认识论概要/生命与心灵的起源与演化

维纳斯的诞生，阿道夫·希尔米-希尔施尔

自然选择下的演化

自然选择下的演化理论基于三个原理

• 生物将遗传特征传递给后代。

• 后代传递的特征与从父母遗传的特征之间的小差异是随机出现的。

• 生物为了获得生存所需的资源而相互竞争。

这三个原理足以解释所有生命形式的演化 (达尔文 1859)。

每一代都会探索新的遗传可能性，这些可能性与前一代探索的可能性略有不同。如果一个生物具有在与同类的竞争中有利的遗传特征，它必然会有更多的后代，这些后代在生存斗争中也会得到有利的条件。另一方面，不利的遗传特征很少被传递或根本不被传递，传递这些特征的谱系最终会消失。因此，自然选择对生命形式的演化施加了压力，这种压力会导致对生存的渴望增加。它保留了那些最有助于生存的遗传特征，而让其他特征消失。

自然选择下的演化理论可以应用于许多领域。原则上，它可以用来解决任何问题。只需研究解决方案的可能性世代。每一代都是从前一代通过随机引入微小的变化并选择那些对问题反应最好或最不糟糕的个体而得到的。这就是遗传算法的方法。即使通过尝试、错误和成功的学习也与自然选择下的演化非常相似。探索机会。我们消除那些导致我们犯错的机会，并保留那些让我们成功的机会。我们通过一点一点地修改我们学到的东西，通过演化那些帮助我们生存的东西，并放弃其余的东西来取得进步。

遗传的分子

达尔文和他的继任者没有解释遗传的存在，为什么狗不会生猫，他们只能观察到它。基因的存在，神秘地由父母传递给后代，被假设来解释这些观察，但我们不知道它们是什么，也不知道它们如何决定传递的特征。

基因主要是 DNA 分子 (艾弗里、麦克劳德和麦卡锡 1944，沃森和克里克 1953)。父母通过将它们沉积在卵子中，将它们传递给后代。但分子如何携带遗传特征呢？

DNA 分子就像其他分子，RNA 和蛋白质的建筑蓝图。蛋白质既是所有器官的组成部分，也是使所有其他分子构建成为可能的工具，生物必须产生这些分子才能生存、生长和繁殖。此外，DNA 分子是自我复制的，也就是说，它可以作为构建自身精确复制品的蓝图。因此，DNA 分子使构建生物必须产生的所有分子成为可能。要了解它们如何决定遗传特征，必须了解蛋白质如何决定器官发育和行为。

原始海洋中生命的自发产生

自然选择理论解释了生命如何从原始生命形式进化而来。但是这些生命形式从哪里来呢？

最可能的答案是，生命在原始海洋中自发出现。

自催化网络

为了生长和繁殖，必须能够自食其力，也就是说，从环境中获取用作构建材料的分子，来构建身体的所有分子，DNA、RNA、蛋白质和其他物质。生物体的分子不断地被复制，以实现生长或替换降解的分子。

从生化角度来看，生物体是一个自催化网络，即一个能够催化自身分子产生的分子系统。如果一个分子在反应中不被消耗，并且它的存在对于反应的发生是必要的，或者如果它加速了在没有它的情况下非常慢的反应，那么它就会催化一个化学反应。DNA 是 DNA 和 RNA 合成反应的催化剂。RNA 是蛋白质、DNA 和 RNA 合成的催化剂。一些蛋白质是 DNA、RNA、其他蛋白质和身体构建的所有分子的合成催化剂。除了 DNA、RNA 和蛋白质之外，生物体还可以利用它们在环境中发现的任何催化剂，或者它们可以自行产生。

一旦化学反应网络足够复杂和密集，自催化网络就会自发出现，也就是说，许多分子能够催化许多反应 (考夫曼 1993, 1995)。原始海洋是盐水和有机分子的混合物。当一个分子以碳原子结构为基础时，它是有机的。生物体的多数分子是有机的。碳原子是所有原子中可以与其他原子形成最多化学键的原子。这就是为什么有机分子非常多、非常多样并且通常非常活泼的原因。我们几乎可以用有机分子做任何事情。它们具有各种形状，适用于所有用途。因此，在原始海洋中，化学反应网络是复杂而密集的。许多有机分子可以相互反应并催化许多反应。因此，自催化网络可以自发出现。

两亲性分子和囊泡

要生存，生物体必须拥有皮肤或细胞膜，将内部与外部隔开。肥皂水的物理性质足以解释膜的自发出现。肥皂水含有两亲分子，即长形分子，其中一端亲水，另一端疏水。如果分子“更喜欢”处于水中而不是油中，即它在水中比在油中自发地浓缩更多，则该分子为亲水性。在相反的情况下，它疏水或亲脂。当两亲分子溶解在水中时，它们会自发地形成许多结构，这些结构可能非常复杂。特别是，它们可以形成双层，折叠成囊泡。双层就像浸没在水中的墙，它的两面由亲水端组成，疏水端聚集在墙内。囊泡是一个充满水的、浸没在水中的小袋子，其膜是双层。

双层。圆圈是亲水端。波浪线是疏水端。

囊泡

生物体的细胞是非常复杂的囊泡。它们的膜本质上是双层，但比肥皂水中的囊泡膜复杂得多。细胞内部特别是与外部非常不同，而通过摇动肥皂水形成的囊泡则不是这样。

最初的生物细胞

就像今天海洋中的泡沫一样容易，在原始海洋中可以形成很多囊泡。这种囊泡可以成为自催化反应的场所是相当合理的。如果它的膜允许进入大分子复制所需的那些小分子，那么我们仅仅通过物理和化学定律的作用就获得了能够进食和生长的生物。当然囊泡并不总是有这种能力，但如果它们数量足够多，并且足够多样化，那么这样的事件并非完全不可能。

对于一个细胞来说，能够生长还不够，它还必须能够自我复制。我们可以假设一个足够大的囊泡可以将其自身分裂成更小的囊泡，或者让突起脱离。

如果一个囊泡能够生长、进食和繁殖，分裂或形成突起，那么它就是一个原始生物。它拥有生物体的基本属性，即在适当的环境中繁殖的能力。然后我们可以假设这样的囊泡是今天存在的所有生物体的祖先。

DNA 的起源

最初的自催化网络并不像今天的那些网络那样复杂，后者基于 DNA、核糖体、遗传密码和蛋白质的极其复杂的机制。但是原始生物能够进化。它们的自催化网络可以通过加入新的分子来改变，这些分子异常被吸收。这些变化是可遗传的，因为一旦一个分子被整合到一个自催化网络中，它就能够繁殖。自然选择进化的条件因此结合在一起：随机的可遗传变异和种群内对资源获取的竞争。最成功的原始细胞是那些繁殖最好的细胞，它们往往主导种群。然后我们可以假设这些原始生物已经进化。它们的基本自催化技术已经发展到接近完美的程度，即 DNA 复制和蛋白质制造技术，这些技术已经被所有生物体拥有了数十亿年。

如何知道这个理论是否正确？

我们无法回到过去去看原始海洋是如何存在的以及它是如何演化的。但我们可以找到间接的证据。过去在现在留下了痕迹。如果我们拥有合适的工具，无论是理论上的还是观察性的，我们都可以从现在推断过去。例如，今天的自催化技术（DNA 及其同类）已经像化石一样存在了数十亿年，因为它们没有进化，或者进化很少。因此，它们向我们提供了关于遥远过去的的信息。通过将这些信息与其他信息结合起来，我们有望进一步追溯到更遥远的过去。对生物前化学的实验室实验可以提供有价值的信息。

生命在宇宙中是家常便饭

这种自然发生理论导致了对物质和生命的统一视角。生命的出现和进化被认为是宇宙动力学的必然结果。只要满足了适当的条件（有机分子在液态水中含量丰富，这意味着温度合适），物质就会表现出其产生生命的潜力。用比喻的方式，我们可以用考夫曼 (1995) 的话来说，生物体在宇宙中是安居乐业的，因为物质就像滋养我们的生命的地球。

合作比竞争更基本

生命依赖于所有分子之间的合作，更普遍地说是生物体所有部分之间的合作。当各部分停止为整体的保存而工作时，生命就会消失。各部分之所以有生命，是因为它们是活生生的整体的一部分。一只手如果与身体分离，就不再是手。如果将亚里士多德的原则应用于分子生物学，即生物体的所有部分都通过其他所有部分而使之充满活力，那么我们就可以精确地定义自催化网络。

生物体经常相互竞争，但是这种竞争如果首先不存在生物体内部的合作就不会存在。生存斗争是系统之间的竞争，而这些系统必须在内部合作。获胜者是那些合作最好的系统。自然选择保留了最好的合作形式。当物质制造自我保护系统时，它自发地发现了物质所能发明的最佳方法。

生物体往往不是竞争，而是有兴趣在彼此之间寻求合作，无论是在同种成员之间还是在不同种成员之间。同样，自然选择有利于那些合作最好的生物体。

生命的无限包容

自然选择有时被认为是一种消除所有不理想事物的过程，就好像必须成为最佳才能有生存权一样。但这是一个错误。自然选择允许任何事物生存，无论它是否理想。生命的进化不是对最佳事物的追求，而是一种对生命所有可能性的探索。它揭示了一切可能出现的事物，它对什么应该存在或不应该存在没有任何偏见。所有生命形式从一开始就被欢迎。自然选择允许弱点和缺陷存活。它甚至要求它们的出现，因为随机的新事物向各个方向发展，有时是有利的，有时是不利的，因为弱点有时也是力量。一个遗传性状是否有利或不利取决于许多可能变化的具体情况。这就是为什么不可能定义一个单一的最佳状态。

自然比我们宽容得多。当我们说存在的东西不值得存在时，自然总是说相反的话，因为它让存在的东西存在。从我们的角度来看，自然不是因为不宽容而犯错，而是因为过于宽容。它让所有想要生存的事物生存，只要它恰好生存，甚至包括瘟疫和所有流行病——流行病是生命的自然表现，因为微生物是活着的——以及所有让我们感到恐惧的事物。

我们之所以存在，是因为自然允许我们存在。这并不光彩，因为它甚至允许瘟疫存在。我们希望至少比瘟疫好一点。瘟疫无法比现在更好，因为它无法思考，但我们可以。

心灵的起源

生命始于分子、自催化网络和它们可以构建的单细胞生物之间的合作。它继续与多细胞生物、活细胞之间的合作，以及随之而来的生物体所有器官之间的合作。它仍然继续与生物体之间的合作。

意识和意志也是生命体内的一种合作形式。没有意志的生物会任凭环境摆布。如果环境迫使其产生相互矛盾的欲望，它内在的矛盾只会让它痛苦，甚至死亡。意识的意志，也就是大脑中一个集中的管理机构，它在一定程度上保持了内部的一致性，这是一种新型合作的出现，就好像身体的所有部分都能够就共同目标达成一致。正如一个智慧的国家能够增强人类社会的力量一样，意识的意志也增强了生命的活力，因为它使生物各个部分之间的合作成为可能。

由于自然选择促进了内部合作，所以意识的意志在生物拥有实现它的条件后就出现了并进化，也就是说，当它们的脑部足够复杂以发展出一个集中的管理机构时。