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严家祺
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《前哨》文章:关于“目的环境”的进化论

“自然选择”的进化论和“目的环境”的进化论


两大“进化论”的统一


——兼谈我为什么写《普遍进化论》


香港《前哨》月刊2009-12


严家祺


“思想世界”中的“麦哲伦式的航行”


   2006年9月14日,哈佛大学教授E•O•Wilson到纽约42街和5大道交叉的图书馆演讲,我与保延昭先生 (Grumman 航空航天公司國際部中國部前主任) 一起去听讲,这是我第一次见到他。早在北京时,我就读过他有关“社会生物学”的著作。E•O•Wilson是“社会生物学”这一学科的创始人。从这一天开始,我就着手开始写《普遍进化论》一书。
   
   (图1) E•O•Wilson(右)和严家祺,
   摄于2006-9-14,当时,E•O•Wilson
   坐着,严家祺因没有坐凳子,只得用手
   撑着桌子照相
   《普遍进化论》的主要思想并不是“社会生物学”。E•O•威尔逊(Edward O.Wilson)在1998年出版了《论契合——知识的统合》一书。他主张把自然科学、社会科学和人文学科契合起来,他说:“研究人类的状况是自然科学最重要的前沿。反之,自然科学所揭示出的物质世界又是社会科学和人文学科最重要的前沿。可以将契合论点概括如下:两个前沿是相同的。”现在,在自然科学、社会科学和人文学科各个领域之间,存在着许许多多“空隙”。E•O•威尔逊说,他写《论契合》一书就是进行“空隙分析”,如“基因和文化进化”、“思维的物质基础”、“伦理和宗教的深层次起源”都是“空隙”。威尔逊认为,如果自然科学、社会科学和人文学科可以“契合”起来,那么,填补空隙将成为一次麦哲伦式的航行。在1998年威尔逊出版《论契合》时,他认为十年左右就可以发现契合的世界观到底是“麦哲伦式的航行”,还是走向无尽大海的探险。
   我在2006年见了E•O•Wilson後,开始了“思想世界”的一次“麦哲伦式的航行”。现在,纽约明镜出版社出版了我历时三年完成的《普遍进化论》,可以说,我没有迷失在无边无际的大海中,而完成了“思想世界”中的一次“麦哲伦式的环球航行”。
   
   (图2) 2009年11月纽约明镜出版社出版的
   《普遍进化论》封面
   

从“自然选择”到“人工选择”


   谈“进化论”当然离不开达尔文,今年是达尔文《物种起源》出版150周年。在这本书中,达尔文提出了物种通过“自然选择”进化的理论。达尔文在《物种起源》中說,物种不是不变的,“自然选择”是“物种”发生变异的最重要的途径。达尔文的“自然选择”是相对于“人工选择”來說的。《物种起源》的第一章《家养状况下的变异》,談的就是“人工选择”。达尔文說,“在积累连续的微小变异方面,人类通过选择的力量是何等之大”, 但“人工选择”只能作用于外在的和可见的性状,而“自然选择”不同,“自然能对各种内部器官、各种微细的体质差异以及生命的整个机构发生作用。”
   达尔文写下这些話150年後的今天,情况发生了根本的变化。今天,“人工选择”已不限于“家养状况下的变异”,而能有目的地通过“重组DNA技术”和“基因工程技术”做“自然选择”所做的事,“人工选择”也“能对各种内部器官、各种微细的体质差异以及生命的整个机构发生作用。”在今后,人类可以按照预定的“目的”,精密设计“目的环境”,用人工的方法,制造出各种各样的新物种來。《普遍进化论》是在“基因工程技术”新发展的今天的“进化论”,是“目的环境”加速进化的理论,也是“自然选择”进化论和“目的环境”进化论统一的理论。

什么是“目的环境”


    我们生活中使用杯子、瓶子、锅和各种容器,已经习以为常。殊不知,地球上有这些容器,是地球46亿年历史上最近的现象。如果把地球46亿年看作一年,地球在1月1日0時誕生,那么,可以說,3月初才出現生命, 11月中旬,是“寒武紀生命大爆發”時代。12月1日前后,海洋中魚類大量產生。12月14日至26日,在兩周時間內,地球是恐龍的世界。12月26日下午8時11分,發生恐龍滅絕事件。直到12月31日,除夕之夜,我們人類才出現,地球上出现“玻璃杯”是在12月31日晚上59分59秒後的事。
   對一切生物和非生物 “個體”來說,廣義的環境概念可分爲“自然環境”和“目的環境”。自然界中的化合物是不同物質原子分子在“自然環境”中偶然或隨機相遇形成的。人爲的化學反應則是人有“目的”地制造“人工環境”的過程,这种有“目的”地制造出来的“人工環境”可以称为“目的环境”。 1952年,當米勒(Stanley L•Miller)在實驗室內用人工方法合成氨基酸時,當他把甲烷,氨,和氢混合在一起,放在一個密閉的容器中時,米勒就創造了一個“目的環境”。這一“目的環境”還包括米勒對密閉的容器反復放電過程。對甲烷分子來說,氨,氢分子的存在和電能就是環境。對氨分子來說,甲烷,氢分子和電能就是環境。人爲的化學反應是有“目的”地創造新的環境----“目的環境”的過程。所以,化学实验是人类为“分子”设计、创造的特殊环境的過程,而生物工程则是为生物大分子、为基因、为细胞设计、创造“目的环境”的工程。
   

“人”是“目的环境”条件下的“催化剂”


   當不同“個體”聚集在同一空間中時,不同“個體”就互爲環境。嚴格地說,“個體”与“環境”幷無绝對界限。在一個空間中,愈有“個體化”特徵的“個體”就會与其它缺乏“個體化” 特徵的“個體”區别開來,後者就成爲前者的環境。漫天的大雪、起伏的山地,汹涌的波浪,连绵的云彩缺乏“個體化”特徵,通常被視爲環境。不同的礦床、不同的山脈、不同的洋流,不同的颶風有明顯的“個體化” 特徵,可以被視爲“個體”。 由于礦床、山脈、洋流、颶風、病毒、細菌、各種物種的生物,有明顯的“個體化” 特徵,人們才会探討它們的起源問題。無生命的礦床的形成,需要一定的環境。前生命的物質---如核酸和類病毒的形成,也需要一定的環境。有生命的物質---原核细胞和真核细胞的形成,同樣需要一定的環境。在地球46億年的歷史上,要讓一些甲烷分子,氨分子,氢分子偶然或隨機相聚在一起,在有閃電的情况下,形成氨基酸分子,也許经歷了十餘億年漫長的時間。用人工的方法合成氨基酸,可以在短時間內完成。“人”制造“目的環境”大大加速了“自然環境”中的氨基酸分子形成過程,“人”這一因素起了“催化作用”。
   

“化学合成”和“目的环境”


   生物学中“生物进化”与“环境变化”的关系,有类似于“矿床形成”、“有机物的形成”、“复杂碳基大分子的形成”与“环境变化”关系的地方,不同之处是,矿物等无生命物质无须与外界进行能量交换,而生物需要不断地与外界进行能量交换,生物的环境是动态的。对某一种物种的生物來說,“自然环境”并不一定适合它生长,生物依靠一代又一代的繁殖、依靠随机发生的和形成“生命耗散结构”的突变來适应环境,从而,造成生物的进化。当地球上产生了“人”以后,“人”只要完全按照适合某一种物种的生物萌发、生长的“自然環境”的严格要求,就可以“设计”出 特定的“目的环境”來。当按照“设计”去制造或建造特定的“目的環境”后,“人”就可以在短時間內使某种生物完成“自然環境”中億萬年按照“随机试错法”和形成“生命耗散结构”的突变而发生的进化的過程。当然,错误的设计不能达到目的。通过几次、几十次“有目的”的“改进试错法”,修改设计方案,这就大大地缩短了“无目的”的“随机试错法” 和 形成“生命耗散结构”的时间。
   

“人造生命”的三个条件


   二十世紀以來,人們用化學合成方法,制造出了數以千萬種地球上從來沒有的化合物。化學合成方法事實上是爲多種化合物創造“目的環境”的過程。意大利威尼斯Protolife公司马克•贝多(Mark Bedau)說,创造“人造生命”,需要有三个条件,第一,要有培育“人造生命”的“容器”,即细胞膜,允许“人造生命”的细胞膜筛选出對生命有用的分子,爲细胞分裂提供营养。第二,要有一个基因系统,以控制细胞的功能,使细胞能根据外界环境的变化而复制和变异。第三,要有一个新陈代谢系统,以从外界环境中吸收营养,提供生命所需的能量。这三个条件实际上就是爲“人造生命”设定一个“目的環境”。有一定環境就可以制造一定物質,環境及環境的改變可以按“目的”设計。所以,人類在地球上的出現,不僅能制造工具,建造房厦,而且能創造“目的環境”,利用物質的本性,讓不同物質的分子在“目的環境”條件下自行生成特定的化合物、高分子物质、形形色色的生物大分子物質。
   2007年12月,美国马里兰州“人造染色体公司”凡特(J•Craig Venter)宣布,該公司已在实验室中制造出“全球第一个人造染色体”,“含有微生物维持生命和繁殖所需的所有指令”。现在已能把“天然染色体”植入一个细胞內产生新的活细胞,不要很久,人们将能在实验室中用“人造染色体” 植入一个细胞內制造出新的活细胞、并进一步制造出自然界中从未有过的“人造物种”來。在不遠的未來,人類也能利用基因科技在嬰兒誕生前,設計嬰兒的長相、體質以及性格、氣質、智力的先天部分。
   
   
   (图3) 美国马里兰州“人造染色体公司”
   创办人J•Craig Venter
   
   

“目的环境”和“物种设计”


   地球上矿物的形成是无机界的进化现象,是一种自然的进化过程;人类的冶金、提炼、筛选过程是有“目的”的过程。前者在地球的自然环境中经过亿万年缓慢演化而成;后者在人的“目的环境”中快速形成人所需要的物质。化学实验中的“试管”和“容器”,化工、冶金、核工业生产中的“反应炉”、“蒸餾塔”、“高炉”、“核反应堆”都是人为地制造出来的“目的环境”。对生物个体來說,生物个体的“自然环境”可以分为“物理环境”和“活环境”。分子进化不受“活环境”影响,进化的速度按不同分子有不同的规律性。动物的进化明显受到“活环境”影响,“活环境”愈复杂,进化的速度愈快。在自然环境中,生物由“自然选择”提供的反馈,使一物种通过“迭代演化”的方式,不断改进自己的内部结构、形体和性状,与人类按照“目的环境”的要求,进行“物种设计”,使所设计的物种能够在“目的环境”中生存、繁衍,是同一回事,不过,进化速度不同罢了。人類通过基因工程和重组体DNA技术,打破物种界限,把不同种类生物的遗传物质组合在一起,就是创造“目的环境”。在“目的环境”中,按照预定的“目的”,人为地设计自然界中从来没有的新物种、新的生命体。“目的环境”是一种“人为环境”,设置特定的“目的环境”,就可以“人造”出特定的生物。在一定意义上,“物种起源”问题是“存在不存在适合特定物种的环境”的问题,“物种进化”问题是“自然环境”和“活环境”的进化问题以及“目的环境”的选择问题。

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