整個答案很長，因此，如果您（或其他人）好奇，請先閱讀簡短的部分，然後再閱讀其餘部分。引文包含在較長的部分中。如有需要，我可以在短篇文章中添加其他引用。有機體不會“想要”進化特徵。性狀通過隨機突變和自然選擇的生物學過程演變而來。
有機體不會“想要”進化特徵。 （好吧，我很樂意再發展一對手，但這是不可能的。）自然選擇通過修改現有特徵而起作用。您的烏龜可以注視自己想吃的所有食物，但不會長出脖子。取而代之的是，由於確定與總體盒形大小有關的特徵的基因的變異，海龜的脖子長度之間存在自然變異。那些脖子較長的人也許可以得到更多的食物，活得更長一些，並且繁殖更多。他們會將自己的基因傳給後代，所以也許更多的後代也會有更長的脖子。在許多世代中，海龜的脖子可能會更長一些。
一個常見的誤解是，生物的性狀恰好適合特定需求。由於某些原因，它們不是。首先，相對於當前環境發生自然選擇。在一個環境中效果很好的適應在另一個環境中可能沒有用。環境在進化時間內很少穩定，因此性狀會不斷變化。
接下來，如上所述，自然選擇只能對存在的特徵起作用。雖然多套武器很方便，但我是四腳架。我的四個附屬物，以及所有其他四足動物的附屬物，可以追溯到我們共同的祖先。所有四足動物的附肢都是對該祖先特徵的修飾。
最後，生物還沒有“取樣”整個可能突變和突變組合的領域。換句話說，某個突變或一組突變實際上可能能夠適應性地改善當前環境中的特定性狀，但是，如果這些突變從未發生，那麼這種改進就永遠不會發生。
我們只需要看看自己，以了解我們是多麼不完美。我們的背部和膝蓋不好，因為我們的身體並非旨在直立行走。我們從四足動物進化而來。這是最近發生的，以至於我們的膝蓋和背部結構尚未發生變化（可能永遠不會發生）。在互聯網上搜索“盲點”視力測驗。我們在眼睛的視網膜 front 處有大量血管，這會降低我們的視力。我們經常不得不從頜骨上拔出牙齒，因為我們的臉部扁平化（相對於我們的奧古斯丁菊酯祖先而言）縮短了我們的頜骨。我們沒有足夠的空間容納牙齒，但是牙齒數量卻沒有減少。
對於人類技術來說，能夠直接改變我們的DNA以提高適應性，我會說沒有。儘管我沒有未來的能力，但我們基因組的複雜性，更具體地說是基因的調控方式，對我來說，這是一個非常艱鉅的任務，即使不是不可能的任務。有關調節基因的更多信息，請參見下面的詳細答案，但要點是，一小部分調節基因可控制大多數其他基因（包括其他調節基因）。交互非常複雜，我們對這些交互中的很少有詳盡的了解。我推測以“陽性”方式影響一個這樣的基因很可能會產生許多意想不到的負面後果。
下面是一些簡單的數學和其他想法，向您展示突變如何導致您在地球生命的多樣性中看到許多適應性特徵。
長篇故事
如何用其他方式解釋那麼多特定的（先進的）進化躍遷？
突變在整個基因組中隨機發生。大多數突變將是中性的。也就是說，從進化的角度來看，它們既不是壞也不是好。突變是中性的，因為大多數生物的基因組是無功能的。在DNA的功能區（即蛋白質編碼區和相關區）中發生的突變更可能是有害的（壞的），因為該突變可能對蛋白質的功能甚至產生蛋白質的能力產生負面影響。但是，某些突變是有益的。突變實際上可以增強蛋白質的功能，甚至產生新的蛋白質。
關於突變，必須考慮幾個因素。 rate 突變很低。例如， Kumar和Subramanian（2002）比較了來自326種哺乳動物的5669個蛋白質編碼基因的DNA序列。他們的研究結果表明，哺乳動物的平均突變率是每年每鹼基對（bp）2.2 x 10 $ ^ {-9} $ span>。這意味著，平均而言，點突變改變了哺乳動物基因組中每個DNA核苷酸的位置，每十億分之一（10 $ ^ 9 $ span> ）年。那是很多時間！
但是，人口中每個人的發生率都是相同的，因此您必須考慮生物體的人口規模。因此，讓我們做一個簡單的練習。考慮像 rock Pocket mouse或其他具有很短生成時間的小型哺乳動物的物種。對於這個簡單的示例，我們假設生成時間為一年。這意味著每年每bp 2.2 x 10 $ ^ {-9} $ span>的突變率將對應於2.2 x 10 $ ^ {-9} $ span>突變。產生時間很重要，因為新突變僅通過繁殖遺傳。
假定哺乳動物平均二倍體基因組約為60億（6 x 10 $ ^ 9 $ 跨度>）個核苷酸的大小。在單個後代中發生的可遺傳突變的數量為
$$（6 \ times 10 ^ 9）\ times（2.2 \ times 10 ^ {-9 }）= 13.2。$$ span>
接下來，假設約有2.5％的哺乳動物基因組由可能影響表型（生物體特徵）的功能性轉錄序列組成。這意味著，在每一代後代中發生的所有突變中，約有2.5％可能潛在地影響該表型。也就是說，
$$ 13.2 \ times 0.025 = 0.33。$$ span>
仍然很小。但是，現在我們必須考慮人口規模。小型哺乳動物，例如小鼠和田鼠，通常種群數量較大。假設岩袋鼠的種群中有100,000個繁殖個體。如果是這樣，則
$$ 0.33 \乘以100,000 = 33,000，$$ span>
是種群中可能發生的新的可遺傳突變的數量。這些突變中的大多數將是有害的，並通過自然選擇從種群中去除，但是，即使這些新突變中的一小部分都是有益的，自然選擇也會導致這些有益的突變在子孫後代中的頻率迅速增加。 / p>
在人類中， Nachman和Crowell（2000）估計平均突變率為2.5 x 10 $ ^ {-8} $ 突變。如果我們假設相同的基因組大小和500,000個人的有效人口規模，則應用相同的數學方法表明，每一代人口中都會發生1,875,000個可能影響表型的新突變。同樣，只有其中一些將是有益的，但這仍然是許多新的有益突變的可能性。用進化論的術語來說，小鼠或人類就是眨眼。
有益突變在人群中傳播需要多長時間？這取決於兩件事。突變（稱為選擇強度， s ）和種群規模的益處如何？要估算有益突變在人群中傳播所需的時間，我們可以使用公式
$$ t = \ frac {2} { s} \ mathrm {ln}（2N_e），$$ span>
其中 $ t $ span>是世代相傳的時間， $ s $ span>是選擇的強度，並且 $ N_e $ span>是有效種群數量（繁殖個體的數量）。考慮到選擇的強度，我們假設 $ s = 0.01 $ span>，它是弱的，但是自然選擇。回到我們的 $ N_e = 100,000 $ span>的口袋鼠中，那麼有益的突變將僅在2441代中傳播到整個種群中（請記住，我們所說的是進化論時間如此2000年就算不了什麼）。如果 $ N_e = 10,000 $ span>，則該突變僅在1981年產生。如果我們增加選擇強度t 0.2，那麼人口規模為100,000和10,000年的時間分別為122年和99年。
這些“餐巾紙的背面”計算結果顯示，即使是微弱的時間有益的突變會出現並擴散到整個人群中。然而，這不包括其他類型的突變，例如基因重複，也可以使新蛋白質進化。例如，人類看到紅色的能力是由於簡單的基因複制（Nathans等，1996及其參考文獻）。這種重複還解釋了紅綠色色盲的常見形式。
哇！
我們的變異故事還有更多。考慮人類和黑猩猩，從遺傳學角度來看它們幾乎是相同的（取決於您的計算方式，介於96％到99％之間），但它們看起來卻非常不同。如果人類和黑猩猩在過去的五百萬年中與他們的祖先背道而馳，它們之間會有什麼不同？這個問題最初是由[King and Wilson（1975）]發表的。他們認為，結構蛋白的突變（如組成骨骼和肌肉的結構蛋白）不足以解釋人與黑猩猩之間的表型差異。提出調控基因是理解巨大差異的關鍵。調節基因是通過打開或關閉它們以及其他重要功能來控制其他基因的基因。調節基因的改變可以引起表型的相當迅速的改變。
這種理解導致了進化發展生物學的廣闊（且引人入勝）領域。該領域的重點是與發育相關的調控基因突變（從胚胎到成年）如何對長期進化產生影響。這個領域有很多例子，但是很酷的一個例子是鴨腳和蝙蝠翅膀。讓我們從胚胎開始。在發育的早期，大多數脊椎動物的胚胎在手指（手指和腳趾）之間具有膜。對於大多數脊椎動物，膜在發育後期會丟失。手指之間的小皮瓣是胚胎膜的殘留物。
一組稱為BMP（和其他幾個）的調節基因負責引起脊椎動物的膜丟失。但是，通過不同的突變集，BMP不能在鴨腳和蝙蝠手中起作用。因此，它們最終都在它們的手指之間夾有膜（ Weatherbee et al。2006）。因此，兩個不同的突變會阻斷同一組發育基因，從而導致在兩種非常不同類型的脊椎動物中發生新的適應。最後一個例子是鱗片上鳥類羽毛的進化。如您所知，鳥類是從恐龍進化而來的。事實證明，鳥的羽毛和短吻鱷鱗片（稱禽類是最接近生存的鳥類）使用相同的調控基因來發育。這些基因是BMP2和SHH（舊電腦遊戲迷的音速刺猬）（ Harris等，2002）。其他調節基因是不同類型羽毛的基礎，如絨毛和飛行羽毛（Harris等，2002）。
文獻引用
等。 2002年。 Shh-Bmp2 信號模塊以及羽毛的進化起源和多樣化。實驗生物學雜誌294：160-178。
King，M.-C。和A.C.威爾遜。 1975年。人類和黑猩猩有兩個進化階段。科學188：107-116。
庫瑪爾和S. Subramanian。 2002。哺乳動物基因組中的突變率。美國國家科學院院刊99：803-808。
Nachman，M.W. and S.L.克羅威爾。 2000。估計人類中每個核苷酸的突變率。遺傳學156：297-304。
Weatherbee，S.D.等。 2006。蝙蝠翼中的指間織帶保持力說明了羊膜肢多樣化後的遺傳變化。美國國家科學院院刊103：15103-15107，