无颌类鱼加入。最近有关罕见基因组变化的分子学研究使研究人员相信七鳃鳗和盲鳗应被归于一类，成为其他所有脊椎动物的外类群，如图所示。几乎可以确定的是我们低估了深海盲鳗类物种的数量；研究的困难性意味着关于盲鳗类的系统分类关系还处在起步阶段。
七鳃鳗和盲鳗
在第22会合点，我们将遇见40种左右的七鳃鳗和大约70种已知的盲鳗类鱼。那是在5.25亿年前寒武纪早期温暖的海洋中，而我粗略地估计，22号共祖是我们的2.35亿代远祖。我们在这里遇到的朝圣者没有颌骨，没有鳍，也没有骨骼，它们从脊椎动物形成初期幸存至今，向我们传递着关于脊椎动物历史的重要信息。本来还有几个重要的鱼类类群也应该在第21会合点和第22会合点之间加入我们的朝圣之旅，可惜它们的家系都已经灭绝了。虽然我们的旅程主要关心的是现在仍然存活的朝圣者，但这些灭绝了的非凡生物依然应该得到一点关注。
其中最令人印象深刻的，同时也许是泥盆纪“鱼类时代”主要捕食者的是盾皮鱼（placoderm）。它们的名字意为“盾质皮肤”（plateskins），这指的是包裹着它们的头部和上身的坚硬的骨质装甲。它们全副武装，就连前肢都包裹着管状的外骨骼，乍一看好像螃蟹的腿。如果你富有想象力，又是在十分微弱的光线下遇到它，你很可能会以为自己撞见了一种奇怪的龙虾或螃蟹，这是情有可原的。上大学时我曾经梦想发现还活着的盾皮鱼——对于我来说，这好比幻想自己在板球比赛中为英格兰赢得满分。盾皮鱼是我们有颌类的近亲，它是最早进化出合页状颌骨的鱼类，而且颌骨上还长着简单的牙齿。尽管大多数盾皮鱼物种只有数十厘米长，但邓氏鱼（Dunkleosteus）可以长到6米长，一口就能将一条大白鲨咬成两半。最近的研究表明，某些盾皮鱼比另一些盾皮鱼与我们的关系更近。这是个激动人心的消息，因为它意味着在过去进化历程中的某个时刻，我们的祖先实际上是某种盾皮鱼。不幸的是，这也意味着“盾皮鱼”这个名称不再是一个自然的分类，而成为一种鱼类进化的等级，就像我们在讨论似哺乳爬行动物时所说的那样，这个名称将不再具有分类学上的意义。
不仅仅是我们的下颌可以追溯到盾皮鱼。我们的腿也起源于早期盾皮鱼的成对腹鳍。一些种类的盾皮鱼雄性个体在身体更下方还长着另一组附件器官。这些器官被用作外生殖器，去抓住雌性并使其受孕，与现代鲨鱼的“卷须”的用法类似。这些古老的鱼在体内孵育下一代的推测已经被最近发现的带有胚胎的盾皮鱼化石证明，这也是在化石记录中发现的最古老的怀孕母本。
如果我们把腿的出现归功于盾皮鱼，那么我们应该将手臂的出现归功于另一个关系稍远一些的亲属甲胄鱼（Ostracoderm），它包括一些最早拥有成对前鳍（胸鳍）的鱼。甲胄鱼虽然也拥有甲板，但它们既没有下颌也没有牙齿，似乎都靠吸食柔软的食物为生。毫无疑问，甲胄鱼中的一些种类——比如骨甲鱼目（Osteostraci）——比另一些种类与我们的关系更近，并且“甲胄鱼”这个词也过时了。
盾皮鱼和甲胄鱼的甲板，使任何认为钙化骨是脊椎动物用以取代软骨的高级特征的观点都沦为谎言。鲟鱼和其他一些有骨鱼都像鲨鱼一样拥有几乎完全由软骨构成的骨骼，但它们都起源于远古时期更“骨感”的、拥有厚重甲板的祖先。骨骼是一种古老的发明。
为什么有颌类的盾皮鱼和无颌类的甲胄鱼都有如此强化的躯体？古生代海洋又是怎样一番景象，以至于这些生物都需要如此坚固的保护？我们的推测是，它们的天敌很强大。这些捕食者中除了其他盾皮鱼，就是板足鲎（eurypterid）或海蝎子（sea scorpion），有些体长超过2米——有史以来最大的节肢动物。不论板足鲎是否有像现代蝎子那样的毒刺（最近的证据显示没有），它们确实是令人害怕的对手，迫使泥盆纪的鱼类，不管有颌还是无颌，都进化出装甲般的保护壳。
最后，让我们转向至今仅存的无颌鱼——七鳃鳗和盲鳗。相比古生代的板状鱼，它们与我们的关系更疏远。它们没有骨骼，也没有盔甲，这使得七鳃鳗吃起来很省事，让人不禁为国王亨利一世悲叹（学校的历史书一直在提醒我们，他死于食用过量的七鳃鳗）。但目前尚不清楚它们的祖先是否也如此口感柔软。没错，现存所有种类的七鳃鳗和盲鳗，其头骨和骨骼都是由柔软的、非钙化的软骨构成的，就连它们的牙齿都是由角蛋白构成的，就像你的指甲一样。不过，在培养皿中，七鳃鳗的软骨提取物是可以钙化的。将七鳃鳗的软骨基因表达在其他鱼类的体内，它所产生的软骨也是可以钙化的。而且，人们在化石中发现了七鳃鳗样的钙化组织。很可能22号共祖有钙化的组织，甚至可能有真正的骨头，只是在现存的七鳃鳗和盲鳗中消失了。
现代七鳃鳗终生或部分时间生活在淡水中。不同寻常之处在于，它们出生以后的最初几年都是以一种被称为“幼七鳃鳗”的简化幼虫的形式生存的。处于这种状态时，它们没有牙齿，无法视物，将自己埋在泥沙中，滤食石屑为生。之后它们会经历变态发育而成年。成年的七鳃鳗好似脊椎动物版本的蜉蝣，有大约半数的七鳃鳗物种，其成年个体是不进食的，它们把所有的精力都投入到繁殖上。剩下的那些物种的成年个体会寄生在其他鱼类身上。七鳃鳗没有颌骨，嘴巴周围有一个圆形的吸盘，有点像章鱼的吸盘，但周围有一圈圈小牙齿排列成同心圆的形状。七鳃鳗将吸盘固定在其他鱼类的体表，用小牙齿刺穿宿主的皮肤，然后像水蛭一样吸食宿主的血液。以北美五大湖为例，七鳃鳗严重地影响了渔业生产。
盲鳗生活在深海，因此对它们进行研究就更为困难。它们的身长和形态都和七鳃鳗极为相似，也像七鳃鳗一样没有下颌，也缺乏成对的附肢和成排的鳃孔。但盲鳗不是寄生生物。它们用嘴翻找出海底洞穴周围的小型无脊椎动物，或者清除腐烂的鱼或鲸的尸体。它们通常会钻入这些腐尸体内由内向外啃食。它们可以产生大量的黏液，用作润滑或防御。深海拍摄的录像显示，攻击过盲鳗的鲨鱼嘴里满是盲鳗分泌的黏液，于是只好嫌恶地远远游开。它们拥有将身体打成结的惊人天赋，凭此进入食物内部，也凭着这种结滑动逃出它们自己制造黏液陷阱，这真是一种恶心而又令人印象深刻的脱逃术。
虽然七鳃鳗和盲鳗是我们旅途迄今遇到的关系最远的亲属，但它们的鱼类属性还是促使我们将它们与目前我们朝圣之旅中的所有动物一起列入脊椎动物。然而，虽说是脊椎动物，但它们的躯干并不是由脊柱支撑的。相反，它们的“主干”是一根柔韧的杆状软骨，即所谓的脊索[96]。大多数脊椎动物（包括人类）在胚胎时期都有脊索，但在之后的发育过程中，它或多或少地被椎骨取代。在成年人中，脊索一般都保有部分片段，例如椎间盘。椎间盘的错位会给我们带来巨大的痛苦。七鳃鳗和盲鳗的“脊柱”中没有椎骨，而是一整个长盘状的结构。不过，它们确实有一些与椎骨相似的结构。七鳃鳗的脊索上方每隔一段就有一个软骨形成的箍，用以保护神经。最近发现，盲鳗尾端的脊索下方也有重复的软骨片段。这意味着，22号共祖的体内有椎骨的雏形，身体骨架的基本结构也基本确立。虽然只有语义上的意义，不过七鳃鳗和盲鳗类被授予“脊椎动物”的称号也算是实至名归。
人们曾经认为脊椎动物是在寒武纪之后很久才出现的。也许出于一种势利的想法，我们把所有动物排成进步状的阶梯。这在某种程度上似乎是正确的、合适的，曾经存在这样一个时代，当时只有无脊椎动物，等着强健的脊椎动物的传奇入场。我这一代动物学家上学的时候都被告知，最早的脊椎动物是一种无颌鱼，即莫氏鱼（Jamoytius）。这个物种是以其发现者莫伊–托马斯（J. A. Moy-Thomas）的名字命名的，只是拼写显得有些太随意了。莫氏鱼生活在志留纪中期，也就是在寒武纪时期的1亿年之后，当时大部分无脊椎动物类群都已出现。显然，脊椎动物的某些祖先是生活在寒武纪的，人们认为这些祖先就是原索动物（protochordates），脊椎动物的无脊椎先驱。皮卡虫（Pikaia）被推崇为化石中最古老的原索动物[97]。因此，当真正的脊椎动物化石开始出现在中国的寒武纪地层甚至早期寒武纪地层中时，这是一个多么甜蜜的惊喜！这多少消除了皮卡虫的一些神秘感。皮卡虫之前，的确生活着真正的脊椎动物无颌鱼。因此脊椎动物的历史可以追溯到寒武纪早期。
到2014年为止，我们只知道3种相当相似的寒武纪脊椎动物，即海口鱼（Haikouichthys）、昆明鱼（Myllokunmingi）和钟健鱼（Zhongjianichthys）。我们现在可以再增添一个新的成员，即巨型斯普里格虫（Metaspriggina），它的化石产自加拿大一个更年轻的地层，当初皮卡虫也是出自同一地层。鉴于其广袤久远的时代，这些化石（我们会在《天鹅绒虫的故事》里再次遇到它们）的状况不佳也并不奇怪。因此我们对这些原始鱼类仍然所知甚少。作为七鳃鳗和盲鳗的亲属该有的特征，它们似乎大部分都有。它们有鳃，有分节的肌肉块构成的躯体，也有脊索，依稀像是七鳃鳗的幼年形态（不过它们很可能有功能正常的眼睛）。22号共祖应该更像这些化石物种，而非七鳃鳗或盲鳗的成年个体。七鳃鳗和盲鳗在5亿年的进化历程中都形成了各自特有的特征。
第22会合点是一个重要的里程碑。从这里开始，我们的朝圣大军首次聚齐了所有的脊椎动物。这是一件大事。传统上，动物被分为脊椎动物和无脊椎动物两个大类。这种划分在实践中一直方便好用。然而，从严格的进化角度看，脊椎动物和无脊椎动物的划分是很奇怪的，这种划分方式就像古代犹太人将人类只分为自己人和“外邦人”（字面上的其他人）两个类群一样不近人情。虽然我们脊椎动物认为自己在这个世界上很重要，然而事实上，我们脊椎动物甚至不能独占一个完整的门类。我们只是脊索动物门的一个亚门，脊索动物门才是和软体动物门（蜗牛、帽贝、鱿鱼等）或棘皮动物门（Echinodermata，包括海星、海胆等）相并立的类群。脊索动物门还包括那些虽然不是脊椎动物，却有脊索的动物，比如我们将在第24会合点遇到的文昌鱼。
抛开严格的分支理论不提，脊椎动物确实有一些特别之处。我在牛津大学的同事彼得·霍兰（Peter Holland）教授曾评论说，是时候复兴传统上对脊椎动物和无脊椎动物的区分了。他说服我相信，在基因组复杂性方面，（所有的）脊椎动物与（所有的）无脊椎动物存在着巨大的差异：“在基因水平上，这大概是我们多细胞生物[98]在进化历史上经历的最大的变化。”《七鳃鳗的故事》将解释为什么可能是这样。
七鳃鳗的故事
《七鳃鳗的故事》讲的是遗传创新的诞生，它涉及我们之前遇到的一个主题：从单个基因的视角考察祖先源流家系，这种视角会让人大吃一惊，它与我们所了解的传统的家族谱系截然不同。
血红蛋白是一种非常重要的分子，它能将氧气输送到我们的组织中，并使我们的血液呈现红色。成人血红蛋白实际上是由并非完全相同的4个球状亚基形成的四聚体蛋白质，多肽链中的氨基酸序列表明这4个球状亚基紧密相连的，每个亚基就像盲鳗一样将自己缠绕成一个优美的球状。其中两个相同的亚基被称为α亚基（每条链有141个氨基酸），另两个为β–亚基（每条链有146个氨基酸）。这些亚基是由人类染色体上不同的基因编码的：α亚基编码基因位于11号染色体上，β–亚基编码基因位于16号染色体上。我们基因组所编码的球蛋白还不止这些，它还编码其他不同用途的球蛋白。例如，肌红蛋白——第一个被解析出3D结构的蛋白质（这个成就使研究者获得了1962年的诺贝尔化学奖）——是肌肉的一个组分，它被用来储存而不是运输氧气。多亏了肌红蛋白，抹香鲸可以在水下停留超过2个小时而无须换气。最近还发现了细胞球蛋白，它可能有助于我们的细胞应对低氧状态。此外还有其他一些功能未知的蛋白，它们的名称也同样神秘，如“球蛋白X”和“球蛋白Y”。
不必在意这些名字。它们令人着迷的地方在于，球蛋白基因之间的相似性说明它们不可能是各自独立进化出来的。它们是平行复制的产物，即遗传学家所谓的“种内同源基因”（paralogous gene）。正如我们在《吼猴的故事》里讨论的那样，很显然，α球蛋白和β球蛋白的序列是复制粘贴的产物。至于其他球蛋白的序列，我们将会看到，它们可能是以更激进的方式复制而来的。这些经复制和变异形成的球蛋白基因是名副其实的表亲——它们都是同一个家族的成员。这些相似的基因共存于你我的身体之中。它们也肩并肩地存在于每一头疣猪、每一头袋熊、每一只猫头鹰和每一只蜥蜴的每一个细胞里。
当然，在整个生物界的范围内，所有的脊椎动物都是彼此的近亲。我们对脊椎动物进化的家系图已经很熟悉了，其各分支点代表着亲代物种发生分化，产生了子代物种。反过来看，这些分支点也是我们朝圣之旅的交汇点。但还有另一幅家系图，它也占据了同样的时间尺度，它的分支代表的不是物种的形成，而是基因组内的基因复制扩增事件。如果我们以常规的传统视角，即物种分化形成子代物种的视角溯源而上，那么我们会发现，球蛋白的分支模式与物种家系图的分支模式非常不同。如果采用基因的视角，那么物种分化产生子代的模式将并不局限于一个版本：每个基因都有它自己的家系图，有它自己的分支编年史，以及它自己的远近表亲列表。
形成我们血红蛋白的DNA序列，即α基因和β基因最开始是同一个基因的姐妹版本，即等位基因。大约5亿年前（大概在我们前面记述的甲胄鱼或盾皮鱼的时代），在某条早期鱼类的体内，一个原始的球蛋白基因偶然间复制多了一份拷贝，于是这条鱼的基因组里有了两个球蛋白基因。一份基因产生α球蛋白，最终定位在人类基因组的11号染色体上，另一个则是β基因，定位于我们基因组的16号染色体上。我们不必去徒劳地猜测在进化中间阶段的先祖体内它们各自存在于哪一条染色体上。由于参与基因组分离的染色体数目众多，可识别的DNA序列的定位以出人意料的随意方式被打乱和交换，因此，染色体编号系统不能适用于不同的动物群体。
现在事情就有趣了。鉴于产生α基因和β基因的基因重复事件发生在5亿年前，当然不可能只有我们人类基因组记录着这次事件，在基因组中不同的位置既有α基因也有β基因。我们应该也可以在其他哺乳动物以及鸟类、爬行动物、两栖动物或硬骨鱼的单个个体的基因组中看到同样的分离事件，因为我们在不到5亿年前有着共同的祖先。事实上，无论考察的是哪个物种，这种猜测都被证明是正确的。
α–β分离代表着球蛋白家族树的一个分支点，但它并不是唯一的分支点。实际上，实际上在α家系和β家系内部还包括好几次基因重复事件：尽管我一直在暗示有一个单一的α基因和一个单一的β基因，但这并不十分准确。现在，α基因和β基因各自代表着一小群关系紧密的基因，这些基因先后复制并出现在染色体上。在人类中，α基因簇由7个略微不同的基因组成，其中2个是假基因——基因序列中出现错误的缺陷基因，这种假基因不能被转录翻译为蛋白质。还有1个是功能性的基因拷贝，但奇怪的是，据我们所知它从未被使用过。另外还有2个基因在胚胎发育的早期处于活跃状态。剩下的2个则编码成人血红蛋白的基因，也就是通常所说的“α”基因。令人惊讶的是，这两种α基因产生的是完全相同的蛋白质（尽管它们转录翻译的启动和关闭都以不同的方式进行）。整套设置来自一系列偶然的复制，混乱不堪，正是进化系统的特征，不同于工程师设计出来的系统。不过，这些偶然的复制产物为进化提供了原始素材，因为不同的拷贝不断进化，可能行使更多特定的功能。作为另一个分支的β球蛋白基因簇就是一个很好的例子。
人类的β基因簇也碰巧有7个球蛋白基因，和α基因簇的基因数目一样（这是一种巧合，其他的脊椎动物，如鸟类或硬骨鱼的α基因簇和β基因簇大小不同，反映了复制和删除的不同历史）。与α基因簇一样，β基因簇中的基因并非全都有功能。其中1个功能基因是“标准”的β基因，其产物出现在成人血红蛋白中，而且有2个拷贝。有趣的是另外2个有功能的β基因，它们是大约2亿年前一次基因重复事件的产物。它们被称为γ球蛋白，这次重复事件让它们可以自由地进化出对于胎盘类哺乳动物具有特殊作用的蛋白。当你我还在母亲的子宫里发育的时候，我们通过胎盘从母亲的血液中获取需要的氧气。这需要一种特殊类型的胎儿血红蛋白，这种血红蛋白与氧气有更强的亲和力，因此可以从母亲的成人血红蛋白中夺取氧气。胎儿血红蛋白以2个γ球蛋白替换了成人的2个β球蛋白。通过这种方式，在通往胎盘类哺乳动物的进化道路上，基因复制和随后的功能特化提供了必要的一步。
关于球蛋白基因的近期重复事件就说到这里。更古老的基因复制事件又是怎样的呢？基因重复事件会留下两条线索：我们自己基因组中的基因之间的分化模式，以及在与我们关系更疏远的物种中存在或缺失的各种不同分歧节点。七鳃鳗和盲鳗是我们在脊椎动物中最远的亲属，也是仅有的和我们分离时间超过5亿年的脊椎动物。而且，尽管七鳃鳗和盲鳗具有一种携带氧气的“血红蛋白”，但这种“血红蛋白”并不像其他脊椎动物那样由2个α亚基和2个β亚基组成。这并非由于它们仅有的血红蛋白基因与我们的基因的分歧时间刚好在α–β分离之前，假如这样那就简单了。相反，七鳃鳗的“血红蛋白”基因分支处于球蛋白树状家系图更基部的位置，其分歧时间甚至早于我们的血红蛋白与肌红蛋白的分化。不仅如此，七鳃鳗还发展出了自己的肌肉储氧球蛋白，它们的这种“肌球蛋白”与它们的“肌红蛋白”的关系，要近于它们与其他脊椎动物的血红蛋白的关系。似乎它们从祖先球蛋白基因趋同进化出了一套氧气管理系统，就像蝙蝠和鸟类从四足祖先的腿独立进化出了翅膀。
为了追寻这些基因的历史，我们可以研究更疏远的物种和球蛋白基因。到目前为止我们所提到球蛋白，除了“球蛋白X”，其余的只在脊椎动物——包括七鳃鳗和盲鳗——身上表达（球蛋白X属于外类群，在昆虫、甲壳类和扁形动物身上有表达）。更确切地说，脊椎动物特有的球蛋白大概诞生于第22会合点和第23会合点之间，它包括四个主要谱系，其代表分别是血红蛋白（α和β）、肌红蛋白、细胞球蛋白（也存在于七鳃鳗中）和球蛋白Y。除脊椎动物，在其他动物身上没看到这些球蛋白分支，即使在接下来的两个会合点里遇见的尾索动物和文昌鱼身上也没有。只有当我们将目光越过球蛋白转而研究其他基因家族时，我们才能得到真正的启示。在脊椎动物中，各种各样的DNA序列都说明，基因重复事件都发生在脊椎动物进化树的基部（经典的例子是Hox基因簇的四倍复制，这是《果蝇的故事》的主题）。最简单的解释是，这些基因的重复事件并不是相互独立的。相反，脊椎动物祖先的基因组在历史上以较大的区域整块复制，而且这样的复制事件可能发生了不是一次，而是两次。顺便说一句，这种复制现象在植物中很常见，但在动物身上却很少见。在5亿多年前的一个重要日子里，我们祖先的基因组中很多甚至全部染色体都被多了一份拷贝。而在后来的某一天，在这个祖先的某个子代的体内，这些拷贝再次被复制，在由此产生的基因组中，大多数基因都包含了4个副本。如今，已经不太容易察觉到这种复制模式的迹象，因为许多染色体副本已被删除、打乱或进一步加倍。不管怎样，对整个基因组的进化分析越来越支持“2R”假设，即脊椎动物祖先历史上曾出现了两轮全基因组复制。正是在这种意义上，彼得·霍兰认为脊椎动物的基因组比与它们亲缘关系最近的无脊椎动物的基因组复杂得多。大量的染色体副本和DNA分化可能标志着脊椎动物的崛起。
我们的基因分化也能追溯到更早的时候，早于脊椎动物，早于动物，甚至早于动植物的分化，一直回溯到单细胞细菌，回到生命自身的源头。如果回溯得足够久远，我们的每个基因都可以将自身的起源归结于某种古老基因的分异。我们可以为每个基因都写一本与本书类似的书。我们把这本书中的朝圣定为人类的朝圣，我们将这次旅行的里程碑定义为人类与其他家系的相遇地点，即在正向进化过程中。人类祖先与其他物种分道扬镳形成不同物种的地点，然而这一切都是我们主观武断的做法。我们之前说过，我们完全可以借用现代儒艮或者画眉的视角开始我们的朝圣之旅，遇见一群截然不同的共祖，最终抵达同一个坎特伯雷。但现在我们提出一个更加激进的观点：我们完全可以为任何一个基因书写一部逆向朝圣的旅程记录。
我们可以跟随α血红蛋白或细胞色素C，或者任何其他已知基因的朝圣之旅。第1会合点会是我们所选择的基因在基因组中经历最近一次复制事件的里程碑。第2会合点则是更早一次的复制事件，以此类推。每个会合点的里程碑事件都会发生在某个特定的动物或植物身上，就像《七鳃鳗的故事》把一条寒武纪的鱼确定为α血红蛋白和β血红蛋白分化的载体。
进化的基因视角不断地提醒着我们它的重要性。
