【生物学】涌现理论之生命与生物系统

这是生物库公众号-生物学话题的第6篇原创文章

生命是复杂性的主要来源，进化是不同生命形式背后的主要过程。这种观点认为，进化是描述自然界中复杂性增长的过程。在谈到复杂生物和生命形式的涌现时，这种观点是指进化中的突变就是复杂性的主要来源。

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涌现与演化

生命是复杂性的主要来源，进化是不同生命形式背后的主要过程。这种观点认为，进化是描述自然界中复杂性增长的过程。在谈到复杂生物和生命形式的涌现时，这种观点是指进化中的突变就是复杂性的主要来源。

生命被认为是在早期的 RNA 世界中出现的。那时 RNA 链展示出了达尔文所构想的自然选择运作的基本条件: 遗传、变异、和对有限资源的竞争。RNA 复制子 RNA Replicators的固有的适应能力（亦即RNA的平均增长率，在某种意义上说，它们是由核酸序列决定的）和可用资源的函数。其中三种主要的适应能力可能是: （1）具有中等保真度的复制能力（同时具有遗传和变异的能力） ; （2）避免衰变的能力; （3）获取和加工资源的能力。这些能力最初是由 RNA 复制子的折叠结构决定的，而这些结构又反过来编码在各自的核酸序列中。不同复制子之间的竞争成败将取决于这些适应能力的相对值。

关于进化中的因果关系，彼得·康宁观察到：一般来说，各种协同作用在进化过程中，特别是在合作和复杂性的进化中起着重要的因果作用，自然选择通常被描述为一种“机制”，或者被人格化为一种因果代理。实际上，对某一特性或适应性的差异化“选择”，是这些特性所产生的功能性效应使得特定环境中特定生物体生存和繁殖的成功。正是这些功能性效应最终导致了跨代连续性 Trans-generational Continuities和自然界的变化。

根据其对涌现的定义，康宁还提到了“涌现”和“进化” ：在进化过程中，因果关系是迭代的，结果同时也是原因。这同样适用于由涌现系统产生的协同效应 Synergistic Effects。换句话说，涌现本身是生物进化中涌现现象的根本原因。有组织的系统产生的协同增效作用才是进化的关键。

集群 Swarming在许多动物物种中是一种普遍的行为，从蝗虫群到鱼群，再到鸟群。涌现结构是许多动物群体中常见的策略: 例如蚁群，白蚁筑成的蚁丘、蜜蜂群、浅滩或鱼群、鸟群和哺乳动物群落。

需要详细考虑的一个例子是蚁群。蚁后不会直接下达命令，也不会告诉蚂蚁该做什么。相反，每只蚂蚁对来自幼虫、其他蚂蚁、入侵者、食物和排泄物的化学气味的刺激作出反应，并留下化学痕迹，这反过来刺激其他蚂蚁。在这里，每只蚂蚁都是一个自主的单元，它们的反应仅仅取决于它们所处的局部环境和它们的蚂蚁种类的遗传编码规则。尽管缺乏集中化的决策，蚁群仍能表现出复杂的行为，甚至被证明具有解决几何问题的能力。例如，蚁群会按照一定的例行规则找到距离所有蚁群入口的最大距离来处理尸体。

似乎环境因素也可能在影响涌现方面发挥作用，比如大翅目 Macrotera Portalis的蜜蜂。在这个物种中，蜜蜂以与降雨量一致的模式出现。具体来说，出现的模式与西南部沙漠春季和夏末的降雨情况相一致。

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生命的组织

从生命的生物组织，从亚原子水平到整个生物圈，我们可以看到生物涌现特性的一个更广泛的例子。例如，单个原子可以结合形成多肽链之类的分子，多肽链再折叠形成蛋白质，而蛋白质又形成更复杂的结构。这些蛋白质，从它们的空间结构中获得它们的功能状态，并与其他分子相互作用，实现更高的生物功能，最终创造出一个生物体。另一个例子是级联表现型反应 Cascade Phenotype Reactions，如混沌理论中详细描述的，级联表现型反应产生于个体基因在特定位置的变异。在最高层次上，世界上所有的生物群落形成了生物圈，其中，人类形成了人类社会，并形成了诸如股票市场等元社会系统的复杂相互作用。

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心灵的涌现

生命的进化描述是一段连续的历史，以出现根本性新形式的阶段为标志——人类智力的是其中的一个标志。心智的涌现及其演化被认为是特殊系统知识中的一个独立的现象，被称为心智演化 Noogenesis。

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