第二十一章 水往高处流

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21.1 40亿年的庞氏骗局[1]

19世纪初,关于“热”的问题还是一个令人费解的深奥难题。每个人都本能地知道一个热的物体会逐渐冷却到与周围环境相同的温度,而一个凉的物体温度同样会慢慢升高。但是关于热的完整理论还没有诞生,并且困扰着当时的科学家们。

真正的热力学理论必须能够解释某些令人费解的问题。是啊,同一空间里的一个极热的物体和一个极冷的物体最终会变得温度相同。但是有一些物体,比如一盆冰水混合物,相比而言,温度升高的速度就没有同样大小的一盆冰或者一盆水来得快。热胀冷缩,运动产生热,热导致运动。还有某些金属被加热的时候,重量会增加,也就是说,热是有重量的。

早期对热进行研究的先驱者们并不知道他们研究的是温度、卡路里、摩擦力、做功、效率、能量和熵——这些术语都是后来才产生的。事实上,搞了几十年,他们还根本不确定自己所研究的究竟是什么。最广为认同的一种理论是,热是一种无孔不入的弹性流体——是一种物质以太[2]。

1824年,法国军事工程师卡诺[3](卡诺与萨缪尔·贝克特的著名荒诞戏剧《等待戈多》中行动迟缓的主角戈多谐音)推导出后来被称为热力学第二定律的原理,这一原理的简单表述如下:没有永动系统。卡诺的热力学第二定律连同热力学第一定律(能量守恒定律)一起,作为理解许多科学理论的主要框架影响了随后的一个世纪。其中不仅包括热力学,还有大部分物理学、化学,以及量子力学。总之,热力学理论加固了所有现代物理科学的基础。

然而生物学却没有如此显赫的理论。时下,在复杂性研究员中间最流行的笑话就是,今天的生物科学正在“等待戈多”。理论生物学家感觉他们自己就像19世纪热力学即将诞生之前的热研究者。生物学家们讨论复杂性问题,却没有一个衡量复杂性的标准;他们提出了生物进化的假说,却无法重现一个实例。这让他们再次回想起研究热问题却没有类似卡路里、摩擦、做功,甚至能量这样的概念的情形。正如卡诺通过他的热寂原理为当时无序的物理学构建了一个框架,一些理论生物学家也在热切期盼着生物学第二定律的诞生,以框定生命领域的大势——从无序中找到有序。可是这个笑话里有一丝潜藏的讽刺,因为在贝克特的这部著名的戏剧里,戈多是一个神秘的人物,而且根本就没有出场!

探索深度进化和找寻超生命的背后,大多都藏有对生物学第二定律这一关于有序诞生的法则的探索。许多后达尔文主义者质疑自然选择本身能否强大到足以抵消卡诺的热力学第二定律。既然我们仍然存在,就说明有这种可能。他们并不清楚他们正在寻找的究竟是什么,但直觉告诉他们,可以说它是一种熵的互补力量。有些人称之为反熵,有些人称之为“负熵”。格雷戈里·贝特森就曾经问道:“是否也有一个生物物种的熵?”

正式的科学研究文献很少明确表述对这一生命奥秘的探索。当夜深人静披卷而读时,大多数文献都给人以管中窥豹或盲人摸象的感觉:每篇文献都只看到了事物的一部分。它们都力图用严谨的科学词汇来完整地表达其理念和直觉。这里,我把它们所包含的构想归纳如下:

从大爆炸迄今,100亿年来,宇宙从一团致密而极热的原始物质慢慢冷却。当这一漫长的历史走到大约三分之二的时候,一些特别的事情发生了。一种贪得无厌的力量开始强迫这些正在慢慢消散的热和秩序在局部形成更好的秩序。这个半路杀出来的程咬金其最不寻常之处在于:(1)它是自给自足的,(2)它是自强化的:它自身愈庞大,就产生愈多的自身。

自此之后,宇宙中就并存着两个趋势。一种是永远下行的趋势,这股力量初时炽热难当,然后嘶嘶作响归于冰冷的死寂。这就是令人沮丧的卡诺第二定律,所有规律中最残酷的法则:所有秩序都终归于混沌,所有火焰都将熄灭,所有变异都趋于平淡,所有结构都终将自行消亡。

第二种趋势与此平行,但产生与此相反的效果。它在热量消散前(因为热必会消散)将其转移,在无序中构建有序。它借助趋微之势,逆流而上。

这股上升之流利用其短暂的有序时光,尽可能抢夺消散的能量以建立一个平台,来为下一轮的有序作铺垫。它倾尽所有,无所保留,其秩序全部用来增强下一轮的复杂性、成长和有序。它以这种方式在混沌中孕育出反混沌,我们称之为生命。

上升之流是一个波浪,是衰退的熵的海洋里微微的上涨,是自身落于自身之上的永不消逝的波峰,且永远处在坍塌的边缘。

这波浪是划过宇宙的一道轨迹,是混沌的两个不同侧面之间的一条细线:线的一边下滑形成僵硬的灰色固体,另一面悄悄没入沸腾的黑色气态,而这波浪就是两种状态间不断变幻着的瞬间——是一种永恒的液体。熵的引力不容藐视;不过由于波峰不断跌落,生物的秩序便如同冲浪者一般踏浪滑翔。

生物的秩序利用这上涨的波浪不断积累,犹如冲浪板,利用外来的能量将自己送入更加有序的领域。只要卡诺定律的力量继续下行使宇宙冷却,上升流便不断的偷走热能提升自己,凭自己的力量维持自身高度。

这就像一个金字塔骗局,或一个空中楼阁,在这场游戏里,生物秩序作为游戏的杠杆,其功用便是用来套取更多的生物秩序,若不能持续扩张,便只有崩溃。如果把所有生命当作一个整体的话,其历史就是一个高明绝顶的骗子的故事。这个骗子找到了一个极为简单的骗人把戏,并且堪称完美地实施了这个计划——迄今为止都逍遥法外。“生命也许应该被定义为逃避处罚的艺术,”理论生物学家沃丁顿如是评说。

或许,这富于诗意的想法仅仅是我个人的幻想,是我对他人著说的一知半解和断章取义。但我不这样认为。我已经从许多科学家那里听到了类似的观点。我也不认为人们所期待的“卡诺法则”纯属神秘主义——当然,这还只是人们的一种希望而已,但我仍希望能找到一种可证实或证伪的科学理论。尽管有种种貌似于上升流的不那么靠谱的学说,譬如“生机论”[4],但这第二种力量的科学性绝不输于概率论或达尔文的自然选择。

然而,一种犹豫不决的氛围笼罩在“上升流”的头上。人们的主要顾虑在于,“上升流”意味着宇宙中存在某种方向性:当宇宙的其余部分慢慢耗尽能量,超生命却在稳步积累自己的力量,朝着相反的方向逆流而上。生命朝着更多的生命、更多种类的生命、更复杂的生命以及更多的某种东西进发。而这导致了某种怀疑论。现代认知在这种进程中嗅到了一丝气味。

这种进程散发着以人类为中心的味道。对一些人来说,它如同宗教狂热一般刺鼻。最早也是最狂热地支持达尔文理论的正是基督教新教徒的神学家和修士,因为它为人类的主导地位提供了科学证据。达尔文进化论提供了一个漂亮的模型,描述了无知的生命向已知的完美巅峰——人类男性——进发的过程。

对达尔文学说的滥用不仅助长了种族主义,而且无助于进化这个概念的发展。比进化的进步更重要的是重新审视我们人类的位置。我们并非宇宙的中心,只不过是宇宙中一处毫不起眼的角落里一个无足轻重的螺旋星系边微不足道的一缕烟尘。如果我们并不重要,那么进化会通往何处呢?

进步是条死胡同,没有任何出路。在进化论研究以及后现代史、经济学和社会学中,进步之死基本上已盖棺定论。没有进步的变化正是我们当代人对自己命运的认识。

第二种力量的理论重新点燃了进步的希望,同时也提出了棘手的问题:如果存在一个生命的第二法则——上升流,那么这个潮流的方向究竟指向哪里?如果进化的确有一个方向,那么它究竟会有一个什么样的方向?生命到底是在进步,还是仅仅在盲目地徘徊?也许进化只不过有个小斜坡,使之看上去有某种趋势,并且可以部分地预测。生命(不论是天然的还是人工的)会具备哪怕是微小的趋势么?人类文化和其他活系统是有机生命的镜像吗?或者,某个物种能够不依赖其他物种而独立地发展?人为进化是否有它自己的规律和目标,完全超越其创作者的初衷?

我们首先必须承认,我们所看到的生命和社会的进步只不过是由人类的错觉。生物学中流行的“进步阶梯”或“大物种链”这些概念在地质学中根本就找不到任何证据。

我们从最初的生命开始,把它看作一个起点。想象它的所有后裔一层层缓慢膨胀,就好比一个越吹越大的气球。时间即是半径。每个生活在特定时间的物种就成为当时这一球面上的某个点。

在40亿年(也即今天)这个时间点上,地球的生命世界里满满地塞了大约3000万个物种。其中某个点是人类,而远端另一侧某个点则是大肠杆菌。在这个球面上,所有点与最初生命起点的距离都是相同的,因此,没有哪个物种优于其他物种。地球上所有生物在任何一个时间点上的进化都是同步的,他们都经历了同样多的进化时间。说穿了,人类并不比大多数细菌进化得更多。

让我们仔细看看这个球面,很难想象,人类不过是其中毫不起眼的一个点,凭什么成为全球的最高点?也许3000万共同进化的其他生物中的任何一个点——比如说,火烈鸟或毒橡木——都代表了这整个进化的过程呢。随着生命不断地探索新的领域,整个球体的范也在不断地扩大,共同进化的位子数也随之增加。

这个生命的球状图不动声色地动摇了进步式进化的自证图景,即生命从简单的单细胞成功攀登到人类这一阶梯的顶点。这幅图景忽略了其他数十亿也应该存在的进化阶梯,包括那些最平淡无奇的故事,比如,一个单细胞生物沿着漫无目的的进化之梯演变成另外一种略有不同的单细胞体。事实上,进化没有顶点,只有数十亿个分布在球面上的不同的点。不管你做的是什么,只要有个结果就好。

不管是四处游荡还是呆在原地不动,都无所谓。在进化的时间进程中,原地踏步的物种可要比那些激进变革的物种多得多,而他们在回报上却没有什么差别。不管是现代人类还是大肠杆菌,都是进化的幸存者,是经历了亿万年淘汰后获胜的佼佼者。而且,没有谁会在下一个百万年的进化中比其他幸存的物种更具优势。事实上,许多悲观主义者认为,人类比大肠杆菌幸存更久的几率是一百分之一,尽管这种微不足道的生物目前还只能生存在我们人类的肠道里。

21.2 进化的目的是什么

就算我们承认生命的进化没有展示出任何进步的迹象,那它也会有个大致的方向吧?

翻了翻关于进化的书籍,我找不出哪一本书的目录上有“趋势”或者“方向”这样的字眼。许多新达尔文主义者绝口不提这两个字眼,近乎狂热地铲除着进化中有关进步的概念。其中最直言不讳的一个人就是史蒂文·杰·古尔德,他也是为数不多的几个曾公开讨论这个观点的生物学家之一。

古尔德其科普作品《奇妙的生命》[5]一书中对伯吉斯页岩化石群[6]给出了全新的解释。这本书的核心思想就是,生命的历史可以被视为一盘录像带。我们可以试想着将带子倒回到起点,并借助某种神奇的力量,改变生命之初的某些关键场景,然后从那一点起重新播放生命的历程。这种屡试不爽的文学手法在美国经典圣诞电影《美好人生》[7]中达到了极致:在这部电影中,主人公吉米·斯图尔特的守护天使为他重演了因没有他的存在而变得不幸和痛苦的其他人的生活。因此,古尔德将其名字借用过来,作为自己的书名。

如果我们能够重播地球上生物演化的过程,这一过程是否会按照我们已知的历史发展?生命将重现那些我们熟悉的阶段,还是会做出相反的选择而让我们大吃一惊?古尔德用讲故事的方法,告诉我们为什么他认为如果进化可以重来的话,我们将会完全认不出地球上的生命。

此外,既然我们能够将这盘神奇的录像带放到我们的机器里播放,那么也许还可以进一步做一些更有趣的事。如果我们关掉灯,然后随意地翻转带子,再播放它,那么,来自另外一个世界的访客是否能够判断磁带究竟是正向播放还是在倒带?

如果我们倒过来播放这史诗般的《奇妙的生命》,那么会在屏幕上看到些什么?现在,就让我们调暗灯,仔细地欣赏吧。故事在一个蔚蓝色的壮丽的星球上展开:地球的表面包裹着一层很薄的生物膜,有些是移动的动物,有些是生根的植物。影片中是数以万计的不同种类的演员,大约一半是各式各样的昆虫。在这个开场中,并没有太多的故事发生。植物演变出不计其数的形状。一些灵巧的大型哺乳动物逐渐演变成外形相似而体型较小的动物。许多昆虫逐渐演化成其他昆虫;与此同时也出现了许多全新的面孔,它们又随之逐渐地变化为其他模样。如果我们仔细地观察某一个体,并且通过慢镜头密切关注它的变化,很难辨别出什么特别明显的前进或是倒退的变化。为了加快节奏,我们按下了快进键。

从屏幕上,我们看到地球上的生物越来越稀少。许多动物——但并非全部——形体开始逐渐缩小。生物种类的数目也在变少。故事情节的发展慢了下来。生物所扮演的角色越来越少,每个角色的变化也越来越少。生命的规模和大小都逐步衰退,直到变成微小、单调的基本元素。在乏味无趣的大结局中,随着生物演变成一个单一、微小且形状不定的小球,最后一个活物也消失了。

让我们回顾一下:一个由形式多样的生物群组成的错综复杂、相互关联且无比壮阔的生物网络,最终退化成一些结构简单、样式单一而且大多只会自我复制的蛋白质微粒。

那你怎么看?来自雷神之星的朋友?你觉得这微粒是起点还是终点呢?

新达尔文主义者辩称,生命当然会有时间上的方向,但除此之外,一切都不能肯定。既然有机界的进化没有定向的趋势,那么生命的未来便无法预测。因此,进化不可预测的本质倒是我们有把握作出的少数几个预测之一。新达尔文主义者相信进化是不可预测的。当鱼类在海洋里撒欢的时候——当时正是生命和复杂性的“巅峰”,谁又料想得到,一些丑八怪正在靠近陆地的干涸泥潭里做着极其重要的事情?而陆地,那又是什么东西?

另一方面,后达尔文主义者不断提及“必然性”。1952年,英国工程师罗斯·艾希比在其颇有影响力的著作《为大脑而设计》[8]中写道:“地球上生命的发展绝对不能被视为一件不同寻常的事情。相反,它是必然发生的事情。像地球表面这么庞大且基本处于多态稳定的系统,不温不火地保持了50亿年之久,所有变量都聚合成具有极强自维持力的形式,除非是奇迹才能使之脱离这种状态。在这种情况下,生命的诞生就是不可避免的。”

然而,当“必然”与进化放在同一个句子里时,真正的生物学家却退缩了。我认为这是正常反应,因为历史上“必然”曾经指的就是“上帝”。不过,即使是最正统的生物学家也认同,人工进化为数不多的合法用途之一就是作为研究进化中定向趋势的实验台。

物理世界中是否存在某些基本的限定条件,使生命只能沿某种特定的轨迹前行?古尔德把生命的可能性空间比作一个“宽广、低洼、均匀的巨大斜坡”。水滴随机地落在斜坡上涓涓而下,侵蚀出许多杂乱无章的细小沟壑。形成的沟壑因为有更多的水流冲刷而不断地加深,很快形成了小溪谷,并最终成为更大的峡谷。

在古尔德的比喻中,每一个细小的沟壑都代表了一个物种发展的历史路径。而最初的沟壑设定了随后的属、科、类的走向。初期,这些细小沟槽的走向是完全随机的,但是一旦形成,随后形成的峡谷的走向便固定了。尽管他承认在他的这个比喻中有一个起始斜率,而这个斜率“确实给坡顶上的降水设定了一个优先的流向”,但是古尔德还是坚持没有任何东西可以扰乱进化的不确定性。引用他喜欢重复的解释就是,如果你一次次重复这样的实验,每次都从一个完全相同的空白斜坡开始,那么,你每次得到的由山谷和山峰构成的地形都会大不相同。

有意思的是,如果你完全按照古尔德的假想实验在沙盘上进行实地实验的话,结果可能恰好暗示了另外一个相悖的观点。当你像我曾经做的那样,一次次地重复这个试验,你首先注意到的事情就是,你得到的地貌类型是所有可能形成的类型中非常有限的子集。许多我们熟悉的地貌地形——连绵山脉、火山锥、拱肩、悬谷,永远也不会出现。因此,你尽可以放心地预测,生成的山谷和峡谷一般都是和缓的溪谷。

其次,尽管由于水滴是随机滴落的,因而最初的沟槽也是随机出现的,但随后的侵蚀则循着非常相似的过程。峡谷会按照一个必然的次序显露出来。借用古尔德的类比:最初的一滴水好比是最先出现的物种;它可能是任何意料不及的生物体。虽然它的特点是不可预期的,但是沙盘的推演证明,根据沙子构成的内在趋势,其后代显露出一定的可预测性。所以,尽管进化在某些点上对于初始条件是敏感的(寒武纪生命大爆发就是其一),但是这绝不能排除大趋势的影响。

在19世纪与20世纪之交,一些颇有声望的生物学家们曾大力宣传进化的趋势。其中一个著名的学说是垂直进化论。垂直进化的生物沿着一条直线发展,从最早的生物A,顺着生命的字母表,演化成最后的生物Z。过去有些定向进化论者真的认为进化是没有分支的:他们把进化想象成一个向上攀登的生物阶梯,每一层都驻有一个物种,每一层都近于天道般的完美。

就算是不那么倾向于线性般完美的垂直进化论者也往往是超自然主义者。他们觉得,进化之所以有方向,是因为有某种力量为其引导了方向。这种指引力量,是超自然的作用,或是注入活物的某种神奇的生命力,甚至是上帝本身。这些观念显然超出了科学的认知范围,本来就对科学家没有什么吸引力,加上神秘主义和“新人类”的膜拜,更使人们对其敬而远之。

但在过去几十年里,视神为无物的工程师们已经制造出了可以自己设定目标且似乎有自己动机的机器。控制论的始创人诺伯特·维纳是最早发现机器内部自我导向的人之一。他在1950年写道:“不仅是人类可以为机器设定目标,而且在绝大多数情况下,一台被设计来用于预防某些故障的机器,会找寻自己能够达成的目标。”维纳暗示,一旦机械的设计复杂性越过某个门槛,就会不可避免地涌现出目的。

我们自己的意识是一个无意识因子的集合,其中涌现出目的的方式和其他非特意的活系统中涌现出目的的方式完全相同。举一个最实际的例子,一个最低端的恒温调节器也有它的目标和方向,即寻找并保持设定的恒定温度。令人震惊的是,有目的的行为可以从软件中许多无目的的子行为中显现出来。罗德尼·布鲁克斯的麻省理工移动式机器人采用自下而上的设计,能够基于目标和决策来执行复杂任务,而它的目标则是从简单的、无目的的电路中产生的。于是乎,成吉思这个虫形机器人“想要”爬过厚厚的电话簿。

当进化论者把上帝从进化中抖落掉的时候,他们认为自己已经抖落掉了所有目的和方向的痕迹。进化曾是一台没有设计者的机器,一只由盲人表匠打造的钟表。

然而,当我们真正构造非常复杂的机器、涉猎合成进化的时候,我们发现两者都能自行运转,而且都形成了它们自己的一串处理事务的方式。斯图亚特·考夫曼在适应系统中所见的自组织的无序之有序,和罗德尼·布鲁克斯在机器中培育出的带有目的性的目标,是否足以说明,不管进化是如何发生的,它都会进化出它自己的目标和方向?

如果仔细找寻,我们可能会发现,在生物进化中涌现出来的方向和目标可能产生自一大群无目的和无方向的组成部分,而无需援引活力论或者其他什么超自然的解释。计算机进化的实验证实了这一内在的目的性,这一自发产生的“趋势”。两位复杂性研究的理论家,马克·贝多和诺曼·帕卡德,仔细评判了许多进化系统,并得出结论:“正如最近混沌研究的结果所表明,确定性系统可能是不可预测的,我们相信确定性系统是有目的性的。”对于那些被“目的和进化”的争论吵昏了头的人们来说,这个解释会有助于他们把目的性理解为“驱使”或“势头”,而非一种自觉的、有意的目标或计划。

在下一节里,我列出了进化可能存在的大规模、自发性势头。我在这里所用的“势头”这个词,是一个笼统的概念,并且容许例外,并非每一个生物种类都会遵循这些趋势。

我们以教科书中常见的原理“柯普法则”[9]为例。柯普是20世纪20年代著名的巨型骨化石收藏家,他曾经用多种方法重新绘制了恐龙的外形。他是恐龙研究的先驱,并不懈地推动了对这一奇特生物的研究。柯普注意到,总体而言,随着时间的推移,哺乳动物和恐龙的形体似乎在逐渐增大。后来的古生物学家仔细地研究之后发现,他的观点只适用于大约三分之二有记载的化石;人们可以找到很多例外,即使是在他曾经十分留意的物种中也存在例外。如果他的这一法则没有例外的话,那么地球上最大的生物也许应该是如城市街区一样巨大的真菌,而非现在那些藏在森林底层的“原始”蘑菇了。尽管如此,进化中肯定存在着长期的趋势,即较小的生物如细菌是早于鲸这类大型生物而出现的。

21.3 超进化的7个趋势

我注意到,在一刻不停的生物进化中涌现出了7个主要趋势。而当人工进化踏上漫漫征途时,这7个趋势也将伴随其左右。它们是:不可逆性、递增的复杂性、递增的多样性、递增的个体数量、递增的专业性、递增的相互依存关系,以及递增的进化力。

不可逆性。进化不可倒退(即著名的多洛氏不可逆法则)。当然,这个也有一些例外。比如说鲸在某种意义上从哺乳动物回退成一条鱼。但这些例外也恰恰验证了这一法则。总之,今天的物种无法退回到过去的形态。

要放弃来之不易的属性并不容易。这是一个文明演进的公理:已经发明的技术就再也不能当作从未发明过。某个活系统一旦进化出了语言或者记忆,就再也不会放弃它。

同样,生命出现了就不会再隐退。我注意到,没有任何一个地质区域会在有机生命渗入之后重归寂静。生命一旦在某种环境中安顿下来,就会顽强地维持着某种程度的存在,无论那里是滚烫的温泉、高山裸岩、还是机器人的金属表面。生命利用无机物质世界,不顾一切地将其转化为有机物质。正如沃尔纳德斯基所写到的:“原子一旦卷入生命物质的洪流,就别想能轻易离开。”

生命出现之前的地球在理论上是一个贫瘠荒凉的行星。现在人们普遍承认,虽然当时地球一片荒凉,却在慢慢熬制着生命所需的配料。实际上,地球是一个等待接种的球形培养基。你可以想象,有一个方圆8000英里的大碗,装满了经过高温灭菌的鸡汤。某一天你将一个细胞滴落其中,第二天,细胞便以指数级的增长布满这个海量的巨碗。几十年间,各种变异的细胞就拱入了每个角落。即使它要用上百年的时光,也不过是地质年代的一个瞬间。生命诞生了,就在一瞬间!生命势不可挡。

同样,人工生命一经渗入计算机,就永远留在计算机的某处,永远不会消失。

递增的复杂性。每当我问朋友,进化是否有方向?总是得到这样的答案(如果有回答):“它朝越来越复杂的方向发展”。

尽管几乎每个人都清楚地知道进化朝着更加复杂的方向发展,但是我们手头真正言之有物的有关复杂性的定义却少之又少。而当代生物学家却质疑生命趋向复杂化的观点。史蒂文·杰·古尔德就曾经断然地对我说:“日趋复杂化的幻觉是人为的现象。因为你必须先建立一些简单的东西,如此一来,随后产生的自然就是复杂的东西了。”

然而,有许多简单的事情大自然从未做过。如果没有某种朝向复杂性的驱动力,大自然为什么不停留在细菌时代,发展出数百万各种各样的单细胞物种?它又为何不停留在鱼类阶段,尽可能创造出所有能够创造的鱼类形式?为什么要把事情搞得更复杂?就此而言,生命为什么要以简单的形态开始呢?据我们所知,并没有一个相关的规则说明事情必须越变越复杂。

如果复杂化是一个真正的趋势,那么一定有某种事物推动了它。在过去的百年里,科学家们提出了多种理论来解释这种复杂化的现象。这些理论按其提出时间罗列如下:

◎对部件的复制以及复制中的意外导致复杂性(1871)。

◎真实环境的苛刻导致部件的分化,分化集合成为复杂性(1890)。

◎复杂性更具热力学效率(1960)。

◎复杂性只是(自然)选择其他属性时偶然产生的副产品(1960)。

◎复杂的有机体能不断聚集周围更多的复杂性;因此复杂性是一个自身不断放大的正反馈循环(1969年)。

◎相对而言,一个系统增加一个部件比减少一个部件容易,因此复杂性是累积的(1976年)。

◎非均衡系统在熵消散或热消耗时积累复杂性(1972)。

◎意外本身产生复杂性(1986)。

◎无休止的军备竞赛逐步增强复杂性(1986)。

由于对复杂性的定义目前仍然含糊不清,而且很不科学,因此迄今为止尚未有人系统地研究化石记录,以确定能测量的复杂性是否随着时间的推移而增加。人们已经针对某些特定的短谱系生物进行了一些研究(采用了各种不同的方法来测量复杂性)。研究证明这些生物某些方面的复杂性有时候确实增强了,但有时候并没有增强。简而言之,我们并不确知,伴随着生物显而易见的复杂化,究竟发生了什么事情。

递增的多样性。这一点需要认真地说明。著名的软体动物化石群,加拿大的伯吉斯页岩化石群,正迫使我们重新思考究竟什么才是我们所谓的“多样性”。正如古尔德在《奇妙的生命》一书中所说,伯吉斯页岩展现了寒武纪生命大爆发时期一系列令人瞩目的新生物的出现和蓬勃发展。这些奇妙的生物群体,其基本类型要比我们的先祖生物的基本类型更富有多样性。古尔德争辩说,我们看到,自伯吉斯页岩之后的生物从基本类型上说是多样性的递减,而各个基本类型中的小物种则大量递增。

举例来说,生命对数百万种昆虫精雕细琢,却没有再发展出更多诸如昆虫的新物种。三叶虫的变体无穷无尽,却没有诸如三叶虫的新种类。伯吉斯页岩化石展现出来的林林总总的生物结构基本类型大拼盘,超过了如今生命在同一地区显现出的少得可怜的基本结构。有人可能会争辩,那种认为多样性始于微小的变化,并随着时间的推移而膨胀的传统观念,也许是本末倒置的。

如果你将差异定义为显著的多样性,那么差异正在缩小。一些古生物学者把更为本质的基本类型的多样性称为“差异”,并与普通的物种多样性区别开来。锤子和锯子之间,存在着根本差异,而台式电锯和电动圆锯之间的差异,或者当下生产的数千种千奇百怪的电器用具之间的差异,则没有那么显著。古尔德这样解释:“三只不同种类的盲鼠构不成一个多样的生态动物群落,而一头大象、一棵树加一只蚂蚁就可以构成这样的群落——尽管这一个组合只包含了三个物种。”也正是认识到很难得到真正创新的生物基本类型(试着为消化系统找个通用的替代品看看!),我们才会更重视在基本面上的不同。

正因为多样化的基本类型非常罕见,所以经历了寒武纪大爆发之后,大多数物种的基本类型便再也无可替代。这可谓特大消息,它引发了古尔德的感慨:“生命史的惊人事实就是它标记着多样性的锐减,以及继之而来的在少数幸存物种中激增的多样性”。取其10种,弃其9种,而剩下的第10种确实产生了巨量的变异,例如甲虫。因此,我们所说的自寒武纪之后进化“递增的多样性”是就更细的物种划分而言。今天,地球上生活着的物种的确比以往任何时候都多。

递增的个体数量。与10亿年前,甚或100万年前相比,今天世界上生物体的总数也有了巨大的增长。假设生命只有一次起源,那么这世界上就一度只有孤零零的生命始祖存在。而如今,生命这个种群的人口可谓是不计其数。

生命数目的增加还有另外一种重要形式。从层级的角度看,超群和子群也构成了个体。蜜蜂群集成为一个群体,这样一来,个体的总数就是蜜蜂的数量加上一个超级群体。人是由数以百万计的细胞构成的,因而也为增加的生命个体总数贡献了一份力量。此外,每个细胞都可能存在寄生,这样一来个体的数量就更多了。不管从哪个角度看,在同一个有限的空间里,个体都可以以嵌套的方式存在于其他个体内部。因此,在一定容积里,连同所有细胞、寄生虫以及病毒感染物在内的蜂群的个体总数可能大大超过同等容积中所能容纳的细菌总数。正如斯坦利·塞尔斯在《进化出层级架构》(Evolving Hierarchical Systems)中所描述的:“如果个体可以相互嵌套,那么在一个有限的世界里,就有可能存在不计其数的独一无二的生命个体,世界的范围也因此被扩展了。”

递增的专业性。生命开始时如同一道可以完成许多工作的通用工序。随着时间的过去,单一的生命分化成许多做更专业事情的个体。正如一个普通的卵细胞经过发育分化成众多不同的专属细胞,动植物为了适应更狭窄的生态位,在进化中也分化成更多不同的种类。实际上,“进化”这个词,最初只是用来表示一个卵细胞分裂扩展成一个胚胎生物的过程。直到1862年,赫伯特·斯宾塞才第一次利用这个术语表述随着时间推移而发生的器质性变化。他把进化定义为“通过不断的分化和整合,从不明确、不连贯的同质性状态转变成明确、连贯的异质形态的变化过程”。

将前面列出的趋势与递增的专业性归拢在一起,就可以描绘出这样一幅广阔的画面:生命从一个简单的、不明确的、未定型的创意开始,随着时间的推移,渐渐稳定形成一大群精确的、稳固的、机器般的结构。细胞一旦分化,就难以回归到更通用的状态,动物一旦专业化,也极难回归到更一般的物种。随着时间的推移,专业的生物体的比例加大,种类增加,专业性的程度也提高了。进化朝着更细化的方向迈进。

递增的相互依存关系。生物学家已经注意到,原始生物直接依赖于自然环境。有些细菌生活在岩石之中;有些地衣以石头为食。这些生物体的自然栖息地稍有扰动就会对其产生强大的冲击(正是因为这样的原因可以将地衣用作酸雨污染的天然监测器)。随着演变,生命逐渐解脱无机物的束缚,而更多地与有机物相互影响。在植物将根直接扎入土壤的同时,那些依赖于植物的动物则摆脱了土壤的束缚。两栖类和爬行类动物一般产出受精卵,之后便将卵交于自然环境;而鸟类和哺乳类动物则抚养它们的后代,因此它们从出生之时起就与生命的接触更密切。随着时间的推移,它们与大地和矿物质的亲密关系逐渐被对其他生物的依赖所取代。舒适地生活在动物温暖的消化系统里的寄生虫,可能永远没有机会接触有机生物外部的环境。社会性生物也是如此:虽然蚂蚁可以生活在地下,但是它们的个体生命更依赖的是其他蚂蚁而不是周围的土壤。社会化的加深正是生命递增的相依共生关系的另一种形式。人类正是一个越来越依赖生命而不是非生物的极端例子。

只要有可能,进化就努力地牵引生命远离惰性与自己更紧密地结合,从无到有创造出令人满意的东西。

递增的进化力。1987年,来自剑桥的动物学家理查德·道金斯在第一届人工生命研讨会上发表了一篇题为《进化性的进化》(e Evolution of Evolvability)的论文,文中他仔细研究了进化的自身进化的可行性和有利条件。差不多在同一时间,克里斯·托弗威尔斯在《基因的智慧》(Wisdom of the Genes)一书中,也公布了关于基因如何控制自己的进化力的推断。

道金斯的灵感源于他在生物形态领域创造人工进化的尝试。他意识到,在扮演上帝时,偶尔为之的创新不但会给个体提供直接进步的机会,而且可以看作是一种“进化的怀孕”,并且使得后代能够在更大的范围内变异。他拿现实中第一个分化出来的动物为例,他把它看作是“一个怪物……而并非一个成功的个体”。但动物分化这个事件是生命进化的一个分水岭,由此分化出的一系列后裔成为了进化的赢家。

道金斯提出了更高一层的自然选择,“它所偏爱的类型,不仅仅能成功地适应环境,而且能朝着既定的方向进化,或者只要保持进化就好”。换言之,进化不仅选择生存力,也选择进化力。

进化的能力并非由某个单一的特征或参数来表示——譬如说突变率,而突变率也确实在生物体的进化力中有一定的作用。一个物种如果不能产生必要的变异,就不能进化。物种改变自身的能力与其行为的可塑性一样,在它的进化力中占有一席之地。而基因组的灵活性则是至关重要的。归根结底,一个物种的进化力属于系统特征,它不会只体现在某个局部,正如一个生物的生存力也并非由某个局部来决定一样。

如同进化所选择的所有特性一样,进化力必须是可以累积的。一个还很弱小的创新一旦被接受,就能够作为一个平台,产生竞争力更强的创新。籍着这种方式,星星之火,可以燎原。在一个很长的时期内,进化力都是生存力的一个必不可少的组成部分。因而,一个生物族谱,如果其基因能够增强进化力,那么它就会累积起进化的决定性力量(和优势),代代相传,生生不息。

进化之进化就像是一个阿拉丁神灯不会给予你的愿望:即获得另外三个愿望的愿望。这是一股合法改变游戏规则的力量。马文·明斯基注意到在儿童心智的发育中存在着“类似对改变其自身的规则做出改变的力量”。明斯基认为:“仅仅依靠不断地积累越来越多的新知识,心智不能真正很好地成长。它还必须开发出更新更好的运用已有知识的方法。这就是派普特原理:心理发育过程中的一些最关键的步骤,不仅仅建立于获取新技能的基础之上,而且建立于获取运用已知知识的新的应用方法的基础之上。”

对变化做出改变的过程是进化的更高目标。进化之进化并非意味着突变率在进化,尽管它的确促成了突变率的进化。事实上,长期以来,不论是在有机界,还是在机器世界乃至超生命界,突变率都基本保持恒定不变。(突变率达到几个百分点之上或是低于百分之一个百分点都是非常罕见的情况。理想的数值大约在十分之一个百分点左右。这意味着在一千个想法中只要有一个荒谬狂野的想法,就足以保持事物的进化。当然,某些情况下千分之一也是一个很疯狂的比例。)

自然选择倾向于维持一个能保证最大进化力的突变率。与此同时,自然选择会将系统的所有参数都移至有利于进一步自然选择的最优点上。而这个进化力的最优点是一个移动的目标,达成这个目标的动因也即是使其漂移的动因。在某种意义上,一个进化系统是稳定的,因为它会不断回归到最优进化力的状态。但是因为这个最优点是变化的——就像镜子上变色龙的颜色——这个系统又永远处在非均衡状态。

进化系统的本质,是一种产生永恒变化的机制。永恒的变化并非重复出现的周期变化,不像万花筒那样缺乏想象力。那是真正永恒的活力。永恒的变化意味着持续的不平衡,永远处在即将跌落的状态。它意味着对变化做出变化。这样一个系统将永远处在不断改变现状的边缘上。

回过头来说,既然进化的能力是由其进化而来,那么最早的进化又是从什么地方开始的呢?

如果我们接受这样一个理论:即生命进化起源于某些类型的非生命,或者说原生命,那么进化必然早于生命。自然选择是一个非生命的后续过程;在原生物群体中也能起到很好的作用。一旦进化的基本变异运作起来,形式的复杂性所允许的更复杂的变异就加入进来。我们在地球生物化石记录中所看到的,是不同类型的简单进化逐步累积、最终形成一个有机整体的过程,我们如今称之为进化。进化是许多过程的综合,这些过程形成一个进化的群体。进化随着时间的推移而进行,因此进化本身的多样性、复杂性和进化力也增长了。正所谓,变自生变。

21.4 土狼般的自我进化

对进化之进化可作如下概述。起初,进化启动了各色自我复制,产生足够的数量以诱发自然选择。一旦数量膨胀,定向的突变就逐渐重要起来。接下来,共生开始成为进化的主要推动者和振荡器,依靠自然选择产生的变化来滋养。随着形态的增大,对形态的制约开始形成。随着基因组长度的增长,内部选择开始控制基因组。随着基因的集结,物种形成和物种级别的选择即行闯入。由于生物体拥有了足够的复杂性,行为和肢体的进化显露出来。最终,智力萌芽,拉马克式的文明进化取而代之。随着人类引入基因工程和自编程的机器人,地球上的进化将继续进化。

因此,生命的历史,就是一个由各种进化组成的进程,而这些进化则是由不断扩展的生命复杂性所驱动的。由于生命变得越来越层次化——基因、细胞、组织、物种,进化也改变了其对象。耶鲁大学的生物学家利奥·巴斯称,在进化之进化的每一个阶段,受制于自然选择的单位层级在提高。巴斯写道:“生命的历史就是一个选择不同单位的历史。”自然选择选择的是个体;巴斯认为构成个体的部分一直在随时间发生演变。举个例子来说,数十亿年前,细胞是自然选择的单位,但最终细胞组合起来构成了组合体,自然选择就转而选择它们的组合体——多细胞有机生命体,将其作为个体来选择。看待这个问题的角度之一,就是看构成进化个体的组成部分进化出了什么。起初,个体是一个稳定的系统,然后是分子,然后是细胞,然后是一个生物体。接下来是什么呢?自达尔文以来,许多富有想象力的进化论者就提出了“群选择”,即那种以物种组群为单位,好像一个物种就是一个个体的进化。某些种类物种的生存或者灭绝,不是因为这种生物体的生存力,而是因为其物种性中不为人知的某些特质——或许是进化力吧。

群选择仍然是一个有争议的观点,而巴斯所做的结论更具争议性。他认为“进化的主要特性在自然选择单位的转换中形成”。因此,他说:“在每一个转型期——在生命发展史中每一个有新的自我复制单位出现的阶段,涉及自然选择运作模式的规则都发生了彻底改变”。简而言之,大自然的进化本身也进化了。

人工进化也将经历同样的演变过程,既是人工的,也是自然的。我们会把它设计成能够完成指定的工作,也能培育出一些人工进化的新物种来把某些特殊的工作做得更好。这样许多年多之后,你也许就能够从目录里选用一个特定的人工进化的品牌,恰好符合你所需的新颖度,或者是恰到好处的自导向。不过,人工进化与其他任何进化系统一样,也会拥有某种偏好。任何一个种类,都绝对不会完全接受我们的控制,它们拥有自己的进化日程。

如果真的存在各种各样的人工进化,并且在我们称之为进化的那个东西中真的有各种各样的子进化过程,那么,这个更大的进化,这个变化之变化的特征是什么?这个超进化——不但包括一般级别的进化,而且包括穿行其中的更大进化——它的特征是什么?它又通往何方?进化究竟想要做什么?

我核对证据,确定进化的目标正是它自己。

进化的过程不断地集中力量,一次次及时地再造自己。每一次改造,进化都变成更有能力改造自己的过程。因此,“它既是来源,又是结果。”

进化的数学并非驱使它造出更多的火烈鸟、更多的蒲公英,或者更多的其他生物实体。多产不过是进化的副产品——瞧,孵化数百万的青蛙——而非目标。相反,进化的方向是实现自我。

生命是进化的培养基。生命提供了生物组织和物种的原材料,从而使进化得以进一步进化。没有浩浩荡荡日益复杂化的生物,进化就无法进化出更大的进化力。所以,进化产生复杂性和多样性以及成百上千万的存在,从而为自己拓展空间,使进化成更强大的进化者。

所有自进化者必须是像土狼一样高明的魔术师。这位魔术师对自身的改造永远也不满意。它总是抓住自己的尾巴,把自己里外翻转,变成更复杂、更柔韧、更花俏、更依赖自己的东西,然后会再次无休无止地努力去抓自己的尾巴。

宇宙容忍这种几近残酷的进化积蓄更为强大的进化力,究竟得到了什么?

我所能看到的,就是可能性。

而且,在我看来,可能性是蛮不错的终点。

[1] 庞氏骗局(Ponzi Scheme):一种金融诈骗,类似传销,相似的还有“金字塔骗局”(Pyramid Scheme)。简单来说就是用后来投资者的钱冒充前期投资者的收益。庞氏骗局是一种最古老和最常见的投资诈骗,这种骗术是一个名叫查尔斯·庞齐(Charles Ponzi)的投机商人“发明”的。

[2] 以太(Ether或Aether):是古希腊哲学家所设想的一种物质。人们认为它充满宇宙,无处不在,是传导电磁波、引力等场力的介质。但后来的实验和理论表明,许多物理现象并不需要以太的存在就能很好地解释,换言之,没有观测和理论支持以太的存在,因此以太理论逐渐被科学界所抛弃。

[3] 卡诺(Sadi Carnot,1796~1832):法国物理学家和军事工程师,1824年提出了热机工作的“卡诺循环”,在此之上奠定了热力学第二定律的基础。此外他还提出了“卡诺效率”、“卡诺定律”、“卡诺热机”等概念和理论,被尊为“热力学之父”。

[4] 生机论(Vitalism):又称活力论,一种认为生命体充满了非生命体所没有的机能上的力量的学说。该学说主张有某种特殊的非物质的因素支配着生物体的活动,超越了自然科学法则的限制。

[5] 《奇妙的生命》:Wonderful Life – The Burgess Shale and the Nature of History,1990年出版。

[6] 伯吉斯页岩化石群(Burgess Shale Fossils):发现于1909年。当时美国科学家沃尔柯特在加拿大西部落基山脉5.15亿年的寒武纪中期黑色页岩中,发现大量保存完美、造型奇特的动物遗骸。在所收集的6.5万件珍贵标本中,科学家们陆续辨认出几乎所有现存动物每一个门的祖先,还有许多早已绝灭了的生物门类,这就是著名的伯吉斯动物化石群。这一发现震撼了当时的科学界,导致了人们对寒武纪大爆发的猜想。

[7] 《美好人生》(It's a wonderful life):拍摄于1947年的经典黑白片,每年圣诞节都会重播。剧情温情而充满幻想,主人公吉米·斯图尔特(Jimmy Stewart)在圣诞夜丧失了对生活的信心,准备自杀。于是,上帝派了一个天使,来帮他渡过这个危机。在天使的指引下,吉米看到了如果这个世界上没有自己,很多人的人生会变得不幸和痛苦。他由此明白了自己生命的价值何在,重新鼓起了生活的勇气。

[8] 《为大脑而设计》:Design for a Brain: The Origin of Adaptive Behavior,1952年出版。

[9] 柯普法则(Cope's rule):指生物在进化过程中体型随时间推移而逐渐增大的规律。