进化树：科学家可以将分子时钟的概念应用于几个亲缘关系相近的物种。例如，A物种和B物种的DNA共有4处差异，但是二者和C物种都有8处不同。因此，C物种是在A和B分化之前差不多再早一倍的时间，与A和B的共同祖先分开的。三个物种也可以代表一种病毒的三个毒株，这样这些突变就有可能发生在短短几年之内。 

    在实验室里模仿进化过程，不仅研制出强效疫苗，还能找到解决复杂问题的最佳方案。

    地球上几十亿年的勃勃生机充分展示了进化的无所不能，偶尔还显现出一点异想天开。现在，研究人员从进化中借鉴经验，利用定向进化来增强蛋白的有用功能。这些分子生物学家刻意诱导基因发生突变，然后用突变后的基因产生蛋白，测量这些蛋白的功能，从中选取表现最好的基因进行新一轮的突变和检测。把这一循环重复上百万次，往往可以产生振奋人心的结果。

    对进化历史和进化机制的理解，能够从几个方面进一步完善定向进化。首先，找出基因的亲缘关系是确定它们功能的重要步骤，然后才能有针对性地筛选出候选基因进行定向进化。我们先要评估一个基因的功能，然后才对它展开实验，基因的亲缘关系正是我们进行评估的最佳指标。比方说，我们在小鼠体内通过实验确定了一个基因的功能，那么合理的推测就是，人体内与它最接近的基因很可能行使着相似的功能。

    其次，了解特定基因如何进化，也就是弄清楚突变的机制以及自然选择如何作用于这些突变，可以帮助我们在定向进化实验中选择诱导产生突变的方法。一个蛋白就是一串氨基酸链，蛋白的功能就由这些氨基酸的序列决定。定向进化学家可以改变蛋白上的某个氨基酸，具体位置可以从整条氨基酸链上随机抽取，也可以在某些特定区域内随机选择，甚至可以选定已知的、对蛋白功能很重要的某个特定位点。编码蛋白的基因在结构上由一段段独立片断组成，我们可以调换它们的顺序，创造出具有新功能的蛋白。我们还可以在一个由系统进化方法确定的基因家族中，或者从姐妹物种中，抽取相关基因的结构片段，混合成所谓的“嵌合蛋白”（chimeric protein）。在自然界中，基因片段的重组和重排使蛋白快速进化；如今这一过程在实验室中重现，正在向我们显示它的巨大威力。研究人员甚至可以让整个基因组在选定的微生物之间大搬家，从而进一步加速进化改变。

    人乳头瘤病毒（human papillomavirus）疫苗的开发和丙型肝炎疫苗的优化，是定向进化众多成功案例中比较典型的两个。在对20 多种人干扰素（human interferons，一个免疫系统蛋白家族）中的基因片段进行重排之后，一种超强嵌合蛋白已经问世，它减慢病毒复制的能力比原有人干扰素强25 万倍。经过改良的人类肿瘤抑制蛋白，在实验室研究中已经显示出比原始蛋白更强的肿瘤生长抑制功能，研究人员目前正致力于将这种蛋白转移到p53 蛋白功能缺损的个体体内。

    科学家和工程师在实验室中模仿进化过程的另一种方法，则是利用一种名为“进化算法”（evolutionary algorithm）或“遗传算法”（genetic algorithm）的计算机软件。此项技术已经被广泛地用于寻找复杂问题的最优解答，包括制定空中飞行表、预报天气、平衡股票投资组合、优化药物组合等，还被应用于桥梁、电路和机器人控制系统的设计。

    一个“进化算法”通常包含五个步骤：

    1. 建立一个候选策略库。

    2. 评估每个候选策略适当与否。

    3. 如果任何一个候选策略符合全部目标，程序即告停止。

    4. 否则，选取一组相对适当的策略，作为新策略的“父本”。

    5. 使父本发生突变，或者让它们的性状进行“有性”重组，创造出一组新的候选策略。

    再从第2 步开始循环。

    有时候，遗传编程找到的解决方案会与人类典型的设计方案大相径庭。比如，用一个进化算法来规划通讯卫星的轨道，以便尽量减小地面接收器的信号损失。这个算法得出的轨道布局极不对称，每颗卫星运行轨迹之间的间隔都不相同。与人类设计师常常采用的对称布局相比，这种“进化”而来的优化布局表现更优秀。