我們動物是已知宇宙中最複雜的事物。用不著說，我們知道的宇宙，比起真正的宇宙，不過滄海一粟。其他的星球上也許還有比我們更複雜的事物，他們有些說不定已經知道我們，也未可知。可是這不會改變我想提出的論點。複雜的事物，不管哪裡的，都需要一種特別的解釋。我們想知道它們是怎麼出現的，為什麼它們那麼複雜。我要論證的是，宇宙中的複雜事物，無論出現在什麼地方，解釋可能大體相同；適用於我們、黑猩猩、蠕蟲、橡樹，以及外層空間的怪物。另一方面，對於我所謂的「簡單」事物，解釋卻會不一樣，例如岩石、雲、河流、星系與夸克。這些都是物理學的玩意兒。黑猩猩、狗、蝙蝠、蟑螂、人、蟲、蒲公英、細菌與外星人，是生物學的玩意兒。
差別在設計的複雜程度。生物學研究複雜的事物，那些事物讓人覺得是為了某個目的設計出來的。物理學研究簡單的事物，它們不會讓我們覺得有「設計」可言。乍看之下，電腦、汽車之類的人造物品似乎是例外。它們很複雜，很明顯是設計出來的，然而它們不是活的，它們以金屬、塑料構成，而不是血肉之軀。但在本書中，我會堅定地將它們視為生物學的研究對象。
讀者也許會問：「你可以這麼做，但是它們真的是嗎？」字詞是我們的僕人，不是主人。為了不同的目的，我們發現以不同的意義使用字詞很方便。大多數烹飪書都把龍蝦視為魚類。動物學家對這種做法頗不以為然，他們指出如果龍蝦把人叫作魚還更公平些，因為魚與人類同屬脊椎動物，親緣關係比較近，魚與龍蝦的關係就遠了。說起公平與龍蝦，我知道最近有一處法庭必須判決龍蝦是昆蟲還是「動物」—這關係到人可不可以將它們活活丟入滾水中。以我的動物學行話來說，龍蝦當然不是昆蟲。龍蝦是動物，但是昆蟲也是，人也是。對於不同的人以不同的意義使用字詞，沒有必要激動—雖然我在日常生活中，遇上活煮龍蝦的人的確激動不已。廚師與律師各有他們一套使用詞語的辦法，在本書中我也有我的一套。電腦、汽車「真的是」生物？別鑽牛角尖了！我的意思是：要是在某個星球上發現了電腦、汽車之類的複雜物品，我們應當毫不猶豫地下結論：那裡有生命存在，或者曾經存在。機器是生物的直接產品；它們很複雜，是設計出來的，因為是生物造的，它們與化石、骨架、屍體也一樣，是我們判斷生物存在的指標。
我說過物理學研究簡單的事物，聽來也許很奇怪。物理學看來是門複雜的學問，因為物理觀念我們很難理解。我們的大腦是設計來從事狩獵、採集，交配與養孩子的；我們的腦子適應的世界，以中等大小的事物構成，它們在三維空間中以中庸的速度移動。我們沒有適當的「配備」，難以理解極小與極大，存在時間以一萬億分之一秒或十億年為單位的事物，沒有位置的粒子，我們看不見、摸不著的力與場（我們知道它們，只因為它們影響了我們看得見、摸得著的事物）。我們認為物理學很複雜，因為我們很難瞭解，也因為物理書中充斥了困難的數學。但是物理學家研究的對象，仍然是基本上簡單的事物，例如氣體或微粒構成的雲，或均勻物質的小塊如晶體——它不過是重複的原子模式。至少以生物的標準來衡量，它們沒有複雜的運轉組件。即使大型的物理對像如恆星，也只有數量相當有限的組件，它們的組織多少是偶然的。物理學的、非生物學的對象的行為非常簡單，因此可以用現有的數學語言描述，這就是物理學書裡充滿了數學的原因。
物理學的書也許很複雜，但是這些書與電腦、汽車一樣，是生物學對像——人類大腦的產物。物理書描述的物體與現象，比作者體內的一個細胞還要簡單。那位作者的身體，有一萬億個那樣的細胞，分成許多類型，根據錯綜複雜的藍圖組織起來，並以精細的工程技術完成，這才成就一個能夠寫一本書的工作機器。凡是事物的極端，物理學裡的極端尺度以及其他困難的極端，或是生物學裡的極端「複雜」，我們的腦子都不容易應付。還沒有人發明一種數學，可以描述像是物理學家這樣的物體，包括他的結構與行為，甚至連他的一個細胞都不行。我們所能做的，是找出一些通則，以瞭解生物的生理以及生物的存在。
這正是我們的起點。我們想要知道為什麼我們以及所有複雜的事物會存在。現在我們能夠原則地回答那個問題了，即使我們對「複雜」的細節還不能掌握。打個比方好了，我們大多數都不瞭解飛機是如何工作的。也許造飛機的人也不完全瞭解：引擎專家不瞭解機翼，機翼專家對引擎只有模糊的概念。機翼專家甚至不完全瞭解機翼，無法對機翼做精確的數學描述：他們可以預測機翼在氣流中的行為，只因為他們研究過機翼模型在風洞中的行為，或者以電腦仿真過——生物學家也可以採用這種路數瞭解動物。但是，儘管我們對飛機的知識並不完備，我們都知道飛機大概經過哪些過程才出現的。人類在圖板上設計出來。其他的人根據圖樣製造零件，然後更多的人以各種工具將零件根據設計組裝起來。基本上，飛機問世的過程我們並不認為算什麼謎團，因為是人類造的。針對某個目的從事設計，然後根據設計系統地組裝零件，我們都知道也瞭解，因為我們都有第一手經驗，即使只是小時候玩過樂高（Lego）玩具。
那麼我們的身體呢？我們每個人都是一台機器，就像飛機，只不過我們的身體更為複雜。我們也是由一個熟練的工程師在圖板上設計出來，再組裝成的嗎？不是。這個答案令人驚訝，我們得到這個答案只不過一個世紀左右。首先提出這個答案的是達爾文。當年許多人對他的解釋不願或不能理解。我小時候第一次聽說達爾文的理論，就斷然拒絕接受。直到19世紀下半葉，歷史上幾乎每個人都堅定地相信相反的答案—「有意識的設計者」理論。許多人現在仍然相信上帝造人，也許是因為真正的解釋—達爾文理論—仍然沒有進入國民教育的正規教材，驚訝吧！可以確定的是，對達爾文理論的誤解仍廣泛地流行。
本書書名中的「鐘錶匠」，是借用18世紀神學家培裡（William Paley，1743～1805）的一本著名的專論而來。培裡的《自然神學》（Natural Theory）出版於1802年，是「設計論證」的著名範例。「設計論證」一直是最有影響力的支持「上帝存在」的論證。《自然神學》是我非常欣賞的書，因為培裡在他的時代成功地做到了我在我的時代拚命想做的事。他有觀點想表達，他熱情地相信那個觀點，並全力清晰地闡述它，他做到了。他對生命世界的複雜特徵有適當的敬意，因此他覺得那個特徵必須有個特別的「說法」（解釋）。他唯一搞錯的——那可是個大錯——就是他的「說法」。他對這個謎團的答案非常傳統，就是《聖經》中的「說法」。比起前輩來，他的文字更清晰、論證更服人。真實的解釋完全不同，直到史上最具革命性的思想家之一達爾文，真相才大白於天下。
《自然神學》以一個著名的段落開頭：
我走在荒野上，要是給石頭絆了一跤，要是有人問我那塊石頭怎麼會在那裡，我也許可以回答：「它一直都在那裡！」即使我知道它不是，這個答案也不容易被證明是荒謬的。但是，要是我在地上發現了一個鐘錶，要是有人問我那個鐘表怎麼會在那裡，我就不能以同樣的答案回復了，「據我所知，它一直都在那兒。」
在這裡，培裡區分石頭之類的自然物體，與設計、製造出來的事物如鐘錶。他繼續說明鐘錶的齒輪與發條製造得如何精確，以及那些零件之間的關係多麼複雜。如果我們在野地裡發現了這麼一個鐘錶，即使我們不知道它是怎麼出現的，它呈現的精確與複雜設計也會迫使我們下結論：
這個鐘表必然有個製造者；在某時某地必然有個匠人或一群匠人，為了某個目的——我們發現那個目的的確達成了——把它做出來；製造者知道怎麼製造鐘錶，並設計了它的用途。
培裡堅持這個結論沒有人能夠合理地駁斥，即使無神論者在思考自然作品時也會得出這個結論，因為：
每一個巧思的徵象，每一個設計的表現，不只存在於鐘錶裡，自然作品中都有；兩者的差別，只是自然作品表現出更大的巧思，更複雜的設計，超出人工製品的程度，難以數計。
培裡對生物的解剖構造做了優美、莊重的描述，將這一論點發揮得淋漓盡致。他從人類的眼睛開始，這是個深受歡迎的例子，後來達爾文也使用了，會在本書中不斷出現。培裡拿眼睛與人設計出來的儀器（如望遠鏡）比較，得出結論：「以同樣的證據可以證明，眼睛是為了視覺而造的，正如望遠鏡是為了協助視覺而造的。」眼睛必然有個設計者，像望遠鏡一樣。
培裡的論證出於熱情的虔敬，並以當年最好的生物學知識支持，但是卻是錯的；光榮或有之，仍不免鑄成大錯。望遠鏡與眼睛的模擬，鐘錶與生物的模擬，是錯的。表象的反面才是正確的，自然界唯一的鐘錶匠是物理的盲目力量，不過那些力量以非常特殊的方式凝聚、運行。而真實的鐘錶匠有先見：他心眼中，有個未來的目的，他據以設計齒輪與發條，規劃它們之間的聯繫。達爾文發現了一個盲目的、無意識的、自動的過程，所有生物的存在與看似有目的的構造，我們現在知道都可以用這個過程解釋，這就是自然選擇（natural selection，另一譯名「天擇」）。天擇的心中沒有目的。天擇無心，也沒有心眼（mind』s eye）。天擇不為未來打算。天擇沒有視野，沒有先見，連視覺都沒有。要是天擇就是自然界的鐘錶匠，它一定是個盲目的鐘錶匠。
這些我都會解釋，我要解釋的可多著呢。但是有一件事我不會做：我絕不輕視「活鐘錶」（生物）給培裡帶來的驚奇與感動。正相反，我要舉個例子，說明我對自然的感受——培裡一定能更進一步發揮。說到「活鐘錶」讓我興起敬畏之情，我決不落人後。我與尊敬的培裡先生感同身受的地方，多過我與一位現代哲學家的共同感受，他是著名的無神論者，我與他在晚餐桌上討論過這個問題。我說我很難想像在1859年之前會有人是無神論者，不論什麼時代。達爾文的《物種起源》在1859年出版。「休謨呢？」這位哲學家回答。「休謨怎樣解釋生物世界的複雜現象？」我問。「他沒有解釋，幹嗎需要什麼特別的解釋？」他說。
培裡知道生物世界的複雜現象需要一個特別的解釋；達爾文知道，我懷疑我的哲學家朋友打心眼裡也知道。不過得在這裡把這個需要講清楚的是我。至於休謨，有時有人說這位偉大的愛丁堡哲學家在達爾文之前一個世紀就把「設計論」幹掉了。但是他真正做的是：批評設計論的邏輯，認為「以可見的自然設計作為上帝存在的積極證據」並不恰當。對於「可見的自然設計」他並沒有提出其他的解釋，存而不論。達爾文之前的無神論者，可以用休謨的思路這麼回答：「我對複雜的生物設計，沒有解釋。我只知道上帝不是個好的解釋，因此我們必須等待，希望有人能想出一個比較好的。」我難免認為：這個立場邏輯上雖然沒有問題，卻不令人滿意，同時，儘管在達爾文之前無神論也許在邏輯上站得住腳，達爾文卻使無神論在知識上有令人滿意的可能。我希望休謨會同意我的看法，但是他的某些著作使我覺得他低估了生物設計的複雜與優美。年輕的博物學者查爾斯·達爾文本可以帶領他欣賞一鱗半爪，可惜達爾文到愛丁堡大學註冊的那年（1825年），休謨已經過世40年了。
我一直在談「複雜」、「明顯/可見的設計」，好像這些詞的意思明明可知、不假思索。在某個意義上，它們的意思的確可知—大多數人對於複雜都有直覺的概念。但是這些觀念—複雜與設計—是本書的核心，所以儘管我知道我們對於複雜、有明顯設計的事物有異樣的感受，我還是得以字句把那種感受描述得更精確一點。
那麼，什麼是複雜的事物？我們怎樣辨認它們？我們說鐘錶或飛機或小蜈蚣或人是複雜的，而月亮是簡單的，若真如此，那是什麼意思？談到複雜事物的必要條件，也許我們第一個想到的是：它的結構是異質的。粉紅色的牛奶布丁或牛奶凍是簡單的，意思是說要是我們把它們一切為二，那兩半都會有同樣的內部組成：牛奶凍是均質的。汽車是異質的：車的每一部分都與其他的部分不同，不像牛奶凍。兩個半部車不能形成一輛車。這等於說複雜的事物相對於簡單的事物有許多零件，而零件不止一種。
這種異質性，或者「多零件」性質，也許是必要條件，但不是充分條件。許多事物都以許多零件組成，內部結構也是異質的，卻不夠複雜。舉例來說，阿爾卑斯山最高峰布朗峰（Mont Blanc）由許多不同種類的岩石組成，而且它們組成的方式，使你無論在哪個地方將山劈成兩半，那兩半的內部組成都不會一樣。布朗峰結構上的異質性是牛奶凍所沒有的，但是在生物學家的眼中，它仍然不夠複雜。
為了建立複雜的定義，讓我們嘗試另一種思路，利用概率的數學觀念。假定我們試用下列定義：複雜的事物都有特別的組織，它的零件不可能完全隨機組織成那樣。從一位著名的天文學家那裡借一個模擬來說吧，要是你拿到一架飛機的全部零件，然後將它們隨意堆置在一起，就能組成一架能夠飛行的波音客機嗎？概率非常小。把一架飛機的零件放在一起的方式不知有幾十億種，其中只有一種，或者幾種，會成為一架飛機。要是以人類身體的零件來玩這個遊戲，成功概率更小。
這個定義複雜的路數令人覺得頗有可為，但是還是有些不足之處。有人也許會說，布朗峰要是拆成「零件」，也有幾十億種組合方式，其中只有一個會與原來的布朗峰一模一樣。那麼，飛機、人體是複雜的而布朗峰是簡單的嗎？任何早已存在的組成物都是獨一無二的，而且以後見之明，都是不可能（概率很低）的存在。舊飛機拆卸廠的零件堆是獨一無二的。沒有兩個零件堆是一樣的。要是你將拆卸下來的飛機零件成堆地丟棄，任何兩個廢零件堆一模一樣的概率，非常低，就像你想以零件丟出一架能飛的飛機一樣。那麼我們為什麼不說垃圾堆或布朗峰或月亮，與飛機或狗一樣複雜，反正它們的原子排列一樣的獨一無二（重複的概率極低）？
我的腳踏車上有對號碼鎖，它的數字輪有4096個不同的組合。每一個組合都一樣的「不可能」—意思是說：要是你隨意轉動數字輪，每一種組合出現的概率都一樣很低。我可以隨意轉動數字輪，然後瞪著出現的數字組合以後見之明驚呼：「這太神奇了。這個數字出現的概率只有4096分之一。它居然出現了，真是個小奇跡。」那與將一座山的岩石組織或廢料堆中的金屬組織視為複雜，是一樣的。事實上，4096個不同的組合中只有一個—1207—是真正獨一無二的，只有它才能將鎖打開。這個數字獨一無二的地位不是以後見之明看出來的，它是製造鎖的工廠事先決定的。要是你隨意亂轉數字輪，第一次就轉出了1207，你就可以將腳踏車偷走，那才像是個小奇跡。要是你以銀行保險櫃試手氣，第一次就轉出了正確的號碼，那就不是小奇跡了，因為概率最多只有幾百萬分之一，你就能偷到一大筆財富了。
在銀行保險櫃上撞上幸運號碼，在我們的模擬中，與用零件隨意堆出一架波音747一樣。保險櫃的數字鎖有上百萬種組合可能，其中只有一個可以把鎖打開，以後見之明來看，這個組合與其他組合一樣「不可能」。同樣，幾百萬種組合飛機零件的方式中，只有一種（或幾種）才能飛行，以後見之明每一種都是獨一無二的（「不可能」）。事實上，能夠飛行的組合與打得開鎖的組合，都與後見之明無關。鎖的製造商決定了數字組合，然後告訴銀行經理。飛機能夠飛行，是因為我們事先就將它設計成飛行器。要是我們見到一架飛機在天上飛行，我們可以確信它絕不是以零件隨意投擲組合成的，因為我們知道：金屬零件的任意組合物能夠飛行的概率實在太低了。
再談布朗峰，要是你設想過布朗峰所有岩石的組合方式，的確，其中只有一種會是我們所知道的布朗峰。但是我們知道的布朗峰也是以後見之明定義的。岩石堆積在一起我們就叫作山，而堆積岩石的方式不知有多少種，每一座山都有可能叫作布朗峰。我們知道的這座布朗峰沒有什麼特殊之處，它沒有事先指定的規格，與能夠飛行的飛機毫無相當之處，與打開保險櫃的鎖（大批金錢因而滾出）也毫無相當之處。
也許你會問：有什麼生物與能夠飛行的飛機相當？與保險櫃打開的鎖（大批金錢因而滾出）相當？好問題。有時簡直完全相當。燕子就會飛。我們已經說過了，飛行器可不容易隨意組裝出來。要是你有一隻燕子的所有細胞，把它們隨意組合在一起，得到一個會飛的玩意兒的概率，講得實際一點，與零無異。不是所有的生物都會飛，但是其他的本領一樣「未必會存在」，也一樣可以事先指定。鯨豚不會飛，但是它們會游泳，而且它們游泳與燕子飛行一樣有效率。拿一頭鯨魚的細胞隨意組合起來，得到一個會游泳的玩意兒，概率已經很小了，更不要說像鯨魚一樣快速、有效地在海裡游了。
說到這裡，也許有個目光銳利如鷹的哲學家（對了，老鷹的眼睛可是十分銳利的—你也不可能以晶狀體和感光細胞隨意組合成一隻老鷹的眼睛）要開始碎碎念什麼「……循環論證……」了。燕子會飛，但是不會游泳；鯨魚會游泳但是不會飛行。由於有後見之明，我們可以判斷一個隨機組合是否是個成功的飛行器或者游泳機器。要是我們同意事先不指定功能，一開始只是死命地任意組合零件，搞不好隨意的細胞堆會是一隻有效率的地道動物，像鼴鼠，或一隻爬樹動物，如猴子。它也許善於迎風滑翔，或者緊抓著油污的破布，或者繞著逐漸縮小的圈子走路，直到它消失為止。可能的事多著呢。然而，可能嗎？
要是真有那麼多可能，我的虛擬哲學家就有點道理了。要是無論你如何任意拋擲物質，成就的集合體—以後見之明來說—經常可以描述成「有一技之長」的話，那麼你說我舉燕子、鯨魚做例子根本無效就是真的了。但是生物學家對於什麼算是「有一技之長」可以說得更為具體。我們認出某個事物是動物或植物，最低限度是這個事物應該成功地過某種生活（更精確地說，它或它的同類得活得夠長，以便繁殖）。不錯，生活的方式有許多種—飛行、游泳、在林間穿梭等等。但是，不管生活方式有多少種，找死的方式更多，或者說「不算活著」。你也許可以隨意組合細胞，一遍又一遍，玩它個幾十億年，卻沒有組成任何名堂，無論天上飛的、水裡游的、土裡鑽的、地上跑的或者會幹任何事的都沒有—更糟的是你的成果遠未達到生命體的標準，它在設法生存。
這個論證到這裡已經很長甚至太長了，現在該提醒大家我們是怎麼開始這個論證的。我們想找尋定義「複雜」的精確方式。有些事物我們認為複雜，怎樣才能說得更精確一些？我們想找出人、鼴鼠、蚯蚓、飛機、鐘錶的共同之處，以及它們與牛奶凍、布朗峰、月亮不同的地方。我們得到的答案是：複雜的事物有某種性質，是事前規定的，而且極不可能單純地隨機造就。就生物而言，那種事先規定的性質以某種意義來說就是「高明」（proficiency）；或者是高明地掌握某一特定能力如飛行，如果由一個航空工程師判定的話；或者是高明地掌握著某種比較一般的能力，例如避免死亡，或以生殖傳播基因。
避免死亡是必須努力才能達到的目標。要是「隨它去」的話—那也是死亡後的狀態—身體就會朝向回復與環境平衡的狀態發展。要是你測量活的生物體的某些量，例如溫度、酸度、含水量或電位，你通常會發現它們與週遭環境有顯著差異。舉例來說，我們的體溫通常比環境的溫度高，在寒冷氣候中，身體必須費很大勁才能維持這個溫度差。我們死後，身體就停止幹活，溫度差開始消失，最後體溫與環境一致。不是所有的動物都同樣地努力避免體溫與環境的溫度平衡，但是所有動物都會幹某種相當的活兒。舉例來說，在乾燥的地區，動物和植物都得努力維持細胞中的水含量，對抗水的自然傾向—從濕度高的地方流向濕度低的地方。不成功便成仁，這可是生死攸關之事。更廣泛地說，要是生物不主動努力防止水分從體內散失，它們到頭來就會與環境融合，不再是自主的存有物。那是它們死後發生的事。
非生物不會這麼幹活兒，人工機器除外—我們已經同意把它們視為榮譽生物。非生物接受那些使它們與環境平衡的力量，任憑擺佈。布朗峰已經存在了很長時間，我知道，它也許還會繼續存在一陣子，但是它不會努力活著。岩石要是受重力的影響而躺在某處，它就躺在那兒。它什麼都不必做，就能繼續躺在那兒。布朗峰現在存在，會繼續存在，直到風雨磨蝕了它，或它讓地震震垮。它不會採取措施修補磨蝕、龜裂，或者震垮後再復原，生物的身體就會。非生物只是服從物理學的一般定律。
這種說法等於否認生物服從物理定律嗎？當然不是。沒有理由認為物理定律在生物界就不靈了。物理學的基本力量，無可匹敵，任何超自然力都不成，「生命力」也不成。事實是這樣的，如果你想利用物理學定律——以天真的方式——瞭解整個生命體的行為，你不會得到什麼成果。身體是個複雜的事物，由許多零件組成，想瞭解身體的行為，你必須把物理學應用到身體的零件上，而不是整個身體。整個身體的行為是零件互動的結果。
以運動定律為例。要是你將一隻死鳥拋向空中，它在空氣中的軌跡，會是一個優美的拋物線，與物理學教科書所描述的完全一樣，然後它會掉落地面，停留在那兒不動。它的行為與一個具有特定質量、風阻的固體沒有兩樣。但是要是你將一隻活鳥拋入空中，它就不會循著拋物線落到地面。它會飛走。理由是：它有肌肉，幹起活來就能抵禦地心引力與其他影響整個身體的物理力量。在它肌肉的每個細胞中，物理定律都靈光得很。結果是：肌肉運動翅膀，使鳥能在空中活動。這隻鳥沒有違反地心引力。它不斷受到地心引力向下拉扯的力量，但是它的翅膀努力幹活兒，它的肌肉服從物理定律，抗拒地心引力使它的身體停留在空中。要是我們天真地將一隻活鳥看作一塊具有特定質量、風阻（而沒有特定結構）的固體，我們就會認為這隻鳥違反了物理定律。我們得記住這隻鳥身體裡有許多零件，各自服從物理定律，我們才能瞭解整個身體的行為。當然，這不是生物獨有的本領。所有人造機器都有這個本領，任何複雜、多組件的事物都有這個潛力。
這讓我回到最後一個題目，以結束這富有哲學氣息的第一章—什麼叫作解釋？我們已經討論過什麼叫作複雜的事物。但是，要是我們想知道一個複雜的機器或生物如何運作，什麼樣的解釋才令我們滿意？答案我們在上一段已經提過了。要是我們想瞭解一架機器或生物的運作，我們就從零件下手，追問它們如何互動。要是有個複雜的事物我們還不瞭解，我們可以從我們已經瞭解的簡單零件下手。
要是我問一個工程師：蒸汽機如何運轉？對於令我滿意的答案我有一個相當清楚的概念，知道一般而言它該是什麼樣的。我與朱利安·赫胥黎（Julian Huxley，1887～1975，生物學家）一樣，要是這個工程師說「牽引力」，我不覺得受用。要是他繼續大談什麼「整體大於部分的總和」，我就會打斷他：「別說那個了，告訴我它如何運轉。」我想聽的是：這台蒸汽機的各個零件如何互動，導致整個蒸汽機的行為。一開始我會接受以非常大的零件做單位的解釋，那些零件的內部構造與運轉也許非常複雜，迄今仍無從解釋。一開始就令人滿意的解釋，使用的單位也許是「燃燒室」、「鍋爐」、「汽缸」、「活塞」、「蒸汽閥」。工程師一開始不必解釋它們每一個是怎麼運轉的，只要說出它們的功能就可以了。我會暫時接受，不追問它們怎麼會有那些功能。知道了每個零件是做什麼的，我就能瞭解它們如何互動，造成整個引擎的運轉。
當然，然後我會隨意詢問每個零件的功能從何而來。我先接受蒸汽閥是調節蒸汽量用的，這個知識幫助我瞭解整個引擎的行為，現在我回過頭來對蒸汽閥十分好奇。在零件中有個層級結構。我們解釋任何層級的零件的行為，都以那個零件的組件為起點，弄清楚各組件的功能，暫時不問那些功能的來由。我們將層級結構揭開，一層層揭掉，直到那些組件簡單到我們不再覺得需要解釋為止—就日常生活需要而言。舉例來說（這也許對，也許不對），我們大多數人都不認為鐵活塞棒的性質是個問題，我們接受它作為單位來解釋複雜機器，只要那些機器有鐵活塞棒。
當然，物理學家不會認為鐵活塞棒是理所當然的玩意兒。他們會問：為什麼鐵活塞棒是堅硬的？然後繼續從事揭露零件層級的工作，直到基本粒子與夸克的層次。但是我們大多數人都覺得人生苦短，就不追隨他們了。複雜的組織中，解釋任何一個層次，通常向下揭開一兩個層次就能令人滿意了，不必窮究。汽車的行為以汽缸、化油器、火星塞就能解釋。沒錯，這些零件每個都在一個解釋金字塔的塔尖上，下面還有許多層零件與解釋。但是，要是你問我汽車是怎麼運轉的，而我從牛頓定律與熱力學定律講起，你會認為我太虛矯了，要是我從基本粒子談起的話，鐵定是在蒙人（obscurantist）。汽車的行為，追根究底，得用基本粒子的互動解釋，這絕無疑問。但是，以活塞、汽缸、火星塞的互動解釋，最為實用。
電腦的行為可以用半導體電子閘門之間的互動解釋，接下來，這些半導體電子閘門的行為，物理學家以更低層級的零件解釋。但是，就大多數目的而言，要是你想從上述層次瞭解整個電腦的行為，根本就是在浪費時間。電腦裡有太多電子閘門，它們之間的互動更難以計數。令人滿意的解釋只能容納很小數目的互動，數量小，我們的腦子才能有效處理。要是我們想瞭解電腦的運轉，我們偏愛的是以六個主要組件為基礎的解釋，這六個主要組件是內存、中央處理器、硬盤、控制組件、輸入/輸出控制組件，就是這個道理。瞭解了這六個主要組件的互動之後，我們也許會想知道它們的內部組織。只有專門的工程師才可能深入AND閘門與NOR閘門的層次，只有物理學家才會繼續深入，到達追問電子在半導體中如何行為的層次。
對那些喜愛什麼「主義」之類的詞的人來說，我這種瞭解事物運作原理的路數，最俏皮的名字也許是「層級簡化主義」（hierarchical reductionism）。要是你讀時髦的知識分子雜誌，你也許已經注意到了：「簡化主義」是那種只有反對它的人才會使用的詞，就像原罪（sin）一樣。在某些圈子裡，你說自己是「簡化主義者」，會讓人覺得你承認了你吃了嬰兒。但是，沒有人吃過嬰兒，也沒有人真的是值得反對的「簡化主義者」。莫須有的「簡化主義者」—人人反對，但只在他們的想像中存在的那種人—直接以最小的構成零件解釋複雜的事物，根據這個神話的某個極端版本，他甚至認為零件的總和等於複雜的整體。另一方面，層級簡化主義者對於任何一個組織層級上的複雜實體，只以下一層的實體解釋；那些實體本身也可能非常複雜，必須以組成零件的互動解釋；就這樣簡化下去。用不著說，適用於較高層級的解釋種類，與適用於低層次的解釋種類非常不同—可是據說神秘的食嬰簡化主義者反對這種看法。這正是以化油器而不以夸克解釋汽車的關鍵。但是層級簡化主義者相信化油器可以用更小的零件解釋，更小的零件最終要以最小的基本粒子解釋。以這個意義而言，所謂簡化主義不過是個代名詞，指的是瞭解事物如何運轉的真誠慾望。
這一部分我們以一個問題開場：對於複雜的事物，什麼樣的解釋才令我們滿意？前面的討論從機制下手：這事物如何運轉？我們的結論是：複雜事物的行為應該以組件的互動來解釋，而組件可以分析成有序的層級結構。但是另一種問題是：複雜的事物如何出現的？這個問題是本書的核心，我不打算在這裡多做演繹。我只想提一點：適用於瞭解機制的一般原則，也適用於這個問題。複雜的事物就是我們不覺得它們的存在是不需要解釋的事物，因為「那太不可能了」。它們不會因為一個偶發事件就出現了。我們解釋它們的存在，是把它們當作一個演變過程的結果，最初是比較簡單的事物，在太古時代就存在了，因為它們實在太簡單了，偶然的因素就足以創造出來，然後漸進、累積、逐步的演變過程就開始了。前面已經討論過，我們不能用「大步簡化論」（以夸克解釋電腦）解釋機制，而應該以一系列規模比較小的步驟從事，就是從高層逐級揭露各層的組件互動模式；我們也不能說複雜的事物是以「一步登天」的模式出現的。我們還是必須訴諸一系列小的步驟，這一次它們是以時間序列安排的。
牛津大學的物理化學家阿特金斯（Peter W. Atkins）寫過一本文字優美的書《創造》（The Creation，1981），他一開始就寫道：
我將帶你的心靈出外旅遊。這是一趟理解之旅，我們會造訪空間的邊緣、時間的邊緣、理解的邊緣。在旅途中，我會論證：沒有不能瞭解的事物，沒有不能解釋的事物，每個事物都極為簡單……宇宙大部分都不需要解釋。例如大象。一旦分子學會競爭，學會以自己為模版創造其他分子，大象以及像大象的事物，就會在適當的時候，出現在郊外，漫步。
阿特金斯假定：一旦適當的物理條件就緒，複雜事物的演化，也就是本書的主題，就是不可避免的。他問道：為了使宇宙以及後來的大象與其他複雜事物，有一天必然會出現，最小的必要物理條件是什麼？一個非常懶惰的創造者至少該做什麼設計？從一個物理科學家的觀點來看，答案是創造者可以無限的懶惰。為了瞭解萬物的生成，我們必須假設的基本原始單位，要不是零（空無）（根據某些物理學家），就是極為簡單的玩意兒（根據其他的物理學家），簡單到不值得麻煩他老人家。
阿特金斯說大象與複雜的事物不需要任何解釋，但是那是因為他是物理科學家，將生物學家的演化論視為理所當然。他並不真的認為大象不需要解釋，而是他很滿意生物學家可以解釋大象，生物學家也可以把一些物理學的事實當作理所當然。因此，他的任務是為我們生物學家辯護，證明我們將那些事實視為理所當然是正當的。他做得很成功。我的立場與他的互補。我是一個生物學家。我將物理學事實、簡單世界的事實視為理所當然。要是物理學家對於那些簡單事實是否已經瞭解透徹了還沒有共識，那不是我的問題。我的任務是以物理學家已經瞭解的（或正在研究的）簡單事物解釋大象以及複雜事物的世界。物理學家的問題，是終極起源與終極自然律的問題。生物學家的問題是「複雜」。生物學家嘗試以比較簡單的事物解釋複雜事物的機制與起源。當他觸及可以放心地移交物理學家接手的，就會認為他的任務已了。
我知道我對複雜物體的刻畫—不是以後見之明定義的「統計上的極小概率」—也許看來個人色彩太過濃厚。我將物理學說成研究「簡單」的學問也一樣。要是你偏好某個其他定義「複雜」的方式，我不在意，我願意與你討論。我在意的是：不論我們把我稱之為「複雜」的性質叫作什麼，它都是一個重要的性質，需要費時間解釋。它是生物物體的特徵，並將生物物體與物理物體區別開來。我們提出的解釋絕不能與物理定律牴觸。我們的解釋會利用物理定律，也只會利用物理定律。但是我們運用物理定律的方式很特別，物理學教科書中一般不會討論到。那個特別的方式就是達爾文的方式。我會在第三章以「累積選擇」（cumulative selection）這個名目介紹它的精義。
現在我要追隨培裡，強調我們想解釋的問題的重要性、生物複雜的巨大程度以及生物設計的優美簡潔。第二章要舉一個特別的例子做廣泛的討論，那就是蝙蝠的「雷達」，在培裡之後很久才發現的。這裡我放了一張眼睛的圖（圖1），圖中還有兩幅局部放大圖—培裡想必會愛死了電子顯微鏡。圖1上方，是眼睛的解剖圖，顯示眼睛是一個光學儀器。眼睛與照相機十分相似，那是不用說的。虹膜負責調節瞳孔。晶狀體負責調整焦距，它其實是一個復合透鏡系統的一部分。調整焦距的方式是改變晶狀體的形狀，以睫狀肌達成這個目的—看近處的事物，睫狀肌就收縮，使晶狀體變厚，表面弧度增大。（變色龍的眼睛調整焦距的方式是向前或向後移動晶狀體，和照相機一樣。）影像投射在眼球後面的視網膜上，視網膜有好幾層感光細胞。
圖1
圖1的中間是視網膜切片的放大圖。光線由左方進入。感光細胞不是光線最先撞見的，它們位於視網膜內面（接近眼球表面），背向光線。這個奇怪的安排後面還會提到。光線首先撞及的，事實上是神經節細胞（ganglion cells）層，神經節細胞構成感光細胞與腦子之間的「電子界面」。實際上，神經節細胞負責將信息以複雜的方式先處理過，再傳送到腦子，在某些方面「界面」這個詞不能表達出這個功能。「衛星電腦」也許是個比較恰當的名稱。神經節細胞的傳出神經纖維在視網膜表面延伸，一直到「盲點」，它們在「盲點」鑽透視網膜，形成輸往腦子的主要幹線—視神經。「電子界面」中有300萬個神經節細胞，它們收集到的信息來自1.25億個感光細胞。
圖1的下方是一個放大的感光細胞，桿狀細胞。你觀看這個細胞的精細結構的時候，千萬記住：同等複雜的玩意兒每個視網膜都有1.25億個。而且同等的「複雜」在每個身體裡都重複一萬億次。1.25億這個數字，約等於高質量雜誌照片分辨率的5000倍。圖上桿狀細胞的右側是一沓質膜圓盤，其中包括光敏色素，這沓圓盤是實際的收集光線結構。它們的堆棧組織，提升了捕捉光子的效率。第一個圓盤沒有捕捉到的光子，也許第二個會捕捉到，第二個沒有，也許第三個會。結果，有些眼睛可以偵測到一個單獨的光子。攝影家可以買到的速度最快、最敏感的底片，偵測一個點光源，需要的光子是眼睛發現光子的25倍。桿狀細胞的中段有許多線粒體。線粒體不只感光細胞有，大多數細胞都有，每一個都可以說是一座化學工廠，可以處理700種不同的化學物質，主要產品是可以利用的能源。圖上桿狀細胞的左側圓球是細胞核。所有動物與植物細胞都有細胞核。每個細胞核都有一個以數字編碼的數據庫，信息量比一套《大英百科全書》（30冊）還大。這只是一個細胞呢！還記得身體有多少（攜帶同樣數量信息的）細胞嗎？
圖1下方的桿狀細胞是一個單獨的細胞。人的身體大約有10萬億個細胞。當你享受一塊牛排的時候，你毀掉的信息量相當於1000億套《大英百科全書》。