自然選擇的背后有什么數學原理？

當愛因斯坦被問及，宇宙中最壯大的力量是什么？這位最能代表“天才”二字的思惟巨人說：“復利”。

復利是一種很簡單數學道理，此刻初中學生都已經起頭演算此類習題，每個去過銀行與存條目打過交道的人都接觸過。或人起頭存入銀行一筆錢，即使利率不太高，只要顛末足夠的時候——這段時候往往比人們想象的要短良多。這筆錢就會因為“利滾利”而變得復雜，好比你在最初存入1000元本金，按年利率3.25%計較，靠著這筆存條目你只需要再活217歲就會當作為百萬財主；若是按年利率7%來算，當你點燃104根生日蠟燭時，不消許愿，天上就會飄落下一張百萬存單。對了，所謂復利就是利滾利，它也是天然界轉變最底子的數學關系之一。大到宇宙變遷，小到原子裂變；簡單像黃宿世仁、夏洛克們高利貸者的賬本；復雜如生命演化，無一不是順從復利之利滾利法例而形當作的。

“天然選擇”也是復利這一簡單的數學道理在起感化，對于擁有某種特心猿意馬優勢性狀的個別而言，這種對保存有必然優勢的特心猿意馬性狀就是那“不太高的利率”，在這個優勢性狀感化下，只要過一段比人們一般認為還要短的時候（宿世代），個別就能繁衍出龐大的數目。這種優勢不單給它們爭奪了種間斗爭的保存空間，并且也壓制了種內其他同類的保存、繁衍機遇，使那些沒有“小的利率”的個別將跟著宿世代繁衍而削減甚至消逝。這些“小利率”擁有者會在同類中敏捷當作為本家兒流。一般來說，這個轉變不會跨越幾百代，在地質年月意義下，這點時候不外是“一眨眼”。

生物的滋生能力良多時辰是出人意表的，具有按照幾何級數增添的趨向。達爾文《物種發源》中就記述了生物學家林奈曾計較過，若是一棵一年生的植物，每年只結兩顆種子（現實不存在這樣低產的植物），其幼苗次年再各結兩顆種子，以此類推，那么20年內就會有100萬株這蒔植物發展著。達爾文本身也曾計較過：滋生速度很慢的大象，按其天然增加率的最低限度，即活到100歲，其間從30歲到90歲是滋生期，產6仔，若是幼仔都能當作活的話，那么，在740-750年后，一對大象就會繁衍出1900萬頭兒女。所以說，只要前提許可，動植物城市依靠滋生而敏捷擠占滿整個適合保存的空間，同時也擠壓了同類的保存空間。

一方面，具有那么一點點優勢性狀的個別得以保留繁衍；另一方面，無用的性狀也會在天然前提下因為基因變異按固有頻率發生，且具有無序性而退化或者消逝。生命舞臺就是在“復利累積”籌謀下，在生命演化的地球大舞臺上出演了一幕幕出色絕倫、多姿多彩的生物進化活劇。每個生命個別、每個物種都是進化舞臺上的演員。很天然，一出出“你方唱罷我登場”的悲喜劇也會隨劇情成長而跌蕩放誕升沉，令不雅眾連聲稱妙。有點遺憾，能對著這幕出色進化舞臺劇報以理解而會意微笑或拍案詫異的不雅眾很少，只有人類。更切當地說，只有被達爾文、華萊士這樣的敲鐘人叫醒的人們，才能真正領略到生命進化舞臺劇概況出色后所埋沒的內涵邏輯。當然，人類也能“跳出三界外”，他們便是不雅眾，也是演員。

一個小插曲或許能讓讀者對“出色之后的邏輯”有更深切的領會——

1928年，挪威籍探險船“挪威號”在南大西洋接近南極的布韋島（Bouvet Island）登岸，為給海難者籌辦給養儲蓄成立海難補給站。船上的動物學學生呂斯塔捉到一條奇異的魚，它的身體幾乎是透明的。呂斯塔叫這些魚為“白鱷魚”，細心不雅察發現，這些魚的血液沒有顏色！這與教科書是相違反的，因為，教科書上說，所有脊椎動物，包羅魚類、兩棲類、爬行類、鳥類、哺乳類，它們的紅細胞都有血紅卵白用來攜帶氧，而紅色的血液是因為血紅卵白中存在血紅素。怎么可能存在透明魚呢？后來人們把這種魚叫“冰魚”，冰魚大約只有15種。呂斯塔的同窗魯德在研究了40年后，經由過程DNA常識終于為我們呈獻出了疑問的謎底：

冰魚

一般來說，有兩個基因與血紅卵白的合當作有關，冰魚身上的這兩個基因早已經沒有或沒用了。此中一珠卵白基因已經完全消逝得不留陳跡，另一個基因釀成了“化石基因”，僅僅以殘骸片段的形式存在于DNA長鏈中，完全掉去了效用，而且還正在垂垂消逝。顛末計較，在5億年前，這兩個基因還存在于冰魚的祖先身上并闡揚著感化。發生了什么事，使冰魚發生了如斯轉變？

大約5500萬年前，因為地殼板塊活動，大陸漂移，大約到3400-3300萬年前，南極洲完全離開南美洲而四面環海，洋流也隨之發生改變，負氣候劇變，南極海域的溫度急劇下降，某些處所的溫度從20℃降到了-1℃（海水的冰點較低）以下。使糊口在這一地域的魚類面對遷移與改變的抉擇，不然其命運必將在地球大舞臺上提前謝幕。遷移看似簡單，實則不易，因為每個保存空間都早已經擠滿了各類生物種群，種間的保存競爭殘酷水平不亞于種內的保存斗爭。良多種類的魚消逝了，但此中有一小部門留守者卻順應了艱難的情況，進化出了本身的保存策略。

在極地的低溫情況下，若是生物體內的的血液仍是如疇前那么黏稠，則會流動堅苦。大大都南極糊口的魚類為了順應這一挑戰，以降低血液中紅細胞的比容來降服粘稠問題。人類的血細胞比容大約是45%，而南極魚類則降低為15%-18%。好在低溫下的水，含氧量要高良多。冰魚則在進化之路上走得更遠，將降低血液粘稠度的本事闡揚到了極致。它們將發生血紅卵白的基因經由過程突變完全退化失落，這些魚體內的血細胞只有1%，并且都是白細胞——它們的血管里流動的是冰水！冰魚還為本身裝備了很大的腮；掉去了鱗片的外皮布滿了粗大的毛細血管，擁有了更大的心臟和血液量（現實是冰水），它們當作套進級了血液輪回系統。這樣，冰魚就能在嚴寒的南極海域保存了。為了活下去，冰魚甚至每個細胞都必需改變。例如，生物細胞內的微管，它是主要的細胞“骨架”，一般哺乳動物若是體溫降到10℃以下，微管布局就會不不變。幸好南極魚類的細胞微管在低溫下仍然能連結正常。小小的微管改變，在基因層面上來說可是驚人的巨變，因為這牽扯到南極魚類體內編碼微管生當作的基因，需要發生一系列轉變。這些魚還進化出了“抗凍”卵白，這種卵白布局卻是很簡單，由3種氨基酸反復擺列4-55次。

講冰魚故事的肖恩·卡羅爾做了個形象的比方：古跡就這樣發生了，就像一臺高速奔馳的賽車，冰魚在保存賽道上的跑動過程中發現了抗凍劑；晉升了汽油品級，使粘稠度大幅度降低；進級了油泵（心臟）；而且一邊跑著還一邊丟棄那些不需要的零件——那些它們祖先傳給他們的、已經運作了5億年的基因。進化與退化都是慢慢進行的，并非一蹴而就。這就是復利的力量！

“我們確實不需要從頭發現輪子”。現代人可以直接進修前人留給后人的豐碩科學常識，我們無需再本身從頭起頭做起。此刻，獲取常識的路子大多靠著前人著作、發財的互聯網以及公共藏書樓系統。進修的條理與需求分歧，對常識點的訴求也有所偏重。一小我只要能連結好奇心和對常識的巴望，他天然會垂垂地跟著進修的深切而不知足于收集快餐式百科，會慢慢將本身的目光移標的目的書本。——“讀一讀原著，它會告訴你良多。”可是，因為說話習慣、表述體例、符號利用等跟著社會轉變已經發生了變遷，像《物種發源》這樣的至今讀來仍覺樂趣盎然、口留余噴鼻的元典究竟結果很少。退而求其次，人們可以經由過程一些科普冊本來涉獵天然與社會常識。不外，此刻出書物也存在質量問題和思惟導標的目的問題，所以，“我讀到的書本常識靠譜嗎？”這個疑問總會縈繞于讀者。“學而不思則罔,思而不學則殆” ，培育對浩繁出書物的根基分辯力也不存在什么捷徑與守則，只有不竭的“學與思”才能進級、糾錯和前進。

2012年4月，一本被分類于“科普”的書《深埋的本相——人類發源、汗青、前途及命運的再思慮》（Deep Truth-Igniting the Memory of Our Origin History Destiny and Fate.Gregg Braden）呈現在圖書市場。這本書的書名和保舉語很有吸引力：“《紐約時報》暢銷書作者，……其著作被翻譯當作27種說話，在30多個國度出書”。讀完這本書頗具煽惑性的引言后，掀開它的正文……

第6頁有如下一段話：

……那就是盡管達爾文的研究十分縝密，文獻詳實，以科學方式為準則，但今朝越來越多的科學證據卻證實，進化論并不克不及詮釋人類的發源，也無法證實人類就是進化的成果。當然這并不是說進化并不存在或從未發生過。進化確實存在，化石記實證實，對于一些物種而言確實存在著進化過過程，但問題是當我們把從動植物身上不雅察到的進化過程放在人類身上時，科學事實卻不撐持進化論。

……

若是考慮到科學發現，進化論已經越來越無法詮釋人類生命的復雜性了。換言之，我們所看到的天然界中的進化過程不合用于人類。

……

然后，作者起頭鼓吹近年來在西方一部門人中從頭風行的“聰明設計論”。不外有一點分歧古希臘設計論者的處所，作者列舉了良多“科學證據”和“科學家不雅點”，全書充溢著道金斯、達爾文、克里克、沃森、利基這些科學家的名字。憑心而論，這本書的常識點仍是很豐碩的，但要命的是，它披著科學的外套對這些“常識點”極盡歪曲，摘取片段“證據”做出斷章取義、以偏概全、著意曲解，發反科學之聲，彈聰明設計論的老調；其利誘性很是強，尤其合那些求有點“背叛精力和另類思惟”之人的口胃。所以，之后有家長讓我保舉科普書，我經常在結從頭至尾加上一句，“這本書果斷不克不及買。”因為一個閱讀量和常識點程度沒達到必然高度的中學生底子無法分辯其偽科學性，如若中毒，負感化將會持續很長時候。

敲鐘人達爾文由一只蜂否認了天主——“我不克不及說服本身，仁慈和全能的天主會特意締造姬蜂（ichneumon ），并表白意圖，讓它們在活毛蟲體內取得食物。”這當然是為了簡練而高度省略的表述。一位現代社會的美國部長從另一只黃蜂身上卻看到了天主。道金斯曾講過一件趣事——美國原本是無神論者的某位部長給道金斯寫了一封信，這位部長在讀了《國度地輿》雜志中的一篇文章后，改變了他的無神論不雅點。他讀到的文章大意是，某種蘭花為了當作功滋生，進化出一種“策略”用來棍騙雄黃蜂。這蒔花不單長得與雌蜂相似，甚至在恰當的位置也有個“生殖孔”引誘雄蜂交配，使雄蜂生殖器上沾染花粉；當這只雄蜂再與其他花“交配”時，就完當作了異花授粉。部長師長教師讀完這篇文章后大為受驚，他認為，為了使這一“進化策略”闡揚感化，某個“方案”必需一起頭就設計得完美，靠一點點累積的漸進式進化是不成能達到如斯完美的境界的。于是部長幡然醒悟，必然是某種天主締造了這個完美。進而得出結論，大洪水之前的神話確實存在。這位無神論部長從此就釀成了天主的信徒。很是遺憾，這位部長在徹底改變本身宿世界不雅之前，沒有再去看一看相關研究論文，不克不及領會蘭花——這種達爾文所鐘愛的花草，是若何一步步走標的目的“完美偽裝”的。現實上，蘭花的偽裝并不是一起頭就完美，也無需徹底完美，它只需要騙過黃蜂的視覺即可。棍騙感官在生物界的例子觸目皆是，只要強化某幾個刺激感官旌旗燈號就能實現完美棍騙。例如，有些鳥對“大而圓”卵的視覺追求，甚至令人睹之失笑，它趴在一個與本身身體不當作比例的大而圓的石頭上“孵化”，而置本身的親生后代于掉臂。人類也不見得比一只黃蜂難“騙”，良多人會對著一段色情文字或幾筆勾勒出的赤身而勃起，完全掉臂他所面臨的無非是紙張與文字信息或是線條罷了。

潛鳥經常分不清蛋與石頭

“戈壁中的鐘表”經常被聰明設計論者拿出來難一難科學宣講人。“你們不是說按照熱力學第二心猿意馬律，事物老是標的目的無序偏向成長的嗎？若是你在戈壁里撿到一塊鐘表，你必然會認為是或人遺留下來的，而不會認為是原子靠隨機組合就能組裝出一臺鐘表。變異不是隨機的嗎？你認為如斯復雜和精彩的人體是靠隨機變異出來的？必定有什么冥冥之中設計了人體，只是你不知道而已。”這些聰明設計論者用忽略前提來設計提問陷阱，他們提到熱力學第二心猿意馬律時，有意不提“孤立系統”這個前提；在談“隨機變異”時對“天然選擇”置若罔聞。

對于傳統的宗教徒那些關于伊甸園之類的不雅點，用一般的中學生物常識就很輕易作出駁倒，景象如同用氣錘砸花生。但當我們面臨聰明設計論者的疑問時，一般性辯駁就不見得那么有力了。若何回覆呢？也就是說，即使不克不及說服那些讓先入為本家兒不雅念深深影響的聰明設計論者，也應該有理有據地標的目的但愿看到本相的傍觀者展示進化論與現代科學研究。

作者：七是

發表于 2019-10-11 02:01
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