物种起源 物种起源 9.0分

达尔文与无限猴子定理

思考的李

Ⅰ.书评正文 ——————————————分割线—————————————— 无限猴子定理指出:假设有无限只猴子在无限时间里随机打字,那么,它们能打出所有可能的文章。 在现实世界,既没有无限只猴子,也没有无限的时间,更没有无限空间去保留猴子们随意输入的所有结果。 因此,现实中的无限猴子定理更类似于:(依靠繁殖)数量众多近乎无限的猴子,在漫长近乎无限的时间里随机打字,每时每刻,它们输入的内容受到筛选和累积的双重作用——不符合筛选规则的内容被删除,符合筛选的内容留下并成为猴子继续随机输入的基础。随着这种随机输入、筛选、累积过程的不断深入,猴子们能够卓有成效地打出符合筛选要求的大量以至于近乎所有可能结果。 许多现实事物演变的背后似乎都暗藏着这种改良版无限猴子定理的力量,例如,生物演化与学术进步: 在生物演化中,DNA的复制性带来了数量繁多的生命,这些数量繁多的生命类似于数量众多的猴子;DNA复制的不完美性带来了生命间微小的差异,这些多种多样的随机差异近似于猴子们的随机输入;由于外部环境有限,生命体的随机变异同样受到筛选、累积的双重作用(自然选择)——不利于生存...

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Ⅰ.书评正文 ——————————————分割线—————————————— 无限猴子定理指出:假设有无限只猴子在无限时间里随机打字,那么,它们能打出所有可能的文章。 在现实世界,既没有无限只猴子,也没有无限的时间,更没有无限空间去保留猴子们随意输入的所有结果。 因此,现实中的无限猴子定理更类似于:(依靠繁殖)数量众多近乎无限的猴子,在漫长近乎无限的时间里随机打字,每时每刻,它们输入的内容受到筛选和累积的双重作用——不符合筛选规则的内容被删除,符合筛选的内容留下并成为猴子继续随机输入的基础。随着这种随机输入、筛选、累积过程的不断深入,猴子们能够卓有成效地打出符合筛选要求的大量以至于近乎所有可能结果。 许多现实事物演变的背后似乎都暗藏着这种改良版无限猴子定理的力量,例如,生物演化与学术进步: 在生物演化中,DNA的复制性带来了数量繁多的生命,这些数量繁多的生命类似于数量众多的猴子;DNA复制的不完美性带来了生命间微小的差异,这些多种多样的随机差异近似于猴子们的随机输入;由于外部环境有限,生命体的随机变异同样受到筛选、累积的双重作用(自然选择)——不利于生存(包括繁殖)的变异被淘汰,有利于生存(包括繁殖)的变异得到保存,并经遗传继续发展。随着随机变异、自然选择筛选、累积的不断进行,最终,与猴子们能够打出符合筛选要求的大量可能结果相似,生物也能演化出符合自然选择的多种匪夷所思、完善的表现形式。 例如,仅仅通过演化,蜜蜂就完美地建造出了最适合自然选择的消耗最少蜂蜡容纳最多蜂蜜的蜂房。 在学术进步中,拥有繁殖能力的人类近似于数量众多的猴子;他们提出的百花齐放的思想,则类似于猴子们的随机输入;由于真理的可检验性,人们提出的丰富想法同样受到筛选、累积的双重作用——不符合真理标准的思想被舍弃,符合真理要求的思想得以保存,并经后人学习思考继续发展。随着思想绽放、实践验证筛选、学习思考累积的不断递进,最终,也与猴子们能够打出符合筛选要求的近乎所有可能结果相似,人类也能够作出符合真理标准的多种惊世骇俗、严谨的理论篇章。 正如,仅仅经由学术进步,达尔文就创作出了符合真理要求的传世经典《物种起源》。 现实版无限猴子定理的力量不仅体现在它能够演化出完美的蜂房、经典的《物种起源》,它的可怕之处更在于,无论猴子们输入什么,最终结果早已注定;无论哪只猴子多么的天赋异禀,推进了多么海量的内容,对最终结果而言,多它一个不多,少它一个不少。即便没有这只猴子,终究也会有其他猴子输入同样的内容。 在《物种起源》一书中,发现自然选择规律的达尔文就曾猜测,即便没有蜜蜂,假以时日,正在演化的墨西哥蜂仍可能建造出同样完美的蜂房。 而对于达尔文本人来说,更是如此。他在1837年结束环球航行之后,带着收集的大量材料回到英国,开始潜心研究、创作和完善《物种起源》的内容。二十多年后,在达尔文仍在修订《物种起源》时,一个叫华莱士的年轻人给达尔文带来了巨大困扰。他在给达尔文的一封信中,比较系统地阐述了自己对物种起源的理解。这些理解不仅与达尔文的想法十分相似,甚至连使用的一些术语都与达尔文正在撰写的书目中的部分章节标题完全一致。最终,达尔文与华莱士联合宣布他们的发现,在1858年7月1日的林奈学会上,他们的论文被一同发表。换言之,即便没有达尔文,假以时日,华莱士也可能作出同样的学术篇章。在这里,并不是说达尔文的成就不够伟大,只是,事物演化的规律必然如此。 达尔文发现了与现实版无限猴子定理相差无几的物种演化规律,从此,人类关于生命道理的疑惑得以解答。然而,在随后的时间里,两个更加尖锐的问题开始凸显: 1.从演化规律看,无论猴子输入什么,结果早已注定。但从猴子的角度看,无论筛选规则是什么,演化规律都给不了它们希望输入内容的答案。因此,即便达尔文发现了生命演化的规律,有关生命意义的解答,仍需我们每个人自己去追寻。 2.在发现演化规律后,上帝仍然未被“杀死”。演化之初,甚至演化之前,猴子、时间、空间、规则是被何以创造,又或是何以从无到有诞生。对于这个浩瀚世界的终极答案,我们仍一无所知。 ——————————————分割线—————————————— Ⅱ.本书精简笔记 一、人工选择的推论 1.未知的变异规则: 家养动物、栽培植物变种、亚种间具有显著的差异。 关于差异的产生原因,主要有两种猜测:1.外界环境的直接作用;2.习性的用进废退。 若将变异归因于环境直接作用,则无法解释,在完全相同的生活条件下,同一果实生出的树苗以及同一窝里下出的幼仔,有时候相互间差异极大;若将变异归因于习性的作用,则只能解释部分微小变化,无法解释更为显著的差异。 因此,达尔文认为,一些轻微变化可以归因于习性、生活条件的作用。除此之外,仍有重要的变异规则尚未明了。 2.重要多样的可遗传变异: 一些非常罕见的偏差,既出现于亲代,又重现于子代。这种显而易见的遗传返祖现象正是随后达尔文推理出人工选择、自然选择的基础。 “任何不遗传的变异,对于我们来说,皆无关紧要。但是,对于能够遗传的结构上的差异,则其无论是轻微的,或是在生理上相当重要的,它们的数量和多样性却都是无穷尽的”。 达尔文在此凸显了可遗传变异的重要性与多样性,为后文的推论埋下了伏笔。 3. 家养动物不可能都起源于不同祖先: 家养动物间的性状差异远大于自然条件下动物间的性状差异。 若假设造成此现象的原因在于人类家养动物具有强烈的遗传变异倾向,则未开化的人类根本无法知道动物的变异性并据此来做出选择,故此假设不能成立。 若假设造成此现象的原因在于人类的家养动物都是起源于不同的祖先物种,则按此假设,仅在欧洲一处,就应当至少生活着二十多个物种的野牛,二十几个物种的野绵羊,故此假设也不太可能。 若假设造成此现象的原因在于杂交导致,则根据试验的结果,杂交无法形成稳定的性状差异,故此假设也站不住阵脚。 综上所述,达尔文认为,家养动物不可能都起源于不同的祖先物种,造成它们间显著性状差异的原因仍待推敲。 4. 所有家养鸽种均起源于岩鸽与其地理亚种: 家鸽有短面翻飞鸽、英国信鸽、侏儒鸽、凸胸鸽、浮羽鸽、喇叭鸽、扇尾鸽等多个品种,每个品种间差异巨大。 博物学家认为这些鸽子都是从岩鸽传衍下来的。而且,关于这些鸽子的一些事实,也值得注意:岩鸽是石板青色的,尾部白色,尾端有一深色横带,翅膀上有两条黑带。一些半驯化了的品种和一些显然是真正的野生品种,翅上除有两条黑带之外,还分布着黑色的花斑。这几种斑、带,并不同时出现在全科的任何其他的鸽种身上。在任何一个家养品种里,只要是彻底驯养好了的鸽子,所有上述斑、带,甚至外尾羽的白边,均能发育完善。此外,这些鸽子两两均能产生能育杂种,杂种后代也很容易获得这些岩鸽的性状。 由于像信鸽、翻飞鸽、凸胸鸽和扇尾鸽这样差异巨大的不同动物,产生的杂种很难有能育的。由于人类不可能曾使七个或八个假定的鸽种,在家养状态下自由地繁殖,且全然未见于野生状态。 据此,达尔文推测,我们所有家养的鸽种都是从岩鸽及其地理亚种传衍下来的。 为支持上述观点,达尔文举出支持事例:第一,已发现野生岩鸽能在欧洲和印度被驯化,而且它们在习性和很多结构特点上,跟所有的家养品种一致。第二,虽然英国信鸽或短面翻飞鸽在某些性状上与岩鸽大相径庭,然而,把这些变种的几个亚品种加以比较,尤其是把从远方带来的亚品种加以比较的话,我们即可在结构差异的两极之间连成一条几近完整的系列。 5.同一物种的家养族群是由于人工选择导致性状分异: 在外界环境、习性无法解释同样起源于岩鸽的信鸽、翻飞鸽、凸胸鸽和扇尾鸽之间的巨大差异的情况下,达尔文作出假设:“差异产生的关键在于人类的积累选择的力量——自然给予了连续的变异,人类在对己有用的某些方向上积累了这些变异。” 人工选择完美地解释出了家养生物间显著差异的形成原因、家养动物性状差异远大于自然动物性状差异的现象原因以及同一物种下不同家养品种的形成过程。 为进一步支持人工选择的论点,达尔文举例如下:植物培育者每次栽培,都会清除掉那些偏离适当标准植株的种子;动物养殖者也是如此,不会粗心大意到允许最劣的动物去繁殖的地步;普通鹅莓在培育者选择栽培后,大小稳步增长;经过类似的选择过程并通过细心的训练,英国跑马的整个体格在速度和身材方面,都已超过了其祖先阿拉伯马;经由一系列无意识的选择,巴克利先生和伯吉斯先生所养的两群莱斯特绵羊已经差异巨大,以至于从它们的外貌上看,简直像极其不同的变种。 二、生存斗争 1.自然条件下,生存斗争无处不在: 在自然环境,所有生物都有着高速繁增的倾向。无数记录的实例表明,各种动物在自然状态下若遇上两三季有利的环境的话,其数目便会有惊人的增长。 大象被认为是生殖最慢的动物,按照它可能的最低自然增长速率“每对大象从三十岁开始生育,一直生育到九十岁,其间共计产出三对雌雄小象”做计算。则仅仅只需五百年的时间,大象的数量就能从雌雄一对增长到近一千五百万只。 自然环境资源有限,无法支撑按几何比率增加的动物个体。由于产生的个体数超过可能存活的个体数,故生存斗争必定无处不在,不是同种的此个体与彼个体之争,便是与异种的个体间作斗争,抑或与生活的环境条件作斗争。(此处表述的“生存斗争”具有广义与隐喻的意义。它包含着一生物对另一生物的依存关系,而且更重要的是,也包含着不仅是个体生命的维系,而且是其能否成功地传宗接代。) 2.复杂的生存斗争实例: 自然界充斥着环环相扣、层层交织的生存斗争。同一地方势必相互斗争的生物之间,其彼此消长以及相互关系,是何等的复杂与出乎所料。 例如,在斯代福特郡,同样性质的一片荒地,仅仅将其中的一部分打围、开垦,种上苏格兰冷杉,种植部分相对荒地就会产生极为显著的变化。不但种植部分植物的比例会完全改变,且有十二个不见于荒地的植物种类在种植区繁盛,甚至有六种未曾见于荒地的食虫鸟,开始在种植区内经常光顾。 又如,在一些村庄与小镇,仅仅是由于猫类数量相对城市更多,就会使得田鼠数量相对城市大幅减少,进而导致野蜂与野蜂窝数量相对城市大幅增多。 也如,在巴拉圭,当地的食虫鸟类通过捕食控制着蝇类的数量,而蝇类又通过在脐中产卵的方式抑制着牛、马的数量。因此,倘若巴拉圭的某些食虫的鸟类增加了,蝇类就会减少,牛、马便会呈野生状态成群结队地游荡。 3.同类型斗争通常最为激烈、高度多样性能支撑最大数量生物: 同种的不同个体、同属的不同物种在习性和体质方面,通常具有一些相似性,故当它们彼此间遭遇竞争时,它们之间的斗争,一般要比不同种的不同个体、不同属的不同物种之间的斗争更为激烈。 例如,把几个小麦变种播在一起,再把它们的种子混播在一起,其中最适于该地土壤或气候的、或者繁殖力最强的变种,便会战胜其他变种,产出更多的种子,结果不消几年,便会取代其他的变种而一枝独秀。 又如,近来一种燕子在美国一些地方扩展了,致使另一种燕子的数量减少。 也如,近来在苏格兰一些地方,檞鸫的增多,造成了歌鸫的减少。而在俄罗斯,自亚洲的小蟑螂入境后,到处驱逐同属的亚洲大蟑螂。 同样的道理,习性、体质方面差异巨大的不同类型生物,它们之间的斗争,一般要比同类型生物之间的斗争较为缓和,这就使得在自然界中,高度的构造多样性能支撑最大数量的生物。 例如,在一块土地上仅播种同一物种的草,而在另一块相似的土地上播种若干不同属的草的话,那么,后者便可以由此收获更多的干草。 也如,在两块同样大小的土地上,一块只播种一个小麦变种,而另一块则混杂地播种几个不同的小麦变种,那么,后者便能够由此收获更多的小麦。 三、自然选择 1.自然选择: 在自然环境,由于生存斗争的无处不在,任何物种个体的任何微小变异,倘若对该物种的个体有利,这一变异就会倾向于使得这个个体得以保存,随后这一变异通常会遗传给后代,其后代也因此有了更好的存活机会。 达尔文把这种自然条件下微小(倘若有用的)变异被保存累积的原理称为“自然选择”,以昭示它与人工选择的关系。并作出表述:“人类利用选择,确实能产生异乎寻常的结果,且能令各种生物适应于有益人类的各种用途。但是,自然选择的蓄势待发、随时行动的力量更加强大,它无比优越于人类微弱的努力,宛若天工之胜于雕琢。” 2.性选择: 性选择并不依赖于生存斗争,而是依赖于雄性之间为了占有雌性而进行的斗争,其结果并非是败者而亡,而是败者少留或不留后代。 性选择并不像自然选择那么严酷无情,一般情况下,胜利依靠的不是在自然选择中相当重要的体格强壮,而是雄性所独有的特种武器。无角的雄鹿或无腿距的公鸡,留下后代的机会便很少。性选择,通过总是让胜者得以繁殖,笃定赋予了雄性的特种特征。 达尔文相信,当任何动物的雌雄双方具有相同的一般生活习性,却有着不同的构造、颜色或装饰时,这些差异虽不能全部归因于性选择,但也主要是由性选择造成的。 3.性状分异: 自然选择保存对物种个体有利的微小变异,生存斗争同类竞争最为激烈,两者共同作用的结果即是性状分异——同类中变异更完善的生物会逐步淘汰掉完善程度较低的中间环节生物,最终导致留存的变异生物有着相对原物种巨大的性状差异。 譬如,假定有三个绵羊变种,一种适应于广大的山区,一种适应于比较狭小的丘陵,第三种适应于广阔的平原。由于平原、山区的生活环境更为宽广,变异的物种个体更多,自然选择在改善品种上要更快些,最终,改善更完善的平原、山地绵羊倾向于取代改善较少的丘陵绵羊。 四、自然选择的难点解答 1.过渡类型何以难见: 达尔文认为,过渡类型难见的原因主要有以下三点:一、一些现在连续的区域当年可能处于隔离状态,中间地带的缺失导致难以产生较为明显的过渡类型;二、当两个变种形成于一片连续地域的两个不同地方时,常会有一个适合生存于中间地带的中间变种形成,但出于性状分异,两个不同地方完善类型的产生通常使得中间地带的过渡类型趋于灭绝;三、地质记录的不完善,使得本来就难见的过渡类型生物其化石更加罕见。 2.完美的器官、特殊的习性何以产生: 完美的器官、特殊的习性,若是相信它们能够通过自然选择而形成的话,足以让任何人感到头晕目眩。然而,无论何种完美器官、特殊习性,只要我们了解了有一长串不同复杂性的各级过渡阶段、且每一阶段对生物本身皆有裨益的话,那么,在变化着的生活条件下,通过自然选择而获得任何可以想象到的完善程度,这在逻辑上并非是不可能的。 在完美器官方面,眼睛如何完善形成一直是一个难以解答的问题。然而,当我们放眼于节肢动物,我们就能发现一些过渡类型,譬如在某些甲壳类中,存在着双角膜,内面的一个分成很多小眼,在每一个小眼中有一个晶状体形状的隆起。在另一些甲壳类中,一些色素层包围着只有排除侧光束方能恰当工作的晶锥体。鉴于这些现生生物的数目与已灭绝类型的数目相比是如此的渺小,那么,就不难相信,自然选择能把一件被色素层包围着的和被透明膜遮盖着的一条视神经的简单装置,改变成为节肢动物的任何成员所具有的那么完善的视觉器官。 在特殊习性方面,许多难以解释的特殊习性背后,同样存在着明显的中间阶段实例。例如,在陆生食肉动物转变成水生习性动物方面,水貂正是一个鲜明的中间实例:水貂的脚生有蹼,它的毛皮、短腿以及尾巴的形状,都与水獭相似。水貂夏天入水依靠捕鱼为食,但在漫长的冬季,它便离开冰冻的水体,像其他臭鼬类一样,捕食鼠类及其他陆生生物。这种鲜明的中间阶段实例,同样让我们相信,特殊习性通过自然选择形成并非不太可能。 3.奇妙本能何以产生: 蜜蜂依靠本能建造的蜂房,构造精巧至极,达到了耗用最少蜂蜡,容纳最大可能蜂蜜的效果。要解释蜜蜂奇妙的筑巢本能是何以通过自然选择产生,同样十分困难。然而,若我们放眼于其他蜂类的相似本能,一切便会一目了然。 在极完善的蜜蜂筑巢本能与极简单的土蜂筑巢本能之间,有着正在完善的墨西哥蜂的筑巢本能。墨西哥蜂能营造几近规则的圆柱形蜡质蜂房,这些蜂房总是被建造成相互靠近的程度。在蜂房靠近得倾向于交叉的情况下,墨西哥蜂会将其间的蜡壁营造得完全平坦避免交插或穿通。当一个蜂房与其他三个蜂房相接时,由于其球形大小几近相等,故在此情形下,往往且必然是三个平面连成一个角锥体。由于相接蜂房之间的平面壁并不是双层,所以显然墨西哥蜂能采用这种营造方式省蜡。 达尔文猜想,倘若墨西哥蜂以某一特定的间距营造其球状蜂房,而且造成同样大小,并将其对称地排列成双层,那么,最终结构大概如同蜜蜂的蜂巢一样完美。达尔文将自己的这个想法致信于剑桥的几何学家米勒教授,米勒教授研究后告知达尔文他的这种猜想是完全正确的。因此,达尔文认为,由于倘若墨西哥蜂能把其蜂房造得比目前更为靠近些,并且在任何方面都比目前更为规整些,这将会对它有利,所以,随着自然选择的累积,假以时日,墨西哥蜂或许也能筑造出像蜜蜂那样完善的蜂巢。 五、谱系分类 自然选择和性状分异的共同力量可以使得同一祖先的生物演化出多个后代物种,因此,达尔文判断,谱系分类是对生物而言最恰当的分类方法。而对于谱系分类,达尔文认为,只有当性状揭示了世系传衍时,方在分类上具有真正的重要性。 在自然选择普遍累积着与生存密切相关的特殊习性变异的情况下,可以作为一般规律的是,体制结构的任何部分与特殊习性关联愈少,则其在分类上就愈加重要。譬如,欧文认为生殖器官作为与动物的习性和食物最不相关的器官,能够非常清晰地显示真正的亲缘关系。也如,达尔文认为植物的生殖器官连同它的产物——种子,在分类上十分重要。 发育不全或萎缩的器官经常是揭示世系传衍的显著线索,因此,这种器官无疑在分类上通常有着极高的价值。例如,幼小反刍类上颌中的残留牙齿以及腿部某些退化的骨骼,在显示反刍类与厚皮类之间有着密切的亲缘关系上,是极为有用的。也如,布朗曾经极力坚持,禾本科草类的残迹小花的位置,在分类上极端重要。 大多数动物在胚胎时期无需自行活动维持生计,因此,动物胚胎的变异普遍未受到或较少受到自然选择的累积。出于这种规律,动物胚胎在大多数情况下,在揭示世袭传衍的分类上具有巨大作用。例如,灵缇犬与斗牛犬虽看起来大不相同,但其实它们是亲缘关系很近的不同变种,它们幼崽之间的差异量远未达到成体间的差异量。也如,驾车马与赛跑马亲缘关系很近但看起来差别巨大,它们幼崽之间的差异同样远少于成体间的差异。

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