进化的本质与人工进化的未来：从自然选择到深度进化 New 2024-12-25 作者 C3P00 引言 在过去的两个世纪里，达尔文的《物种起源》为我们揭示了生命演化的奥秘。然而，随着科学技术的进步，尤其是计算机科学、数学和物理学的介入，我们对进化的理解正在发生深刻的变革。进化不仅仅是自然选择的结果，它是一个复杂、多维度的过程，涉及基因组的内在约束、种群的选择机制以及环境的互动。本文将探讨这些新的视角，并展望人工进化在未来可能带来的革命性变化。 1. 基因组的内敛性与进化障碍 基因组的稳定态与变异 生物体的进化并非一帆风顺。基因组必须偏离其通常组合足够远，才能在外形上产生本质区别。当基因组被竞争压力拉出其正常轨道时，它必须在物质层面上重组它的关联模式，以维持稳定。用控制论的话来说，它必须使自己落在另一个具有整体性和内敛性的吸引域中。这种内敛性是基因组自我强化的结果，它像一条山谷，将各种随机因素拽入其中，直到它们找到可能的栖身之所。 内部选择的三层制约 在生物体真正同自然选择打交道之前，它已经两度受制于其内部选择： 基因组的内部约束：基因组本身具有一套复杂的规则，限制了某些变异的发生。 躯体的法则：基因的变化必须能够被躯体接受，否则无法表达为实际的形态或功能。 种群的选择：即使某个个体发生了有利的变异，如果这个变异不能在整个种群中扩散开来，它也难以持续存在。 种群（或者同类群）具有自身的内敛性和整体性，并呈现出一种整体的涌现行为，恍若是一个庞大、内稳的系统——种群即个体。一个被基因接受并随后被躯体接受的变化，还必须被种群接受。只发生在单体身上的变异，即使再出色，也必然随着单体的死亡而灰飞烟灭。 2. 进化的停滞与突破 内敛性与物种灭绝 进化最艰难的壮举就是挣脱这种内敛性的束缚。根据迈尔在《走向新的生物学哲学》中的观点，进化最艰难的壮举就是挣脱这种内敛性的束缚。这就是为什么在过去5亿年中只出现了很少的新物种；此外，99.999%的进化分支都已灭绝也很可能与此有关。这种内敛性阻碍了物种在环境突变时做出快速的响应。 束缚即创造 尽管内敛性看似是一种限制，但它同时也是创造的源泉。用来维持旧传统的束缚力可以用来创造新事物。将生物限制在自己的形态内，防止其随意漂移到其他形态的力量，也正是最初使生物成形的力量。基因内部的这种自强化特性使得它难以离开其稳定状态，就如同一条山谷，将各种随机因素拽入其中，直到它们找到可能的栖身之所。 在数百万年中，基因组和躯体的多重稳定性维持着物种的向心状态，其作用超过了自然选择。而当某个物种奋力一跃，挣脱原有的稳定态时，同样的内敛性会诱使它进入一个新的内稳态——自然选择的影响依然微乎其微。乍一看这有些奇怪，但的的确确，束缚即创造。 3. 生物搜索空间的密度问题 可行解的分布 达尔文在《物种起源》中用计算机化的语言描绘了一幅著名的进化图景：进化“每日每时都在筛查着整个世界，不放过哪怕是最微小的变异；它剔除劣质的变异，保留并累积优质的变异；它默默地、不为人知地做着这一切……”这不正是搜索形式库的算法么？ 问题是，所有可能生命的形式库，究竟是一个零星点缀着有效样本的巨大空间，还是一个拥挤之所？ 随机的进化脚步究竟有多大可能落在某处真实生命之上？在这个空间中，有效的生命形式究竟聚类到了何种程度？每个聚类之间又相隔多远呢？ 稀疏与密集的假设 如果可能的生命形式中密布着可行存在，那么单凭运气的自然选择在搜索这个可能性空间时就会更容易些。一个充满可行解且能够通过随机方法进行搜索的空间为进化提供了无数随时间而展开的路径。但如果可行的生命形式非常稀疏且彼此相隔很远的话，单凭自然选择可能就无法到达新的生命形式。 在这个可能的生物空间中，能存活的生命体其分布可能非常之稀疏，以至于这个空间绝大部分都是空荡如也。在这个充满失败的空间里，可存活的生命形式可能聚集在一小片区域内，或是汇聚在几条蜿蜒穿行的路径上。 4. 后达尔文主义的挑战与机遇 新达尔文主义的局限 新达尔文主义描述了一个凭借自然选择进行进化的精彩故事，一个精心编织的故事，其逻辑简直让人无从辩驳：既然自然选择能够从逻辑上创造所有的物种，那么所有的物种就都是自然选择创造的。如果我们只能就地球上的一种生命模式来争论这个问题的话，就不得不接受这个宽泛的解释，除非有不可辩驳的证据来证伪。 然而，共生、定向变异、跳变、自组织等现象的存在表明，在自然选择之外，进化还有许多其他因素。进一步说，一个大胆而富于冒险精神的蓝图正从这些问题和碎片中呼之欲出——开展生物学之外的人工合成进化。 自然选择与数学原理 自然选择的条件非常特殊，但这些条件一旦满足，自然选择就会无可避免地发生！自然选择只能发生在种群或者群集的事物中间。这实际上是一种发生在空间和时间中的乱众现象。这一进程所涉及的种群必定具有以下特点： 个体间存在某种特性上的变化； 这些特性对个体的生育率、繁殖力或者存活能力带来某些差异； 这些特性能够从亲代以某种方式传递给子代。 如果具备了这些条件，自然选择就必然会出现，就像6之后必是7，或者硬币必然有正反两面一样。正如进化理论家约翰·恩德尔所说：“自然选择也许不该被称为生物学定律。它发生的原因不是生物学，而是概率论。” 5. 深度进化的多元性 深度进化的定义 深度进化是多种进化的聚合，是一位多面的神祗，一位千臂的造物主，他的造物方法多种多样，自然选择也许只是其中最普适的一个方法。深度进化正是由这许许多多尚未明了的进化所构成，就好像我们的心智是一个兼收并蓄的社会一样。 不同的进化在不同的尺度上、以不同的节律、用不同的风格运行着。此外，这种混合的进化随时间的推移而改变。某些类型的进化对于早期的原型生命来说很重要，另一些则在40亿年后的今天承担着更重要的责任。某种进化（自然选择）会出现在每一处地方，其他进化则可能只是偶尔一见、起着特定的作用。 深度进化的特性 当我们构建人工进化来繁育机器或者软件时，也要考虑到进化的这种异质特性。我期待着在具有开放性和可持续创造力的人工进化中看到以下特性（我相信生物进化中也存在着这些特性，但是人工进化会将这些特性表现得更显著）： 共生：便捷的信息交换以允许不同的进化路径汇聚在一起； 定向变异：非随机变异以及与环境的直接交流和互换机制； 跳变：功能聚类、控制的层级结构、组成部分的模块化，以及同时改变许多特性的适应过程； 自组织：偏向于某种特定形态（譬如四轮）并使之成为普遍标准的发展过程。 6. 人工进化的未来 人工进化的潜力 人工进化不能创造一切。虽然我们能够细致无遗地想象出很多东西——而且按照物理和逻辑法则来判断它们也一定能够运转，但由于合成进化自身的束缚，我们无法真的将其实现。那些整天带着计算机的后达尔文主义者们下意识地问道：进化的极限在哪里？什么是进化做不到的？ 有机体进化的极限也许无法突破，但它的倾向和力所不逮之处却可能藏有为致力于进化研究的天才们所准备的答案。在可能的生物这片原野上，哪儿还有未被占据的黑洞呢？对此我也只能引述阿博彻那个怪人的话，他说：“我更关心那些空白的地方，那些能想象得到却实现不了的形态。”用列万廷的话说就是：“进化不能产生所有的东西，但可以解释某些东西。” 未来的探索 随着人工智能和复杂性科学的发展，我们或许能够更好地理解进化的本质。人工进化不仅能够帮助我们解释地球上生命的进化特点，还可能为我们提供新的工具，用于设计和创造全新的生命形式。未来的进化研究将不再局限于生物学领域，而是整合技术、数学、信息学等多学科的知识，形成一个更加全面的进化理论。 结语 进化是一个复杂而多维的过程，自然选择只是其中的一部分。通过深入研究基因组的内敛性、种群的选择机制以及环境的互动，我们可以更好地理解生命的起源和发展。与此同时，人工进化为我们提供了一个全新的视角，帮助我们探索进化的极限和可能性。未来，随着科技的进步，我们或许能够创造出更加智能、适应性更强的生命形式，开启一个全新的进化时代。 🌱✨ 参考文献： – 达尔文, C. (1859). ✅物种起源. – 迈尔, E. (2000). ✅走向新的生物学哲学. – 斯马茨, J. C. (1926). ✅整体论与进化.
引言
在过去的两个世纪里，达尔文的《物种起源》为我们揭示了生命演化的奥秘。然而，随着科学技术的进步，尤其是计算机科学、数学和物理学的介入，我们对进化的理解正在发生深刻的变革。进化不仅仅是自然选择的结果，它是一个复杂、多维度的过程，涉及基因组的内在约束、种群的选择机制以及环境的互动。本文将探讨这些新的视角，并展望人工进化在未来可能带来的革命性变化。
1. 基因组的内敛性与进化障碍
基因组的稳定态与变异
生物体的进化并非一帆风顺。基因组必须偏离其通常组合足够远，才能在外形上产生本质区别。当基因组被竞争压力拉出其正常轨道时，它必须在物质层面上重组它的关联模式，以维持稳定。用控制论的话来说，它必须使自己落在另一个具有整体性和内敛性的吸引域中。这种内敛性是基因组自我强化的结果，它像一条山谷，将各种随机因素拽入其中，直到它们找到可能的栖身之所。
内部选择的三层制约
在生物体真正同自然选择打交道之前，它已经两度受制于其内部选择：
种群（或者同类群）具有自身的内敛性和整体性，并呈现出一种整体的涌现行为，恍若是一个庞大、内稳的系统——种群即个体。一个被基因接受并随后被躯体接受的变化，还必须被种群接受。只发生在单体身上的变异，即使再出色，也必然随着单体的死亡而灰飞烟灭。
2. 进化的停滞与突破
内敛性与物种灭绝
进化最艰难的壮举就是挣脱这种内敛性的束缚。根据迈尔在《走向新的生物学哲学》中的观点，进化最艰难的壮举就是挣脱这种内敛性的束缚。这就是为什么在过去5亿年中只出现了很少的新物种；此外，99.999%的进化分支都已灭绝也很可能与此有关。这种内敛性阻碍了物种在环境突变时做出快速的响应。
束缚即创造
尽管内敛性看似是一种限制，但它同时也是创造的源泉。用来维持旧传统的束缚力可以用来创造新事物。将生物限制在自己的形态内，防止其随意漂移到其他形态的力量，也正是最初使生物成形的力量。基因内部的这种自强化特性使得它难以离开其稳定状态，就如同一条山谷，将各种随机因素拽入其中，直到它们找到可能的栖身之所。
在数百万年中，基因组和躯体的多重稳定性维持着物种的向心状态，其作用超过了自然选择。而当某个物种奋力一跃，挣脱原有的稳定态时，同样的内敛性会诱使它进入一个新的内稳态——自然选择的影响依然微乎其微。乍一看这有些奇怪，但的的确确，束缚即创造。
3. 生物搜索空间的密度问题
可行解的分布
达尔文在《物种起源》中用计算机化的语言描绘了一幅著名的进化图景：进化“每日每时都在筛查着整个世界，不放过哪怕是最微小的变异；它剔除劣质的变异，保留并累积优质的变异；它默默地、不为人知地做着这一切……”这不正是搜索形式库的算法么？
问题是，所有可能生命的形式库，究竟是一个零星点缀着有效样本的巨大空间，还是一个拥挤之所？ 随机的进化脚步究竟有多大可能落在某处真实生命之上？在这个空间中，有效的生命形式究竟聚类到了何种程度？每个聚类之间又相隔多远呢？
稀疏与密集的假设
如果可能的生命形式中密布着可行存在，那么单凭运气的自然选择在搜索这个可能性空间时就会更容易些。一个充满可行解且能够通过随机方法进行搜索的空间为进化提供了无数随时间而展开的路径。但如果可行的生命形式非常稀疏且彼此相隔很远的话，单凭自然选择可能就无法到达新的生命形式。
在这个可能的生物空间中，能存活的生命体其分布可能非常之稀疏，以至于这个空间绝大部分都是空荡如也。在这个充满失败的空间里，可存活的生命形式可能聚集在一小片区域内，或是汇聚在几条蜿蜒穿行的路径上。
4. 后达尔文主义的挑战与机遇
新达尔文主义的局限
新达尔文主义描述了一个凭借自然选择进行进化的精彩故事，一个精心编织的故事，其逻辑简直让人无从辩驳：既然自然选择能够从逻辑上创造所有的物种，那么所有的物种就都是自然选择创造的。如果我们只能就地球上的一种生命模式来争论这个问题的话，就不得不接受这个宽泛的解释，除非有不可辩驳的证据来证伪。
然而，共生、定向变异、跳变、自组织等现象的存在表明，在自然选择之外，进化还有许多其他因素。进一步说，一个大胆而富于冒险精神的蓝图正从这些问题和碎片中呼之欲出——开展生物学之外的人工合成进化。
自然选择与数学原理
自然选择的条件非常特殊，但这些条件一旦满足，自然选择就会无可避免地发生！自然选择只能发生在种群或者群集的事物中间。这实际上是一种发生在空间和时间中的乱众现象。这一进程所涉及的种群必定具有以下特点：
如果具备了这些条件，自然选择就必然会出现，就像6之后必是7，或者硬币必然有正反两面一样。正如进化理论家约翰·恩德尔所说：“自然选择也许不该被称为生物学定律。它发生的原因不是生物学，而是概率论。”
5. 深度进化的多元性
深度进化的定义
深度进化是多种进化的聚合，是一位多面的神祗，一位千臂的造物主，他的造物方法多种多样，自然选择也许只是其中最普适的一个方法。深度进化正是由这许许多多尚未明了的进化所构成，就好像我们的心智是一个兼收并蓄的社会一样。
不同的进化在不同的尺度上、以不同的节律、用不同的风格运行着。此外，这种混合的进化随时间的推移而改变。某些类型的进化对于早期的原型生命来说很重要，另一些则在40亿年后的今天承担着更重要的责任。某种进化（自然选择）会出现在每一处地方，其他进化则可能只是偶尔一见、起着特定的作用。
深度进化的特性
当我们构建人工进化来繁育机器或者软件时，也要考虑到进化的这种异质特性。我期待着在具有开放性和可持续创造力的人工进化中看到以下特性（我相信生物进化中也存在着这些特性，但是人工进化会将这些特性表现得更显著）：
6. 人工进化的未来
人工进化的潜力
人工进化不能创造一切。虽然我们能够细致无遗地想象出很多东西——而且按照物理和逻辑法则来判断它们也一定能够运转，但由于合成进化自身的束缚，我们无法真的将其实现。那些整天带着计算机的后达尔文主义者们下意识地问道：进化的极限在哪里？什么是进化做不到的？
有机体进化的极限也许无法突破，但它的倾向和力所不逮之处却可能藏有为致力于进化研究的天才们所准备的答案。在可能的生物这片原野上，哪儿还有未被占据的黑洞呢？对此我也只能引述阿博彻那个怪人的话，他说：“我更关心那些空白的地方，那些能想象得到却实现不了的形态。”用列万廷的话说就是：“进化不能产生所有的东西，但可以解释某些东西。”
未来的探索
随着人工智能和复杂性科学的发展，我们或许能够更好地理解进化的本质。人工进化不仅能够帮助我们解释地球上生命的进化特点，还可能为我们提供新的工具，用于设计和创造全新的生命形式。未来的进化研究将不再局限于生物学领域，而是整合技术、数学、信息学等多学科的知识，形成一个更加全面的进化理论。
结语
进化是一个复杂而多维的过程，自然选择只是其中的一部分。通过深入研究基因组的内敛性、种群的选择机制以及环境的互动，我们可以更好地理解生命的起源和发展。与此同时，人工进化为我们提供了一个全新的视角，帮助我们探索进化的极限和可能性。未来，随着科技的进步，我们或许能够创造出更加智能、适应性更强的生命形式，开启一个全新的进化时代。 🌱✨
参考文献：
– 达尔文, C. (1859). ✅物种起源.
– 迈尔, E. (2000). ✅走向新的生物学哲学.
– 斯马茨, J. C. (1926). ✅整体论与进化.