18.2 绕开中心法则

假使大自然能在生物体内双向传递信息的话,就可能实现以基因和基因产物之间双向交流为前提的拉马克进化。拉式进化,优势巨大。当羚羊需要跑得更快以逃离狮口时,它可以利用由身体到基因的交流方式引导基因制作快腿肌肉,再把革新后的基因传递给后代。这样一来,进化的过程将大大加快。

不过,拉马克进化需要生物体能够为其基因编制有效的索引。如果生物体遇到了严酷的环境——比如说海拔极高——它就会通知体内所有能影响呼吸的基因,要求它们进行调整。身体无疑能通过激素和化学反应把消息通知到各个器官。如果能精准到司职的那些基因的话,身体也能把同样的消息传递给它们。然而,这正是缺失的那一步簿记活儿。身体并不记录自己是如何解决问题的,因此也就不能确定到底是哪个基因被用来在铁匠的肱二头肌上给肌肉充血,或者哪个基因是用来调节呼吸和血压的。生物体内有数百万个基因,可以生成数十亿个特征——一个基因能生成不止一个特征,而一个特征也可能由不止一个基因生成。——簿记和索引的复杂性将远超过生物体本身的复杂性。

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所以,与其说躯体内的信息不能向基因方向传递,不如说由于消息没有确切的递送目的,才使信息传递受到了阻碍。基因中没有管理信息交通的中央管理局。基因组就是极致的分权系统——蔓生的冗余片断,大规模并行处理,没有主管,无人监察各个事务。

如果有办法解决这个问题又会怎么样呢?真正的双向遗传通信将引发一连串有趣的问题:这样的机制会带来生物学上的进步么?拉马克式生物学还需要些什么?是否曾出现过通往这一机制的生物路径?如果双向通信是可能的,为什么这种情况还没有发生?我们能通过思想实验勾勒出一种可行的拉马克式生物进化学说吗?

拉马克式生物学十有八九需要一种高度复杂形式——一种智能——而多数生物的复杂性都达不到这个水平。在复杂性富足到可以产生智能的地方,譬如人类和人类组织,以及他们的机器人后裔,拉马克进化不仅可能,而且先进。阿克里和利特曼已经展示,由人类编程的计算机能运行拉马克进化。

在最近十年里(指1984-1994),主流生物学家已经认可了一些标新立异的生物学家鼓吹了一个世纪的言论:如果一个生物体内获得了足够的复杂性,它就可以利用自己的身体将进化所需的信息教给基因。因为这种机制实际上是进化和学习的混合,因而在人工领域中最具潜力。

每个动物的躯体都有一种与生俱来且有限的能力来适应不同环境。人类能适应比目前高得多的海拔地区的生活。我们的心率、血压和肺活量必须也一定会自我调整以适应较低的气压。当我们转移到低海拔地区时,同样的变化就颠倒过来。不过,我们能适应的海拔高度是有限的。对我们人类来说,就是在海平面以上2万英尺。超过这个海拔,人体自我调整的能力达到极限,无法长期停留。

设想一下住在安第斯高山上的居民的生活状况。他们从平原迁移到一个空气稀薄之地,严格说来那里不是最适合他们居住的地方。几千年的高山生活中,他们的心肺和他们的身体为了能适应高海拔环境,不得不超负荷运转。假如他们的村里出生了一个「怪人」,他的身体在基因上有处理高海拔压力的更好方式——比如说,有更好的一种血红蛋白变体,而不是更快的心跳——那么这个怪人就有了一种优势。如果怪人又有了孩子,那么这种特征就有可能在村子里代代相传,因为它有利于降低心肺承受的压力。根据达尔文的自然选择原理,这种适应高地生活的突变就开始主宰小村人群的基因库。

乍看之下,这似乎正是经典的达尔文进化。但是,为了使达尔文进化能够进行,生物首先必须在未得益于基因改变的条件下,在这个环境里生活许多代。因此,是身体的适应能力使种群能够延续到突变体出现的那一天,并籍此修正自己的基因。由躯体带头的适应能力(肉体适应性),随着时间的推移,被基因吸收并化为己有。理论生物学家沃丁顿[1]称这种转变为「遗传同化」[2]。控制论专家格雷戈里·贝特森称其为「肉体适应性」[3]。贝特森将它与社会的立法变革相比——最初的变革由人民推行,然后才被制定为法律。贝特森写道:「明智的立法委员很少率先提出行为的新准则,他往往仅限于将那些已经成为人民行为习惯的准则确认为法律。」在技术文献中,这种遗传认证也被认为是鲍尔温效应,以心理学家鲍尔温[4]的名字命名。1896年,他首次公布这个概念,并称其为「进化中的新因子」。

我们再来打个高山村落的比方,这次是在喜马拉雅山,一个名为香格里拉的山谷。那里的居民身体能适应最高达3万英尺的海拔高度——比安第斯山的居民高1万英尺——不过,他们也有能力住在海平面高度上。如同安第斯山的居民一样,这种变异经过几代的传递,刻写到这些居民的基因中。拿这两个高山村落来比较,喜马拉雅山人现在获得了一付更具伸屈性、更可塑的躯体,因此从本质上说更具进化的适应能力。这似乎有点像拉马克学说的典型实例,只不过那些能最大限度伸展脖子的长颈鹿们能够借助它们的躯体来守护这种适应,直到自己的基因迎头赶上。从长远来看,只要这些长颈鹿们能保证自己的躯体适应各种极端的压力,它们就会最终赢得竞争。

谁具有灵活的外在表现形式,谁就能获得回报——这正是进化的精髓所在。一付能适应环境的躯体,显然要比一付刻板僵硬的躯体更具优势;在需要适应的时候,后者只能像等着天上掉馅饼一样期待突变的光临。不过,肉体的灵活性是「代价不菲」的。生物体不可能在所有方面都一样灵活。适应一种压力,就会削弱适应另一种压力的能力。将适应刻写到基因中是更有效的办法,但那需要时间;为了达到基因上的改变,必须在相当长的时期内保持恒定的压力。在一个迅速变化的环境里,保持身体灵活可塑是首选的折衷方案。灵活的身体能够预见——或者更确切地说——尝试出各种可能的基因改进,然后就像猎狗追踪松鸡一样,紧紧地盯住这些改进。

这还不是故事的全部。左右着身体的是行为。不管出于什么原因,长颈鹿必须先想要够到高处的树叶,之后不得不一次次地努力为之。人类则因为某种原因不得不选择移居到海拔更高的村庄。通过行为,一个生物体能够搜索自己的各个选项,探求自己可能获得的适应性的空间。

沃丁顿曾说过,遗传同化或鲍尔温效应,实际上就是如何将后天习得的技能转化为先天遗传的特性。而问题的真正症结所在,则是自然选择对特性的控制。遗传同化将进化提速了一个档级。自然选择是将进化的刻度盘调至最佳特性,而肉体和行为适应性则不仅提供了进化的刻度盘,还能告知应该向哪个方向转动以及离最佳特性还有多远。

行为适应性还通过其他方式来影响进化。自然学家已经证实,动物不断走出自己已经适应的环境,浪迹四方,在「不属于」它们的地方安家。郊狼悄悄地向遥远的南方进发,嘲鸟则向遥远的北方迁徙;然后,它们都留在了那里。在这一过程中,适应最初源于一种模糊的意愿,而基因则认同了这种适应,并为之背书。

如果将这种起源于模糊的进化应用到个体学习上,则会滑向古典拉马克学说的危险边缘。有一种雀科小鸟学会了用仙人掌刺去戳刺昆虫。这种行为为小鸟开启了一个新的窗口。通过学习这种有意的行为,它改变了自己的进化。它完全可能通过学习——即使这种可能性不大——来影响它的基因。

一些计算机专家在用到「学习」这个词时,所指的是一种不严格的、控制论上的概念。格雷戈里·贝特森把躯体的灵活性看作是一种学习。他不认为由躯体进行的搜索和由进化或思维进行的搜索有多大区别。以此解释的话,可以说「灵活的身体学习适应压力」。「学习」应该是在一生而非几代中获得的适应。计算机专家并不对行为学习和肉体学习进行区分。关键是,这两种适应形式都是在个体的一生中对适应空间进行搜索。

生物体在其一生中有很大的空间重塑自己。加拿大维多利亚大学的罗伯特·里德指出,生物能通过以下可塑性来回应环境的变化:

形态可塑性(一个生物体可能有不止一种肉体形态。)

生理适应性(一个生物体的组织能改变其自身以适应压力。)

行为灵活性(一个生物体能做一些新的事情或移动到新的地方。)

智能选择(一个生物体能在过去经历的基础上做出选择。)

传统引导(一个生物体能参考或吸取他人的经验)

这里的每一个自由度都代表一个方向,生物体可以沿着它在共同进化的环境中寻找更好的办法重塑自己。考虑到它们是个体在一生中所获得的适应性,并能在以后被遗传同化,因而我们称这五种选项为可遗传学习的五个变种。

沃丁顿(C.H.Waddington, 1905~1975):英国发育生物学家、古生物学家、遗传学家、胚胎学家和哲学家,系统生物学的奠基人。他兴趣广泛,包括诗歌和绘画,并带有左翼政治倾向。——节译自「维基百科」

遗传同化:Genetic Assimilation

肉体适应性:Somatic Adaptation

鲍尔温(J.M.Baldwin, 1861~1934):美国哲学家和心理学家,普林斯顿大学心理学系的创办者,对早期心理学、精神病学和进化论都有所贡献。——译自「维基百科」