《解码40亿年生命史》的作者尼尔.舒宾是一名美国古生物学家，进化生物学家和科学写作者，并且当选美国国家科学院院士。本书是一本重新探索生命演化历程中重要问题的读物，将DNA技术、胚胎与化石研究融合在演化史变革关键事件中，回溯了生命的来路，解开物种起源的核心之谜。化石显示远古时代的生活，现生生物揭示解剖结构的工作原理及从出生到成年过程中器官的发育过程。
总体上，不断发展的科学技术揭示了数十亿年的生物演化历史，DNA内部充斥着协作、微调、竞争、偷窃和战争；同时病毒持续侵染基因组。每个动物细胞内部的基因组随着其在一代又一代中完成工作，自身也不断改变着。这一动态过程的结果，形成了新的器官和组织，以及最终改变了世界的生物学创新。
第一章，达尔文的五个字。奇怪的标题有着不可思议的悬念，回溯到《进化论》刚发表后的那一段历史中的争议。学者米瓦特认为达尔文理论中有致命缺陷“自然选择未能解释有用结构的最初阶段之处”，他是首先意识到演化中的重大转变从来都不是只有一个器官发生改变的科学家之一，全身与该特征相关的部分需要一起改变，那么这种重大而许多的演化转变如何产生呢？达尔文对此回答了五个字：“功能的转变”。功能的转变与特征的渐变紧密相关。
拿鱼类的鱼鳔为例，在鱼鳔中充气和放气，鱼类可以获得不同的浮力并借此停留在不同深度的水中。肺和鱼鳔的发育过程在本质上是相同的。气囊周围密布血管，表明鱼类会利用这一系统摄取氧气进入循环系统，某些鱼类其鱼鳔的另一个作用是：呼吸空气。美洲肺鱼体内有着管道系统：不一个拥有肺叶、血液供应以及与真正的人类肺部特征类似组织的器官。这个生物连接了两种重要的生命形式：鱼类和两栖动物。类似的鱼在世界各地都有被发现，且存在了数亿年之久。后续的基因检测与实验表明，参与形成鱼鳔的基因与参与形成鱼类和人类肺部的基因是同样的。肺并不是突然的发明。气囊从服务于水中生活，转变为使生物能够呼吸空气在陆地上生活的器官，这一改变并不涉及新器官的起源，而是“伴随着功能的改变”。
始祖鸟具有多种奇特的特征，它有长满羽毛的翅膀和中空的骨骼，其化石的发现，使学界的共识，从恐龙都是笨重的并不可能长有羽毛，转变为跑动的恐龙必须快速移动且身体轻盈，因此很适合成为鸟类的祖先。之后发现的大约12种带羽毛的恐龙化石，汇集成了一幅长有各种羽毛的兽脚类恐龙的画卷，从管状羽毛到真正的羽毛，羽毛几乎存在于所有食肉恐龙的身上。随着时间流逝，食肉恐龙逐渐变得越来越像鸟类。它们失去了一些腕骨，演化出半月形腕骨，甚至具有叉骨。但最羽毛的起源绝对与飞行无关（目前多数人认为与保暖有关），虽然用于飞行的发明早在飞行起源之前就已出现。
“没有什么事情始于你认为它开始的时候。”这句话是生命史中乃至生活中最强有力的观点。旧的器官发明新的用途和功能，生命史上的重大转变是通过给已有的结构赋予新的功能来实现的。身体构造可能在一种环境下出现，在另一种环境下被赋予新的功能。这就是通过演化来实现革新的故事。“功能的转变”，为我们理解器官、蛋白质甚至DNA的起源铺平了道路。
第二章，胚胎的想法。几个世纪以来，有好多学者对鸡蛋或胚胎感兴趣，到了冯.贝尔，他发现每个物种的胚胎发育都始于三层细胞：内胚层、外胚层和中胚层，内胚层形成了消化道器官和相关腺体，中胚层变成了肾脏、生殖器官、肌肉和骨骼，外胚层成为皮肤和神经系统。之后的科学家们发现，尽管不同物种的成体甚至幼体可能看起来完全不同，但它们在发育的最早期阶段很相似，意味着它们有着共同的演化历史。海克尔声称他的研究显示，动物胚胎在发育过程中会追随生物的演化历史，演化中的新功能总是出现在发育的最后阶段。在此之后，加斯坦格提出，发育过程中的转变是从无脊椎动物过渡到脊椎动物的第一步。海鞘幼体的特征保留到成年形成了脊椎动物的祖先，迈出了从无脊椎动物到脊椎动物转变的关键一步（最近，该论点被DNA证据所证实）。
阿道夫.内夫通过一幅图贡献了一个最持久的论点：人类保存了更多祖先幼年的比例和形态，幼年黑猩猩的特征非常像人。汤普森认为，人类与黑猩猩之间产生差异的原因并非新器官的出现，更多的是身体不同部位的比例改变，类似那些由于发育速度减缓或增加而导致的变化。
女生物学家茱莉娅.普拉特在冯.贝尔的研究基础上加以改进，有些头部细胞并非来自于中胚层，而是源自于发育中的脊髓，而后迁移到鳃弓，参与鳃弓骨骼的形成。所以，细胞会在不同胚层之间迁移，它们从发育中的脊髓上脱离出来，迁移到胚胎的全身。一旦到达新的位置，它们就开始形成组织。她的发现帮助揭示了下一个转变：一种新型细胞的起源。改变时间和新细胞起源，就可以产生一种全新的身体构造。
生物不会从祖先中直接继承头骨、脊髓或细胞层，它们继承的是这些结构的形成过程。
三，染色体中的大师。沃森和克里克将我们带入了DNA的时代，从此，生物研究进入了全新阶段。人类DNA由大约亿个碱基组成。每个DNA序列都带有指示形成另一个分子序列的信息，合成蛋白质时，DNA中的碱基序列会翻译成另一种分子的序列：氨基酸序列，随后，不同的氨基酸序列会形成不同的蛋白质。
扎克坎德在鲍林的建议下，开始研究血红蛋白，发现人类和猿类的血红蛋白在大小和电荷上都比青蛙和鱼类的更相似，由此推断，蛋白质在较长的时间尺度内演化速率可能是恒定的，不同生物的蛋白质可以提供与化石一样丰富的信息，蕴含在各个器官、组织和细胞中。二人开启了一个全新的研究领域——利用分子探索生命的历史。实际上，生物体内每一个分子都可以用来讲述过去的事情。
数学天才艾伦.威尔逊利用此二人的观点，催生了一批从全新视角探索生命史的科学家，致力于研究蛋白质。数学思维带领他寻找生物模式背后的简单规律，他热衷于提出大胆的假设，解释生命史中复杂的问题，并运用又多又严格的方法对其进行检验证伪。他的女学生玛丽.克莱尔.金决定用一种快速的方法检测蛋白质之间的差异，用这个方法检验出人类和黑猩猩的蛋白质序列几乎完全相同（40多种蛋白都是这样），所以人类与黑猩猩之间的解剖学差异，并非来自蛋白质或指导它们合成的基因。
人类基因组的测序竞赛催生了一波技术爆发延续至今。人类基因组数据库中的基因组序列也被不断丰富。雅各布和莫诺在研究细菌的过程中发现，细菌的基因组由两部分组成，第一部分是基因，包含有关消化两种不同糖的蛋白质的结构信息，基因的碱基对能够翻译成氨基酸链进而形成蛋白质，它们两侧是一些短小的碱基对片段。另一些部分的分子附着在这些片段上时，就可以开启或关闭基因，进而合成相应的蛋白质，这是基因组的第二个组成部分。蛋白质制造过程的双重组织性，也就是编码基因及其调控开关序列被证明是所有基因组的普遍特征，动植物和真菌皆如此。
如果将基因组视为一种配方，那么基因负责编码成分，开关序列说明何时何地添加成分。这就是2%和98%的组成。
基因在肢芽发育（四肢出现）过程中合成一种蛋白，然后扩散到桨状末端的各个部位，可以控制细胞团形成哪根手指，它被命名为“音猬因子”。由音猬因子基因的变异会导致多指，因为它在肢芽的错误位置启动。但突变位点和音猬因子基因位点之间存在着巨大的遗传空间，不知为何，远离该基因的一个轻微突变改变了它的表达，导致该基因在四肢中开启，产生了多余的手指和脚趾。
后续一系列研究成果的结论是，脊椎动物和无脊椎动物身体的头骨、附肢、鱼鳍、翅膀、躯干等不同器官和结构等重大的演化变革，背后是控制基因活性的开关的变化。这种极其复杂和充满活力机制的改变，是地球上所有生物演化的基础。演化变革更多的是关于这些基因在发育中于何时何地开启，而不是基因自身的变化。一系列基因被激活以控制其行为，从而逐渐形成人体的组织和器官。在微妙级的时间内，DNA链开启又关闭，扭曲并转动，每秒激活数千个基因，从胚胎开始到整个成年阶段。这也是人类与黑猩猩之间的主要区别所在。
第四章，美丽的怪物。这是关于生理畸形的研究。历史上关于畸形的神秘猜想持续了很久，从16世纪开始，自然哲学家认为怪物反映了生物界的某些基本规律。
对蚯蚓、果蝇、鱼类和小鼠的研究揭示了有关动物身体的普遍规律。构建果蝇身体的此类基因，几乎存在于从蚯蚓到人的各种动物体内。这些基因紧密排列在染色体上。每个基因似乎都是在身体的特定部位（头、胸和腹）才活跃。改变身体不同部位的基因表达模式，可能会对其中发育的器官产生可预测的影响。在蜈蚣等生物中，长有相同附肢的每个体节中都表达了相似的基因，这些基因形成了通往身体的路线图。鱼鳍转变成肢体都是改换用途的体现：控制肢体形成的基因在鱼类中也存在，并控制鱼鳍末端的发育。
生命的伟大变革不一定涉及新基因、器官或生活方式的全面创新，修改、重新部署或借用古老基因为演化变革提供了动力。这种行为存在于生命史的各个层面，甚至延伸到新基因自身的出现。
五，模仿者。地理位置经常以它们的发现者命名，这一现象为人熟知，而人体也一样，很多器官的名字与数百位伟大的历史名人联系，因其首次探索了人体的结构及自然界中深层的模式。比如维克.达济尔和欧文，发现了身体的基本模式，揭示了有关所有生物学的事实，一个有关DNA的重要事实。基因是DNA片段，而DNA自身卷曲盘绕成染色体。拥有一条额外的染色体会让身体变得异常，但拥有整套额外的染色体组则是另一回事。在培育过程中将植物基因组整套加倍，有时可以得到拥有额外染色体组的后代，这些后代会更强壮或鲜美，这种在植物中常见的现象在动物中很少见。
日本科学家大野乾在研究中发现，演化改变的引擎是基因重复。整个基因组、单个基因、蛋白质的某些部分，它们都有重复的序列。演化的创造力更像是模仿者，重复并修改了古老的DNA、蛋白质，甚至是构建器官的蓝图，它们已持续了数十亿年。“拷贝无处不在”，而不同拷贝共享关键序列。基因重复可以成为发明的途径，还可以变得个性化。我们整个基因组的三分之二是由重复序列组成的，嗯，疯狂重复。
在关于玉米的研究中，麦克林托克开发了染色体可视化技术，她的发明和观点是遗传学史上最伟大的思想之一：基因组不是静态的，可以从一个地方跳到另一个地方。我们的基因组其中约70%由跳跃基因组成。跳跃基因是常规，不是例外。大量复制的片段，都是跳跃基因，可以自我复制并插入基因组的任何位置。基因可以自我复制并在基因组中跳跃。基因组中有两种基因，有些具有功能并能制造蛋白质，另一些仅能跳来跳去并自我复制。这是我们基因组中三分之二由重复基因构成的原因之一，如果没有约束，它们将占据整个基因组。
第六章，我们体内的战场。关于基因的变化如何带来生命历史中的新发明。文尼.林奇在蜕膜基质细胞中寻找到了生命史上重大转变的线索，这是一种特殊的细胞，可以抑制母体免疫系统，缓冲母亲的免疫系统并将营养物质输送给胎儿。身体中任何地方取出的正常成纤维细胞加入孕酮和其他化学物质的混合物时，就可以制造正常的蜕膜基质细胞。这种细胞是哺乳动物所特有的，它们的起源是妊娠本身起源的核心内容，但其中的突变是关键。结论是，一个跳跃基因中发生了突变，将一段常规序列转变成对孕酮有相应的开关，然后随着自我复制、跳跃和插入，该突变扩散开来，撒满整个基因组。所以，涉及数百个基因协同的遗传变化，可能不是通过数百个独立突变，而是通过携带单个突变的跳跃基因在整个基因组中扩散发生的。跳跃基因有时会携带有用的突变，逐渐扩散，在随后的数代中不断放大，产生引人注目的新结构。
合胞素蛋白的功能是负责母亲和胎儿间营养和废物的交换，合胞素基因缺陷的动物，无法形成胎盘，胚胎也无法存活，但合胞素与其他任何动物体内的蛋白质均无相似之处。匹配的结果令人既惊讶又困惑：合胞素的序列很像人体免疫缺陷病毒（HIV）。进一步观察发现，合胞素本质上就是一种丧失了感染其他细胞能力的病毒蛋白。通过我们尚不了解的机制，病毒负责感染能力的部分被剔除，并被用于在胎盘中合成合胞素。病毒为基因组带来了新的蛋白质基因。入侵者被策反，为宿主所用。所以，DNA不仅继承自祖先，病毒入侵者也参与其中并发挥了重要作用：与病毒的战斗一直是生物发明的众多来源之一
已在人类中证实Arc基因的突变与多种神经退行性疾病有关——从阿尔茨海默病到精神分裂症。Arc蛋白与HIV等病毒几乎相同，而且这两种分子的功能完全相同，都是负责将一小部分遗传物质从一个细胞运输到另一个细胞。所有的陆生动物都有Arc基因，而鱼则没有。这意味着大约3.75亿年前，一种病毒进入了所有陆生动物共同祖先的基因组，因此大脑中开始活跃地合成这种蛋白质并增强了记忆。阅读、书写的能力都源于此。
基因组内部正在进行战争，跳跃基因与DNA其余部分发生战争，DNA具有控制跳跃基因的隐藏机制，使基因中负责跳跃的部分沉默，而保留有用的突变。内部战争的结果是生物发明，使得单个突变可以在基因组中传播，并且随时间推移带来重大变革。外部的战争可能是外来入侵者比如病毒，也可能是原本固有的部分发生扩散并插入各处如跳跃基因。遗传突变可以在短短几个世代中就在基因组广泛扩散，而且如果同样的病毒侵入不同的物种，那么不同种类的生物会独立发生相似的遗传变化。不同物种的基因组可以融合，带来新的生物发明。
第七章，铅灌骰子。探讨生物演化中的多发性现象可以揭示自然的内在运作机制，各种原因综合其上，使演化的进程更有胜算。多发性演化的出现有两种方式，第一种是对一个问题的解决方式有限，但反映了哺乳动物、鸟类、爬行动物和昆虫的不同演化历史，比如所有飞行生物都有翅膀，但结构不同，物理必要性和演化历史共同形成结构；另外一种产生多发性演化的方式是，某些变异可以在增加后代数量和使个体更加健壮，从而使该个体在其所处环境中更成功。但自然选择只能影响种群中已经存在的差异。
在蝾螈的退化现象中可知，每种动物都使用相同基因的不同版本来构建种群中各类动物的身体，多发性现象就不足为奇。演化之路不是随机变化推动的连续发展，不同的物种通常会沿着不同路线到达同一地点，比如世界不同地区的蝾螈在不同的时间点独立地演化出了相同的特征。
通过基因和发育构建身体的方式、环境的物理约束以及演化历史，每一代的生物都会从祖先那里继承了构建器官和身体的配方，这些配方写在基因、细胞和胚胎中，可以使某些改变比其他的改变更可能发生。过去、现在和未来融合在所有生物的身体和基因中。这就是在为演化的骰子灌铅以增加筹码。
最后，融合与获得。从地球形成早期开始到20亿年前，地球生命仅由单独或聚集生活的单细胞生物组成。叶绿体最初是蓝藻，后来被一个细胞吞入，作为新陈代谢工厂为细胞提供能量；线粒体最初是细菌，与另一个细胞融合并为其提供能量。最近的DNA序列比对结果显示，这些融合是生命史上的常见事件。线粒体和叶绿体的遗传特征都与它们所在的细胞核不相关。不同的生命个体融合在一起，创造了全新、更复杂的生命，新的细胞，是超级蛋白质工厂，为另一种新生命形式的崛起奠定了基础。
植物的出现创造了一个全新的世界，植物死亡后会腐烂，形成土壤；根系能够保持水土。植物在陆地上死亡、腐烂，产生碎屑，进一步产生土壤，昆虫可以生存，浅溪和池塘能够成为鱼类和两栖动物的栖息地。只有当新的环境出现时，我们遥远的鱼类祖先才可以使用早已出现的器官来迈出陆地上的第一步。时间就是一切。
细胞的协调使躯体成为可能。多细胞动物的躯体是在不同时间、不同地方出现的各个部件的联合体。当不同个体结合起来构成更复杂的生命，原本自由生活的生命成为更大的整体的一部分时，当嵌合体细胞具有足够的能量和DNA，可以组成多种蛋白质时，由于其相互作用的方式丰富多样，或冲突或合作，重大的转变会发生，躯体得以演变。这种组织结构的形成方式跨越数十亿年。
组合、借用和重新利用其他物种的技术和发明，构成了我们数十亿年的演化史，通过亿万年的加装、复制和增补，单细胞微生物的后代已经遍布地球上的每种生境，而这也将是人类未来的一部分。我们有意识的大脑实现了细胞和基因组独立进行了数十亿年的事情。
全书以科学史为背景，生物新技术发展为脉络，介绍了数代科学家为揭秘生命密码而为之奉献一生的动人事迹，展现了一幅幅奇幻壮美的生命画卷，虽然行文不那么通俗，干货满满，但读来依旧惊心动魄，精彩非凡。
