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[美]卡尔.萨根
《伊甸园的飞龙》
吕柱 王志勇 译
引言一、宇宙日历二、基因和脑
三、三位一体的脑四、伊甸园和人的进化五、动物的抽象概念
六、朦胧的伊甸园传说七、情侣和狂人八、脑的未来发展
九、知识就是我们的命运——地球上和地球外的智力
引 言
布罗诺夫斯基（Jacob Bronowski）是一位博学之士。在古今男女学者中象他那样知识渊博的为数不多。他认为人类一切知识（文学和科学，哲学和心理学）都是有趣的，并且是可以学会的。他的知识并不局限于某一学科，而是涉及到整个人类知识范围。他的名著《人的进化》出版后，又在电视里连播，这是一部极好的教具和非凡的史记。在某种意义上，也是一本阐述人脑和人类如何一起进化的杰作。
该书最后一章《漫长的童年》，描述了漫长的童年时代。就人的寿命而言，这个时期比任何他种动物都要长。儿童在这个阶段依赖成人，并表现出无限的可塑性，即向周围环境和文化学习的能力。地球上大多数机体主要依赖于在神经系统中先天就有的遗传信息，而对后天获得的非遗传信息依赖性较小。对于人，甚至对所有的哺乳动物来说。情况恰恰相反。当我们的行为还在很大程度上受遗传性控制的时候，我们就能通过大脑在短期内得到较多的机会，产生出新行为，开辟出接受教益的新途径。我们同大自然进行了讨价还价：我们的儿童将不易抚育，但儿童学习新事物的能力又大大地增加了人类生存的可能性。另外，人类有千分之几的人不仅创造了由非遗传信息所规定的知识，而且还发明了“体外知识”：即存储在我们体处的知识，文字就是其中最突出的例子。
进化或遗传变异都需要很长时间。从一个物种演变成另一个高级的变种大约需要十万年。亲缘关系较近的物种，比如，狮子与老虎之间行为上的差异往往不是很大。再如，我们人类的脚趾也是人类器官系统新近进化的例子。大脚趾在行走时起着重要的平衡作用，而其他脚趾的作用就不明显。显然它是从手指一样的附肢进化来的，象栖息在树上的类人猿和猴子一样，都是用于悬挂攀登的。这种进化就构成了再特化作用，即原来对某种功能很熟悉的一种器官系统对另一种完全不同功能的适应性。要形成这样一个适应性大约就得一千万年（山区大猩猩的脚也经历了类似的进化阶段，但这完全是独立的进化过程）。
但是，现在我们要完成一次进化，就不再需要一千万年了。在我们生活的这个时代里，世界正以空前的速度变化着。而这些变化，大部分又是人类本身促成的，这一点我们必须看到。同时，我们也必须调节、适应和控制这些变化，否则就难以继续生存下去。
只有非遗传信息所规定的知识系统才有可能应付人类所面临的急骤变化的情况。因此，近代人类智力的疾速发展给我们造成了重重难题，然而，也只有靠这种发展来解决这些难题，并且，唯独透彻理解人类智力的实质和进化，才能帮助我们明智地应付和适应未知的危险的未来。
我之所以对智力进化如此感兴趣还有另外的原因。在人类史上，当前，我们已经首次成功地使用高倍射电望远镜。尽管是刚刚开始使用，而且是时断时续，然而，很明显我们是在加速使用。利用射电望远镜可以在巨大的星际距离上进行通讯联络，从而帮助我们了解那些距地球非常遥远的文明世界，确定异种星球是否在给我们拍发电报。其他文明世界的存在以及拍发电报信息的性质，两者都取决于地球上所发生的进化过程。研究地球上智力进化也有助于得到探索地球外智力的某些启示和见解。
1975年11月在多伦多大学，我荣幸地作了首届布罗诺夫斯基纪念会有关自然哲学方面的讲演。讲演后，得到了许多令人兴奋的机会，使我学到了一些我不熟悉的学科。所以在写这本书时，就其内容而言，已远远地超过了那次讲演的范围。我感到有一股压抑不住的兴趣，促使我把学过的某些内容综合汇总成生动连贯的描述，诱导我提出关于自然界以及人类智力进化的假说。这些假说可能是新颖的，至少是从未广泛讨论过的。
这是一个难攻的题材。我受过生物学的专业训练，对于生命起源和生命的早期进化，曾进行过多年的研究。我还受过脑解剖学和生理学的正规教育。因此，使我有可能在本书内提出一些激动人心的设想。我也深深地知道，其中有许多设想仅仅是在理论上的推测，正确与否也只有在今后的实验台上得到检验或反证。可是，这种探讨至少可以给我提供一个研究这个迷人题材的机会。但愿我的观点能够起到抛砖引玉的作用，激励他人去作更深入的探讨。
据我所知，推动生物进化的自然选择，是生物学的重要原理，是区别生物学和物理学的准绳。这也是十九世纪中叶*达尔文（Charles Darwin）和华莱士（Alfred Russel Wallace）的伟大发现。恰恰是通过自然选择、适者生存、以及偶尔较好地适应其环境的机体的世代重复，精美的同代生命形式才得以形成。象脑这样复杂的器官系统的发展进化，一定不可避免地要依赖于生命的早期历史、生命的适应、发生和终止，还要依赖于机体对再次变化了的条件的曲折适应。只有这样，那些一度处于灭种危险中的生命形式，才能由于最终适应了再次变化的条件而得以生存。只有大量地淘汰那些不大适应外界环境变化的机体，我们现代的脑和其他器官才能保留至今。
同物理学相比，生物学更接近历史学。以往的意外事件、误失和侥幸都十分有力地预示着现在。在探讨人类智力的本质和进化这样难度很大的生物学问题时，依我看，至少应对一些有关脑进化的论点给予实质性的权衡和考虑。
人脑活动（有时称为思维）是我研究脑的基本课题。“思维”不是别的东西，而是脑解剖学和生理学的结果。“思维”可能是脑各组成部分各自的或共同活动的结果。有些过程也许是脑的整体功能。从事这方面研究的一些学者似乎已作出这样的结论：由于他们不能查明和确定脑的高级功能部位，他们就断言未来的神经解剖学家同样也做不到。但是缺乏证据并不意味不存在证据。生物学的近代史表明，在很大程度上，我们的机体就是极其复杂的分子化合物相互作用的产物。生物学领域曾一度被人们看作是高不可攀的圣地。现已查明，核酸、脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（DNA）以及它们的操纵因子蛋白质是遗传物质的组成物，而遗传物质的本质已基本上能根据它的这些组成部分的化学性质和化学组成来理解了。在科学上，尤其是在生物学领域，有许多这样的情况，那就是距错综复杂事物越近的，同与此还有一段距离的相比，就更容易产生一种困惑不解的难弄的感觉（一种错觉）；与此相反，当距复杂事物太远时，我清楚地知道，往往又会把愚昧误认为正确观察事物相互关系的能力。无论如何，在此书中，我坚决反对那种通常称作思维——机体的二元论。这种观点居然认为机体的物质是由一些不可知的称之为思维的原料构成的。从生物学近代史的发展方向上可以明显看出，上述观点是毫无根据的。
研究人脑进化这一课题确实是一种乐趣和享受，因为这个课题同人类致力的各个领域都息息相关。从脑的生理学和”人的内省上都可获得一些知识，而这个研究课题同这两种见识之间可能存在的交互作用密切相关。幸而人类洞察事物能力的历史悠久，但遗憾的是，在以往的时代中，凡是丰富多采、错综复杂和喻义深奥的见识统统被称为神话）早在公元四世纪时，索尔斯蒂尤斯（Salustius）就断言：“神话是从未发生过的，但又是始终存在的东西。”在《柏拉图对话集》和《国家》两书中，苏格拉底总是编造神话（洞穴寓言）为之提供范例，这样我们就可以从中理解到它的核心实质了。
书中提到的“神话”（myth）一词，我并不打算用其目前广泛流行、但又与事实相违的市俗含意，而是用它古时的意思，一种无法用其他力、法表达的神秘而不可思议的隐喻。因而在诸章讨论中，我偶尔将读者引入远古和现代的神话意境中。出人意外的是这本书的书名本身恰恰与几种传统的和当代的各种神话相吻合。
本书是为有兴趣的非专业人员写的，同时也希望能对那些从事人类智力研究的专业人员有所启发。书中第二章提出的论点比其他章节深奥一些，但只要下点功夫是会理解的。因此，阅读此书是不会太困难的。为了帮助那些缺乏专业基础知识的读者阅读，对于书中的一些技术术语在其首次出现时，一般都作了适当的解释。另外，还在书中安排了一些插图，用未作为阅读的辅助工具。当然，我也知道，读者能理解我的论点和赞同我的论点，这完全是两码事。
1754年卢梭（Jean Jacques Rousseau）在他的专题论述《人类不灭绝的根源和基础》的第一段中写道：
“事实上为了正确评价人的解剖结构，看来重要的是，要从人的起源上来研究人……但仅通过人的连续进化，我还不能理解人的结构……在这个课题上，我无法作出任何结论，而只能是一些含糊虚构的猜测而已。比较解剖学进展得太慢，而博物学家的观测资料又不能为可靠的论证提供坚实的基础。”
两个世纪以前，卢梭的告诫至今还是有价值的。卢梭断言：研究脑的比较解剖学和观察人和动物的行为是正确解决问题的关键。鉴于这两方面目前都取得了显著的进展，现在我们试图综合归纳这些进展不能说为时过早吧！
* 在英国女王维多利亚统治时期，牛津大主教威尔伯福斯（Wilberforce）和赫肯黎（T?H?Huxley）之间展开了一场闻名的论战。此后，那些别有用心的基督教徒接二连三地向达尔文和华莱士的进化论思想发起猛攻，但其结果只能是竹篮打水一场空。进化这一事实己被化石资料和现代分子生物学广泛论证，而自然选择是解释进化事实的卓有成效的理论。关于彬彬有礼地回答近代对自然选择的种种非难，包括答复那些干篇一律的离奇古怪的观点（那些“苟且偷生者”的见解），请见古尔德（Gould）的1976年著作。当然达尔文是十九世纪的人，他偶尔也热心于把欧洲人同其他地区的人作比较，并为他是欧洲人而私自庆幸（正如他对阿根廷火地岛居民评论的那样）。事实上，在科学技术未发展以前的时代，人类社会比起从火地岛来的达尔文可能更象南非卡拉哈里沙漠地区的游牧人。他们过着原始公社生活，具有一定的教养和同情心。达尔文本来是无咎的，但他的生活方式和见解在那里却受到嘲笑。可是，达尔文的见解，包括他的进化论，进化主要起因的自然选择，以及这些进化论思想同人的本质关系等，这一切都是人类研究史上的里程碑。进化论思想即使在今天，还在一定的程度上遭到顽固的抵制和反对，那么，在维乡利亚时代的英国，进化论所受到的攻击就更是可想而知了。
一、宇宙日历
地球形成的时间是很悠久的，而人类出现的时间还是不长的。每个人生活中的重大事件以年、月、日计算，我们的一生以数十年记载，我们的家谱以世纪划分，而整个有记载的历史则用千年来估量。在人类出现以前已有了相当长的一段历史，这段历史时期延续了几个纪代，而我们对这段历史的了解可以说是寥寥无几。产生这种情况一方面是由于没有文字记载，另一方面则困了解这个无限遥远的历史时期有着一定的实际困难。
远古时期某些事件的年代现在我们已经能够测定了。利用地质分层和使用放射性元素可以确定考古学、古生物学和地质学上发生的重要事件的年代。天体物理学的理论为确定行星表面、星体和银河系的年代提供了数据。同时也能估测出非常事件即大爆炸后到现在的大略时间。大爆炸可能是宇宙的开端。现代宇宙的所有物质和能量都陷入了这场大爆炸。我们也可以说，这是一场大中断，就在这场间断中，有关宇宙早期历史资料全被毁灭了，但大爆炸确实是我们有记载的最早的一次大事件。
据我所知，表达宇宙年表最有效益的方法，是设想把宇宙的150亿年：或者至少是自大爆炸后的具体时间）压缩成一年的时间。这样地球历史上的每十亿年就相当于宇宙年的24天左右，字宙年的每秒钟表示地球绕太阳运行475公转。我这里介绍三种宇宙年表：12月份前的日期表，12月份的月历和新年除夕夜晚的详细考察表。按这个换算法，现代和历代史书上的大事件都必须一秒钟一秒钟地列举记载。这样就能把我们学过的时间间隔较长的历史大事件表列出来。在人类生活史上，有许多重要事件可能发生在不同的时期，正象一个同样瑰丽的地毯，可能是在不同时期织成一样，如在4月6日或9月16日的上午1O点零 2分和10点零3分之间。但我们这里详细记载的只是宇宙年最后一天的日程，于是就不会发生时间重叠的情况了。这个年代和当前最通用的史料相符，但某些内容还不完全可靠。例如，假若最终证实了植物原是在奥陶纪而不是在志留纪登陆，或者证实节肢蠕虫的出现早于表中所说的前寒武纪，这也没有什么值得大惊小怪的。
此外，很明显要在表3中，宇宙年最后十秒钟的时间内，把所有重大事件都逐一列进去是不可能的。我没有详尽地提到艺术、音乐和文学上的进展，或者没有完全提到美国、法国、俄国和中国的革命以及重大历史事件，关于这一点我希望能够得到谅解。
可以意料，这样的年表和月、日历的设计仍是简陋的。在此宇宙年里，九月初地球还没从星际物质中冷凝形成，恐龙仅出现在圣诞节前夜，开花植物首次出现在12月28日，男人和女人的起源发生在除夕晚上十点半。所有人类有记载的历史都排在12月31日的最后十秒钟内。从中世纪的衰落到现在仅是一秒多时间。可正由于我这样精心的安排，第一个宇宙年恰好结束。虽然人类在宇宙年里所占的时间暂短，但意义却是非凡的。很明显，第二宇宙年的开端，在地球上或其附近将要发生什么变化，这完全取决于人类科学的智慧和人的清晰敏感的头脑了。
表1 十二月份前的日期表
大爆炸 一月一日
银河系形成 五月一日
太阳系产生 九月九日
地球诞生 九月十四日
地球上生命出现 （大约）九月二十五日
地球上已知的最古老岩层形成 十月二日
最早古化石（细菌和蓝绿藻）时代 十月九日
性别出现（微生物首创了性别） （大约）十一月一日
最古老的光合植物化石 十一月
真核细胞（第一个有细胞核的细胞）繁盛 十一月十五日
表2 宇宙年12月份月历
星期日 星期一 星期二 星期三星期四星期五 星期六
1 地球上有特殊意义的大气层的含氧量开始赠加。2345 火星上频繁的火山活动和运河形成。6
78910111213
141516 原始蠕虫出现。17 前寒武纪结束，古生代和寒武纪开始。无脊椎动物兴盛。18 原始海洋浮游动物出现。三叶虫繁盛。19 奥陶纪。第一条鱼，第一个脊椎动物。20 志留纪。原始维管植物。植物开始登陆。
21泥盆纪开始。原始昆虫。动物开始登陆。22第一个两栖动物。原始飞行昆虫。23 石炭纪。原始树林。原始爬行类。24二迭纪开始。原始恐龙。25 古生代结束。中生代开始。26 三迭纪。原始哺乳动物。27 侏罗纪。始祖鸟出现。
28 白垩纪。原始开花植物。恐龙灭种。29 中生代结束，新生代和第三纪开始。原始鲸目动物。原始灵长目动物。30 灵长类动物大脑额叶的早期进化。原始类人猿。高级哺乳动物繁盛。31 上新世结束。第四纪（更新世，全新世）。原始人。
表3 宇宙年12月 31日日历
大 事 件 时 间时 间
森林古猿和拉玛猿问世。它们很可能是类人猿和人的祖先。 大约下午1点30分
原始人类出现 大约下午10点30分
广泛使用石器 下午11点
北京猿人学会用火 下午11点46分
新冰河期开始 下午11点56分
航海者定居大洋洲 下午11点58分
欧洲的大批洞穴壁画 下午11点59分
发明农业下午11点59分20秒
新石器时代的文化（细石文化）；城市国家 下午11点59分35秒
塞姆人、希伯来人和埃及的古王国；天文学的发生 下午11点59分50秒
发明字母表；阿卡德帝国 下午11点59分51秒
巴比伦的汉谟拉比法典；埃及中古王国时期 下午11点59分52秒
青铜冶炼；迈锡尼文化；特洛伊战争；哈拉帕文化；指南针的发明下午11点59分53秒
铁的冶炼；亚速帝国兴起；犹太王国； 腓尼基人兴建迦太基下午11点59分54秒
印度的阿育王；中国的秦朝；雅典；佛教诞生下午11点59分55秒
欧几里得《几何学原本》；阿基米德物理学：托勒密天文学：罗马帝国；那稣基督诞生下午11点59分56秒
印度算术中发明零和小数；罗马城陷落；穆斯林远征下午11点59分57秒
玛雅人文化；中国的宋朝；拜占庭帝国，蒙古入侵；十字军远征下午11点59分58秒
欧洲文艺复兴时期；西欧和中国明朝的航海者发现新航路；科学试验法出现下午11点59分59秒
科学技术广泛发展；出现全球文明；人种自行毁灭方式探测：宇宙飞船的星球探索和研究地球外的智力现在：元旦第一秒
二、基因和脑
随着生物进化，机体复杂性也同时增大。当今地球上最复杂的机体，所含有的存储信息量（遗传和非遗传的）要比二亿年前最复杂的机体大得多。二亿年，仅是行星生命史的百分之五，在宇宙日历上只有五天的时间。今天地球上最简单的和最复杂的机体都共有同样长的进化史，但很可能现代细菌体内的生物化学效能要高于三十亿年前的细菌。可是，现代细菌的遗传信息量也许并不比其远古的祖先大得很多。因此，区分信息的数量和质量是十分重要的。
各种不同生物的形成，称之为生物类别。生物分类学的最大分界线，就是把整个生物界分为植物界和动物界；或者区分为细胞内细胞核不发达的机体——原核生物（如细菌和蓝绿藻）与细胞核界限明显、结构完善的机体——真核生物（如原生动物和人）。但是地球上的所有机体，不管其细胞核界限是否分明，它们都具有染色体，这些染色体都含有传代的遗传物质，核酸就是机体中的这种遗传分子。除了一些无关紧要的例外，这类遗传性核酸多是脱氧核糖核酸（DNA）分子。奄种不同的动物植物还可细分为种、亚种和属，这也被称作为分类。
物种是通过种内而不是种外的杂交可以产生能生育后代的居群。种内的各个品种的狗交配生出的幼犬，成熟后有生育能力。但是异种交配甚至是象驴和马这样相近物种的杂交只能生出不育后代（骡子），因此，驴和马不能划为同一种。种属相隔较远的杂交，如有时发生的狮虎杂交，其后代虽然能够生存，但不能生育传代。如果偶然这样杂交后代可以繁殖，这仅说明种的界限划分得不明确。整个人类都是同一个种——智人的成员。智人在风趣的拉丁语中意指“智慧人”。大概我们的祖先是能人和直立人（现已灭绝）。能人和直立人两者都归为同一个属——人（Homo）。但它们却是两个不同的种。可是直到最近还没有人试图作个恰当的实验，验证一下，假使能人和直立人同我们现代人交媾能否再生出有生育能力的后代。
古时，人们普遍认为，即使物种极不相同的机体相互交配，都能生育后代。希腊神话中传说，雅典王子提修斯杀死的那个半人半牛的怪物米诺陶，就是公牛和女人交媾生的。罗马历史学家普利尼（Pliny）认为，驼鸟就是长颈鹿和蚊子交配的杂种（这可是个最新发现？！我猜测可能是雌长颈鹿和雄蚊子交配的杂种）。在实际生活中可能有许多这样因缺少某些诱导而从未试探过的杂交。
图1在本章中是要反复提到的。图中的实线表示几个主要生物分类最早出现的时间。当然实际存在的物种要比图中圆点标出的多得多。这些圆点表示地球生命史中陆续出现的成千上万个物种的特征，而这条曲线则表明这些圆点密集排列的特征。新近进化发生的主要物种一般来说是最复杂的。
一些有关机体复杂程度的概念，只有通过考察机体的行为才能弄清楚，即研究机体一生中，要完成多少种不同功能活动。机体的复杂性也可根据机体内遗传物质的最低信息含量推测出来。脱氧核糖核酸（DNA）分子很长，呈螺旋形，压缩成很微小的染色体。人的典型染色体就是由这样的分子组成的。由于它绕成螺旋形，这样它所占据的空间显然要比拆开时占据的空间小得多。这种脱氧核糖核酸分子是由较小的构体块组成的，与楼梯和绳梯的侧面相似。这种构体块叫做核苷酸。它总共有四种，生命的语言，即我们的遗传信息，就是由这四种不同的核苷酸的序列决定的。因此我们可以说，遗传的语言就是由只有这四个字母组成的字母表写成的。
生命这本书是丰富多采的。人的典型染色体的DNA分于是由大约五十亿对核苷酸组成的。地球上所有物种的遗传指令都是用同样语言和相同密码写成的。的确，共用的遗传语言就成了一条证据，证明地球上一切有机体都是共祖的，都是从四十亿年前生命起源的同一种场合进化来的。
任何电文的信息量一般均用称为比特（bit）的单位来表示。比特是二进位制的缩写，二进位制的一位所包含的信息称为一比特。最简便的运算模式不采用于位数（我们常用十位数是因为我们有十个手指这一偶然性所造成的），而是采用二位数：O和1。这样，任何直截了当的问题都可用单次的两位数0或1、是或否来回答。如果遗传密码以两个字母而不是四个字母的语言记入的话，那么DNA分子内的比特数将是核苷酸对数的二倍。既然现有四种核苷酸，那么DNA中信息比特数就是核苷酸对数的四倍。如果一个染色体有五十亿（5X109）个核苷酸，这样它就含有二百亿（2X1010）信息比特（象109这样的数学符号仅表示1后面跟若干个零，此例中是1后面跟9个零）。二百亿比特是多少信息呢？如果用现代人类语言记录在普通印刷书中，那么它的等值是多少呢？人类语言字母表的特征就是有20～40个字母，加上12个或24个数字和标点符号，这样64个可以来回替换的印刷符号就能足以满足这种语言的最大需要。由于26等于64（2X2X2X2X2），这样不要多于6个比特就能确定一个给定的符号。当我们做完一种20问的游戏后，我们就能得出这个结论。在这个游戏中，每一答案都相当于在是或否的问题上投入一比特。假设要问的印刷符号是字母J，我们通过下列程序确定它。
第一问：它是个字母（0）还是别的符号（1）？
答：是字母（0）。
第二问：它在字母表中的前半部（0）还是在后半部（1）？
答：在前半部（0）。
第三问：在前半部的13个字母中，它是在前7个字母内（0）还是在后6个字母中（1）？
答：在后6个字母中（1）。
第四问：在后6个字母（H、I、J、K、 M）中，它在前8个字母内（0）还是在后8个之中（1）？
答：在前3个字母内（0）。
第五问：在字母H、I、J里，它是字母H（0）还是I和J中的一个（1）？
答：I和J中的一个（1）。
第六问：是I（0）还是J（1）？
答：是J（1）。
因此，确定字母J就相当于二进制信息001011。它不需要20问，而只有6问就够了，因而在这一断定中，仅需6比特就能确定某一给定的字母。由此可见；二百亿比特大约是三十亿（2xl010／6＝3x109 ）字母的等值。如果平均每个单词大致有六字字母，那么人染色体的信息量就相当于五亿（3x109／6＝5X108）单词。如果铅字印刷版书的普通一页上大约有三百个单词，这就相当于二百万页左右（5x108/3x102＝2x108）。如果一本标准书共有这样的页数500页左右，那未一个人染色体的信息量就相当于大约4000册书那么多（2xl06／5x102=4x103）。显然，我们机体DNA的核苷酸就好象一个庞大的情报资料图书馆。同样道理，要确定象人这样结构精致、机能复杂的对象，也需要同样一座规模宏大的图书馆，简单的有机体复杂性较小，能做的事也少些，从而需要的遗传信息量也不会大。1976年登上火星的“海盗”登陆器，其电子计算机内的预先程序指令可达几百万比特，这样登陆器的“遗传信息量”稍多于细菌，但却大大地少于海藻。
图1中展示了各种生物DNA的最低遗传信息量。因为大部分哺乳动物的遗传信息小于人类，所以图中表示的哺乳动物信息量要比人少。在一些生物分类里，如两栖动物，其遗传信息量在品种之间是截然不同的。有人认为，很多这种脱氧核糖核酸可能是多余的或不起作用的，所以图1只表示已知生物分类DNA的最低信息量。图1中带有满圈的实线表示不同生物分类含在基因内的信息位数。在地理资料中，也标明了这些生物分类的大约起源时间。由于某些生物分类的每个细胞的DNA量变化不定，所以这里仅表示出已知生物分类的最低信息量。这部分资料选自布里顿（Britten）和戴维森（Davidson）1969年的著作。带有空圈的虚线是表示对这些相同机体的神经系统和脑信息量进化的大体估量。两栖动物以及更低级动物的脑信息量都靠近图的左边。这里也标出了病毒遗传物质的信息位数。但病毒是否起源于几十亿年前，至今还弄不清楚，有可能病毒是新近进化的，是因机能退化而从细菌或其他较精致的机体演变来的。
如把人的体外信息也包括在内（图书馆等），这一相应点就要大大地靠近图的右下边了。
从图上可以看出大约三十亿年前地球上有机体的信息量增长是惊人的，但此后遗传信息量增速缓慢。从此表还可看出，如果为了人类生存，所需要的信息量大于几百亿（1010的几倍）的话，那么就会由非遗传系统提供信息。因为人的遗传系统发展速率是如此之慢，以至在DNA内根本找不到这种辅助生物信息源。突变是生物进化的原料，它促使DNA分子遗传指令的特殊核苷酸序列发生遗传性改变。引起生物突变的因素如下：周围环境中的放射线；来自空间的宇宙射线；或者统计学机率上极为少有的自发核昔酸的自然重组合，化学链的自然断裂等。突变在某种程度上是受机体本身控制的。机体具有修复DNA结构上某种损坏的能力。例如机体内有查视DNA是否损坏的分子，当发现DNA内有异乎寻常的特殊变动时，这段DNA就会被一种分子剪刀切断，于是DNA也就修复了。但这种修复并不是完美无缺的。这种突变如发生在我们手指表皮细胞的染色体内，在一个DNA分子中，这种突变对遗传就不会有影响。至少手指与种的延续是不直接相关的。那么值得考虑的应是作为有性繁殖的物质配子——精细胞和卵子的突变。偶尔有益的突变为生物进化提供了实用材料，如尺蛾从白色变成黑色的黑色素的突变。在英国的白桦树上通常就有这种尺蛾，白颜色为尺蛾提供了保护性伪装。在这种情况下黑色素突变并不是个有利条件，因为黑色尺蛾赤裸易见，易被鸟类吃掉，这种突变违背了自然规律。但由于工业的发展，烟灰开始覆盖了白桦树皮，情况被颠倒过来，只有黑色素突变的尺蛾才能幸存，这种突变又变成了有利于自然选择了。这样过一定时间后，几乎所有的尺蛾都变成了黑色，并将此种可遗传的变异传给了后代。如果英国的工业污染能得到控制，当然情况又会倒转，即向消除黑色素适应的方向突变，这种突变叉将有利于尺蛾的生存传代。值得注意的是，在突变和自然选择的相互作用中，尺蛾绝不会“自觉努力”去适应变化了的外界环境，这个过程完全是无目的的，但在统计学上来看却是有意义的。
象人这样大的有机体大约每十个配子平均就有一次突变，也就是说有百分之十的突变。即任何一个成熟的精子或卵细胞在决定下一代结构的遗传指令上将会有一种新的和遗传性变异，这些突变随机发生并几乎都是有害的。就象一台精密机器，随意改变操作规程反倒得到了改进的现象是微乎其微的。大多数的突变都是隐性的，也就是说不立即显露出来。然而，也有象某些生物学家所指出的那样高突变率，即因遗传性DNA的一个较大的补体可产生一种反而不使人满意的高变异率。这是因为如果含的基因* 较多的话，突变率太大，故障就会出现得过于频繁。假如这是事实，那就应存在着一个大机体DNA可容纳得了的遗传信息量的实际上限。这样一来，大而复杂的机体，就其本身存在这一事实来说，也不得不有个具体的非遗传信息源，除人外，所有的高级动物的信息几乎都不存贮在大脑里。
什么是脑的信息含量？让我们考查一下关于脑功能的截然相反的两种观点吧。一种观点认为，脑至少是脑的外层——大脑皮层是等效的，脑的任何一部分功能可以被其他的部分代替，不存在机能定位的问题。另一种观点认为，脑是很难传导相通的，特种的认识功能定位在脑的特定部位。我们从计算机的设计上得到启发，真理可能就介于这两种极端不同的观点之间。一方面脑功能的任何非神论观点都必须把生理学和解剖学紧密联系起来，脑的特异功能必然依附于特定的神经结构模式或其他脑的特殊结构；另一方面，为了确保准确性和预防意外，我们预料到自然选择已发展了脑功能的大量多余信息。这点很可能从探索脑的进化途径中得到说明。
哈佛大学心理神经学家拉什利（Karl Lasheley）确切地证实了记忆存贮多余信息的存在。他用外科手术摘除了大鼠大脑皮质的重要部分，发现没有明显影响大鼠以往所学会的怎样走迷路的行为记忆。通过这样的实验证明，相同的记忆应定域在脑的多种不同部位。现在我们知道，某些记忆是通过一个称之为胼胝体的白质桥（Conduit）汇集在大脑左右半球之间的。
拉什利曾报道，当鼠脑的相当大的一部分，比如说百分之十切除后，没有发现鼠的一般行为有明显的改变。当然不会有人去询问鼠的看法了。但为了更好地研究这一问题，就应对鼠的社会行为、寻找食物的举止以及掠夺回避动作等做详尽的研究。这种摘除术引起鼠的多种可以想象到的行为变化，这些变化对漫不经心的科学工作者来说可能不会一目了然，但对鼠来说却是关系重大。比如说，手术后的大鼠对有吸引力的异性鼠也不那么感兴趣了；对正在迫近捕食的猫表现出无动于衷的神态*。
有时通过实验可以证明，切除人的大脑皮质的重要部分或该部发生损伤，例如施用双侧前额切除术，或因意外事故，结果对人行为举止几乎没有发生什么影响。但人的某些行为从外观或从内在思想上来看都不是明显的。人具有感性认识，也有象创造力这样罕见的理性认识活动。有关创造才能行为的联想，那怕很少一点，都得化费相当多的脑力。这些创造行为确实成为我们整个人类和文明的特征。许多人缺乏创造力，可是无论是脑损伤受试者，还是做此种研究的医生，都觉察不到他们缺乏创造力。
脑功能存有大量多余信息，已成了不可回避的事实，几乎可以肯定他讲，风靡一时的等效说是错误的，当今的大部分神经生理学家已经抛弃了这一假说。但从另一角度来讲，那种认为记忆是大脑整体功能的等效观点，尽管它的科学论据还很不充分，况且又处于试验之中，但是，对这种观点完全不给予考虑依我们来看也并非容易。而认为脑的一多半空间是无用的观点，是容易为一般人所接受的。可是要从进化论的观点来看，这又完全站不住脚。既然脑的一多半没有功能作用，脑为什么还需要不断进化增大呢？实际上，这种论点的证据也少得可怜。在实践中，人们发现有时脑虽有许多损伤（一般都是在大脑皮质内），然而对行为并没有明显的影响，从此就得出脑的一多半没有功能作用的结论，显然这是不正确的。这种观点，第一没有把多余信息功能考虑进去，第二没有注意到人的某些行为是难以捉摸的这一事实。例如大脑皮层右半球的损伤可导致思想和行动的减损，但这些都属于非语言领域，就其定义来说，对患者或医生都是很难说清楚的）大脑功能定位的证据还是不少的。已发现大脑皮层下部的脑的特定部位同食欲、体姿平衡、体温调节、血液循环、精细运动和呼吸等有关。加拿大外科医生彭菲尔德（Wilder Penfield）对高级大脑活动作了研究，用电流刺激大脑皮层的不同部位，试图减轻象精神运动性癫痫这类疾病症状。受试者主诉有一点片断的回忆，嗅到以往闻到的气味，听到一种声音，看到一种颜色，这一切都是由大脑内特定部位的微量电流刺激引起的。
在另一个典型病例中，切开患者颅骨，露出大脑皮质，将电流经过彭菲尔德的电极遇到患者皮质时，病人可以详尽地听到乐队的乐曲。如彭菲尔德没有通电，但他却对手术中完全清醒的患者说，他刺激了患者的大脑皮质，患者始终回答说，没有记忆痕迹。如不告诉患者就经电极向患者的皮质通电，记忆痕迹便开始出现或继续。这时，病人可以主诉，听到了乐曲的音调，或者一种熟悉的感觉，或者在其思维里重新出现很多年前演奏时的感受。与此同时病人又清醒地意识到他正在手术室里同医生谈话，这与患者的上述感觉或感受又不相冲突。
有些患者描述这种倒叙宛如一场短梦，可是患者并没有做梦感受的典型征象。上述几乎全是癫痫病人的感受，但非癫痫病人很可能在类似的环境下也会出现相似的感性回忆。可是这一点尚未通过试验证实过。第三个病例，是用电流刺激与视觉有关的枕叶。患者主诉，他看见了飘飘飞动的蝴蝶，病人并从手术台上伸出手要去捕捉蝴蝶，似乎真有这种使人相信的事实似的。在类人猿身上也作了相似的试验，猿紧张地凝视着，似乎它在死死地盯着它面前一件东西，它的右手作了个快速捕捉动作，尔后非常迷惑不解地端详着它那空空的拳头。用电无痛地刺激人的大脑皮层的某些部位，能诱出一连串特殊事件的回忆。可是，若切断脑组织同电极的接触，记忆犹新。因此，我们可以做出结论：至少是人的记忆存储在大脑皮质内，一有电流刺激就可恢复记忆，而这种电流就是由脑本身产生的，这个结论是无可非议的。
如果说记忆是大脑皮质的整体功能，即一种动态回响，或者说成是脑整个组成部分的电流驻波图，而不是脑的个别部分的静态存储分布图，这样就能解释在脑的重要部分损伤后，记忆为什么还能残存的原因。但也有与此相反的论证。美国神经生理学家杰勒德（Ralph Gerard）在密执安大学作了如下试验：首先训练仓鼠学会走回路，然后将其放在冰箱内冷冻到冰点，一种诱导式的冬眠，要使温度降低到动物脑中一切可探测出的电流活动全部中断时为止。假如说，记忆的动态观点是正确的话，此试验应能成功地消除仓鼠跑迷津的一切记忆。事实相反，仓鼠记忆尚存。看来记忆是定位在脑的特定部位，脑在损伤后，记忆仍然存在，这一定是静位记忆痕迹在脑的不同部位多余储存的结果。
变形的身体模型图说明大脑皮质中有多少注意力集中到机体的各种不同部位，所展示的部位越大说明这部分越重要。图的左半部是大脑皮质展示的身体部位接收神经信息的感觉区；图的右半部是脑通向机体的神经冲动传递的对应图。
图2是彭菲尔德的感觉区和运动区的大脑皮质机能定位图。从图中可见，脑的大部分区域都用于控制手指（特别是拇指）、口和其他语言器官。正是这些器官，在人的生理学中才根据人的行为把人和动物加以区别开来。没有语言，我们的知识和文明不能发展；没有双手，我们的技术和业绩也永远不能建树。在某种意义上说，运动皮质图是对人的特点准确生动的描述。当前比这更有说服力的就是机能定位的论述。在一组精密的试验中，哈佛医学院的哈布尔（David Hubel）发现存在特殊脑细胞的网状结构。它们是水平位细胞、垂直位细胞和对角位细胞。这些细胞能有选择地对各个方位觉察到的影线进行应答，但每种细胞仅在觉察到的相应方位线上才能发生兴奋。至少，某些抽象思想的萌芽是由这些脑细胞引起的。
大脑皮质特定区域处理特殊的感性认识、感觉和运动功能。这些区域的存在意味着在脑重和智力间不需要有完整的相互关系。显然脑的有些部位要比其他部位重要。根据现存的记录（公开发表的资料）；脑最重的人是克伦威尔（Olive Cromwell）、特吉纳夫（Ivan Turgenev）和拜伦，这些人都是非常聪明的。艾伯特·爱因斯但虽很聪明，但他的脑量并不很大。弗朗斯（Anoctole France）比好多人都聪明伶俐，但他的脑仅是拜伦脑重的一半。刚生的婴儿其脑重／体重比率是相当高的（大约是12％）。人脑，尤其是大脑皮质在初生头三年——这个最快学习期内生长迅速。到六岁脑重就可达到成人量的90％。现代人平均脑重1375克左右（几乎有三磅重）。既然脑的密度同整个人体组织一样，大约等于水的密度（每立方厘米重1克），这样脑的容积就是1375立方厘米，不到一升半（一立方厘米体积大约有成年人肚脐那么大）。
不过现代女人的脑要比男人轻150克左右，如果把女人抚养孩子癖好考虑进去，就没有明显证据能说明男女之间还有总的智力差异，因为人的150克脑重肯定是无关紧要的。况且，不同人种的成年人脑重也不一样（一般来说，黄种人的脑要稍大于白种人）。既然证实了在相同的条件下智力不存在差异，所以相似的结论也就随之产生。拜伦脑重2200克，弗朗斯脑仅重1100克。脑体积上的差异表明，在一定范围内几百克的差额，对于脑的功能来说大概是无关紧要的。畸形小脑——天生过小的脑，这种成年人的认识能力大量丧失。典型畸形小脑者的脑重只有450克到900克重，正常的新生儿标准脑重为350克，1岁幼儿脑重大约是500克。当我们考查一个比一个小的脑重时，会很明显地得出如下结论：同正常的成人脑相比，如脑重过小其功能也一定会受到严重损害。
