19.9 不确定的生物搜索空间密度

达尔文的《物种起源》写于一个多世纪之前,彼时第一台计算机尚未问世。而达尔文却在书中用计算机化的语言准确地描绘出一幅著名的进化图景:进化「每日每时都在筛查着整个世界,不放过哪怕是最微小的变异;它剔除劣质的变异,保留并累积优质的变异;它默默地、不为人知地做着这一切……」。这不正是搜索形式库的算法么?这个所有可能生命的形式库,究竟是一个零星点缀着有效样本的巨大空间呢,还是一个拥挤之所?随机的进化脚步究竟有多大可能落在某处真实生命之上?在这个空间中,有效的生命形式究竟聚类到了何种程度?每个聚类之间又相隔多远呢?

如果可能的生命形式中密布着可行[1]存在,那么单凭运气的自然选择在搜索这个可能性空间时就会更容易些。一个充满可行解且能够通过随机方法进行搜索的空间为进化提供了无数随时间而展开的路径。但如果可行的生命形式非常稀疏且彼此相隔很远的话,单凭自然选择可能就无法到达新的生命形式。在可能的生物空间[2]中,能存活的生命体其分布可能非常之稀疏,以致于这个空间绝大部分都是空荡如也。在这个充满失败的空间里,可存活的生命形式可能聚集在一小片区域内,或是汇聚在几条蜿蜒穿行的路径上。

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如果可行的生物体空间是非常稀疏的,那么进化无疑需要一些引导,以穿过空旷的荒野,从一片可存活生物的聚集区走到另一片聚集区。自然选择所奉行的试错方法,只会让你很快陷入不知身在何处的境地。

我们对现实的生命形式库中真正的生命分布几乎一无所知。也许这个分布非常稀疏,甚至只有一条可供穿行的路径——也就是眼下我们正走着的那条路径。或者,若干条小路可以汇聚成宽阔的高速公路,通往几处必经的关隘——譬如说,具有四肢、腔肠、五指等特点的吸引子。再或者,冥冥中自有天意,不论你从哪里起步,最终都会到达具有双对称性、分段四肢以及这样或那样智能的彼岸。究竟是哪种情况,我们尚不得而知。但如果人工智能能够取得进展的话,我们也许就会知道答案了。

人们正在借助一门新的科学——复杂性科学——而非生物学来对进化的本质规律提出有益的质疑。令生物学家们感到恼火的是,推动后达尔文主义理论形成的主要力量来自数学家、物理学家、计算机科学家,还有那些整体论者——而这些人根本就是四体不勤、五谷不分。对于那些执意要把复杂的自然现象简化成计算机模型、并且对最伟大的自然观察者达尔文毫无敬意之人,自然学家们除了不屑,还是不屑。

说到达尔文,他自己曾在《物种起源》第三版中这样提醒读者:

最近我的结论被多次错误地表述,并且有一种说法认为我将物种变化完全归因于自然选择。请允许我再次重申,自本书的第一版起,我就在最显眼的位置——也就是绪论的结尾处——写道:「我确信自然选择是物种变化的主要途径,但并非唯一途径。」这句话显然没有起到应有的作用。断章取义的力量还真是强大啊!

新达尔文主义描述了一个凭借自然选择进行进化的精彩故事,一个精心编织的故事,其逻辑简直让人无从辩驳:既然自然选择能够从逻辑上创造所有的物种,那么所有的物种就都是自然选择创造的。如果我们只能就地球上的一种生命模式来争论这个问题的话,就不得不接受这个宽泛的解释,除非有不可辩驳的证据来证伪。

我们至今尚无这样的证据。我在此所叙述的种种——共生,定向变异,跳变,自组织——都还远称不上有什么结论。但它们确实表明了一点:在自然选择之外,进化还有许多其他因素。进一步说,一个大胆而富于冒险精神的蓝图正从这些问题和碎片中呼之欲出——开展生物学之外的人工合成进化。

当我们试着将进化从历史移植到人工介质中时,进化的内在本质就暴露在我们眼前。计算机中运行的人工进化已经通过了新达尔文主义的第一个考验。它显示,自发的自我选择能够作为一种适应的手段,也能产生某些原发的创新。

可行(feasible):数学规划中的术语,指符合约束条件的问题解。

可能的生物空间:这一段提到了两个只有一字之差的空间:「可能的生物空间」与「可能的生命空间」。前者是后者的一个子空间。在可能的生命空间中,可行的生命形式可能非常密集,这取决于我们如何定义生命,包括人工生命等;而可能的生物空间中,可行的生物形式可能非常稀疏,因为可行的生物必须能够在自然环境中生存。举个不恰当的类比,就好比整数集合与实数集合一样。