多细胞
多细胞令生命从单细胞变成了奇妙的综合体。这项如此非凡的进展，至少经历了16次不同的进化。动物、陆地植物、真菌和藻类都参与其中。
数十亿年来，细胞一直是“联合部队”。甚至细菌也能做到这一点，它们采用立体组合和劳动分工的形式，形成复杂的群落。但在数亿年前，真核细胞（一种比较复杂的细胞，其DNA都集中在细胞核里）将这种协作提升到了一个新水平。它们形成了永久性的群落，特定的细胞专门从事各项特定工作，例如营养或排泄，而且步调非常协调。
真核细胞能够实现这种飞跃，因为它们为了其他目的已经进化出了很多必需的特质。例如，很多单细胞真核生物能够分化成不同类型，完成特定任务，比如与另一个细胞交配。
是什么引发这种进化的？一种理论是：细胞聚集在一起体积变大，单细胞掠食者一口吃不下，从而令它们避免了被吃掉的命运。另一种说法是，单细胞在能力上很受限制——例如，大多数细胞不能在长出移动所需的鞭毛的同时进行分裂。但一个细胞群就能做到在移动的同时进行细胞分裂，只要其中的每个细胞各司其职。
然而，体积更大和结构更复杂并不一定意味着更优秀。正如伯克利加州大学的分子生物学家妮科尔·金所言，单细胞生命无论在单位体积内生物量上还是物种数量上都远远超过了多细胞生命。“因此我们可以说，单细胞生命是最成功的，但多细胞生命是最美丽、最神奇的。”
眼睛
在进化长河中，它们的出现只在眨眼之间，但却永远改变了生命的规则。在眼睛出现之前，生命形式是温文尔雅的，其主宰者是遍布海底的懒洋洋的软体蠕虫。眼睛的“发明”则为一个野蛮残忍、更具竞争性的世界拉开了大幕。视觉令动物得以成为积极的猎食者，也引发了一场进化史上的军备竞赛，由此改变了整个地球。
最初的眼睛形成于大约5．43亿年前——寒武纪的起点，出现在一群名叫莱德利基虫的三叶虫身上。它们的眼睛是复眼，类似于现在某些昆虫的眼睛，很可能是从感光凹点进化而来的。它们在化石记录中出现得非常突然，因为5．44亿年前的三叶虫祖先还没有眼睛。
那么这神奇的一百万年当中发生了些什么？眼睛真的复杂到不可能突然形成吗？瑞典隆德大学的丹一埃里克·尼尔森认为未必如此。他计算得出，一片感光细胞进化成复眼只需50万年。
这并不是说两者之间的差别微不足道。感光细胞群很可能在寒武纪之前已经很常见了，早期的动物靠它们来感知光线以及光来自何方。这种初级的感觉器官今天仍然有一些动物在使用。但它们不是眼睛，真正的眼睛还需要一件装备——能聚光成像的晶状体。牛津大学的动物学家安德鲁·帕克说：“如果你突然拥有了晶状体，效果就如同从1％提升到了100%。”
三叶虫不是唯一偶然“发明”这种器官的动物，但它们应该是最早的。
这会造成多大的区别呢？在寒武纪初期那个盲目的世界里，视觉就等同于一项超能力。三叶虫的眼睛让它们成为第一群积极的掠食者——能够史无前例地寻找并发现食物。当然，它们的猎物也会相应进化。仅仅数百万年后，眼睛就成了寻常之物，动物变得更活跃，更富于攻击性。这场进化就是我们今天所谓的寒武纪大爆炸。
然而，视觉并没有普及。在37门多细胞动物中，只有6门进化出了眼睛。这样听起来眼睛也许算不上很伟大的“发明”——但是想一下，这6门动物（包括人类、脊索动物、节肢动物和软体动物）正是地球上最繁盛、分布最广泛、最成功的动物。
脑
脑常常被视作进化过程中的最高成就，因为它赋予了人类一些高级特征，例如语言、智慧和意识。但在此之前，脑还有一项同样惊人的成就：它把生命抬升到了植物范畴之外。脑第一次为有机体提供了能在短时间内——而不需要经过很多代——适应环境变化的途径。
神经系统促成了两种非常有用的功能的出现：行动和记忆。最简单的神经系统只是腔肠动物——例如水母、海胆、海葵等——体内的环形回路。它们可能不是特殊的智能，但仍然能找到所需的东西并以比植物复杂得多的方式对外界作出反应。
下一步的进化是添加某种控制系统，让行动更有意义。这很可能发生在寒武纪时期的扁虫身上。这种原始的脑只是一些帮助控制神经网络的额外线路。
配备了这种系统，觅食成了最早的水生动物的第一要务。有机体需要分辨营养物质和有毒食物，脑帮助它们做到了这一点。随便观察一种动物，你会发现脑的位置总是离嘴很近。
随着脑的出现而来的是感觉和记忆。这两者让动物能实时监测情况在变好还是变坏。这随之促成了预测和奖赏的简单机制。即使像昆虫、蛞蝓或扁虫这些脑很简单的动物，也能通过以往的经验预测以后应该做什么或吃什么，而且它们还有一种奖赏机制能强化正确选择的刺激。
人脑的更复杂的功能——社会交往、作出决定和感同身受等——似乎都是在这些控制食物摄取的基本机能之上进化来的。人脑中最发达的部位（负责社会交往和做出决定）与控制味觉、嗅觉、口舌和肠胃运动的部位紧紧相邻。我们亲吻配偶是有理由的——这是我们所知的最原始的查探方式。
语言
对人类而言，语言是进化的终极发明。在令人类区别于动物的特征中（包括意识、移情作用、思想的神游、新陈代谢、宗教和道德等），语言处于核心地位。语言也许称得上是人类的决定性特征之一，但它在进化进程中到底有多重要呢？
10多年前，英国生物学家约翰·史密斯和匈牙利的厄尔什·绍特马里发表了《进化中的重要转变》，列出了从一代传到下一代的信息传递方式的历次创新——这些创新从生命本身的起源开始，到语言的发明为止。
但我们的祖先到底如何实现了语言从无到有的飞跃，这也许是科学史上最大的谜。绍特马里指出，有句法和语法，并利用从句的层级结构表达意思的复杂语言只进化了一次。只有人脑才能创造语言，但与普遍看法相悖的是，这种能力并不限于脑中的特定区域。如果负责语言的区域受损，其他区域可以代行其职。
但这引发了一个问题，即语言为何没有在其他动物——尤其是灵长类动物——的脑里落地生根。绍特马里认为答案存在于人类特有的神经网络。这种网络令我们具有了复杂的层级处理能力，这是形成合乎语法的语言所必需的。这些网络由人类的基因和实践所共同决定。
总之，语言是生物进化中的最后一笔。这是因为语言令那些掌握了它的动物超越了纯生物学的范畴。有了语言，我们的祖先就得以创造出他们自己的环境（我们称之为文化），并且不需要基因变化就能适应这种环境。
光合作用
从阳光中获取能量。几乎再没有哪项创新给生命造成的影响可与光合作用相比拟。光合作用真正改变了地球的面貌，转换了大气并给地球罩了一层保护壳，屏蔽致命的辐射。
如果没有光合作用，大气中将几乎没有氧气，植物或动物也不会存在——只有微生物在矿物质和二氧化碳组成的原始汤里勉力生存。它帮助生命摆脱了束缚，它产生的氧气也为复杂生命形式的出现搭建了舞台。
在光合作用之前，生命由单细胞微生物构成，其能量来源是硫、铁和甲烷等化学物质。之后，在大约35亿年前或者更早，一群微生物发展出了从阳光中获取能量的能力，帮助制造生长和能量消耗所需的碳水化合物。它们怎么有了这个本领还是一个谜，但基因研究显示，吸收光能的装置是从一种负责分子间能量传输的蛋白质进化而来的。光合作用问世了。
但这时的初期光合作用不制造氧气。它的原料是硫化氢和二氧化碳，最终产物是碳水化合物和硫。后来的某一时候——准确时间尚不确定——一种新的光合作用进化出来了，它利用水做原料，生成氧气这种副产品。
在当时，氧气对生命来说是有毒的。它在空气中积聚，直到某些微生物进化出了能容忍它的机制，并最终偶然找到了利用它作为能量来源的途径。这也是非常重要的发现：利用氧气燃烧碳水化合物的效率是不用氧气的18倍。
从这时起，地球上的生命开始有了充足的推动力。时至今日，或直接或间接，地球生命所用的所有能量几乎都是光合作用产生的。
