認識論概要/生命與心靈的起源與演化

維納斯的誕生，阿道夫·希爾米-希爾施爾

自然選擇下的演化

自然選擇下的演化理論基於三個原理

• 生物將遺傳特徵傳遞給後代。

• 後代傳遞的特徵與從父母遺傳的特徵之間的小差異是隨機出現的。

• 生物為了獲得生存所需的資源而相互競爭。

這三個原理足以解釋所有生命形式的演化 (達爾文 1859)。

每一代都會探索新的遺傳可能性，這些可能性與前一代探索的可能性略有不同。如果一個生物具有在與同類的競爭中有利的遺傳特徵，它必然會有更多的後代，這些後代在生存鬥爭中也會得到有利的條件。另一方面，不利的遺傳特徵很少被傳遞或根本不被傳遞，傳遞這些特徵的譜系最終會消失。因此，自然選擇對生命形式的演化施加了壓力，這種壓力會導致對生存的渴望增加。它保留了那些最有助於生存的遺傳特徵，而讓其他特徵消失。

自然選擇下的演化理論可以應用於許多領域。原則上，它可以用來解決任何問題。只需研究解決方案的可能性世代。每一代都是從前一代透過隨機引入微小的變化並選擇那些對問題反應最好或最不糟糕的個體而得到的。這就是遺傳演算法的方法。即使透過嘗試、錯誤和成功的學習也與自然選擇下的演化非常相似。探索機會。我們消除那些導致我們犯錯的機會，並保留那些讓我們成功的機會。我們透過一點一點地修改我們學到的東西，透過演化那些幫助我們生存的東西，並放棄其餘的東西來取得進步。

遺傳的分子

達爾文和他的繼任者沒有解釋遺傳的存在，為什麼狗不會生貓，他們只能觀察到它。基因的存在，神秘地由父母傳遞給後代，被假設來解釋這些觀察，但我們不知道它們是什麼，也不知道它們如何決定傳遞的特徵。

基因主要是 DNA 分子 (艾弗裡、麥克勞德和麥卡錫 1944，沃森和克里克 1953)。父母透過將它們沉積在卵子中，將它們傳遞給後代。但分子如何攜帶遺傳特徵呢？

DNA 分子就像其他分子，RNA 和蛋白質的建築藍圖。蛋白質既是所有器官的組成部分，也是使所有其他分子構建成為可能的工具，生物必須產生這些分子才能生存、生長和繁殖。此外，DNA 分子是自我複製的，也就是說，它可以作為構建自身精確複製品的藍圖。因此，DNA 分子使構建生物必須產生的所有分子成為可能。要了解它們如何決定遺傳特徵，必須瞭解蛋白質如何決定器官發育和行為。

原始海洋中生命的自發產生

自然選擇理論解釋了生命如何從原始生命形式進化而來。但是這些生命形式從哪裡來呢？

最可能的答案是，生命在原始海洋中自發出現。

自催化網路

為了生長和繁殖，必須能夠自食其力，也就是說，從環境中獲取用作構建材料的分子，來構建身體的所有分子，DNA、RNA、蛋白質和其他物質。生物體的分子不斷地被複制，以實現生長或替換降解的分子。

從生化角度來看，生物體是一個自催化網路，即一個能夠催化自身分子產生的分子系統。如果一個分子在反應中不被消耗，並且它的存在對於反應的發生是必要的，或者如果它加速了在沒有它的情況下非常慢的反應，那麼它就會催化一個化學反應。DNA 是 DNA 和 RNA 合成反應的催化劑。RNA 是蛋白質、DNA 和 RNA 合成的催化劑。一些蛋白質是 DNA、RNA、其他蛋白質和身體構建的所有分子的合成催化劑。除了 DNA、RNA 和蛋白質之外，生物體還可以利用它們在環境中發現的任何催化劑，或者它們可以自行產生。

一旦化學反應網路足夠複雜和密集，自催化網路就會自發出現，也就是說，許多分子能夠催化許多反應 (考夫曼 1993, 1995)。原始海洋是鹽水和有機分子的混合物。當一個分子以碳原子結構為基礎時，它是有機的。生物體的多數分子是有機的。碳原子是所有原子中可以與其他原子形成最多化學鍵的原子。這就是為什麼有機分子非常多、非常多樣並且通常非常活潑的原因。我們幾乎可以用有機分子做任何事情。它們具有各種形狀，適用於所有用途。因此，在原始海洋中，化學反應網路是複雜而密集的。許多有機分子可以相互反應並催化許多反應。因此，自催化網路可以自發出現。

兩親性分子和囊泡

要生存，生物體必須擁有皮膚或細胞膜，將內部與外部隔開。肥皂水的物理性質足以解釋膜的自發出現。肥皂水含有兩親分子，即長形分子，其中一端親水，另一端疏水。如果分子“更喜歡”處於水中而不是油中，即它在水中比在油中自發地濃縮更多，則該分子為親水性。在相反的情況下，它疏水或親脂。當兩親分子溶解在水中時，它們會自發地形成許多結構，這些結構可能非常複雜。特別是，它們可以形成雙層，摺疊成囊泡。雙層就像浸沒在水中的牆，它的兩面由親水端組成，疏水端聚集在牆內。囊泡是一個充滿水的、浸沒在水中的小袋子，其膜是雙層。

雙層。圓圈是親水端。波浪線是疏水端。

囊泡

生物體的細胞是非常複雜的囊泡。它們的膜本質上是雙層，但比肥皂水中的囊泡膜複雜得多。細胞內部特別是與外部非常不同，而透過搖動肥皂水形成的囊泡則不是這樣。

最初的生物細胞

就像今天海洋中的泡沫一樣容易，在原始海洋中可以形成很多囊泡。這種囊泡可以成為自催化反應的場所是相當合理的。如果它的膜允許進入大分子複製所需的那些小分子，那麼我們僅僅透過物理和化學定律的作用就獲得了能夠進食和生長的生物。當然囊泡並不總是有這種能力，但如果它們數量足夠多，並且足夠多樣化，那麼這樣的事件並非完全不可能。

對於一個細胞來說，能夠生長還不夠，它還必須能夠自我複製。我們可以假設一個足夠大的囊泡可以將其自身分裂成更小的囊泡，或者讓突起脫離。

如果一個囊泡能夠生長、進食和繁殖，分裂或形成突起，那麼它就是一個原始生物。它擁有生物體的基本屬性，即在適當的環境中繁殖的能力。然後我們可以假設這樣的囊泡是今天存在的所有生物體的祖先。

DNA 的起源

最初的自催化網路並不像今天的那些網路那樣複雜，後者基於 DNA、核糖體、遺傳密碼和蛋白質的極其複雜的機制。但是原始生物能夠進化。它們的自催化網路可以透過加入新的分子來改變，這些分子異常被吸收。這些變化是可遺傳的，因為一旦一個分子被整合到一個自催化網路中，它就能夠繁殖。自然選擇進化的條件因此結合在一起：隨機的可遺傳變異和種群內對資源獲取的競爭。最成功的原始細胞是那些繁殖最好的細胞，它們往往主導種群。然後我們可以假設這些原始生物已經進化。它們的基本自催化技術已經發展到接近完美的程度，即 DNA 複製和蛋白質製造技術，這些技術已經被所有生物體擁有了數十億年。

如何知道這個理論是否正確？

我們無法回到過去去看原始海洋是如何存在的以及它是如何演化的。但我們可以找到間接的證據。過去在現在留下了痕跡。如果我們擁有合適的工具，無論是理論上的還是觀察性的，我們都可以從現在推斷過去。例如，今天的自催化技術（DNA 及其同類）已經像化石一樣存在了數十億年，因為它們沒有進化，或者進化很少。因此，它們向我們提供了關於遙遠過去的的資訊。透過將這些資訊與其他資訊結合起來，我們有望進一步追溯到更遙遠的過去。對生物前化學的實驗室實驗可以提供有價值的資訊。

生命在宇宙中是家常便飯

這種自然發生理論導致了對物質和生命的統一視角。生命的出現和進化被認為是宇宙動力學的必然結果。只要滿足了適當的條件（有機分子在液態水中含量豐富，這意味著溫度合適），物質就會表現出其產生生命的潛力。用比喻的方式，我們可以用考夫曼 (1995) 的話來說，生物體在宇宙中是安居樂業的，因為物質就像滋養我們的生命的地球。

合作比競爭更基本

生命依賴於所有分子之間的合作，更普遍地說是生物體所有部分之間的合作。當各部分停止為整體的儲存而工作時，生命就會消失。各部分之所以有生命，是因為它們是活生生的整體的一部分。一隻手如果與身體分離，就不再是手。如果將亞里士多德的原則應用於分子生物學，即生物體的所有部分都透過其他所有部分而使之充滿活力，那麼我們就可以精確地定義自催化網路。

生物體經常相互競爭，但是這種競爭如果首先不存在生物體內部的合作就不會存在。生存鬥爭是系統之間的競爭，而這些系統必須在內部合作。獲勝者是那些合作最好的系統。自然選擇保留了最好的合作形式。當物質製造自我保護系統時，它自發地發現了物質所能發明的最佳方法。

生物體往往不是競爭，而是有興趣在彼此之間尋求合作，無論是在同種成員之間還是在不同種成員之間。同樣，自然選擇有利於那些合作最好的生物體。

生命的無限包容

自然選擇有時被認為是一種消除所有不理想事物的過程，就好像必須成為最佳才能有生存權一樣。但這是一個錯誤。自然選擇允許任何事物生存，無論它是否理想。生命的進化不是對最佳事物的追求，而是一種對生命所有可能性的探索。它揭示了一切可能出現的事物，它對什麼應該存在或不應該存在沒有任何偏見。所有生命形式從一開始就被歡迎。自然選擇允許弱點和缺陷存活。它甚至要求它們的出現，因為隨機的新事物向各個方向發展，有時是有利的，有時是不利的，因為弱點有時也是力量。一個遺傳性狀是否有利或不利取決於許多可能變化的具體情況。這就是為什麼不可能定義一個單一的最佳狀態。

自然比我們寬容得多。當我們說存在的東西不值得存在時，自然總是說相反的話，因為它讓存在的東西存在。從我們的角度來看，自然不是因為不寬容而犯錯，而是因為過於寬容。它讓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現，因為微生物是活著的——以及所有讓我們感到恐懼的事物。

我們之所以存在，是因為自然允許我們存在。這並不光彩，因為它甚至允許瘟疫存在。我們希望至少比瘟疫好一點。瘟疫無法比現在更好，因為它無法思考，但我們可以。

心靈的起源

生命始於分子、自催化網路和它們可以構建的單細胞生物之間的合作。它繼續與多細胞生物、活細胞之間的合作，以及隨之而來的生物體所有器官之間的合作。它仍然繼續與生物體之間的合作。

意識和意志也是生命體內的一種合作形式。沒有意志的生物會任憑環境擺佈。如果環境迫使其產生相互矛盾的慾望，它內在的矛盾只會讓它痛苦，甚至死亡。意識的意志，也就是大腦中一個集中的管理機構，它在一定程度上保持了內部的一致性，這是一種新型合作的出現，就好像身體的所有部分都能夠就共同目標達成一致。正如一個智慧的國家能夠增強人類社會的力量一樣，意識的意志也增強了生命的活力，因為它使生物各個部分之間的合作成為可能。

由於自然選擇促進了內部合作，所以意識的意志在生物擁有實現它的條件後就出現了並進化，也就是說，當它們的腦部足夠複雜以發展出一個集中的管理機構時。