生物的智能进化理论(1) 《跨界物理学》之三

李小坚 龚天任

引言:

人类历史上第一次重大科学突破是日心说取代地心说,它否定了人类位于宇宙中心的自尊自大;第二次重大科学突破就是进化论,彻底打破了人类是上帝子民的神话,人和猴子有共同的祖先。我们在达尔文进化理论的基础上提出生物智能进化理论,从宇宙统一论的角度,揭示和解释了隐藏的生物进化的内部机制!从物理学的底层表明生命系统的智能进化是统一宇宙的一种自然的表达。因此,生物智能进化理论是对进化论的一个全新的贡献。全文将分为四个部分(写成四篇博文1-4),作为《跨界物理学》之三的全部内容。

第一部分:达尔文进化论的发展

第二部分:生物智能的基本框架

一、定义,什么是智能?

二、智能的物理基础是什么?

三、智能的存在形式和活动场所是什么?

四、智能的“最高”的表现形式是什么?

第三部分:生物智能进化论的基本理论

第四部分:生物智能进化论的结论

 

第一部分:达尔文进化论的发展

一、原始达尔文进化论与达尔文主义

1842年,达尔文写出了《物种起源》的简要提纲,1859年达尔文出版了他的科学巨著《物种起源》。达尔文提出了关于物种起源与进化的一个的经验性归纳的理论学说。达尔文进化论从提出到现在就伴随着争论。在各种争论中,达尔文的进化理论本身也在进化,进化论已经进化成包罗万象的现代综合进化论了。

达尔文进化论最早的理论是指出生物之间存在环境、地理、资源的种种限制下,生存竞争,适应者生存下来,不适者则被淘汰,这就是自然选择的结果。随后,孟德尔及时补充了遗传学理论,使生物进化通过遗传变异自然选择,从低级到高级,从简单到复杂,种类由少到多地不断进化和发展。

物竞天择,适者生存成为生物发展的信条,并将自然界生物进化,拓展到人类社会改革。十九世纪的最后几年,中国积弱积贫,风雨飘摇,著名翻译家严复将英国生物学家、达尔文学说的捍卫者赫胥黎的论文集《进化学与伦理学》,选择性地翻译成 《天演论》。所以,严复翻译的《天演论》对中国的教育和启发很大,对于社会改革有着重大的意义。

总体来说,达尔文的进化论给我们带来过地球生命发展的一个阶段性的总结,从各种现象中总结出规律性的原则和理论。达尔文主义进化学说包括了以下4个学说,即,渐进学说,共同祖先学说,物种形成说和自然选择学说。

而面对科学发展日新月异的今天来说,达尔文进化论不是全能的,达尔文进化论是有局限的,甚至是有缺陷的,达尔文进化论只能是一个局部正确的理论。

达尔文主义存在的问题:其主流学派认为进化论的关键是“自然选择”,而这个自然选择有三个问题:

1,自然选择是盲目的,由外部条件决定的。

2,进化的载体是生命的个体,进化的方向是单一的方向。

3,进化的作用机制是随机的,突变的。

二、现代达尔文主义

现代达尔文主义亦称综合进化论。以1937年杜布赞斯基出版的《遗传学和物种起源》一书为代表,标志着现代达尔文主义综合理论学说的形成。这是在达尔文的自然选择学说群体遗传学理论的基础上,结合生物学其他分科如细胞学发生学生态学等新成就而发展起来的现代达尔文进化理论。今天现代达尔文主义的进化论从多层次进行综合的研究,运用各方面的科学成就,论证生物的进化和发展。现代达尔文主义基本问题:

1,自然选择决定进化的方向,遗传和变异这一对矛盾是推动生物进化的动力;

2,种群成为生物进化的基本单位,进化机制的研究属于群体遗传学范畴,进化的实质在于种群内基因频率和及其改变及由此引起的生物类型的逐渐演变;

3,突变选择隔离物种形成和生物进化的机制。突变是生物界普遍存在的现象,是生物遗传变异的主要来源。在生物进化过程中,随机的基因突变一旦发生,就受到自然选择的作用,自然选择的实质是“一个群体中的不同基因型携带者对后代的基因库做出不同的贡献”。但是,自然选择下群体基因库中基因频率的改变,并不意味着新种的形成。还必须通过隔离,首先是空间隔离,使已出现的差异逐渐扩大,达到阻断基因交流的程度,即生殖隔离的程度,最终导致新种的形成。

现代达尔文主义重申了达尔文自然选择学说生物进化中的主导地位,并用“选择模式”新概念解释达尔文进化论中的许多难点。否定了获得性状遗传是进化普遍法则等流行很久的假说,使生物进化论进入现代科学行列。但是,这一学说的实验性工作基本上限于种内进化小进化领域,对于种间进化基本上未超出类推的范围。同时对一些比较复杂的进化问题:如新结构、新器官的形成;生物适应性的起源;变异产生的原因问题;分子水平上的恒速进化现象;生物进化中出现的大爆炸、大绝灭等问题,还不能做出有说服力的解释。

很显然,偶然和外在条件肯定说明不了进化的核心问题,而必然和内在条件是进化的主要因素。

三、 现代综合进化论或新达尔文主义进化论

进入20世纪70年代,以杜布赞斯基《进化过程的遗传学》一书的发表为标志,在原来综合理论的基础上,出现了现代达尔文主义的新综合理论(MSE,Modern Synthetic theory of Evolution;MES,Modern Evolutionary Synthesis; https://en.wikipedia.org/wiki/Modern_evolutionary_synthesis)或新达尔文主义进化论。新综合进化理论着重分子水平的综合理论,其成就主要表现在对进化的选择机制的研究方面,它回答了原来的综合理论难以解答的问题。

1,基因突变、染色体畸变和通过有性杂交实现的基因重组合是生物进化的原材料。

2,进化的基本单位是群体而不是个体;进化是由于群体中基因频率发生了重大的变化。

3,自然选择决定进化的方向;生物对环境的适应性是长期自然选择的结果。

4,隔离导致新种的形成;长期的地理隔离常使一个种群分成许多亚种,亚种在各自不同的环境条件下进一步发生变异就可能出现生殖隔离,形成新种。

在现代综合进化论看来,自然选择是连接物种基因库和环境的纽带。基因的突变是偶然因素,与环境没有必然的联系;而选择是反偶然的因素,它自动地调节突变和环境的相互关系,把偶然性纳入必然的轨道,由此产生了适应和上升的进化。从这个意义上说,自然选择不仅起过筛的作用,而且在物种形成中有创造性的意义。

进入21世纪这个新达尔文主义进化论出现了回暖趋势。2008年3-4月第45卷第2期,美国《社会科学与现代社会》期刊推出以《新达尔文主义与对它的不满》为主题共八篇文章的专栏讨论;2008年5月,美国《西北大学编年史》第18卷第9期也推出长篇文章《达尔文主义:生物学的帝国主义》,指出”达尔文主义统治了学术和媒体”;此外,美国西北大学从2008年4月开始举行了为期4个月的”达尔文时代的设计:从威廉-莫里斯到弗兰克-劳埃德-赖特”文化艺术系列讲座。2008年6月,美国《人性:一种跨学科的生物社会学视角》期刊第19卷第2期推出三位新达尔文主义者合著的长篇文章《对文化进化论的五大误解》。种种迹象表明,随着时代的发展,达尔文主义呈现出各种各样的版本,新达尔文主义作为版本之一正逐渐升温。新旧达尔文主义的最新版本内部也是门派纷争、阵营林立。

从原始达尔文进化论发展到新达尔文主义成为进化论主流的历史进程中,一直面临着各种反对意见与争论。直到今天仍然无法结束争论。达尔文进化理论外衣经过了大约新鲜的50年的达尔文主义第一个阶段,又经历了大约依旧50年现代达尔文主义第二阶段,缝缝补补又50年之后现代综合进化论成为了新达尔文主义阶段,已经补丁加补丁,成为了千层旧袈裟。

四、智能化的进化论

有创新的进化理论已经看到了进化的本质:进化是一种智能行为,进化就是在学习新的经验,智能进化是生物生存的更健康的手段。一种观点认为,结合生态和进化的趋势,可以统一进化与学习的假设。这意味着进化可以表现出一些相同的智能行为,如学习系统,包括神经网络。学习理论使我们能够在进化的时间过程中,以智能的方式表明如何改变自己的进化过程。智能决定生物必须作出明智的选择,智能选择成就了高级生命。

1,进化过程提供了足够的随机变化和提供增量选择,以显示了生物的适应性。

2,增量的适应性表现出的系统智能行为与学习的假设相同。

3,随着知识的积累,学习使它更聪明,生物进化减少了盲目,生物表现出的预期目标。

沃森说类比可以用来传递学习模型之间的具体模式和选择形式,其结果解决了几个重要的进化之谜。但这些仍然只是外在表现形式,其内部的、核心的、本质的机制仍然不清楚。

注:关于这个“生命起源”的问题是进化出来的还是智能设计出来的,这是进化论与神创论的关键战役。“智能设计”在这里的意思是:所有的生命,包括人类,是最高智能设计的。地球上生命的当前状态是一个“智能设计”的结果。所以,智能进化论与“智能设计”学说是完全不同。我们这里不讨论带有神学色彩的智能设计理论。(https://en.wikipedia.org/wiki/intelligent_design)

我们的创新智能进化理论:物理世界产生生命,生命的种子从物理世界的简单性出发,从最底层开始智能进化,其关键是智能选择。因为选择需要智慧,宇宙物质的底层结构已经具有智能的种子,所以自然能够发展出智能系统与生命。亦即:生命具有智慧。于是我们总结出生物智能的产生机制,生物智能的表现形式和发展机制形成了创新智能进化理论。要点:

1智能选择的基础是智能,所有物种都具有智能。

2智能选择的载体的整个物种种群,而不是个体。

3智能选择的目标是寻求不朽,保持永恒的生命。

4一个物种智力的最高智能选择机制是其内部自我调节与对外部环境的自适应改变的双向选择机制。

5 DNA是一种保持生物不变性的机制。

虽然环境有突变,但DNA突变的概率很小,它有一个非常强大的突变修复机制。生命遗传物质的(T,G,A,C)表达,成为生物表达的通用语言,进而生物系统成为形式上的智能系统。所以,只有以物种为载体的智能进化,才能保持种群的永生和不变性。

我们将采用智能进化的公理化学说:

1,生物物种都期望不死、永生、永恒与不朽

2,通过DNA保持物种的完整性和稳定性

3,生物有主动追求完美、完善和发展,才有智能进化。

4,生物的智能与意识的发展,决定生物存在与发展的目标与意义。

采用公理化的目标体系,智能进化更有目的性。因此,自然选择与智能选择这种差异是非常大的,有如天地之间的差距。

五、讨论

科学探索是一种人类社会化的活动,它尽量以客观的标准来检验各种理论,但是否真正有客观的标准,这是值得怀疑的。因为,任何社会活动,都会带有时代的烙印、人为的因素和特定的社会标杆旗帜,这就是一种社会偏见的建构过程。然而,如果科学的最终目标是描述自然,那么人类的偏见就不可能永远当作科学的本质。

宗教是一种特定人群的社会偏见,是在特定的历史条件下产生的超越科学的信仰,但以某种宗教形式保留下来了,并且不允许改变。而正常情况下,科学的社会偏见,存在自我修正机制,当证据已不再可以解释偏离现实的情况下,这样的科学范式就应该改变。但是,如果社会的意识形态将科学理论固定为某个不能改变的模式,那么,这样的社会偏见,就改变了科学的本质,使之成为宗教性的偏见和因循守旧的固定范式。科技创新原则上不仅是纠正科学理论本身的错误,还要挑战原有的社会偏见,并战胜固有的偏见。因此,创新是艰难的,其艰难程度与创新程度有很大的相关性。有人总结创新遇到的阻力与创新程度成正比。

条条道路通罗马,如果没有目标、没有方向地随机的行走,在理论上,遍历全世界所有的都市,你总是可以到达罗马这个地方的。但是你要活的足够长,你有足够的本钱漫无目的游荡。而智能选择,就是根据环境和地理知识,你要判断你的方位和你的目的地之间差距,随时调整你的方向和选择合适的道路,使自己在尽可能短的时间和尽可能少走弯路的情况下,去实现自己的目标。没有智能你会走很多弯路,有智能你就少走弯路。当城市的个数增加到相当大的数量是,其路径复杂性问题指数增长。

我们的创新智能进化理论,后面的工作要解决以下四个问题。

(一)、表明新旧达尔文主义进化论的核心机制的缺陷,而生物进化的真正的内生机制是智能进化机制。

(二)、什么是智慧和意识?关于生命力的产生。

(三)、连接生命力与物理定律。

(四)、统一物理和生命力与语言学原理。

我们更加强调,生命进化的底层原因与动力:需要基础物质的准备、需要有结构化的、有效的形式(线粒体、叶绿素)、需要有合理的物质能量信息交换的动力学方式、最后指向生命物质的目的性很强,表明其内在的智能体的目的性与智能是驱动生命进化的主要因素。

参考文献:

1.https://en.wikipedia.org/wiki/universal_darwinism

2.https://evodevouniverse.com/wiki/

cosmological_natural_selection_(fecund_universes)

3.https://en.wikipedia.org/wiki/meme

4.https://tienzengong.wordpress.com/2014/10/11/intelligent-evolution/

5.https://tienzengong.wordpress.com/2016/04/20/deaths-of-two-gods/

6.https://en.wikipedia.org/wiki/Modern_evolutionary_synthesis

7.https://en.wikipedia.org/wiki/intelligent_design

8.http://www.linkedin.com/pulse/生命物理和数学定律的回顾-jeh-tween-gong?trk=mp-reader-card

9. 谢平. 2016. 进化理论之审读与重塑.北京:科学出版社

(电子版下载地址:http://wetland.ihb.cas.cn/lwycbw/qt/)

10.科学网—揭开遗传密码子的起源之谜 – 谢平的博文  http://blog.sciencenet.cn/blog-1475614-926687.html

作者:谢平,研究员,中国科学院水生生物研究所(xieping@ihb.ac.cn)

注:2018年2月22日看到谢平的四因进化学说,有一定道理。加此参考文献。

因我的科学网博客账号于2016年3月5日被封,以后很少再去科学网。

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