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进化论的再思考

重新认识进化论,正是重新认识人类自身,进而思考活着的理由——我们仅仅是自私的基因用于传递的培养皿吗?

《王立铭进化论讲义》一书,以通俗的语言深入浅出而又系统地拆解了进化论这一对现代人类意义重大的科学理论。查理芒格说,一个人如果能够掌握100个思维模型,就可以比别人更聪明。进化论作为一种科学理论,是想要提高认知能力的每个人都应该具备的思维模型,因为人类也是一种生物,是进化论的产物之一。像简单生物如细菌和病毒、复杂生物如大象和猿类一样,人类的绝大部分行为受底层生物本能的驱动,其目的无外乎生存和繁殖。重新认识进化论,正是重新认识人类自身,进而思考活着的理由——我们仅仅是自私的基因用于传递的培养皿吗?

进化论是什么

进化的根源是自私和匮乏

自私

生物本能的自私和环境资源的匮乏,构成了永恒的矛盾,是生物进化现象持续发生的根本驱动力。自私是指任何一个活着的地球生物,都有一种最大化它的生存和繁殖机会,尽可能地扩大子孙后代数量的本能冲动。简而言之,生物的目的只有两个——活着和繁殖。

匮乏

但自私作为生物的根本属性,与环境中资源的分布形成天然的矛盾,环境中任何资源都是先天不足的。其实资源的充沛和匮乏可以同时存在,即使总量充沛,特定的时间或场合能够被利用的仍然非常有限。有些资源总量够用但分布不均与(如阳光),有些资源生物对其的利用能力有上限(如植物光合作用对阳光的利用率),有时环境中的资源会出现剧烈波动(如6500万年前撞击地球的小行星,造成阳光强度显著降低)。

进化的四个环节

进化存在四个缺一不可的环节,即:可遗传的变异、生存竞争、自然选择、生殖隔离。

可遗传的变异

生物性状很大程度上由生物的基因组DNA序列所决定。生物繁殖过程中,DNA需要完成自我复制,再从上一代传到下一代。虽然复制的精确度很高,但仍会出现少量错误。因为这个错误,后代在很大程度上和上一代相似的同时,又有一些微小的新特征。这些序列错误一旦被固定下来,又会在下一轮的DNA复制过程中被精确记录和传递下去。这就是可遗传的变异的本质。

生存竞争

因为可遗传的变异,大自然里存在有差异的生物个体,它们要繁衍生息。但环境资源的匮乏导致生物之间出现激烈的竞争,竞争阳光、空气、水、食物、安全的栖息地和交配对象等。生存竞争又有三种形态:种内竞争、种间竞争、环境竞争。

种内竞争

种内竞争即生物群体内个体之间的竞争,是我们最熟悉的赤裸裸的、马尔萨斯式的竞争关系。因为同一物种的两个个体居住环境、能力禀赋、生存压力几乎完全一样,导致它们的生存空间高度重叠、甚至非此即彼。

种间竞争

种间竞争即指两个物种之间的竞争,这种竞争关系是复杂的,可以是捕食与被捕食、寄生和被寄生,也可以是共生关系。

环境竞争

环境竞争指生物种类对所处环境的适应程度。如北极地区的动物长出厚厚的皮毛适应极地天气,候鸟南飞去避寒。

三种竞争关系的比较

首先竞争的同质化程度不同。种内竞争最简单粗暴,种间竞争相对复杂而隐秘,环境竞争核心已不再是效率的比拼,而是独特竞争力的比拼。其次竞争的持续时间不同。种内竞争时间长度不会超过个体的生存时间,种间竞争和环境竞争可以持续成千上万年甚至更长时间。最后竞争争夺的资源总量可能会发生变化。种内竞争资源总量有硬性限制,蛋糕就这么大,竞争的目标是如何分蛋糕。种间竞争和环境竞争的场合里,生物有机会发展出新的生存技能,开拓新的生存空间,利用之前无法利用的资源。如鸟儿进化出翅膀、人类进化出智慧。

自然选择

可遗传的变异提供了大量存在差异化特征的生物个体和物种,这些生物在有限的资源限制里展开竞争,自然选择决定谁能生存下来并繁殖后代。达尔文对自然选择的定义是:保存有利的变异以及消灭有害的变异的现象。自然选择选择的是结果,不是过程。自然选择筛选的是符合特征的生物,不是生物带有的特征。随着环境的变化,自然选择的筛选标准可能会随时发生变化。现代生物学用“适合度”描述自然选择的结果。适合度定义的是生物有多大机会能够繁殖后代,将自己携带的可遗传的变异传递下去。

既然自然选择的标准是谁能繁殖后代,怎么解释像工蜂、工蚁这样没有繁殖能力的生物的出现?所谓繁殖后代,是生物个体把自己的基因传递到下一代的过程。只要同样的基因能够传递下去,不管自己亲自传,还是自己的近亲帮助传,对生物来说没有区别。大多数有性生殖的生物能够通过后代传递自己50%的遗传物质,而蚂蚁、蜜蜂与蚁后、蜂后的基因相似度多达75%。

生殖隔离

有利的基因变异能够快速扩散到所有生物个体中去,如果没有环境的障碍,这个有利基因变异会扫荡整个生物群体。但自然界存在障碍,让基因变异不能自由扩散。最常见的障碍是地理空间的阻碍、生态位的变化。因为障碍形成隔离,生物在不同的隔离环境中独立进化,进化到一定程度造成生殖隔离,最后形成不同的物种。

对进化论的几个误解

检讨进化一词

在爱丽丝梦游仙境中,红皇后说:“你必须用力奔跑,才能使自己停留在原地。”人们将此成为红皇后效应。生物确实在红皇后效应的驱动下持续发生变化,这些变化对它们的生存繁殖确实很重要,因此说“进化”没什么问题;但进化一词暗含的进步含义是针对生物自身的生存和繁殖需要的,不宜用人类中心论的视角来讨论。

生命天生自私吗

自私的定义

自私分为三种:双赢的利己利人、中性的利己不损人、负面的损人利己。自私、无私这些拟人化的比喻,可以启发我们的讨论和思考,但它们本身没有太大的科学价值。

人类天生自私为什么是错的

生物学层面

生物之间除了你死我活的竞争,生物体内、生物之间可以形成相互帮助的合作关系。如果说生物学的自私,应该是利己利人、利己不损人的自私。

伦理学层面

说人类天生自私,混淆了人性到底怎样和人类的行为应该怎样的区别,这种实然和应然的区别应该是人类这个物种特有的能力。人类大量的道德观念和行为规范的出现,恰恰是为了对抗人性中损人利己的、冷酷的、有破坏力的一面。认识到人性确实存在黑暗面,并主动遏制和消解它,人类才能形成如此庞大的社会组织,发展出所有其他生物都无法企及的文明。

**道德观念、科学技术和文学艺术都是人类发明的东西,是我们人人享有的福祉,这说明天然的、进化而来的、符合生物学本能的东西,并不比人类自己发明出来的概念和规范更高级。后者在今天的贡献已经大大超越了前者。我们无法想象没有科学技术、文学艺术、道德观念的世界。

“非我族类,其心必异”吗

环境的障碍,造成生殖隔离,从而形成新的物种。人类世界也是如此。人类世界里的语言、文化、传统、思维方式、法律和道德系统,也遵循类似的变化规律——它们在人类世界种传播扩散,在传播扩散种持续变化和选择;一旦这种传播扩散受阻(一般是地理的阻隔),不同人群就会各自独立发展自身的文化特征,直到彼此再也无法交流和理解。人类未必天然互相敌对,但隔离一定会造就隔阂。认识到这一点,就应该认识到文化的差异不存在优劣,人类需要做的不是互相歧视或敌视,而应该加强交流和互相理解。

生命越来越复杂吗

复杂:进化的归宿

  • 最早的生命出现在40亿年前
  • 20亿年前出现拥有线粒体的真核细胞
  • 15亿年前出现多细胞生物
  • 6亿年前最初的动物
  • 5.4亿年前寒武纪大爆发出现今天动物世界的绝大多数门类
  • 2亿年前出现哺乳动物
  • 1亿年前开花植物

生物进化的脚步

复杂是进化的必然,但不是进化的目的。40亿年的漫长历史中,生物进化的脚步如果向更简单的方向走,会碰到一堵无法逾越的高墙——单细胞生物形态;如果往复杂的方向走,则没有理论上的天花板。所以地球上数量最多的是细菌这类简单生物,但也会逐渐出现复杂的生命形态。对于生命之树上任何一个特定分支来说,它都没有从简单变复杂的必然趋势。但因为总有一些分支在逐渐变复杂,就会让整棵生命之树呈现出越来越复杂茂盛的形态。

复杂的构造方法

层次堆积

40亿年前,蛋白质、DNA、RNA这些生物大分子在狭窄空间内的堆积形成了细胞生命;在20亿年前,两类细胞之间的吞噬和共生,早就了携带线粒体的真核细胞生命;在15亿年前,大量细胞堆积在一起形成多细胞生命;再往后,个体生命的堆积形成了生物群体。总之,较为简单的生命形态聚集在一起,彼此间产生某种合作共赢的机制,大自然就有可能把这些聚集保留下来,构造出复杂度更高的生命形态。层次的不断堆积,不但是组成单位的数量大大提高,彼此间还能发展出新的相互作用方式,像细胞生命你日不生物大分子之间复杂的相互作用,或人类组织内部个体之间复杂的组织关系。

对称破缺

想象在完美圆锥体的顶端,放置一个玻璃球。这个玻璃球,环境中的任何变化,一阵空气的扰动,锥体的轻微震动,都会使玻璃球滚落下来。玻璃球滚下来的方向,完全无法预测。对称破缺在物理学里的定义如下:在具有某种对称性的物理系统之临界点附近发生的微小振荡,通过选择所有可能分岔中的一个分岔,打破了这个物理系统的对称性,并且决定了物理系统的命运。例如当水温降至接近冰点时,水中各处看起来皆相同,因此水系统具有空间上的对称性,此时若某处的温度振荡至低于冰点,便破坏了对称性,且决定了所凝固之冰的结构。

层次堆积+对称破缺

生物组织内部,每一次层次堆积的过程都伴随着对称破缺。对称破缺一次次赋予生命体全新的复杂度。在构造复杂性的过程中,层次堆积负责积累足够多的数量,而对称破缺负责在数量很大、同质性很强的群体中制造差异、分工和合作。这两股力量交替把随机行走的生命牵引至更复杂的方向,从而诞生了越来越复杂的生命形态。

More is different: 研究复杂系统需要新思路

量变引起质变。虽然我们相信万物都能被还原为简单基本定律,但从这些定律出发,却不可能重建整个宇宙。因为,大型和复杂的基本粒子集合体的行为,不能按照少数基本粒子性质的简单外推来理解。在复杂性的每一个层次,都会由崭新的性质出现。就像物理学解释了基本粒子的运动规律,但基本粒子组成分子后,分子之间的相互作用要靠新的规律,也就是化学原理来解释。同理,把人体组织或机器完全还原为化学原理也是不可行的,因为在细胞、组织器官层面,还有很多新规律等待我们研究发现。

进化论带给我们的启迪

你必须不停奔跑

前面提到的红皇后效应用我们的方式来说,就是“逆水行舟,不进则退”。这句话用在生物界,就是生物要不停地通过有益的变异适应不断变化的环境。人类社会也处在永远的生存竞争和自然选择之中,必须永远不停奔跑,才有可能停在原地。小到个体的人,大到公司或国家,身处日新月异的环境当中,都无法停止自我变革的脚步。

从进化论的角度理解衰老与死亡

自然选择关注的是什么生物能够成功生存下来,直到成功繁殖后代;那么自然选择能够施加影响的,就只是生物在繁殖完成之前所体现出来的那些特征。打个比方,有些基因变异会损害人类健康甚至导致死亡,但这个基因变异的影响只会在40岁之后才会启动。携带这个基因的人正常生育后代,这个基因得以传递。携带这个基因的人老了之后会怎样,进化并不关心。漫长的进化史上肯定有一些基因变异,它们的生物学功能出现在繁殖年龄之后,一旦出现,无法被自然选择清除掉。久而久之,它们会累计得非常丰富。这些基因变异叠加起来,就会带来巨大的破坏、无秩序的混乱和最后的死亡。这是逐渐衰老和死亡的根本原因。

进一步推断,如果一个基因变异能让人在生育年龄之前更健康、更容易繁殖后代,哪怕代价是让他在生育年龄之后更容易患病和死亡,这样的变异也会被自然选择青睐。也就是说:在某些情况下,衰老和死亡可能是生物为了生存和繁殖所付出的代价。以人类男性的睾酮为例,作为一种雄性激素,睾酮的分泌水平和男性的身材大小、攻击性强弱、求偶成功率高低呈正相关,睾酮活动旺盛的雄性更容易被自然选择挑中,但睾酮水平长期过高会加速男性的衰老和死亡。

如何刚好地生存,或避免灭绝

除了外部环境的突然变化,什么内生的特征导致物种走向灭绝?当一个物种在特定的环境中生存时间足够长,就会变得越来越适应这个环境。这种针对特定环境的适应能力越强,代价是应对环境波动的能力越弱;最后可能非常微弱的环境波动就会彻底扫荡一个物种。

回顾三种竞争

种内竞争与种间竞争

种内竞争的制胜因素是效率、狼性、紧盯对手、不需要顾及大环境。种间竞争是物种与物种之间的生存竞争,制胜因素是竞争排除,生态位分离。

环境竞争

环境竞争的制胜要素是建立连接、保持克制并主动参与身处其中的生态环境的建设。

一个成功的物种应该尽可能多地与环境建立连接,最大程度地嵌入身处的生态系统,和尽可能多的物种建立紧密联系。对于个体的人来说,越深入地融入环境,广泛地结交人脉,建立更多的连接,其生存能力越强。通俗地说,你已经变成了所处环境的不可或缺的一份子。这让我想起Scott Wlaschin 在 The Power of Composition 分享中提交的乐高积木。乐高积木的优势是作为个体的积木虽然简单,但它可以参与到最复杂的系统中去。推而广之,组织、国家、人类社会也是这个道理。像[[末日松茸-资本主义废墟上的生活可能]]一书提到的,全球资本主义发展的一种可能,是尽可能友好地与自然环境相处。

建立连接必然要保持克制。生物缺乏与环境的连接,如放到澳大利亚的兔子,必然无克制的增长,造成环境灾难,最后导致被人类捕杀。资本主义百年来无克制地发展,对环境的疯狂攫取,造成现在的物种灭绝和全球变暖,人类文明面临的灭绝已经迫在眉睫。成功的物种除了建立连接和保持克制,还会主动参与环境的建设,如蚂蚁通过挖掘土壤、修建巢穴,让雨水渗入土壤深处,影响了土壤的质地,改变了土壤的化学性质。这些变化能促进植物和微生物的生长,也间接地为动物提供足够的食物。原来贫瘠的土地,一张食物网或许因此铺展开来。

认识马太效应(或复利效应)的威力

马太效应来自圣经《新约·马太福音》一则寓言: “凡有的,还要加倍给他叫他多余;没有的,连他所有的也要夺过来”。马太效应指强者愈强、弱者愈弱的现象。马太效应在生物进化中的体现,请看关于基因变异一个非常反直觉的例子:某个物种内部出现了一个基因变异,使携带这个基因变异的个体生存和繁殖的机会提高了1%。在一代生物的时间尺度上,1%的差别可以说无关紧要。一开始,只有1%的生物个体携带这个有益的基因变异,一代之后,携带有益基因变异的个体比例仅仅上升到1.01%,10代之后,携带有益基因变异的个体比例也仅仅会提高到1.1%。但100代之后,这个比例会提高到2.6%;500代之后提高到59%;1000代之后,这种基因变异的比例会达到99.5%,可以说完全扫荡了整个物种。假设这个物种传一代需要20年时间,实现这种从无到有的替代也仅仅需要2万年时间,而在进化历程里2万年可以说在是一瞬间!马太效应与复利效应有相似之处。什么是“复利”?复利的本质是:做事情A,会导致结果B,而结果B又会加强A,不断循环。查理·芒格在《穷查理宝典》中说“理解复利的魔力和获得它的困难是理解许多事情的核心和灵魂”,复利效应也是查理·芒格最重要的思维框架之一。

生命的意义是保持低熵或创造秩序

秩序定义了生命

生命有且只有两个核心特征无可替代:

  • 秩序的出现和维持。
  • 秩序的稳定传承。

秩序的出现和维持

热力学第二定律是热力学的四条基本定律之一,表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化。熵的科学定义过于抽象,通俗地说就是一切都向无序的状态发展——你桌上的物品总是越来越多,你的房间总是越来越乱,而你需要付出能量使其保持整洁;你付出能量(家务)的同时,向周围的环境释放了热量,使整个世界的熵又增加了一些。熵增定律是世界的本质,熵增决定了宇宙的尽头是热寂状态。

生命以负熵为生

生命体总是需要把熵转移到环境中以保持自身的秩序。薛定谔在《生命是什么》一书的观点,帮助人们更好地看到了生命现象的本质,更好地理解了生命现象不管多复杂,也依然要遵循基本的物理化学规律。

生物需要在环境中摄入能量以维持自身的秩序,摄取能量或曰进食,对建立和维持秩序提供的两方面的价值:一是食物中的特定物质如蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质被吸收进入动物体之后,可以用来制造动物体维持秩序所需的新物质。二是食物中的物质进入动物体后,相当一部分会被分解,并在分解过程中产生能量,用来建造新的秩序。

能量是秩序的来源

生命体利用能量建立和维持秩序有三个环节:获取能量物质(植物自己合成,动物和细菌从外部获取);分解能量物质,从中获得能量,储存在ATP分子中;利用ATP分子释放能量,推动生命活动,使得生命体维持在低熵水平。