認識論概要/生命和精神的起源與演化

維納斯的誕生，阿道夫·希爾米-希爾施爾

自然選擇演化

自然選擇演化理論基於三個原則

• 生物將遺傳特徵傳遞給後代。

• 後代遺傳特徵與父母遺傳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競爭。

這三個原則足以解釋所有生命形式的演化（達爾文 1859）。

每一代都探索著比上一代略有不同的新的遺傳可能性。如果一個生物具有有利於它與同類競爭的遺傳特徵，它必然會產生更多的後代，這些後代在生存鬥爭中也會得到有利條件。另一方面，不利遺傳特徵很少或根本不會傳遞，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，這會導致對生存的渴望增加。它保留了最有利於生存的遺傳特徵，並讓其他特徵消失。

自然選擇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。只需研究幾代可能的解決方案。每一代都是從前一代透過隨機引入微小的變化並選擇最符合或最不符合問題的變化來獲得的。這就是遺傳演算法的方法。即使透過嘗試、錯誤和成功來學習也與自然選擇演化非常相似。機會被探索。我們剔除那些導致我們犯錯的機會，並保留那些使我們成功的機會。我們透過不斷修改我們所學到的東西，透過演化幫助我們生存的東西，並放棄其他東西，從而不斷進步。

遺傳的分子

達爾文及其繼任者並沒有解釋遺傳的存在，為什麼狗不會生貓，他們只能觀察到這種現象。為了解釋這些觀察結果，人們假設了基因的存在，這些基因以神秘的方式從父母傳遞給後代，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、麥克萊奧德和麥卡錫 1944 年，沃森和克里克 1953 年）。父母透過將基因沉積在卵子中將其傳遞給後代。但分子如何攜帶遺傳特徵呢？

一個 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，又是使生物體能夠構建所有其他分子以生存、生長和繁殖的工具。此外，DNA 分子可以自我複製，也就是說，它可以作為構建自身精確副本的藍圖。因此，DNA 分子可以構建所有生物體必須產生的分子。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演化而來。但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，必須能夠自養，也就是說從環境中獲取作為構建材料用於構建體內所有分子的分子，包括 DNA、RNA、蛋白質和其他分子。生物體內的分子會不斷增殖，用於生長或替代降解的分子。

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生產的分子系統。如果一個分子不被反應消耗，並且它的存在對於反應的發生是必要的，或者如果它加速了反應在它不存在的情況下非常緩慢，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的催化劑。除了 DNA、RNA 和蛋白質外，生物體還可以利用其環境中發現的任何催化劑，或者它們可以自己產生。

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，許多分子能夠催化大量反應（考夫曼 1993 年，1995 年）。原始海洋是鹽水和有機分子的混合物。當一個分子在碳原子結構上構建時，它就是有機分子。大多數生物體的分子都是有機分子。碳原子是所有原子中能夠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如此之多，種類繁多，並且往往非常活躍。我們可以用有機分子做幾乎所有事情。它們形狀各異，用途廣泛。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，自催化網路可能自發出現。

兩親分子和囊泡

生命的存在需要皮膚或膜，將內部與外部隔開。肥皂水的物理性質足以解釋膜的自然形成。肥皂水中含有兩親性分子，即長形分子，一端親水，另一端疏水。如果分子“更喜歡”在水中而不是在油中，即它在水中比在油中更容易自發地聚集，那麼它就是親水的。在相反的情況下，它是疏水的或親脂的。當兩親性分子溶解在水中時，它們會自發地形成許多可能非常複雜的結構。特別是，它們可以形成摺疊成囊泡的雙層結構。雙層結構就像浸沒在水中的牆壁，其兩側由親水端組成，疏水端聚集在牆壁內部。囊泡是一個充滿水的袋子，浸沒在水中，其膜是雙層結構。

雙層結構。圓圈是親水端。波浪線是疏水。

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結構，但比肥皂水中囊泡的膜複雜得多。特別是細胞的內部與外部非常不同，而由搖動肥皂水形成的囊泡並非如此。

第一個活細胞

在原始海洋中，可以像今天的海水泡沫一樣容易地形成許多囊泡。這樣的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繁殖所需的微小分子，那麼我們僅僅透過物理和化學定律的運作，就獲得了能夠進食和生長的有機體。當然，囊泡並不總是具有這種能力，但如果它們數量足夠多，並且足夠多樣化，那麼這種事件並不完全不可能。

對於一個細胞來說，僅僅能夠生長是不夠的，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分裂成更小的囊泡，或者讓突起從它身上長出來。

如果一個囊泡能夠生長，進食和繁殖，分裂或形成從它身上長出的突起，那麼它就是一個原始的生物。它具有生物體的基本屬性，即在適當的環境中繁殖的能力。因此，我們可以假設這種囊泡是今天所有生物體的祖先。

DNA 的起源

第一個自催化網路不像今天基於 DNA、核糖體、遺傳密碼和蛋白質的複雜機器那樣複雜。但原始生物能夠進化。它們的自催化網路可以透過整合新的分子來改變，這些分子被異常吸收。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，它就能夠複製。因此，自然選擇進化的條件得以實現：隨機的可遺傳變異和種群內部對資源的競爭。最成功的原始細胞是那些繁殖最好的細胞，它們傾向於在種群中占主導地位。然後我們可以假設這些原始生物進化了。它們原始的自催化技術已經完善到接近完美的地步，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，理論和觀察性的，我們就可以從現在推斷過去。例如，今天的自催化技術（DNA 和其他）已經像化石一樣存在了數十億年，因為它們沒有進化，或者很少進化。因此，它們向我們提供有關非常遙遠過去的的資訊。透過將這些資訊與其他資訊結合起來，我們可以希望回到更遙遠的過去。對生命起源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

這種自發產生的理論導致了對物質和生命的統一認識。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，這需要適當的溫度），物質就會表現出產生生命的潛力。用比喻的方式，我們可以用 Kauffman（1995）的話說，生物體可以在宇宙中感到賓至如歸，因為物質就像賦予我們生命的滋養大地。

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，依賴於有機體所有部分之間的合作。當各個部分停止為其整體的儲存而運作時，生命就會消失。各個部分之所以活著，是因為它們是活著的整體的一部分。如果一隻手與身體分離，它就不再是一隻手了。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使其他所有部分活躍，並且被其他所有部分啟用，那麼我們就可以準確地定義自催化網路。

生物體之間經常相互競爭，但如果沒有一開始的有機體內部的合作，這種競爭就不可能存在。生存鬥爭是必須在內部合作的系統之間的競爭。獲勝者是那些最能合作的人。自然選擇保留了最佳的合作形式。它自發地發現了物質在製造自我保護系統時能夠創造的最好的東西。

生物體與其說競爭，不如說經常有興趣在彼此之間尋求合作，無論是同種生物成員之間，還是不同物種成員之間。這裡，自然選擇再次有利於那些最能合作的人。

生命的無限寬容

自然選擇有時被認為是一種消除所有非最佳事物的方式，就好像必須是最好的才能有存在的權利一樣。但這是一種錯誤。自然選擇允許任何能夠生存的東西生存，無論它是否是最優的。生命的進化不是對最好的追求，而是對生命所有可能性的探索。它揭示了所有可能出現的東西，它對應該存在或不應該存在的事物沒有偏見。所有生命形式都是先驗歡迎的。自然選擇讓弱點和缺陷繼續存在。它甚至要求它們的出現，因為隨機的新事物會朝著所有方向發展，有時是有利的，有時是不利的，而且因為弱點有時也是力量。遺傳特徵是否有利或不利取決於許多可能變化的環境。這就是為什麼永遠不可能定義單一的最佳狀態。

大自然比我們更寬容。當我們說存在的東西不值得存在時，大自然總是說相反的話，因為它讓存在的東西繼續存在。從我們的角度來看，大自然不是因為不寬容而犯錯，而是因為過度寬容。它讓所有想要生存的東西生存，只要它能夠生存，即使是瘟疫和所有流行病——流行病是生命的一種自然表現，因為微生物是活著的——以及所有讓我們感到恐懼的東西。

我們之所以存在，是因為大自然允許我們存在。這並不令人滿意，因為它甚至允許瘟疫存在。我們希望至少比瘟疫好一點。瘟疫不能比現在更好，因為它不能思考，但我們可以。

心靈的起源

生命始於分子、自催化網路和單細胞生物之間的合作，它們可以構建單細胞生物。它繼續存在於多細胞生物、活細胞之間的合作，以及隨之而來的所有生物器官之間的合作。它仍然繼續存在於生物體之間的合作。

意識和意志也是生命體內部的一種合作形式。一個沒有意志的生物體將被交付給環境。如果其環境迫使它走向不相容的願望，其內部矛盾只會讓它痛苦，甚至死亡。有意識的意志，即大腦中的一個集中管理機構，它能強加最低限度的內部一致性，是一種新的合作形式的出現，就好像身體的所有部分都能就共同目標達成一致。正如一個英明的國家可以增強人類社會的力量一樣，有意識的意志增強了生命的活力，因為它使生命體各部分之間的合作成為可能。

由於自然選擇促進了內部合作，有意識的意志一齣現就進化了，只要生物體有使其出現的手段，也就是說，只要它們的大腦足夠複雜，可以發展出集中管理機構。