派藝術家的最愛。畢沙羅的畫「農家」，清楚地描繪一位走過菜園門口的農夫，他的前方是一列農舍。靠近一點觀賞這幅畫作，你就會發現畫中的景象變得有些古怪奇異。房舍突然不見了，只看見由紅色、藍色、綠色與黃色條紋拼貼而成的圖形。遠觀時，紅色與藍色會融合形成煙囪的紫色陰影——你眼中所見的紅色與藍色條紋不再各自分立。毗連的紅色與藍色條紋，在我們眼中形成的圖畫裡，屬於相同的像素。趨同演化也存在於自然界。 　　皇蛾可以長到如標準尺寸的主餐盤般大小。牠那龐大的翅膀混有芥末黃與灰色圖案，這些顏色是來自翅鱗上的色素。如同藝術家的顏料與我們的衣服上的顏色般，色素是會吸收白光中某些波長光的分子。有些光屬於不可見光，但陽光中其餘波長的光，會被色素系統反射回去或穿透色素系統。這些波長的光屬於可見光，而這就是動物與植物之所以有顏色的最常見原因——牠們體內含有色素。 　　實際上芥末黃與灰色皇蛾的翅鱗上，並沒有芥末黃或灰色的色素，將牠們的翅膀放在顯微鏡底下觀察，你就會看見，灰色的部分竟然變成黑鱗和白鱗的混合，而芥末黃的部分，則是棕鱗和黃鱗混合的結果。從另一個層次檢驗蛾的色素，我們發現，在芥末黃的部分有二種不同類型的顏色，即飽和色與不飽和色。黃色是飽和色，亦即它只含有黃光的波長。在牛頓學說的觀念裡，這是飽和色。若在已經過牛頓的稜鏡分離的色光行進路徑上，放置一個狹縫，使得只有黃光能夠通過狹縫，我們會得到飽和的黃色。另一方面，棕色是不飽和的紅色。若讓狹縫移動，使得只有紅光能夠通過，由於紅光會被其他較昏弱的白光稀釋，於是映入眼睛的就是棕色。因為含有各種波長的色光，所以棕色是不飽和色。 　　大堡礁裡大部分的色彩都是色素營造的效果。看見如此驚人的色彩，並且了解大堡礁之所以如此五彩繽紛的原因，實在是極美妙的經驗。本章的目標之一，是說明人們如何了解這些奧祕；先對顏色的成因有基本的了解，你就能夠在穿行任何環境時，解釋身旁所有棲息動物的體色。雖然還可以用很多其他的方式來呈現色彩〈本章稍後及其他章節會談及這部分內容〉，但每個機制的光學效應，都 具有獨特的特徵。色素可能會使一隻動物，或動物身體的某部分染上顏色，但色素所暈染的色彩，並非最燦爛耀眼的顏色；因色素而產生的顏色，也不會隨著不同的觀看方向，或動物本身的移動而產生變化。這是因為色素會向各個方向散射或反射相等波長的光，因此從可形成整個半球面的任何方向看來，都呈現相同的顏色。由於我們每次只能看見半球上一個極小的圓錐面，也因為我們的眼睛很小，所以只能接受陽光中一小部分波長的光。若我們的眼睛大如足球，色素就會變得更加鮮明，尤其當它們密集存在時。因此我們眼中所見的光，已比原先的光源——陽光——暗淡很多，當我們遠離視野中的動物時，所能偵測到的光錐就變得更小，光線也更暗淡，最後牠們終將逐漸消失在我們的視野之中。你可以想想遠方的陸地逐漸消失在眼前的情形。

作者：派克(Andrew Parker) 譯者：陳美君 出版社：貓頭鷹出版社 書系：貓頭鷹書房 出版日期：2017-01-03 ISBN：9789862623183 城邦書號：YK1230X 規格：平裝 / 部分彩色 / 352頁 / 14.8cm×21cm