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生存的困惑 作者: 江云 六,大进化(一) 进化机制探讨
达尔文的进化论以充分的证据否定了神创论,也否定其它的非进化假说,人类的出现只有自然发生一条路了。现有的进化理论不能说明人的进化。那么生物到底是如何进化的? 进化机制的关键在于阐明进化性变异是如何产生的,有没有可能出现定向的变异,而不是随机的突变。现在的遗传中心法则规定了遗传信息是从DNA流向蛋白质,DNA指导蛋白质的合成,而不能反过来。然而如果蛋白质不能影响改变DNA的话,DNA就只能自己盲目地突变,不可能产生任何方向性的进化。所以必然存在着蛋白质可以反过来有效改变、甚至产生DNA的途径。就像对漂亮、对美景的本能图像都可以通过基因遗传一样,生物对外界的感受、需求必定可以反馈到DNA,并进而修正改进DNA,使DNA产生新的应对外界的变化。遗传中心法则规定的信息单向流动根本就不能构成一个稳定的系统,必须要有信息反馈回来,才能准确地输出信息,同时灵活应对外界环境的变化。没有信息反馈的系统是瞎子。生物机体要能够影响自身的DNA发生改变,这是进化最起码的要求。如果做不到这一点,那就是和现在一样,瞎碰只能产生随机突变。目前科学尚未发现这种反馈的机制,因为这可能是一个比较复杂的过程,远不像基因突变那么简单,但这种机制一定会被发现,遗传中心法则一定会打破。这并不需要很远的将来。 拉马克的“用进废退”可能是信息反馈方式之一。痕迹器官的退化是很明显的例子。退化是可遗传的,退化的过程必定伴随着基因或DNA结构的改变。这种改变必定不是突变的结果,而是生物体的退化机制起作用的结果。现在对于退化的解释仍然是基因突变导致基因失活,从而导致退化的发生。实际上基因失活可能不是突变的结果,而是机体作用的结果。要证明这一点也很容易。比如人类的盲肠已经退化,只剩下很小的一点点。只要找到与盲肠相关的基因,比较一下人类盲肠基因和猴子或其它动物的盲肠基因有什么差别,就可以发现事情的真相。如果是基因突变,那么就应该是有个别碱基不同,而且这种不同会造成盲肠基因的失活。这可以通过诱导动物盲肠基因突变,看看是不是产生同样的效果来证明。如果不是基因突变,那么人类盲肠基因就是应该有很大的变化。这变化的部分可能包括外显子,也可能包括内含子和基因之间不表达的部分,因为这部分的功能可能就是调整基因表达的频率。 现在人类DNA序列中只有2%编码基因,其余98%的非编码部分功能都不清楚,被称为“垃圾”DNA。很难想象人类的遗传信息中98%竟会是垃圾。生物体是非常有效率的。人体除了极少数痕迹器官外,绝大多数都是有用的。DNA是遗传信息的载体,是生命的核心,绝不可能大部分是垃圾。这98%的序列当中很可能大部分恰恰就是主管进化的。由于进化的过程非常漫长,所以很难看到这些序列有什么作用。人类与其它哺乳动物的编码区序列很多都很相似,比如有的人和小鼠某些蛋白质基因的差异只有几个碱基的变化,与黑猩猩就更接近了,差异可能是由于中性漂移突变产生的,而非编码区序列则非常不同。例如与先天性肌肉萎缩症有关的Fukutin基因编码区,人和小鼠的同源性高达87%,而位于头两个外显子之间的内含子人与小鼠之间的同源性只有不到10%。虽然内含子里也有保守区,但只占很小部分。为什么非编码区会如此不同?这种不同有什么意义?这是很值得研究的。这并不是因为没有选择压力内含子突变才变成这个样子的,因为有证据表明,“垃圾”DNA并非想象的那样可以随意改变的,一点点改变都可能使机体不正常。人和其它哺乳动物的建造材料——蛋白质——都是差不多的,而怎么建才是明显不同的。决定怎么建的可能正是非编码DNA,而不是编码蛋白质的DNA。这就像盖房子的材料都差不多,都是石头、木头、砖块、水泥等等,而建筑师设计的不同才使房子千差万别,而且用什么材料在很大程度上也是由设计决定的。当然材料进步反过来也促进了设计的进步。 现在的遗传学理论认为后天习得性行为和性状是不能遗传的。其实这只是时间不够。如果行为固定的时间足够长,行为就可能遗传,否则本能行为是怎么遗传的?后天性状也是一样的。人类皮肤颜色的深浅除了先天遗传,与后天晒太阳多少也有很大关系。晒太阳多,皮肤颜色深;晒太阳少,皮肤颜色浅。这是大家都知道的常识。一般情况下,后天晒太阳造成的皮肤颜色深浅不同是很难遗传的。但是如果几百年几千年这样晒下来,皮肤颜色的改变就可以遗传了。美国黑人现在皮肤的颜色出生时就比非洲黑人的皮肤颜色浅得多。印度人属于印欧人种,与欧洲的雅利安人属于同一人种,有很明显的高鼻梁,但现在印度人的皮肤出生时就很黑,比白人黑得多。从印欧人种的分布上也可以看出,越是北方晒太阳少的地方,如北欧,肤色就越白,越是往南,如葡萄牙、中东地区、阿富汗、印度,人的肤色就越深。澳大利亚白人是从英国殖民过去的,才不过二百年左右的时间,可是现在澳大利亚白人的肤色已经深了许多,变成古铜色。犹太人也是一个证明。犹太人流散世界各地后,很少与当地人通婚,但现在犹太人的肤色从深到浅、从白人到黑人什么样的都有。如果仅凭外貌,你都很难断定他们是一个民族。这不过是两千年左右的时间发生的事。中国人和东南亚人的肤色差别也很明显,从越南、菲律宾到印度尼西亚肤色明显加深,而韩国人、日本人与中国人差别就不大。就说整个人类,原先也是由源于非洲一支人种发展而来,大概几万年的时间,由白人到黑人、由高鼻梁到宽鼻梁,完全是由于环境不同的结果。人的皮肤、鼻梁、裸露无毛不是适应环境的结果,而是环境造成的结果,是后天获得的可遗传性状。在这样的情况里,自然选择并没有发生作用。不会有人会因为肤色深浅而死去。美国黑人从非洲到美国后,从来没有因为肤色的原因适应不良而死去。这说明只要时间足够长,即使是像皮肤颜色这样易变的性状都是可以遗传的,那么其它的对生存影响大的性状只要时间足够长,其可以通过某种方式影响到DNA并遗传下去几乎是肯定的。 有人会说拉马克的理论已经被证明是错误的,获得性的“用进废退”是不可能遗传的,获得性遗传没有实验证据支持。这还是因为以前的实验时间太短以及实验方法有问题。他们才观察了几代就下这个结论?有人真正观察到一个器官退化的全过程并记录下DNA变化的全过程吗? 最有名的支持获得性不能遗传的实验大概就是魏斯曼的切除老鼠尾巴的实验。魏斯曼连续22代切除老鼠的尾巴,结果到第23代老鼠仍能生出完整的尾巴。由此他认为后天的获得性状是不能遗传的。其实这个实验里被切除尾巴根本就不是后天的获得性状,这只能证明魏斯曼的种质说——即老鼠没有尾巴也照样能遗传,而不能证明后天性状(在这里没有后天性状)不能遗传。如果想要证明后天性状,打个比方说,可以弄瞎老鼠的眼睛,由于补偿作用,老鼠的听觉或嗅觉可能会更灵敏。这才是后天性状。经过很多代以后,看看听觉或嗅觉生出来是不是就比正常灵敏,而不是看生出来的老鼠是否仍然有眼睛。如果老鼠生下来听觉或嗅觉就更灵敏,就可以证明获得性后天性状的遗传。如果不是这么回事,就可以否定后天性状的遗传。在这里到底是要多少代时间才能看出效果,仍然是一个需要摸索的问题。鼹鼠大概就是这样进化的,更长时间的后天获得的适应性进化可能真的会造成眼睛失去功能,致使老鼠一出生下来就是失明的。(注:这个实验可能不一定能成功,因为牵涉到脑功能区定位变化等复杂问题。这里主要想说明什么是后天的获得性性状。) 要证明获得性遗传,还有一个更好的办法。训练小鼠建立某种条件反射,比如见到灯光闪烁时或听到某种声音或闻到某种气味时进食,记录下学会这种条件反射所需要的时间。然后,每一代小鼠的父母辈都进行这种训练并进行*产生后代。每一代小鼠训练时都记录下学会这种反射所需的时间。如果观察到每一代小鼠学习时间越来越短,那么总有一天,学习时间会缩短到几乎为零。这就是说,小鼠生下来后不经学习,只要见到灯光闪烁或听到声音或闻到味道就知道去进食。这时候,获得性遗传就建立了。获得性遗传就得到了证明。这种遗传刚开始肯定是不稳定的,还要继续强化一段时间。当这种遗传稳定以后,去除这种获得性条件反射也需要一定的时间。遗传肯定必须是动态的,而不能是静止不变的。因为一旦静止不变,生物就失去了对外界变化的灵活的调整能力。我敢肯定通过这种方式获得性遗传可以得到有效的证明。这是一个判决性实验。如果有人能够证明小鼠的训练时间经过很多代以后都不会变短,那么我的理论就是错的,我后面讲的都是废话。因为理论基础崩溃了,所有的推论也就不可靠了。 现在已经有一些证据证明获得性性状是可以遗传的。科学家研究了一种叫做红腹滨鹬的海鸟,发现部分鸟类也会根据迁徙路线的不同改变某些生物性状。当红腹滨鹬被关进笼子里放养到气候比较寒冷的地区的时候,这种鸟的飞行肌肉和部分器官就会萎缩,以减少热量的损失,而这种改变的特性可以遗传给下一代红腹滨鹬。 一个完善的进化机制至少要能够说明怎样产生全新基因,并使得进化成为一个复杂的协同过程。如鱼类向两栖类进化的过程,从脚、肺、心脏、到皮肤都发生了改变,必然伴随着大量新基因的产生。现在基因突变理论最困难或最不完善的地方是无法解释新基因是如何产生的,它只能解释一个已经存在的基因如何通过试错过程(突变)逐步完善,而不能说明一个新基因如何从无到有地产生。全新基因的产生是不可能通过试错过程来产生的,因为这样的可能性太小了。一个新基因尚且如此,大批新基因同时产生就更难解释了。生物要进化,机体不但要能改变自身的DNA,而且在碰到新环境新情况时要能系统地产生大量的新基因以供选择。机体具体怎么样产生新基因,现在还不清楚,但可以推测产生新基因的方式可能显示出某种“智慧”。因为基因无非就是DNA四种碱基的不同组合,但要从成千上万种不同的组合中选出有特定功能的基因,绝不是一件容易的事。当然这种“智慧”可能不是像我们用头脑去想,也不可能是有意识的过程,但可能会有一些共通的因素。在整个进化进程中,新基因需要“设计”,生化系统需要“设计”,新的结构构造都需要“设计”才能产生,进化在本质上就是创造,某种智慧探索可能是必需的。这种探索过程可能跟我们平常做实验研究有些类似。做实验有试错的过程,但完全靠试错法则不可能,必须有一定的理论。瞎碰是碰不出来的。但究竟是怎么“设计”的,现在还想像不出来。 说生物的进化系统有“智慧”,这听起来似乎有些不可思议。但要想想生物体那么精巧的构造和功能都是碰巧瞎碰出来,这更不可思议。其实像人这样的生物有智慧,想想产生出人来的生物进化系统也有“智慧”应该也不是绝对难以理解的事吧。生物进化不是随机式的进化,而是创造式的进化,所有的新功能在本质上都是创造出来的,而不是突变出来的。正是这一点需要智慧。“智慧”在这里的意思就是说不是随机突变,而是有非常巧妙令人惊叹的办法。 所谓的“突变”可能不一定是随机的,而可能是机体的进化机制主动改变自身DNA的结果。因为在正常机体DNA中个体变异之间广泛存在的不仅是点突变,即单核苷酸改变SNP,而且包括大量的缺失、插入、重复、易位、新序列等等,有些改变达到几千到几百万个碱基,这不可能是DNA复制错误造成的,而可能是机体主动作为造成的结果。尤其是新插入的新序列可能不是随机挑选的,而是有某种“意图”。这些看似随机的变异实际上可能恰恰是进化机制“智慧”的体现。只是我们现在能测出DNA序列变化了,却还看不见DNA是怎么变化的。在DNA变化的背后有一只操纵的手,在巧妙地根据环境变化调整着机体的遗传结构。有研究证明,在真核生物DNA上的插入缺失会增加其周围序列的突变率。这说明有些突变并不是随机的。 生物的进化机制可能不止一种机制。进化机制是在进化过程中一步一步发展出来的,每一步发展都进一步强化原有的进化机制。最早的进化机制可能很简单,就像基因突变一样可能是偶然发生的,但后面的生命一旦获得了某种进化的能力,就会向这个方向继续强化发展。这是一种加速再加速的正反馈加速过程。不同的生物有不同的进化机制。越简单的生物,进化机制也越简单,进化速度越慢。越高级的生物,进化机制越复杂,进化速度越快。人的进化速度是最快的。 生物进化机制的复杂性可能超出人们的想像,我只要列举一下人类将要如何进化,大家就会明白了。我虽然不知道几十亿年的漫长过程是如何产生了这千姿百态的生物界,我也不知道人类现在是如何进化的,但我却知道人类将来的进化机制是什么,我还知道人类是自然进化的终点。人类未来的进化机制绝对不是什么生存竞争,也不是什么优生优育,也不是什么人工选择,也不是什么内心修炼,也不是自我道德完善,人类将真正设计生命、创造生命、改良自身,创造出真正意义上的超人。 大家可能已经猜到了,人类将利用生物科技来进化。现在人类和多种生物的DNA序列已经全部测出,随着基因工程、生物工程的发展,用不了多久,人将弄清生命的奥秘。人类已经利用生物技术来改良动植物品种,在不久的将来人类将能够改良自己,促进人类自身的进化。生命弄清楚了其实也不神秘,就是具有进化能力的化学机器。既然是机器,就可以设计改造发展。在不远的可以预见的将来,人类通过基因工程将拥有更聪明的大脑—更强的记忆力、更敏锐的思维、更高的智商、情商,还将拥有更美丽的面容和身材、以及更为健康的身体。他们出口成章,过目不忘,才思敏捷,善解人意,美丽贤惠,很少生病。这些只要将现有的人类优秀基因引入人体内就可以做到,还不算是真正的超人。这只是人类优良基因的普及。真正超人所拥有的能力可能超出我们的想像。人脑强于推理和识别,电脑强于快速记忆和搜索。未来的超人可能都装备了电脑芯片。这就需要人脑与电脑的接口。一旦人和机械真正合为一体,人可能想飞就可以飞而不需要坐飞机了,就像真的超人电影里那样。超人现在已经不再是科幻的想像,而是未来必然会发生的事,几乎就是确凿无疑的事实。自然进化是漫长的几百万年发生的过程,人类利用生物科技改良自己将是千百年内的事,这比自然进化的速度快得多。在自然进化还没有起明显作用的几千年的时间内,人类完全有可能制造出各方面能力都得到改善的超人甚至生命机器人,从而使生命大大地进化。那时,自然进化就被人类的科技进化所代替,自然进化实际上已不再起作用。由于人类利用科技进化的速度将远远快于原有的自然进化的速度,科技进化将取代自然进化,所以人是自然进化的终点。由此可以看出生命的进化机制可以达到什么程度。 进化机制本身随着生命的进化而同时进化。更高级的生命产生更高级的进化机制,更高级的进化机制又反过来促进生命更快地进化。两者互相促进,是一个正反馈的相互加速过程。在几十亿年的生命进化过程中,进化机制可能已经进化过好多次了。每一轮进化机制的更新都淘汰以前旧的进化机制,因为新机制的进化速度更快了,原来旧的机制由于太慢不再能够发挥作用。这可以解释为什么至今地球上仍存在处于不同进化阶段的生物。如果所有的生物都有同样的进化机制、进化速度都同样快,那么几十亿年的时间里所有的生物都应该已经进化得面目全非,为什么会有像细菌、草履虫那样与古老生物相似的几乎没有什么进化的生物存在呢?这原因就是细菌只有最古老的进化机制,进化速度非常慢,所以能够保留到现在。后面的更高等的生物有更高级的进化机制,进化速度越来越快,各级生物之间就拉开了距离,所以才有不同进化阶段的生物至今存在。如果所有物种的进化速度一样,低级生物早就不存在了。 物种可能是在面对环境压力后才在环境压力的诱导下产生出新性状的,而不是由原先设想的那样由突变积累了基因变异然后在环境压力下选择出来。环境变化有时候是比较突然的,只有在新环境下快速产生出新性状以应对环境的物种能够存活下来,那些不能产生新性状或不能产生出有效的新性状的物种将灭绝。比如熊猫在竹子缺少的情况下不能采用其它食物来源,那么熊猫将灭绝。这可能是由其进化发展的特殊位置决定的,就像某种机器难以在原有基础上改进一样。哺乳动物刚出现的时候,由于环境较热,可能都是无毛的。当气候变冷以后,哺乳类能够进化出毛皮来,所以生存下来,而恐龙由于其特定机制不能进化出毛皮出来,所以灭绝。 人类将来的进化机制肯定是一个智慧的过程,因为人类有智慧。那么产生出人类的进化机制又是怎样的呢?现在谁也回答不了这个问题。唯一可以肯定的是这个机制进化出我们的时候给我们“设计”了许多内在的功能——很多甚至我们自己都不知道的功能——其中包括通过神秘的总觉指导着我们的行为。这使我们生来就沿着生命定好的方向前进。我们可以选择,但只能在“好”的范围内选择,只能向“好”的方向发展。我们内在的“趋好性”可能就是生命在我们体内发展出来的现阶段的进化机制之一。因为正是我们人类的行为导致了人类社会的发展,社会的发展最终导致新的进化机制的产生。倘若我们不追求“好”,不探索真理、不发展科学,那么科技进化也就不可能发生,超人也不可能出现。“好”是一种感觉,我们被“趋好性”所命定的就是让我们沿着生命的发展方向继续前进。而这些在我们自己设计超人的时候,之所以要更聪明、更美丽、更健康、更强大,也正是出于同样的考虑(沿着生命的发展方向继续前进)。生命从诞生的时候起,就走上了一条向上发展的不归路。只能继续前进,回头便是死亡。 进化的过程可能与人的知识发展的过程非常类似,从知识的发展过程可以猜测进化的机制。人的知识也从无到有产生的。刚开始的时候,人什么也不知道,只能去尝试,在经验中摸索,从错误中发现正确的知识。“神农尝百草”就是这种摸索方式的形象描述。这就是试错法。这与生物通过突变适应环境非常类似。当人们的知识增长到一定阶段,近代科学产生了。近代科学的特点是理论性。理论是在实验和观察的基础上产生的,但仅仅依靠实验中的试错法决不能导出理论。理论是在实验结果的基础上推测出来的,然后再由实验进一步证实。如从苹果落地和行星运动并不能直接看出万有引力理论,万有引力理论是推测出来并得到证实的。DNA分子的双螺旋结构也是推测出来的,而不是看出来的。虽然推测本身也有一个试错的过程,但推测不是对原有理论的试错,而是在原有理论的基础上提出一个全新的理论。单纯的试错法不能产生现代科学,单纯的突变同样不能产生进化。进化机制必定也有一个类似的综合、推测、验证过程,甚至进化机制里面也可能包含某种“理论”指导进一步的进化。人的知识在代代相传的过程中也可能会出错,就像传言经过许多人口之后往往变得面目全非。这就像随机突变使信息不确定性增加,严重时甚至可能导致知识的失传。然而实际上人的知识不是在传承的过程中由于出错而变得越来越少,而是变得越来越多、越来越精确,对此现象的解释是人有辨别和发展的能力,能够剔除不正确的知识而保留正确的知识,并且会发现新的知识。生命的进化机制里也必定有这种能力,否则生命在代代相传的过程中由于基因随机突变可能早就“失传”了——由于积累错误太多而无法生存。自然选择并不是这种除错机制,因为就像知识的传承一样,基因突变这样的传递错误只会导致信息的失传,并不能导致知识的发展,自然选择不过使错误的信息不能传递下去,使正确的信息能够传递下去而已。生命的进化必须在纯粹的自然选择之外另有机制,就像知识的发展一样。这种信息量增加式的进化绝不仅仅是基因突变或自然选择就可以承担得起的。
什么是生命
那么生命为什么要进化、要向一个方向发展呢?为了说明这个问题,让我们回到生命起始的当初,看一看最原始最简单的生命是怎么产生的,让我们来了解一下什么是生命。 什么是生命?虽然现代生物学对生命已经有了相当的了解,但仍然很难回答这个问题。既然生命与非生命的物质构成是一样的,生命是由非生命物质发展而来的,那么是什么造成了生命与非生命的根本区别?非生命物质怎样变成了生命?物质从非生命跨入生命的最关键一步是什么?难道真的是上帝吹了一口气?是什么样的物理化学规律导致了生命的产生?生命的本质是什么?要搞清楚这些问题,我们只能从生命的起源开始追溯非生命发展成生命的过程。病毒是目前所发现的最简单的生命,但病毒不是独立的生命,病毒的生存需要依赖其它生命的存在。没有其它生命的存在就没有病毒,所以病毒肯定不是最早的生命形式。目前存在的其它最简单的独立生命,如支原体,拥有几百个基因,过于复杂,也不是生命的最早形式,仍然不能从中窥见生命如何从非生命中产生的。 四十多亿年前,地球最早的原始大气在电闪雷鸣、太阳紫外线和宇宙射线的作用下,形成了大量的有机分子,其中包括氨基酸、核苷酸等等。这些有机分子溶解在原始海洋中,形成了最早的原生质汤。这些有机分子——生命基本材料小分子——的形成,已经在实验室中模拟出来。在地球早期漫长的岁月里,原始海洋中逐渐积累了大量的各类有机分子。这些分子还不是生命。 当有机分子的种类和浓度达到一定的程度时,在太阳光的常年照射下,有的分子可以吸收太阳能,变成携带一定能量的高能分子。在某些特定的环境条件下,也可能会出现类似叶绿素利用太阳能的循环反应,产生出大量的类似ATP的高能分子。这些高能分子能够把能量传递给其它有机分子,促成需能的合成反应,使有机分子聚合,产生各种低聚大分子。由于原生质汤中已经积累了足够丰富的有机小分子,在太阳光的作用下又不断产生高能分子,合成反应会不断进行,已经合成的低聚分子也能够进一步聚合形成更大的分子。例如,氨基酸可以在火山、潮汐的作用下聚合产生多肽分子。 当大分子的分子量和种类达到一定程度时,就可能出现具有催化功能的大分子,特别是多聚氨基酸和多聚核苷酸大分子。当分子具有功能以后,这时候分子就“活”了。生命的最基本特征就是活性,最早就是这时产生的。不是所有的大分子都有功能。这种有功能的大分子可以利用能量大大加快某些合成反应的速度。不同的功能大分子能够催化不同的合成反应,在某一个区域内,当各种分子的种类和数量足够多时,有可能出现大分子的协同作用。由于大分子的降解是一个自动的过程,要维持大分子的存在就必须不断地合成新的大分子。这个时候的自然界就是各种各样的大分子不断地合成又不断地降解。 当许许多多的具有催化功能的大分子中出现一个能够催化自身合成的大分子时,地球上第一个生命诞生了。这是从非生命演变到生命的最关键一步。生命从最原始的意义上说就是一条能够维持自身存在的分子。这种分子称为生命大分子,其特征是具有自我,能够自我复制,也就是复制自己。这是生命中自我意识的最早起点。凡是生命,必定有自我意识,就是来源于此。自我提供了生命生存和发展的支点。这个能够催化自身合成的大分子由于能够加快自身的合成,而不必依赖其它的大分子催化,就形成了一个超越其它大分子的正反馈合成过程。生命大分子合成了自身,新合成的大分子又进一步催化自身的合成,这种正反馈使得合成反应速度指数级地极大地加快,很快就用光了所有的低分子原料和高能分子。其它依靠别的分子催化或自然合成的大分子,由于缺乏原料而竞争不过生命大分子。这是自然选择第一次发生作用。这第一个生命大分子很可能是一条具有回文结构的双链RNA分子,其中一条链是意义链,一条链是功能链,这两条链互补并连在一起。意义链作为复制的模板,功能链具有催化自我复制的功能。 实验已经证实,单链DNA分子CGCG能够通过碱基配对催化聚合两个GC合成自身,单链DNA分子CCGCGG能够催化聚合GGC和GCC合成自身。(Stuart A Kauffman: Investigations. Oxford University Press. 2000,)但由于DNA分子是双链,这还不是完整的自我复制。如果是RNA单链分子能够通过类似这种方式合成自身,并且单链分子足够长能够折叠表达自我催化的功能(把寡聚核苷酸小分子聚合成RNA大分子),就是完整的生命大分子。 或许可以通过随机分解法来发现最早的生命大分子:即将现有生物体中的RNA分子提取纯化,去除蛋白质、DNA等物质,然后将RNA分子打碎降解到一定分子量的大小。然后加入高能分子和核苷酸单体或寡聚核苷酸,使小分子RNA自己聚合。如果存在生命大分子序列,由于生命大分子自我合成的速度远高于其它RNA分子序列,那么溶液中生命大分子的浓度将远高于其它分子的浓度。测定这种RNA分子的序列,就可以发现最早的生命大分子了。这种RNA分子可能不会存在于细胞质mRNA中,而可能存在于细胞核其它小分子RNA中。发现生命大分子序列一定是很难的,需要许多猜测和实验,其序列可能不是那么随机就可以找到的,因为自然界花了数亿年的时间才发展出生命大分子。 因为生命RNA分子并不稳定,它能够自动降解,但由于自身合成的速度远远大于降解的速度,所以能够维持自身的存在。这需要能量和原料小分子来维持。一旦能量或原料耗尽,生命大分子就只有自动降解的熵增过程,这就是死亡。所以生命一开始就是与死亡相伴的。太阳是地球上生命能量的最终来源。没有太阳,生命就不会存在。由于太阳光、紫外线、电闪雷鸣不断地从地球大气中向原始海洋供应各种有机分子和高能分子,地球的生物量以原始生命大分子的形式不断增加。 由于原始的生命大分子仍然是非常简单、功能非常单一的分子,原始海洋中的许多有机分子仍然不能利用,这就为以后的进化提供了空间。在自我复制的基础上,生命大分子进一步发展。当生命大分子通过变异、吸收、共生等已知或未知的不同途径增加自己的功能时,功能越多,意味着生存能力越强,进化就产生了。在自然选择的作用下,具有更多功能的生命大分子由于能够利用更广泛的有机小分子原料或能够利用太阳能直接制造或储存高能分子,因而有更多的生存机会和更强的生存竞争力,从而被自然选择保存下来,所以生命大分子将向更多功能的方向发展。 由于功能越多,需要的结构也越多,需要表达结构的遗传信息也越多,所以进化向着生命大分子信息量增加的方向发展。只有更多的遗传信息量才能表达更多的结构和功能,这意味着生命变得更复杂。按照信息论的观点,熵与信息量成反比,即信息量的增加意味着熵的减少。信息量增加的过程就是熵减的过程。所以,生命的发展过程就是自身熵减的过程。生命的熵减过程就是使自身功能增加、变得更加复杂的过程。现在已经有这方面的研究。 熵本来是一个热力学概念,用来表示系统混乱的程度。熵增加表示系统混乱度增加,熵减少表示系统混乱度减少、有序度增加。在信息论里面,熵表示的是不确定性的量度。熵增加表示信息量减少,熵减少表示信息量增加。从生物体来说,生物构造越复杂,表明有序度越高,熵越少。生物进化是从简单到复杂,所以是一个熵减过程。从遗传信息来说,生物进化遗传信息量增加,熵减少,所以也是一个熵减过程。生物进化之所以是一个熵减过程,关键就在于生物功能的增加需要相应的结构和遗传信息都增加,所以熵减少。基因突变使信息的不确定度增加,只调整信息,不增加信息,也不增加结构,是熵增过程,所以基因突变不可能导致进化。除非是“有意地”突变,像做实验那样的试错法探索,然后发现正确以后固定下来。这样才能使信息的不确定度减少,才是熵减过程,才能导致进化。有证据表明,即使是突变也不是随机的,而是有固定的“热点”。一个基因只有在热点位置才有较多的突变,在其它位置很少发生突变。现在的理论对此的解释是,其它位置的突变都是致死性的,所以不能存活在下来;或者用某些碱基的化学性质来解释。但实际上有些突变可能是进化机制有选择地“试验”的结果,并不是随机的,而是有选择的。 最早的生命大分子怎样进一步发展的具体机制尚不清楚,很多机制可能是在进化过程中逐步形成的。这些机制形成后又加快了进化的过程,构成一个正反馈的机制。所以进化是一个加速的过程。不同的生命大分子发生相互作用或与其它种类的大分子发生作用,然后形成了一个由多种分子组成的生命。这些分子最终包裹在质膜里,形成了存在到今天的由蛋白质、DNA、RNA等分子相互协作的单细胞原核生物。原核生物相互吞并,通过内共生作用形成了真核生物。单细胞真核生物又逐步发展成了多细胞生物,直到发展成今天丰富多彩的生物世界。 可以看出,生命的本质主要表现在三个方面:一是具有自我,能够自我复制。自我提供了生命存在和进化的起点,自我复制和进化产生的正反馈效应是生命超越非生命物质的基础。自我意识存在于每一个生物和人的内心深处,并且自我随着生命的发展而扩大。刚开始自我是一个分子,后来变成一个多分子的细胞,再后来变成一个多细胞的个体,再后来可能变成一个群体或社会。二是具有功能,并且需要物质和能量的流入来维持。生命的生存包括所有新陈代谢活动和生长繁殖都是功能的体现。三是向高级、复杂、多功能、熵减的方向进化发展。进化是为了更好地生存。更好地生存了,生命就进化了。生命的进化发展使自己具有更强的生存能力,只有发展才能带来更广阔的生存空间。 简单说起来一句话:生命或生命的本质体现在最初的生命大分子中,就是自我的生存和发展。人的自我是个人和社会的综合,一部分属于个体,一部分属于社会群体。人是半社会化动物。生存包括新陈代谢、生长和繁殖等,是生命主要功能的体现。发展主要包括进化,进化是为了更好地生存。有了自我才有生存,有了生存才有发展。发展不是为了生存,而是为了更好地生存。所以“适者生存”不能导致进化,必须在这基础上更好地生存、超越生存才能进化。 有时候更强的生存能力并不一定意味着功能和结构更复杂,更复杂也不一定意味着更强的生存能力。生命功能的增加同时也意味着维持生存所需要的能量和物质也增加。如果所需的能量和物质的增加超过功能的增加,则不利于生物的生存。所以,生物的发展不仅仅是使自身的功能增加,还要使自身更有效率。可以用功能/能耗来表示生命率,即生命率 = 功能/能耗。生命的进化发展就是不断地提高生命率。如病毒就是向减少维持自身生存所需的能耗的方向发展,病毒的功能、遗传信息和自身结构都非常简洁。生命就象一个企业。企业的发展总是想扩大,增加自己的功能和生产能力。但扩大企业需要投资,企业的运作需要成本,所以企业不能一味扩充,同时还要考虑效率,要计算利润率。企业的发展追求的是利润率,即以最小的投入追求最大的产出。利润率就相当于生命率。生命的发展就是追求生命率,即以最少的能量获得最多的功能。 向减少功能、减少能耗的方向发展是退化,实际也是一种进化,但这不是主要的进化发展方向。在同样生命率的情况下,生命将主要向增加功能的方向发展,因为增加功能才能开拓新的领域、增强生存能力。能力是在功能的基础上产生的,没有功能,就没有能力。 地球大气系统利用太阳能蒸发海水,水蒸汽在大气上空冷却形成云,风将云层吹送到大陆深处,遇到冷空气形成降水,这构成了一个利用太阳能灌溉的有功能的系统,产生了相当稳定的气候。假如气候不稳定,就造成了自然灾害,也就没有了靠天吃饭的农业。地球大气系统很象一个利用太阳能进行海水淡化和灌溉的机器。尽管这个机器能够利用太阳的能量做功,并且产生了熵减过程,但却不是生命,因为它没有自我,也不能使自己发展出更多的功能。 热力学第二定律指出,一个封闭的接近平衡的系统会朝着熵增的方向发展,最后达到平衡的“死寂”。然而,我们的宇宙是一个远非接近平衡的系统,恒星的温度可以达到几万度,而宇宙背景温度只有3度。处于宇宙中的行星就构成了一个不断吸收能量排放废热的开放系统。如果某个行星上能够出现了某些机制可以利用恒星的能量,并能够自我复制、不断地增加功能向高级发展,那么就产生了生命。 尽管自从生命产生以来许许多多的生命已经死亡,尽管地球上现在和曾经存在过许许多多种的生命,但所有这些生命都是一个生命的一直存在和发展,所有的生命个体都是这一个生命的不同体现形式。许多生命个体死亡了,但作为其根源的生命本身从来没有死亡。生命通过繁衍不但一直延续着,而且不断发展着。这就象一棵大树,虽然有枝枝叶叶不断地死亡,但大树本身从来没有死,有的枝叶死亡了,有的枝叶却又产生和发展了。人不过是这个生命的最新发展形式之一。科学已经证明地球上现存的生命都有同一的起源。地球上的生命只有一棵大树。 生命发展的过程中自身就携带了进化机制,进化机制随着生命的发展而发展。刚开始的时候进化可能是偶然的,随机突变使生命更好地生存了,生命就进化了。但到后来,进化就会变成生物体内的一种“意向”,生物体内有发展的“欲望”。这是进化机制作用的结果。这些“意向”和“欲望”现在是被否定的。但是想一想,生命本身原来也是没有意向和欲望的(细菌有欲望吗?),但随着生命的发展,高级生命就有了欲望,那么伴随生命发展的进化机制何以不会有“欲望”?简单地说就是,生命的欲望和意向会影响到生殖细胞,这就是进化“欲望”和“意向”的表现。有人会说这又是遭否定的拉马克的思想,是唯心主义的。然而,如果获得性遗传可以得到证实的话,既然机体任一部分变化都可能影响到生殖系统,那么神经系统会影响生殖系统就没什么可奇怪的了。原先也不知道精神力量和欲望可以影响到机体的免疫力,现在这点已经得到证实。既然欲望可以影响免疫系统,那么也有可能会影响到生殖系统。从另一方面说,生命刚开始可能是偶然地突变后更好地生存了,但到后来“更好地生存”化为一种内在的“欲望”推动着生命向这个方向继续发展。这又是一个正反馈加强的过程。欲望促进进化,进化又反过来产生“更好地生存”的欲望,这个欲望又进一步促进进化(更好地生存),进化又产生更强烈的欲望。如此不断加强。所以生命是既主动又被动地被推着向“更好地生存”的方向加速前进。人的“更好地生存”的欲望恐怕比任何物种都强烈。 证明“欲望”可以影响进化的一个例子就是人的体形的变化。不知道为什么黄种人会喜欢高的身材、会觉得高个子更好看,总之由于这种审美观,黄种人的个子在逐渐增加。现在年轻人的身高通常是父母的倍。有人会说这是现在营养好的结果。可是营养好也不一定要长高,也可以长宽。但是横向发展不知为什么让人觉得不好看、不美,所以人不会长宽,只会长高。可以证明现代人长得越来越瘦长。这就是“欲望”的结果。在这里自然选择没有发生作用,用进废退也没有发生作用,就是“欲望”的作用,而且这种欲望本身(美感)就是机体进化发展的结果。更典型的例子是人的腿长。不知道为什么中国人很多人看起来腿有点短(身长比腿长为5:5),不好看,所以女人爱穿高跟鞋。既然有这种美感存在,那么下一步的进化必然是腿会越长越长,一直长到一定的比例好看为止(或许可以达到4:6)。这不是谁努力的结果,也不是自然选择的结果,其实也不是欲望的结果,而是这种莫名其妙的美感存在的结果。 |