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。

广告:个人专属 VPN,独立 IP,流量大,速度快,连接稳定,多机房切换,每月最低仅 5 美元

古尔德其科普作品《奇妙的生命》[1]一书中对伯吉斯页岩化石群[2]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》[3]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它模样。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》[4]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。

在十九世纪与二十世纪之交,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」[5]为例。柯普是二十世纪二十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。

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

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。

《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。

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

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。