第二十一章 水往高處流

同樣,人工生命一經滲入計算機,就永遠留在計算機的某處,永遠不會消失。

b遞增的複雜性。/b每當我問朋友,進化是否有方向?總是得到這樣的答案(如果有回答):"它朝越來越複雜的方向發展"。

儘管幾乎每個人都清楚地知道進化朝著更加複雜的方向發展,但是我們手頭真正言之有物的有關複雜性的定義卻少之又少。而當代生物學家卻質疑生命趨向複雜化的觀點。史蒂文·傑·顧爾德就曾經斷然地對我說:"日趨複雜化的幻覺是人為的現象。因為你必須先建立一些簡單的東西,如此一來,隨後產生的自然就是複雜的東西了。"

然而,有許多簡單的事情大自然從未做過。如果沒有某種朝向複雜性的驅動力,大自然為什麼不停留在細菌時代,發展出數百萬各種各樣的單細胞物種?它又為何不停留在魚類階段,儘可能創造出所有能夠創造的魚類形式?為什麼要把事情搞得更復雜?就此而言,生命為什麼要以簡單的形態開始呢?據我們所知,並沒有一個相關的規則說明事情必須越變越複雜。

如果複雜化是一個真正的趨勢,那麼一定有某種事物推動了它。在過去的百年裡,科學家們提出了多種理論來解釋這種複雜化的現象。這些理論按其提出時間羅列如下:

◎對部件的複製以及複製中的意外導致複雜性(1871)。

◎真實環境的苛刻導致部件的分化,分化集合成為複雜性(1890)。

◎複雜性更具熱力學效率(1960)。

◎複雜性只是(自然)選擇其他屬性時偶然產生的副產品(1960)。

◎複雜的有機體能不斷聚集周圍更多的複雜性;因此複雜性是一個自身不斷放大的正反饋迴圈(1969年)。

◎相對而言,一個系統增加一個部件比減少一個部件容易,因此複雜性是累積的(1976年)。

◎非均衡系統在熵消散或熱消耗時積累複雜性(1972)。

◎意外本身產生複雜性(1986)。

◎無休止的軍備競賽逐步增強複雜性(1986)。

由於對複雜性的定義目前仍然含糊不清,而且很不科學,因此迄今為止尚未有人系統地研究化石記錄,以確定能測量的複雜性是否隨著時間的推移而增加。人們已經針對某些特定的短譜系生物進行了一些研究(採用了各種不同的方法來測量複雜性)。研究證明這些生物某些方面的複雜性有時候確實增強了,但有時候並沒有增強。簡而言之,我們並不確知,伴隨著生物顯而易見的複雜化,究竟發生了什麼事情。

b遞增的多樣性。/b這一點需要認真地說明。著名的軟體動物化石群,加拿大的伯吉斯頁岩化石群,正迫使我們重新思考究竟什麼才是我們所謂的"多樣性"。正如顧爾德在《奇妙的生命》一書中所說,伯吉斯頁岩展現了寒武紀生命大爆發時期一系列令人矚目的新生物的出現和蓬勃發展。這些奇妙的生物群體,其基本型別要比我們的先祖生物的基本型別更富有多樣性。顧爾德爭辯說,我們看到,自伯吉斯頁岩之後的生物從基本型別上說是多樣性的遞減,而各個基本型別中的小物種則大量遞增。

舉例來說,生命對數百萬種昆蟲精雕細琢,卻沒有再發展出更多諸如昆蟲的新物種。三葉蟲的變體無窮無盡,卻沒有諸如三葉蟲的新種類。伯吉斯頁岩化石展現出來的林林總總的生物結構基本型別大拼盤,超過了如今生命在同一地區顯現出的少得可憐的基本結構。有人可能會爭辯,那種認為多樣性始於微小的變化,並隨著時間的推移而膨脹的傳統觀念,也許是本末倒置的。

如果你將差異定義為顯著的多樣性,那麼差異正在縮小。一些古生物學者把更為本質的基本型別的多樣性稱為"差異",並與普通的物種多樣性區別開來。錘子和鋸子之間,存在著根本差異,而臺式電鋸和電動圓鋸之間的差異,或者當下生產的數千種千奇百怪的電器用具之間的差異,則沒有那麼顯著。顧爾德這樣解釋:"三隻不同種類的盲鼠構不成一個多樣的生態動物群落,而一頭大象、一棵樹加一隻螞蟻就可以構成這樣的群落----儘管這一個組合只包含了三個物種。"也正是認識到很難得到真正創新的生物基本型別(試著為消化系統找個通用的替代品看看!),我們才會更重視在基本面上的不同。

正因為多樣化的基本型別非常罕見,所以經歷了寒武紀大爆發之後,大多數物種的基本型別便再也無可替代。這可謂特大訊息,它引發了顧爾德的感慨:"生命史的驚人事實就是它標記著多樣性的銳減,以及繼之而來的在少數倖存物種中激增的多樣性"。取其10種,棄其9種,而剩下的第10種確實產生了巨量的變異,例如甲蟲。因此,我們所說的自寒武紀之後進化"遞增的多樣性"是就更細的物種劃分而言。今天,地球上生活著的物種的確比以往任何時候都多。

b遞增的個體數量。/b與10億年前,甚或100萬年前相比,今天世界上生物體的總數也有了巨大的增長。假設生命只有一次起源,那麼這世界上就一度只有孤零零的生命始祖存在。而如今,生命這個種群的人口可謂是不計其數。

生命數目的增加還有另外一種重要形式。從層級的角度看,超群和子群也構成了個體。蜜蜂群整合為一個群體,這樣一來,個體的總數就是蜜蜂的數量加上一個超級群體。人是由數以百萬計的細胞構成的,因而也為增加的生命個體總數貢獻了一份力量。此外,每個細胞都可能存在寄生,這樣一來個體的數量就更多了。不管從哪個角度看,在同一個有限的空間裡,個體都可以以巢狀的方式存在於其他個體內部。因此,在一定容積裡,連同所有細胞、寄生蟲以及病毒感染物在內的蜂群的個體總數可能大大超過同等容積中所能容納的細菌總數。正如斯坦利·塞爾斯在《進化出層級架構》(evolvinghierarchicalsystems)中所描述的:"如果個體可以相互巢狀,那麼在一個有限的世界裡,就有可能存在不計其數的獨一無二的生命個體,世界的範圍也因此被擴充套件了。"

b遞增的專業性。/b生命開始時如同一道可以完成許多工作的通用工序。隨著時間的過去,單一的生命分化成許多做更專業事情的個體。正如一個普通的卵細胞經過發育分化成眾多不同的專屬細胞,動植物為了適應更狹窄的生態位,在進化中也分化成更多不同的種類。實際上,"進化"這個詞,最初只是用來表示一個卵細胞分裂擴充套件成一個胚胎生物的過程。直到1862年,赫伯特·斯賓塞才第一次利用這個術語表述隨著時間推移而發生的器質性變化。他把進化定義為"通過不斷的分化和整合,從不明確、不連貫的同質性狀態轉變成明確、連貫的異質形態的變化過程"。

將前面列出的趨勢與遞增的專業性歸攏在一起,就可以描繪出這樣一幅廣闊的畫面:生命從一個簡單的、不明確的、未定型的創意開始,隨著時間的推移,漸漸穩定形成一大群精確的、穩固的、機器般的結構。細胞一旦分化,就難以迴歸到更通用的狀態,動物一旦專業化,也極難迴歸到更一般的物種。隨著時間的推移,專業的生物體的比例加大,種類增加,專業性的程度也提高了。進化朝著更細化的方向邁進。

b遞增的相互依存關係。/b生物學家已經注意到,原始生物直接依賴於自然環境。有些細菌生活在岩石之中;有些地衣以石頭為食。這些生物體的自然棲息地稍有擾動就會對其產生強大的衝擊(正是因為這樣的原因可以將地衣用作酸雨汙染的天然監測器)。隨著演變,生命逐漸解脫無機物的束縛,而更多地與有機物相互影響。在植物將根直接扎入土壤的同時,那些依賴於植物的動物則擺脫了土壤的束縛。兩棲類和爬行類動物一般產出受精卵,之後便將卵交於自然環境;而鳥類和哺乳類動物則撫養它們的後代,因此它們從出生之時起就與生命的接觸更密切。隨著時間的推移,它們與大地和礦物質的親密關係逐漸被對其他生物的依賴所取代。舒適地生活在動物溫暖的消化系統裡的寄生蟲,可能永遠沒有機會接觸有機生物外部的環境。社會性生物也是如此:雖然螞蟻可以生活在地下,但是它們的個體生命更依賴的是其他螞蟻而不是周圍的土壤。社會化的加深正是生命遞增的相依共生關係的另一種形式。人類正是一個越來越依賴生命而不是非生物的極端例子。

只要有可能,進化就努力地牽引生命遠離惰性與自己更緊密地結合,從無到有創造出令人滿意的東西。

b遞增的進化力。/b1987年,來自劍橋的動物學家理查德·道金斯在第一屆人工生命研討會上發表了一篇題為《進化性的進化》(eevolutionofevolvability)的論文,文中他仔細研究了進化的自身進化的可行性和有利條件。差不多在同一時間,克里斯·託弗威爾斯在《基因的智慧》(wisdomofthegenes)一書中,也公佈了關於基因如何控制自己的進化力的推斷。

道金斯的靈感源於他在生物形態領域創造人工進化的嘗試。他意識到,在扮演上帝時,偶爾為之的創新不但會給個體提供直接進步的機會,而且可以看作是一種"進化的懷孕",並且使得後代能夠在更大的範圍內變異。他拿現實中第一個分化出來的動物為例,他把它看作是"一個怪物......而並非一個成功的個體"。但動物分化這個事件是生命進化的一個分水嶺,由此分化出的一系列後裔成為了進化的贏家。

道金斯提出了更高一層的自然選擇,"它所偏愛的型別,不僅僅能成功地適應環境,而且能朝著既定的方向進化,或者只要保持進化就好"。換言之,進化不僅選擇生存力,也選擇進化力。

進化的能力並非由某個單一的特徵或引數來表示----譬如說突變率,而突變率也確實在生物體的進化力中有一定的作用。一個物種如果不能產生必要的變異,就不能進化。物種改變自身的能力與其行為的可塑性一樣,在它的進化力中佔有一席之地。而基因組的靈活性則是至關重要的。歸根結底,一個物種的進化力屬於系統特徵,它不會只體現在某個區域性,正如一個生物的生存力也並非由某個區域性來決定一樣。

如同進化所選擇的所有特性一樣,進化力必須是可以累積的。一個還很弱小的創新一旦被接受,就能夠作為一個平臺,產生競爭力更強的創新。籍著這種方式,星星之火,可以燎原。在一個很長的時期內,進化力都是生存力的一個必不可少的組成部分。因而,一個生物族譜,如果其基因能夠增強進化力,那麼它就會累積起進化的決定性力量(和優勢),代代相傳,生生不息。

進化之進化就像是一個阿拉丁神燈不會給予你的願望:即獲得另外三個願望的願望。這是一股合法改變遊戲規則的力量。馬文·明斯基注意到在兒童心智的發育中存在著"類似對改變其自身的規則做出改變的力量"。明斯基認為:"僅僅依靠不斷地積累越來越多的新知識,心智不能真正很好地成長。它還必須開發出更新更好的運用已有知識的方法。這就是派普特原理:心理發育過程中的一些最關鍵的步驟,不僅僅建立於獲取新技能的基礎之上,而且建立於獲取運用已知知識的新的應用方法的基礎之上。"

對變化做出改變的過程是進化的更高目標。進化之進化並非意味著突變率在進化,儘管它的確促成了突變率的進化。事實上,長期以來,不論是在有機界,還是在機器世界乃至超生命界,突變率都基本保持恆定不變。(突變率達到幾個百分點之上或是低於百分之一個百分點都是非常罕見的情況。理想的數值大約在十分之一個百分點左右。這意味著在一千個想法中只要有一個荒謬狂野的想法,就足以保持事物的進化。當然,某些情況下千分之一也是一個很瘋狂的比例。)

自然選擇傾向於維持一個能保證最大進化力的突變率。與此同時,自然選擇會將系統的所有引數都移至有利於進一步自然選擇的最優點上。而這個進化力的最優點是一個移動的目標,達成這個目標的動因也即是使其漂移的動因。在某種意義上,一個進化系統是穩定的,因為它會不斷迴歸到最優進化力的狀態。但是因為這個最優點是變化的----就像鏡子上變色龍的顏色----這個系統又永遠處在非均衡狀態。

進化系統的本質,是一種產生永恆變化的機制。永恆的變化並非重複出現的週期變化,不像萬花筒那樣缺乏想象力。那是真正永恆的活力。永恆的變化意味著持續的不平衡,永遠處在即將跌落的狀態。它意味著對變化做出變化。這樣一個系統將永遠處在不斷改變現狀的邊緣上。

回過頭來說,既然進化的能力是由其進化而來,那麼最早的進化又是從什麼地方開始的呢?

如果我們接受這樣一個理論:即生命進化起源於某些型別的非生命,或者說原生命,那麼進化必然早於生命。自然選擇是一個非生命的後續過程;在原生物群體中也能起到很好的作用。一旦進化的基本變異運作起來,形式的複雜性所允許的更復雜的變異就加入進來。我們在地球生物化石記錄中所看到的,是不同型別的簡單進化逐步累積、最終形成一個有機整體的過程,我們如今稱之為進化。進化是許多過程的綜合,這些過程形成一個進化的群體。進化隨著時間的推移而進行,因此進化本身的多樣性、複雜性和進化力也增長了。正所謂,變自生變。

21.4土狼般的自我進化

對進化之進化可作如下概述。起初,進化啟動了各色自我複製,產生足夠的數量以誘發自然選擇。一旦數量膨脹,定向的突變就逐漸重要起來。接下來,共生開始成為進化的主要推動者和振盪器,依靠自然選擇產生的變化來滋養。隨著形態的增大,對形態的制約開始形成。隨著基因組長度的增長,內部選擇開始控制基因組。隨著基因的集結,物種形成和物種級別的選擇即行闖入。由於生物體擁有了足夠的複雜性,行為和肢體的進化顯露出來。最終,智力萌芽,拉馬克式的文明進化取而代之。隨著人類引入基因工程和自程式設計的機器人,地球上的進化將繼續進化。

因此,生命的歷史,就是一個由各種進化組成的程式,而這些進化則是由不斷擴充套件的生命複雜性所驅動的。由於生命變得越來越層次化----基因、細胞、組織、物種,進化也改變了其物件。耶魯大學的生物學家利奧·巴斯稱,在進化之進化的每一個階段,受制於自然選擇的單位層級在提高。巴斯寫道:"生命的歷史就是一個選擇不同單位的歷史。"自然選擇選擇的是個體;巴斯認為構成個體的部分一直在隨時間發生演變。舉個例子來說,數十億年前,細胞是自然選擇的單位,但最終細胞組合起來構成了組合體,自然選擇就轉而選擇它們的組合體----多細胞有機生命體,將其作為個體來選擇。看待這個問題的角度之一,就是看構成進化個體的組成部分進化出了什麼。起初,個體是一個穩定的系統,然後是分子,然後是細胞,然後是一個生物體。接下來是什麼呢?自達爾文以來,許多富有想象力的進化論者就提出了"群選擇",即那種以物種組群為單位,好像一個物種就是一個個體的進化。某些種類物種的生存或者滅絕,不是因為這種生物體的生存力,而是因為其物種性中不為人知的某些特質----或許是進化力吧。

群選擇仍然是一個有爭議的觀點,而巴斯所做的結論更具爭議性。他認為"進化的主要特性在自然選擇單位的轉換中形成"。因此,他說:"在每一個轉型期----在生命發展史中每一個有新的自我複製單位出現的階段,涉及自然選擇運作模式的規則都發生了徹底改變"。簡而言之,大自然的進化本身也進化了。

人工進化也將經歷同樣的演變過程,既是人工的,也是自然的。我們會把它設計成能夠完成指定的工作,也能培育出一些人工進化的新物種來把某些特殊的工作做得更好。這樣許多年多之後,你也許就能夠從目錄裡選用一個特定的人工進化的品牌,恰好符合你所需的新穎度,或者是恰到好處的自導向。不過,人工進化與其他任何進化系統一樣,也會擁有某種偏好。任何一個種類,都絕對不會完全接受我們的控制,它們擁有自己的進化日程。

如果真的存在各種各樣的人工進化,並且在我們稱之為進化的那個東西中真的有各種各樣的子進化過程,那麼,這個更大的進化,這個變化之變化的特徵是什麼?這個超進化----不但包括一般級別的進化,而且包括穿行其中的更大進化----它的特徵是什麼?它又通往何方?進化究竟想要做什麼?

我核對證據,確定進化的目標正是它自己。

進化的過程不斷地集中力量,一次次及時地再造自己。每一次改造,進化都變成更有能力改造自己的過程。因此,"它既是來源,又是結果。"

進化的數學並非驅使它造出更多的火烈鳥、更多的蒲公英,或者更多的其他生物實體。多產不過是進化的副產品----瞧,孵化數百萬的青蛙----而非目標。相反,進化的方向是實現自我。

生命是進化的培養基。生命提供了生物組織和物種的原材料,從而使進化得以進一步進化。沒有浩浩蕩蕩日益複雜化的生物,進化就無法進化出更大的進化力。所以,進化產生複雜性和多樣性以及成百上千萬的存在,從而為自己拓展空間,使進化成更強大的進化者。

所有自進化者必須是像土狼一樣高明的魔術師。這位魔術師對自身的改造永遠也不滿意。它總是抓住自己的尾巴,把自己裡外翻轉,變成更復雜、更柔韌、更花俏、更依賴自己的東西,然後會再次無休無止地努力去抓自己的尾巴。

宇宙容忍這種幾近殘酷的進化積蓄更為強大的進化力,究竟得到了什麼?

我所能看到的,就是可能性。

而且,在我看來,可能性是蠻不錯的終點。

龐氏騙局(ponzischeme):一種金融詐騙,類似傳銷,相似的還有"金字塔騙局"(pyramidscheme)。簡單來說就是用後來投資者的錢冒充前期投資者的收益。龐氏騙局是一種最古老和最常見的投資詐騙,這種騙術是一個名叫查爾斯·龐齊(charlesponzi)的投機商人"發明"的。

以太(ether或aether):是古希臘哲學家所設想的一種物質。人們認為它充滿宇宙,無處不在,是傳導電磁波、引力等場力的介質。但後來的實驗和理論表明,許多物理現象並不需要以太的存在就能很好地解釋,換言之,沒有觀測和理論支援以太的存在,因此以太理論逐漸被科學界所拋棄。

卡諾(sadicarnot,1796~1832):法國物理學家和軍事工程師,1824年提出了熱機工作的"卡諾迴圈",在此之上奠定了熱力學第二定律的基礎。此外他還提出了"卡諾效率"、"卡諾定律"、"卡諾熱機"等概念和理論,被尊為"熱力學之父"。

生機論(vitalism):又稱活力論,一種認為生命體充滿了非生命體所沒有的機能上的力量的學說。該學說主張有某種特殊的非物質的因素支配著生物體的活動,超越了自然科學法則的限制。

《奇妙的生命》:wonderfullife-theburgessshaleandthenatureofhistory,1990年出版。

伯吉斯頁岩化石群(burgessshalefossils):發現於1909年。當時美國科學家沃爾柯特在加拿大西部落基山脈5.15億年的寒武紀中期黑色頁岩中,發現大量儲存完美、造型奇特的動物遺骸。在所收集的6.5萬件珍貴標本中,科學家們陸續辨認出幾乎所有現存動物每一個門的祖先,還有許多早已絕滅了的生物門類,這就是著名的伯吉斯動物化石群。這一發現震撼了當時的科學界,導致了人們對寒武紀大爆發的猜想。

《美好人生》(it'sawonderfullife):拍攝於1947年的經典黑白片,每年聖誕節都會重播。劇情溫情而充滿幻想,主人公吉米·斯圖爾特(jimmystewart)在聖誕夜喪失了對生活的信心,準備自殺。於是,上帝派了一個天使,來幫他渡過這個危機。在天使的指引下,吉米看到了如果這個世界上沒有自己,很多人的人生會變得不幸和痛苦。他由此明白了自己生命的價值何在,重新鼓起了生活的勇氣。

《為大腦而設計》:designforabrain:theoriginofadaptivebehavior,1952年出版。

柯普法則(cope'srule):指生物在進化過程中體型隨時間推移而逐漸增大的規律。