浅析进化与修补.doc

浅析进化与修补10090330235 韩宇摘要：本文是一片基于Evolution and Tinkering的综述性文章，将主要从以下方面阐释进化过程中的一些问题：科学的世界观形成，物质的层次性，进化的历史性与约束性，自然选择学说，基因和分子层次上的修补等。并以此来阐述现存世界，生命甚至人类，以及社会形式存在的偶然性因素，以及对进化本身的一些思考。关键词：世界观，基因分子修补，物质层次，基因选择，偶然性。引言在生物进化的过程中可能会出现过许许多多千奇百怪的产物，也可能有很多物种混杂了多个物种的特征，使得人们认为他们是怪物，这是非常正常的现象。也有很多电影中会描写到，恐怖的外星怪物四处搜索着落魄的宇航员等场景，那外星人和怪物到底存不存在呢？将由本文为您作出解答。自然选择的理论仅仅作用于物种上吗？自然选择的优缺点体现在何处？读了本文你就会了解到。神创论者认为上帝是万物之主，神创造了多少物种,世间就永远是多少物种；上帝赋予一个物种什么形象，它就永远是什么形象，生物物种不变是神的意志在漫漫的黑暗中,科学家点燃明灯，研究揭示物种的可变性，踏上探索生物进化的征程,在科学史上留下了不可磨灭的足迹。1 科学的世界观按照美国科学哲学家库恩的范式理论，所谓范式，就是将科学共同体凝聚起来的精神支柱和共同信仰，是科学共同体在科学活动中所采纳的一种总的观点或框架以及共同信念和心理素质。按照库恩的范式理论，范式的更替将引起科学革命，而革命则将引起世界观的转变。在Evolution and Tinkering一文中主要强调了不同的模式以及层次，这也就是范式。科学家们以不同的范式去观察已经考量过的领域，就好比带上了不同的有色眼镜，观察到的将是另一番不同世界。所以科学范式的改变将给科学界带来一场革命。首先，作为一些简单的学科，主要研究的均是一些简单的线性问题，不可能出现较强的学科关联性。线性关系问题也不可能包含更为复杂的关系系统复杂性科学范式的兴起，带来了自然观的转变。我们从原来的客观实在性走向了主观实在性，并强调了心智的作用。我们从时间可逆的存在性科学走向了时间不可逆的演化性科学，从线性因果的决定论走向了非线性因果的非决定论，从父权制的完全服从走向了强调平等性的协调、和谐关系。在传统科学研究中，总是将主体、客体分开，只对客体进行科学研究。系统科学研究者对复杂性的研究也常常落入这样的窠臼。其次，从认识论来说，传统的科学主要建基于牛顿物理学视野，是一种机械自然观，而复杂性科学则建基于生物学视野，是一种有机自然观。在简单性科学的时代，观察者和观察对象能够完全分离，而在复杂性科学中，由于相互作用，观察者和观察对象不能分离，而是相互缠绕，观察渗透理论。在传统科学中，我们往往陷入“不是- 就是”式的单极思考，这是片面性的思考方式，而在复杂性科学范式中，我们采取了辩证法的思考方式，强调对立面的统一。在认识的侧重点上，传统科学范式与复杂性科学范式也有很大的区别，复杂性科学范式有许多革命性的改变。最后，从方法论来说，传统科学强调还原论，认为一切科学最终都可以还原为物理学，理论命题都可以还原为观察命题，并可通过经验检验。这种观点是Jacob最不赞成的一种观点，在文章中称其为“还原论的谬误”复杂性科学则复兴了整体论，认为整体不一定能还原为部分，部分之和不一定等于整体。我们从强调自上而下的还原进路走向了自下而上的涌现进路，从强调单一的形式逻辑走向了多值逻辑。在复杂性科学范式中，特别强调隐喻和类比等非传统的科学方法。所以，在Evolution and Tinkering文中说道，科学的世界观必须是以一种联合统一，辩证思考，多系统相互交互的观点2 物质的层次性所谓物质世界具有层次结构，就是说，物质世界的任何一类物质客体都包含着与自身有质的区别的属于另一类的物质客体，如此下去，“ 无限可分”、层层深人、直至无穷。而每一类物质客体又与其他客体协同组成性质上与自己完全不同的更高的上部系统，如此类推,“无穷组合”、层层突现，新事物层出不穷，由此组成自然界及其物质系统的垂直有序结构。它们是连续的同时又是间断的。一切物质客体的不同形态与种类，就是这个层次连续谱上的“关节点”。物理学家海森堡指出，物质的初始状态或“终极”的状态，不是什么不可分的基本粒子，或力或场，而是“由其对称性所决定的物质客体”。生命的形成和演化，也是一个对称性破缺的过程。生命大分子包括各种无生命的氨基酸在内，无论从陨石中发现的还是用人工方法合成的，都有两种旋光异构体。一种是L型的（左旋的），另一种是D型（右旋） 的，它们数目相等，是左右对称的。可是组成生命的最基本物质却是左右不对称的。在地球上生命蛋白质的组成中，其氨基酸几乎都是L型的。一旦错误地出现了D氨基酸，生物体就会合成一种酶分解它。而生命体中的糖与糖醉，以及承担生命复制任务的核酸都是L型的，却有D型的异构体。生命系统的许多功能都来自这种对称性的破缺。没有这种左右对称性的破缺就没有生命世界，正象没有质子与反质子的对称性破缺就没有实物世界一样。所以著名生物学家巴斯德说过“分子的旋光性也许是生命的唯一判据”。“所有生命种族在结构和外部形态上本质上是宇宙不对称性的功能”。正是由于物质的多层系统，与生物大分子存在的不对称性，才使得组成生命体所需的元素虽然基本一致，但创造出的个体却又有极大的不同，使得物种得以繁衍进化，进一步的增大了变异的范围。3 限制性与历史性通过对自然功能的整合，可以将不同物质间的相互作用的一种表现形式称为组织或系统。按照物质的层次性理论，任一个组织和系统都将有比其更简单的组织和系统构成，各个简单系统之间的相互作用，组成了复杂系统中的限制性因素。例如在生态系统中，如果在生物链的任一环节加入一种生物，必然导致系统中的生态位和系统自身调节关系的改变。新加入的生物我们看做新的系统，新的系统的加入导致了原有系统限制关系的改变。这就是整个系统限制性体现的一个例子。而系统的历史性因素，则应考虑到各个系统形成过程中的时间问题，任意系统中的微笑改变，在时间的作用下，都会被无限度的放大。历史性的存在，使得人们无法通过现有的物质基础，以及构成的比例和成分来推断原来事物初始的形态与样貌。所以系统的历史性决定了进化的任一个步骤都是偶然发生的，是无法按照统计来推断的。现在宇宙的大部分组成元素，和构成比例都已被人们侦破，但谁敢放言可以重构宇宙。在越简单的物质系统中，依靠限制性的比重更大，只有当系统的复杂性达到一定程度是，历史性因素才会起到作用，因为历史环境主要控制着系统间的交互作用，最起码只有当交互作用存在时，历史性作用才会起到决定性作用。4 自然选择对此，达尔文的表述很散漫，定义的陈述也很简单：“我把这种有利的个体差异和变异的保存，以及那些有害变异的毁灭，叫做自然选择或最适者生存。”应当承认，在自然界中，自然选择无疑是存在着的，但问题是，达尔文主义者所坚持的自然选择却有着更为广泛的涵义。在达尔文那里，自然选择不仅仅是指通过生存斗争淘汰不适者，更重要的是在于使生物产生适应：一方面是通过“有利于个体差异和变异的保存”，另一方面是对于一些具有预适应结构的保存。通过现在对于自然选择的看法来讲，自然选择并不是完全正确的。事实上，生物种的变异是受基因制约的。而基因经过若干代的排列组合之后。就不能再产生新的变异所以自然选择的对象是相当有限的。虽然从理论上讲突变可以补充新的基因可惜事实上突变在自然界出现的频率和贡献到底有多少也很难预料。5. 基因的修补下面举一个有机遗传物质的修补改变而进化出的新型物种的案例。英国曼彻斯特大学研究人员，最近将一种酵母基因组的脱氧核糖核酸(DNA)片段进行交换后发现，这种酵母变成了另一种酵母。他们所做的这种“基因修补”回答了关于物种是如何形成的棘手问题；与此同时，这项研究还表明，人们可以在瞬间毁掉或者展示数万年形成的进化成果。奥利弗领导的研究小组对酿酒用的酵母染色体进行改造，使其与一种相关物种的染色体无法区分。从本质上说，他们把一个物种分化为两个物种的过程颠倒了过来。标志不同物种间差别的是，它们之间无法配对繁殖。据认为，当DNA 片段偶然在个体的染色体中发生交换时就会出现这种生殖隔离: 这种“染色体片段易位”使生物无法与同一物种的其他个体配对繁殖。当两个物种自然配对时，只有不到2%的孢子能发育成菌落。但是，奥利弗说，在经过“遗传修补”后，20 30%的孢子都发育成菌落。通过重新安排两种酵母基因组，他的小组相当于把两个物种变为一个物种。从上面的例子可以看出分子修补在进化中的作用，但分子进化以及在遗传物质上的表现不仅仅局限于此，但凡自然进化初期的产物，都是不完美的，进化并不是强调如何把不完美的，进化成完美的，而是让迄今最大的可能来适应这种境况。让简单的系统复杂化，或让它展现出新的功能，或者把几个简单的系统合并成一个更为精致的。就像作者所说，进化就像一个修补匠，一天到晚四处敲打，修补，用林林总总的东西来弥补创世所存在的缺陷。整个进化过程仅仅是为了弥补各种缺陷才存在的。6 总结 作者在整个层面上描绘了生物进化的功能与不同层次间的进化关系。从整体的宏观的科学观，世界观入手，阐述对于进化在意识形态上的认识，正确看待进化需要一种联合统一的观点，不能单独的从某一角度出发，要统顾各个方面。从进化的物质基础入手，具体的阐述了生物大分子的出现，基因载体，功能性蛋白。这些物质的出现才决定了生命的出现。作者最着重强调的是这一切一切的出现都源自于偶然，哪怕在生命初期生物体上的任意微小的变异，在千万代的积累下，也会与我们现存的生命迥然不同，人的存在只是一个偶然，哪怕有地外生物存在也绝不会与我们相同，这是肯定的。所以对于那种存在既是唯一的论调，作者是嗤之以鼻的，并不是按照既定的发展规律使我们逐步的出现，而是一代代的偶然作用下，才出现了人类，我们。对于人类的存在