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到此为止，我一直着重讨论流行的新达尔文合成论在理论及实验方面的困难，暂时避免了谈论化石的证据。但进化现象基本上是一个历史的问题；只有历史才可以告诉我们过去的事迹。所以下一章我们要讨论最直接的证据，就是化石的记录。
第四章 化石的难题第四章 化石的难题
至今一般都以为既然地层中埋藏着大量已经绝了种的生物所遗留下的化石，那么这化石必定是进化论最好的佐证了，绝大多数人都不知道达尔文主义最大的敌人并非神职人员，而是化石专家。19世纪初叶，最流行的地质学理论是大灭绝论或灾变论(catastrophism)。法国科学家、古生物学之父居维叶曾极力提倡灾变论。他相信地层的记录显示的模式分明可见古代的环境曾发生多次突然的剧变(大天灾)，大量不同的生物种都因此灭绝了。随之而来的是一段创造的时期；很多新的生物种就突然出现，而这些新的物种却没有留下任何痕迹显示它们是怎样进化来的。
到了达尔文的时代，居维叶的灾变论渐渐失势，被查理·赖尔--达尔文的一位年长的朋友--所倡导的均变论所取代。赖尔认为，自然界巨大的改变是由极长期、每日渐变的力量积累之后才产生大变，故解释自然界的剧变为果而非因。我们现在回顾达尔文所提出的进化论是必须依循赖尔这种逻辑，但是赖尔本人却不能接受生物进化的思想。当时也有不少熟悉化石证据的人同样不能接受进化论。
早就有人指出，生物分类学上属于各种大类的生物(如不同界、门、纲、目)各有其不同的基本结构，各大类之间极少有中间型(intermediate
types)。那么这些间断的种类之间的环节到底在那里呢？忠心支持达尔文的赫胥黎也为缺乏连接的中间型而烦恼。他多次私下警告达尔文，如果要让他的理论符合证据，他必须容许大步伐、跃进式的进化。
达尔文自己也问过同样的问题：
如果一种生物演化成另一种的过程是借着难以了解的微小的步伐，那为什么我们不能到处找到大量的中间型呢？为什么我们在自然界找到的生物都是种类分明，而不是相似难分的呢？
他用灭种的理论来解释。灭种是"适者生存"推理的另外一面，当经过改进的新种出现的时候，它的父母可以说是已经不够适应了。这样，"如果我们看每一种生物都是从另一种不知名的生物传下来的话，那么它的父母及其他过渡期的中间型应该被这新的、更完美的新种消灭了。制造新种的过程就同时消灭了旧种。"达尔文用这个因过时不适而灭种的理论来解释为什么他的进化论好像与事实不符，因为研究现今的生物界，我们观察到的物种(和各大类)都是分立和稳定的，而且各类中间只有极少数的中间型。他说各类分立的生物之间原本是有中间型的，只因不再适应环境所以消失了。
但是，这些必须有的中间型不但从现今的生物界消失了，而且在化石中也找不到的话又怎样说呢？达尔文自己承认，根据他的理论推断，"在现存的生物种及已经绝种的生物种之间必须有极大数目的过渡环节和中间型。"因此我们可以想象地质学家应该可以不断发现中间环节的化石证据了。可惜事实却恰恰相反。地质学家所发现的新种或一组的新种都是突然出现，而不是经过一系列的演化而形成。达尔文承认化石的证据是"最明显、反对我的进化论的理由"。这就是"所有著名的古生物学家……和伟大的地质学家……都一致(甚至有时极力)主张物种是绝对不变"的理由。
达尔文还振振有辞地辩说，化石的难题虽然是非常严重的问题，却不能算是进化论的致命伤。他主要的理由是化石所保留的证据极不完整。化石是要在很特殊的情况之下才得保存下来，因此世界各地所有的化石床也不能反映一套完整不断的记录，所以化石所显示的只是很多短暂年代的写照，各年代之间又有很长年代的空白。还有，他认为即使有这样的证据，我们未必能从化石中认出祖先和后代之间的关系，除非我们可以找到一套完整的化石链条。将两个种的关系显示出来，否则我们可能认为这两个是完全无关的种。有时达尔文在字里行间暗示缺少中间环节就是化石不完全的证明。这样的态度就好像他预知他的理论就是绝对的真理，可以反过来批判证据的不足。他说：
我不愿意假装不知道物种突变的记录是何等的贫乏，在保存得最好的地层中也找不到大量的过渡生物来连接每一地层前后所出现的生物。这是我的理论最大的困难。
虽然事实太不争气，达尔文在化石这个难题上已经尽了全力，但是在某些问题上他也只能坦白地说："我不能提供满意的答案。"当他写下面这类的话时，他好像有一点绝望的表现："自然界好像故意隐藏证据，不让我们多发现过渡性的中间型。"但是达尔文却没有失去信心，他唯一的问题是怎样解释为什么化石给人错误的印象。
在此我请读者停一停，跟我一起想一想，一个客观毫无偏见的人生活在达尔文的时代，当《物种起源》一书出版之后会怎样看这一场关于进化的争论。一方面反对达尔文的理由并非基于宗教的偏见，因为怀疑派人士包括当代著名的古生物学及地质学的领袖。但另一方面，达尔文为化石证据不足的辩护也不能说是完全没有理由。不过要点是，他只能作消极的辩护。客观来说，化石所能保存的资料很可能真是漫长的地质年代中的一些片段而已。而各地层之间也可能有足够的时空让一些生物进化的过程实现。不过，承认理论上有空缺是一回事，绝不等于有权力将理论所需要的证据随意填进那空缺就算了事，所以达尔文的辩护顶多不过说明缺乏化石的证据不能算是进化论的致命伤。然而缺乏证据绝非任何理论的优点！