认识论概要/生命和精神的起源与演化

维纳斯的诞生，阿道夫·希尔米-希尔施尔

自然选择演化

自然选择演化理论基于三个原则

• 生物将遗传特征传递给后代。

• 后代遗传特征与父母遗传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竞争。

这三个原则足以解释所有生命形式的演化（达尔文 1859）。

每一代都探索着比上一代略有不同的新的遗传可能性。如果一个生物具有有利于它与同类竞争的遗传特征，它必然会产生更多的后代，这些后代在生存斗争中也会得到有利条件。另一方面，不利遗传特征很少或根本不会传递，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，这会导致对生存的渴望增加。它保留了最有利于生存的遗传特征，并让其他特征消失。

自然选择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。只需研究几代可能的解决方案。每一代都是从前一代通过随机引入微小的变化并选择最符合或最不符合问题的变化来获得的。这就是遗传算法的方法。即使通过尝试、错误和成功来学习也与自然选择演化非常相似。机会被探索。我们剔除那些导致我们犯错的机会，并保留那些使我们成功的机会。我们通过不断修改我们所学到的东西，通过演化帮助我们生存的东西，并放弃其他东西，从而不断进步。

遗传的分子

达尔文及其继任者并没有解释遗传的存在，为什么狗不会生猫，他们只能观察到这种现象。为了解释这些观察结果，人们假设了基因的存在，这些基因以神秘的方式从父母传递给后代，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、麦克莱奥德和麦卡锡 1944 年，沃森和克里克 1953 年）。父母通过将基因沉积在卵子中将其传递给后代。但分子如何携带遗传特征呢？

一个 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，又是使生物体能够构建所有其他分子以生存、生长和繁殖的工具。此外，DNA 分子可以自我复制，也就是说，它可以作为构建自身精确副本的蓝图。因此，DNA 分子可以构建所有生物体必须产生的分子。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演化而来。但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，必须能够自养，也就是说从环境中获取作为构建材料用于构建体内所有分子的分子，包括 DNA、RNA、蛋白质和其他分子。生物体内的分子会不断增殖，用于生长或替代降解的分子。

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生产的分子系统。如果一个分子不被反应消耗，并且它的存在对于反应的发生是必要的，或者如果它加速了反应在它不存在的情况下非常缓慢，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的催化剂。除了 DNA、RNA 和蛋白质外，生物体还可以利用其环境中发现的任何催化剂，或者它们可以自己产生。

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，许多分子能够催化大量反应（考夫曼 1993 年，1995 年）。原始海洋是盐水和有机分子的混合物。当一个分子在碳原子结构上构建时，它就是有机分子。大多数生物体的分子都是有机分子。碳原子是所有原子中能够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如此之多，种类繁多，并且往往非常活跃。我们可以用有机分子做几乎所有事情。它们形状各异，用途广泛。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，自催化网络可能自发出现。

两亲分子和囊泡

生命的存在需要皮肤或膜，将内部与外部隔开。肥皂水的物理性质足以解释膜的自然形成。肥皂水中含有两亲性分子，即长形分子，一端亲水，另一端疏水。如果分子“更喜欢”在水中而不是在油中，即它在水中比在油中更容易自发地聚集，那么它就是亲水的。在相反的情况下，它是疏水的或亲脂的。当两亲性分子溶解在水中时，它们会自发地形成许多可能非常复杂的结构。特别是，它们可以形成折叠成囊泡的双层结构。双层结构就像浸没在水中的墙壁，其两侧由亲水端组成，疏水端聚集在墙壁内部。囊泡是一个充满水的袋子，浸没在水中，其膜是双层结构。

双层结构。圆圈是亲水端。波浪线是疏水。

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结构，但比肥皂水中囊泡的膜复杂得多。特别是细胞的内部与外部非常不同，而由摇动肥皂水形成的囊泡并非如此。

第一个活细胞

在原始海洋中，可以像今天的海水泡沫一样容易地形成许多囊泡。这样的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繁殖所需的微小分子，那么我们仅仅通过物理和化学定律的运作，就获得了能够进食和生长的有机体。当然，囊泡并不总是具有这种能力，但如果它们数量足够多，并且足够多样化，那么这种事件并不完全不可能。

对于一个细胞来说，仅仅能够生长是不够的，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分裂成更小的囊泡，或者让突起从它身上长出来。

如果一个囊泡能够生长，进食和繁殖，分裂或形成从它身上长出的突起，那么它就是一个原始的生物。它具有生物体的基本属性，即在适当的环境中繁殖的能力。因此，我们可以假设这种囊泡是今天所有生物体的祖先。

DNA 的起源

第一个自催化网络不像今天基于 DNA、核糖体、遗传密码和蛋白质的复杂机器那样复杂。但原始生物能够进化。它们的自催化网络可以通过整合新的分子来改变，这些分子被异常吸收。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，它就能够复制。因此，自然选择进化的条件得以实现：随机的可遗传变异和种群内部对资源的竞争。最成功的原始细胞是那些繁殖最好的细胞，它们倾向于在种群中占主导地位。然后我们可以假设这些原始生物进化了。它们原始的自催化技术已经完善到接近完美的地步，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，理论和观察性的，我们就可以从现在推断过去。例如，今天的自催化技术（DNA 和其他）已经像化石一样存在了数十亿年，因为它们没有进化，或者很少进化。因此，它们向我们提供有关非常遥远过去的的信息。通过将这些信息与其他信息结合起来，我们可以希望回到更遥远的过去。对生命起源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

这种自发产生的理论导致了对物质和生命的统一认识。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，这需要适当的温度），物质就会表现出产生生命的潜力。用比喻的方式，我们可以用 Kauffman（1995）的话说，生物体可以在宇宙中感到宾至如归，因为物质就像赋予我们生命的滋养大地。

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，依赖于有机体所有部分之间的合作。当各个部分停止为其整体的保存而运作时，生命就会消失。各个部分之所以活着，是因为它们是活着的整体的一部分。如果一只手与身体分离，它就不再是一只手了。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使其他所有部分活跃，并且被其他所有部分激活，那么我们就可以准确地定义自催化网络。

生物体之间经常相互竞争，但如果没有一开始的有机体内部的合作，这种竞争就不可能存在。生存斗争是必须在内部合作的系统之间的竞争。获胜者是那些最能合作的人。自然选择保留了最佳的合作形式。它自发地发现了物质在制造自我保护系统时能够创造的最好的东西。

生物体与其说竞争，不如说经常有兴趣在彼此之间寻求合作，无论是同种生物成员之间，还是不同物种成员之间。这里，自然选择再次有利于那些最能合作的人。

生命的无限宽容

自然选择有时被认为是一种消除所有非最佳事物的方式，就好像必须是最好的才能有存在的权利一样。但这是一种错误。自然选择允许任何能够生存的东西生存，无论它是否是最优的。生命的进化不是对最好的追求，而是对生命所有可能性的探索。它揭示了所有可能出现的东西，它对应该存在或不应该存在的事物没有偏见。所有生命形式都是先验欢迎的。自然选择让弱点和缺陷继续存在。它甚至要求它们的出现，因为随机的新事物会朝着所有方向发展，有时是有利的，有时是不利的，而且因为弱点有时也是力量。遗传特征是否有利或不利取决于许多可能变化的环境。这就是为什么永远不可能定义单一的最佳状态。

大自然比我们更宽容。当我们说存在的东西不值得存在时，大自然总是说相反的话，因为它让存在的东西继续存在。从我们的角度来看，大自然不是因为不宽容而犯错，而是因为过度宽容。它让所有想要生存的东西生存，只要它能够生存，即使是瘟疫和所有流行病——流行病是生命的一种自然表现，因为微生物是活着的——以及所有让我们感到恐惧的东西。

我们之所以存在，是因为大自然允许我们存在。这并不令人满意，因为它甚至允许瘟疫存在。我们希望至少比瘟疫好一点。瘟疫不能比现在更好，因为它不能思考，但我们可以。

心灵的起源

生命始于分子、自催化网络和单细胞生物之间的合作，它们可以构建单细胞生物。它继续存在于多细胞生物、活细胞之间的合作，以及随之而来的所有生物器官之间的合作。它仍然继续存在于生物体之间的合作。

意识和意志也是生命体内部的一种合作形式。一个没有意志的生物体将被交付给环境。如果其环境迫使它走向不兼容的愿望，其内部矛盾只会让它痛苦，甚至死亡。有意识的意志，即大脑中的一个集中管理机构，它能强加最低限度的内部一致性，是一种新的合作形式的出现，就好像身体的所有部分都能就共同目标达成一致。正如一个英明的国家可以增强人类社会的力量一样，有意识的意志增强了生命的活力，因为它使生命体各部分之间的合作成为可能。

由于自然选择促进了内部合作，有意识的意志一出现就进化了，只要生物体有使其出现的手段，也就是说，只要它们的大脑足够复杂，可以发展出集中管理机构。