人们有时认为自然选择是一种纯粹的反作用力,它有能力消除异常和失败品,但是它却没有力量去创造一个复杂、美丽、有效的设计。它只能把已有的减去而不能创造出新的加上去吗?雕像应该可以部分地回答这个问题,并没有什么东西加到大理石上,但是经过雕塑家的去除,一座美丽的雕像便会出现在我们眼前。但是这个比喻可能会误导某些人,他们直接关注这个比喻的错误部分--事实上雕塑家是一位有意识的设计师--并错过重要的部分一事实上雕塑家是在减而不是在加,即这个比喻也不应该想得太远。自然选择也许只能减去,但突变可以加上。通过地理学上漫长的时间跨度,突变和自然选择会建立起复杂的结构,在这里用的加比减多。有两种主要的途径可以使"建造"开始:第一种途径名为"相互适应的基因性",第二种途径名为"军备竞赛"。表面上两者彼此完全不同,但是它们又会在"共同进化"和"相互基因的环境"这两个大前提下统一起来。
首先,关于"相互适应的基因型"这个想法。一个有特定作用的基因起作用是因为已经有了正在工作中的结构。基因不会影响大脑的布线,除非大脑已经先行在这里布好了线,除非存在一个完全发展中的胚胎,但是不会有完全发展的胚胎,或者除非存在一整套化学物和细胞活动,其偶然地影响了很多基因和非基因。基因所有的特别作用并不是基因的内在属性,它们是胚胎发展过程中的属性,存在于过程中的细节会改变基因。它们会在胚胎发育的特殊阶段和特殊时间活动。计算模拟的基本形态的发展为我们阐明了这一点。
从某种意义上来看,胚胎进化的整个过程就好像上千个基因共同做的一次冒险。胚胎由变化中的有机物组合在一起,基因们互相协作。现在我们来理解这样的协作产生的关键。在自然选择中,基因总是选择它们生活的最有活力的环境。我们想到环境总想起外面的世界,这个世界中的天敌和气候。但是从基因的观点出发,可能最重要的环境部分就是它们碰到的其他基因以及在哪里它们可以碰到其他基因。大多数它们可以在成功的个体细胞中找到。每个被选基因都有能力和它们可能碰到的其他基因很好地配合。
在给定基因组成工作环境中真实的基因数量不只是碰巧聚集在一起的特殊单体细胞的集合。至少在两性繁殖中,它是一套杂交繁殖个体基因的总和--基因池。任何时刻,任何基因的拷贝都要加入到一个个体生物中的细胞里去。但是拷贝基因的原子团并不具有永久的利益,它只有一个月多的期望生命值。如我们所见,长寿的基因作为进化了的单元没有任何特殊的物理结构,只是把原来的档案信息拷贝下来。原信息复制者有着分布式的存在,它在空间上被广泛地分布到各个个体中去,在时间上它被广泛地分布到好多代。当仔细地观察分布方法的时候,在一个身体中任何一个基因都有可能碰到另一个基因。在前进的地理时问中,它可以"期望"在不同身体的不同时间遇到多种多样的基因。
一个成功的基因也许会在不同身体中遇到许多不同基因。"干得不错"的基因结果会与其他的基因"合作"。在生物化学中,这一点直接被人们发现。
生物化学方向是一些有用过程的连续阶段顺序组成的化学药品,像一些能量的放出和重要物质的合成。每个化学阶段都需要酶--一种巨大的分子,好像化学工厂中的机器。不同的酶在不同阶段起作用,有些时候达到同样的结果也会有几种化学反应方向。虽然两种路径有着同样的结果,但是它们的中间阶段不同,并且起始点也不相同。两种其一便可以完成作用,采取哪种都可以,重要的是任何特殊的动物都在避免一次同时尝试两种情况,因为这会导致化学物质混乱和无效。
现在假设路径需要酶Al、Bl、Cl来继承;为了合成化学物质D,使用酶A2、B2、C2的路径2也要达到同样的目的。每一种酶由一种特殊的基因制造。为了达成路径,物种需要为Al、Bl、C编译基因,使之一起进化;为了达成路径2,物种需要为A2、B2、C2编译基因,使之一起进化。选择哪种进化不会由高级计划来决定,而是由每个被选择的基因按照其他的占主导数量的基因的兼容性决定。如果生物富含8、Cl基因,这里更会建立Al基因而不是A2基因;相反的,如果生物富含B2、C2基因,这里更会建立A2基因而不是Al基因。
实际上并不是如此简单。但是你可以想到:关于一个基因喜欢不喜欢其他基因的一个重要"气候"就是其他基因有多少。如果多,那它就会和其他基因共享一个身体。既然其他基因也是相同的情况,我们就可以画出所有合作进化解决问题的基因组图表。基因自身不进化,它们只是能不能在基因池中生存下去。"组"才可以进化。其他组也许已经做完了这项工作,也许完成得要更好。但是一旦一组在基因池中占据主流,那它就自动有了优势,少数组要想闯入很困难,即便最后少数组也许会更有效率。多数组对被自动取代有一种抵抗力,这只是靠多数组的优点。这些并不意味着多数组总也不会被取代。如果真是那样,进化就不会进行了。但是,这其中存在一种内置的惯性。
这种观点明显没有被生物化学所限制。我们可以用同样的基因做出成群的不一样的眼睛、耳朵、鼻子,会走路的羔羊,一个动物肢体所有协同工作的部分。基因使牙齿易于咬肉就像使肠子易于消化肉一样;相反的,基因使牙齿易于咬草,就像使肠子易于消化草一样。两种情况反之亦然。"食肉基因组"倾向于聚集在一起,"食草基因组"倾向于聚集在一起。先前提到一个身体内的可以基因彼此合作一起。经过进化,它们每个都变成了自然选择所作用的环境的一部分(比如它们祖先的拷贝)。如果我们要问为什么狮子的祖先吃肉而羚羊的祖先吃草,回答是最初这是一场意外。一场意外也可以是狮子的祖先吃草,而羚羊的祖先吃肉。但是一旦食肉的基因组建立起来,那它就会自我增强;而一旦食草的基因组建立起来,那它就会反方向地自我增强。
早期的进化一定发生7一件主要的事情,参加协作的基因数量增加。细菌的基因数量远比动植物要少。这种增加也许来自于多种基因复制的结果。记住,就像计算机光盘上的文件,基因只是一串编码过的信号,它可以拷贝到染色体的不同位置,就像文件可以拷贝到光盘的不同位置。在我的光盘里,这章就是3个正式的文件。我可以让计算机读出3个文件的其中之一,然后它将给出一份文本文件,包括你现正在读到的字。所有的看起来整洁而有序。但是对于光盘自身,数据的存储就不是整洁而有序的。如果你打破计算机操作系统的规则你就可以看见,然后自己写出程序解释光盘的每个扇区都写了些什么。我的3个文件变成了碎片,它们彼此插入,并且夹杂着旧文件和我已经删除并且忘记了的文件。任何给出的文件碎片字与字都相同或者有些小出入分布在整个光盘的6个不同位置上。但是根据我们观察,文本又被重新分散出去了,因此多份拷贝就是在磁盘中被发现的,磁盘用得越久,碎片就越多。
现在一个物种的DNA操作系统已经非常非常老了,又有证明显示长期以来它有些像磁盘的碎片。。一部分证据来自于不可思议的现象--"基因内区"和"基因外区"。过去0年中,有人发现一个单个连续的DNA信息不会存储在一个地方。如果你读到了染色体编码(比方说,如果你破解了操作系统),你会发现"有意义的"叫做"基因外区",它与"无意义的""基因内区"相分离开。任何一个基因都分裂成一系列碎片(外区)并且与无意义的内区分隔开。每个基因外区最后都有像"下转到第99页"这样的指示。完整的基因由一套基因外区组成,当它们最终由"官方"操作系统读取并转化成蛋白质时会聚合在一起。
更进一步的证据来自于这样一个事实:染色体上堆满了不再被用到的旧基因,但是它们仍就可以被识别。对一个程序设计师,"基因化石"分配的形成使人惊奇地联想起了磁盘保存文件的方式。对于...些动物来说,很多基因实际上并未被读取,这些基因要么是无意义的,要么就是过期的化石基因。
偶然地,根据我写这本书的经历,文本化石有一次自我继承。计算机的失误(或者直接地说应该是人的失误)使我偶然地删除了第三章,当然文本表面上并未被删除,删除的是每个指向外部基因的指针。官方的操作系统不可能读得出来,但是非官方的:残作为一个基因工程师检查磁盘上的所有文本,我看见的是令人迷惑的文本碎片:七巧板游戏。这之中有些是最近的文件,有些是古老的"化石"。把这些七巧板拼起来后,我可以重建这一章,但我不知道哪个是最近的碎片、哪个是化石,除了一些新加入的必要编辑,并不是说它们就完全相同了。至少某些化石或者过期的内部基因有一次存在了,它们帮助我摆脱了困境,使我免于重写整个章节。
现今仍然存在的物种在这里也有证据,化石基因偶尔会再一次光临,并且在冬眠了l00万年后被重用。如果细说,这会脱离:本章的主题,因为你会想坦刚才我们已经跑题了。主题是由于基因复制会使整个5种基区能力增加。老基因的拷贝是其中的一种方法,也有其他方法,可以立即让基因拷贝到染色体各处,就像文件可以拷贝到磁盘各处或者整个磁盘一样。
人类有8种独立基因叫做球蛋白的(用来制造血红蛋白)存在于多种染色体中。看起来好像所有这8种基因都是由球蛋白:基因祖先复制得来的。大约l10亿年以前,球蛋白基因祖先复制并且得到两种基因。我们知道这件事的日期,因为知道球蛋白习惯的进化的速度(参见第五章和第十一章)。由最初复制而产生的两种基因,一种变成了。在脊椎动物体内制造血红蛋白的基因的祖先,一种变成了制造肌球素基因的祖先,肌球素是一族在肌肉中工作的有关系的蛋白质。
后来多种复制发生产生了阿尔法、贝塔、伽马、叠尔塔、艾普希龙和泽塔球蛋白。不可思议的是,我们可以建立所有球蛋白的家族树,甚至可以在分支上标上日期(例如,叠尔塔球蛋白和贝塔球蛋白在4千万年前分开,艾普希龙和伽马在亿年前分开)。而且这8种球蛋白远祖的分支子孙到现在还遍布每个人的体内。它们把祖先的染色体划分成不同部分,我们用不同的染色体继承了它们。分子和与之关系极为疏远分子的子孙共用一个身体。可以肯定的是,许多这样的复制在所有染色体内还在继续并且会持续整个的地质时间。在讨论真实生命比第三章提到的生物化学更为复杂时这些需要重点考虑。它们一共只有9个基因,这9个基因只能通过进化而改变,但是永远不会增加到0个。即使是真的生物,这样的复制也太稀有了,但这并不足以使物种的所有成员分享同样的"地址"系统无效化。
合作基因的数量将在进化中增加,在物种体内的复制这并不是惟一的意义。有一种更为稀有的可能,但仍然是非常重要的可能,那就是偶然地和另外一个物种合并,即使是关系极为疏远的物种。例如,血红蛋白的祖先是豌豆科的植物。它们从没在任何科的植物中出现,但是却好像是必然似的不知怎么通过动物的交叉感染进入了豌豆科,病毒可能充当了中间者。
据此有一个重要的事件,根据美国生物学家林恩?玛谷里斯日益受到宠爱的理论,即真核细胞起源理论。真核细胞包括所有的细胞,除了细菌以外。重要的是现实世界被划分为细菌世界和其他世界,我们在其他世界中,这里的全体都称之为真核细胞。我们区别于细菌的主要一点在于我们的细胞中存在离散的微细胞单元。这中间包括存在于染色体中的核;微小爆炸状物体叫做线粒体(我们为了简短用l表示),其中装满了复杂的膜,并且存在于(真核)细胞的植物的叶绿体中。线粒体和叶绿体有它们自己的DNA,它们可以复制并繁殖自己,并且完全独立于细胞核中染色体的主要DNA。你身上所有的线粒体都是母亲卵子内的少数线粒体的后代。精予太小,不能装载线粒体,因此,线粒体的旅行绝对走的都是雌性的线路,而雄性的身体便是线粒体旅行的终点。顺便提及,这意味着我们可以用线粒体追寻我们的祖先,但是要严格地走雌性线路。
玛谷里斯的理论是线粒体和叶绿体以及细胞内的其他的一些结构都是继承于细菌。真核细胞形成于20亿年以前,那时几种细菌施加了力量,因为这样做对它们彼此有利。过了漫长的时问,它们聚合成为互相合作的单元叫做真核细胞,现在变得不可能觉察到真相,如果事实就是它们曾经从细菌中独立出来的。
也许一旦真核细胞被创造出来,一个新的设计范围就变的可能了。我们观点中最有趣的是,细胞可以制造由数十亿个细胞组成的身体。所有的细胞都分裂成2个,每个各拥有整套基因的一半。如我们看到细菌在针尖上的情况时,连续的细胞分裂可以在短时间产生大量的细胞。开始时,只有一个细胞并分裂成2个;然后,每个再分裂而变成4个;每个再分裂,变成8个,数字呈几何倍数增长,8、6、32、64、28、256、52、024、2048、4096、892。在20次翻倍后,那不会用很长时间,我们就有将近l00万了。在40次翻倍后,我们就有一万亿以上的细胞。细菌是靠大量细胞连续翻倍并相互独立,许多真核细胞也是如此,例如原生动物和变形虫。进化中的一个主要步骤就是细胞在连续分裂之后应该聚集在一起而不是相互独立。如上所述,在极小的级别,在两种计算机生物形态的分支中出现了高级生物结构。
现在,大型的身体第一次变得可能起来。一个人类的身体真的是一个庞大的细胞群,所有的子孙都来自于同一个祖先,那就是受精卵。所有的堂兄弟姐妹、儿女、孙子孙女、叔叔阿姨以及其他的细胞都在同一个身体里。由l0万亿细胞组成的我们的身体只是由几代细胞分裂产生的。细胞有20种(根据味觉),所有的都是由同一套基因构成,只不过每种细胞由不同的成员构成。这就如我们所见的一样,肝细胞不同于脑细胞,而骨细胞又不同于肌肉细胞。
基因通过器官还有多细胞体的繁殖来工作,并要确保多细胞体中每个细胞不会单独工作。多细胞体使基因控制世界变成可能,利用工具建立在比单个细胞的尺度更大的尺度之上。它们通过直接影响小尺度的细胞来间接达到对大尺度的操作。例如,它们改变细胞膜的形状。大量细胞互相影响来产生整体效应,比如影响一只胳膊、或者一条腿、或者(更间接的)一个海狸的坝。绝大多数我们可以用肉眼看到的有机物特性是"浮现特性",即使只有9个基因的计算机生物形态也有浮现特性。
真实的动物通过细胞的交互作用在整个身体中被制造。有机物是作为一个整体来工作的。并且,据说基因会影响整个生命体,即使每个基因的拷贝只对自己的细胞施加作用。我们已经看到了基因环境韵一个非常重要的部分,即其他的基因很可能在继承的后代体内相遇。这些是物种内部基因的序列改变和基因混合。确实,有性繁殖物种可以看成是一种设备。这种设备可以是一串离散系列的习惯于互相混合的基因改变序列。根据这个观点,物种不断地变换物种内基因排列顺序,但是从不触及其他物种的基因。然而这对其他物种很重要,即使这些基因在同一细胞内很近的距离都不相见面,但它们彼此之间却构成很重要的环境。这种关系经常是敌对而非合作,而且这可以被看做是一个颠覆的信号。这是我们要讨论的第二个主题"军备竞赛",虽然这件事很微妙,以至于我们不应该做过深的讨论。这件事在捕食者和被捕食者、寄生虫和宿主,甚至是同种族的雌性和雄性之间都存在。"军备竞赛"会在进化时生效,而不是在某个个体的生命时间段里。"军备竞赛"是这样构成的:一个世系(如被捕食者)生存技巧的提高,作为直接的影响,它会使另外一个世系(如捕食者)得到进化。在个体的敌人有能力进化自己技巧的地方会有"军备竞赛"发生。我认为,在整个进化过程中"军备竞赛"使种族进步的作用是关键的。而早期的偏见曾说进化不会有继承新的进步的问题,如果动物只会遇到天气或其他方面的问题,如果我们认为会发生什么的话,我们可以事先了解。
动植物在一个特定的地方经过许多代的累积选择之后,当地的动植物就会特别适应环境。比如天气环境,如果环境寒冷,动物会长出厚实的毛发或者羽毛;如果环境干燥,就会进化出坚韧的或者像蜡涂过一样的防水的皮肤,这样会保存体内的少量水分。对当地条件的适应会影响身体的每个部分:它的外形、颜色,它内部的器官,它的行为和它细胞内的化学成分。
如果一个世系的动物生存在不变的环境条件下,比如00代以内总是又干又热,进化可能就暂停了。动物可以完全适应当地的条件,这并不意味着它们已经进化得很完美了,这只意味着它们不会再通过任何小的进化步骤来使自己得到提升:周围没有与之相似的生物形态比它做得更好了。
外界条件改变时,进化就会继续:冰河时期的前兆、一个地区平均降雨量的改变和主要风向的改变。这些事情都在要进化的物种周围发生。结果进化不会暂停了,取代的是它会不断地"跟踪"着周围变化的环境。如果这个区域内的温度稳定地下降,并且持续了一个世纪,连续多代动物会由稳定的选择"压力"推向一个方向,比如长出了厚实的毛发。在几百年之后温度下降的趋势开始倒转,平均温度开始回升的时候,动物又会在新选择压力的影响下,使毛发再一次变短。
但是目前我们考虑的只是有限的环境条件。比如,气候对"动物和植物是十分重要的"。几百年前的改变使进化循着它开始进行。但是气候的改变是随机的,并且以一种不连续的方式。动物环境同样需要被"跟踪",因为动物环境的变化更恶毒。这部分环境本身是活的动物,对被捕食者角马、斑马、羚羊的变化来说,捕食者鬣狗至少和气候变化一样重要,羚羊和其他食草动物在大平原上游走以寻找青草。气候也许是很重要的,但是狮子、鬣狗和其他食肉动物也是很重要的。累积选择会使捕食者变得善跑,使被捕食者变得多智。这些条件不小于气候给它们造成的影响,而且就像被进化"追踪"的天气波动一样,长期以来捕食者的变化和习惯也同样被被捕食者所追踪;当然,反之亦然。
我们可以使用物种的"敌人"来表示使此物种面临困难的动物。狮子是斑马的敌人,说斑马是狮子的敌人看似有些冷酷无情,两的差别。天气l00年也不会以一种恶毒的方式去变化,只是雨水 203降多降少,这并不会带有特别的意思。00年过去了,猎豹比它的祖先更善于捕捉瞪羚,这是因为猎豹的交替不像天气的交替,猎豹服从累积的选择,猎豹倾向于跑得更快、视力更敏锐、牙齿更锋利。而"敌对"的气候和其他无生命条件没必要总是与之敌对,而活着的敌人从整个进化时间来看肯定总是倾向敌对的。
(鼍鞔 汛者的关系中斑马的角色看起来好像很无辜,并且不应该被坏"敌人"所捕食。但是,从狮子的观点看,斑马在草原上反抗狮子的捕食使自己的生活变得艰辛。如果斑马和其他食草动物都能逃脱追捕,狮子们就都饿死了,我们因此定义斑马是狮子的敌人。绦虫是宿主的敌人,宿主也是绦虫的敌人,因为它们想通过进化来抵抗绦虫;食草动物是植物的敌人,植物也是食草动物的敌人,某种程度上它们制造了刺:有毒的、令人恶心的化学物质来防止被吃。在进化期内,动物和植物世系"跟踪"不懈,它们的天敌会比跟踪气候条件更为认真。猎豹进化出更好的武器和战略对瞪羚来说就像天气变糟一样,它们都会同样去跟踪,但是两者有很大第七P创意进化。)
食肉动物变好没多久就变得泄气了,好像人类军备竞赛一样(经济的原因)。因为它们的优势与食草动物的优势之间并不平行;反之亦然。瞪羚与猎豹同样服从于累计选择,几百年之后,它们也会变得更善跑、反应更敏捷、在长草中隐蔽得更完美,它们会进化成对于猎豹而言是更强敌人。对猎豹来说,每年并没有变得多好或多坏,除非目前有任何适应环境很好的动物一下子变得糟糕了。但是每年瞪羚却在变糟--因为更有侵略性的猎豹使得逃跑更难了。再一次,瞪羚的进化速度趋于暂停,它与捕食者的进化展现出不平衡性。一方好一点是因为另一方的存在,反之亦然。几百年来遵循的就是这样一个恶意的循环过程。
在我们现实世界里这个非常短的时问跨度中,当两个敌人中的一个提升自己的武力而引起另一个敌人也做同样的事,我们称之为"军备竞赛"。这对进化来说是一个很好的类Z。并且,我不会对我的同事道歉,他请求主宽恕我做这样的比喻。我以一个例子介绍我的观点,即瞪羚和猎豹。这就是两者的不同,活的敌人服从进化带来的改变,而无生命的敌人也服从,只不过没有了计划性。但是,现在是我承认错误的时候了,我的观点也许会误导读者去想到另一个方向。"军备竞赛"的观点实质上就是比谁跑得更快。那么,根据我们提到的推论继续下去,瞪羚和猎豹会继续进化,一代接"'代,最终两者都会超越音速。这样的情况不会发生,而且永远都不会。再重新开始"军备竞赛"的讨论之前,我有必要先澄清这个误解。
第一个限定条件是:我对猎豹给出了一个稳定上升的捕食能力,而对瞪羚给出了稳定上升的避免被捕食的能力。读者就会以为物种会势不可挡地进化,变得比它们的父母更加结实、更加迅速、更加勇敢。但在自然中显示并非如此,如果长时间跨度地去观察而不是只比较两代,就更容易发现这个事实。"提高"远远不是连续性的,它是一件不规则的事情,有时停滞,有时甚至倒退,并不是像"军备竞赛"那样慢慢地朝一个方向前进。变换的条件、变换的生命外力,即天气,很可能放慢或使"军备竞赛"变得不规则。至今的观察者都可能意识到了这一点。也许延续很长时间"军备竞赛"都没有进步,而且可能也不发生进化。有时"军备竞赛"的一方会获胜,使另一方的物种会灭绝,然后另一次的"军备竞赛"又重新展开。但是,即使如此,"军备竞赛"这样的想法仍旧是迄今为止对动物的高级、复杂结构所能做出的最满意的解释。"军备竞赛"这种"提高"好像会继续下去,即使中间过程有中断:或者"军备竞赛"会充满活力,即使一个生物的生命过程中进化得如此之缓慢,即使"军备竞赛"存在于整个的历史跨度。
第二个限定条件是:我称做敌人的关系要比简单的瞪羚和猎豹的两者关系来得复杂。复杂,是指一个物种会有两个(或更多的)敌人,而这些敌人之间还存在着另外的敌对关系,这是大家通常说的"丛草受益原则",甚畜生吃草对草有利。奶牛吃草,因此草可能认为奶牛是它的敌人。但是草在植物界也有其他的敌人,比如杂草,如果允许其无限制地生长,它们也许比奶牛更有威胁。草可能因为奶牛吃它,'面遭殃,但是有竞争性的野草更会使其遭殃。因此,一块草地只存在奶牛则是草得到了好处。这样看来,奶牛是草的朋友而不是它的敌人。
然而,奶牛仍然是草的敌人,因为单株草比起与其被奶牛吃还是和其他草竞争为好,并且任何突变植物会分泌出化学物,使得奶牛不吃它们(包括基因结构用做化学武器),而它们的种子会比竞争对手产生的种子更容易存活。即使奶牛是草的朋友,但是自然选择也不愿意让草被牛吃掉!这一部分的大致结论如下:想到奶牛和草、瞪羚和猎豹做"军备竞赛"比较容易。但是我们不能忽视它们同时与其他敌人存在"军备竞赛"。这点在此不再继续讨论,但是它可以发展出这样的解释:为什么特殊的"军备竞赛"会变稠稳定而且不会永远发展--不会导致捕食者能以两马赫的速度来追捕被捕食者。
存在着这种牵连,通过时间的洗礼,某个区域的捕食者将会有胡会遇到来自另一个区域的被捕食者。到了近代,那些近现代的播食者与被捕食者都围绕着它们的始祖而代代演变,这与能被证眵的试验不同,即使一些人发现了确实罕见和孤立存在的始祖动物,例如在澳大利亚和马达加斯加,好像坐着一架时问机器回到澳大利亚的远古时代。这些人认为澳大利亚的物种在先前的优胜劣汰演化以及外在世界的作用下趋于灭绝。那些人认为土著动物是"旧的"、过时的,但是即使"澳大利亚存在着活的化石"的假设,它也很难被确定。
无论在平衡上的进化过程多长,成功率依然是零,这些都已经被芝加哥大学雷恩?范?弗伦定为"红后效应"。在《爱丽丝镜中游记》中,红女王紧紧地拉住爱丽丝穿越边境,但无论多快,他们总在同样的位置。爱丽丝迷惑地说,"在我的国家,你保持很快的速度,并持续一定的时间,你将到任何地方。"女王说:"那是一个速度慢的国家。然而,现在你花费你的最大极限去跑,但却停留在同一个位置,如果你想到另一个地方,请至少用双倍速度。"又如,为什么森林中的树如此之高?简单的解释是森林中的其他树都很高,树木不想生长在别的树木的阴影之中。当所有的树长到最高的时候。所有的树都以平均高度暴露在太阳下,没有谁能变得更低。但是如果它们都变得低一些,或者他们达成协议去降低大家暴露在阳光之下的高度,所有的树木都会受益,它们可能会和别的树木竞争去争夺到绝对一样的阳光。但是它们只需要比以前小很多的付出便可实现,这整个树林的收益将会增加,对个体的树木也是如此。不幸的是,自然选择不会理会总体经济情况,而且也没有场所去讨论并达成共识。这就变成了树枝竞赛,随着时间流逝,森林正在变得越来越高,在每次发动的"军备竞赛"中,在它自己的理由中都没有本质的利益使自己长高。而在每次发动的"军备竞赛"中,使自己变得更高的理由,就足以让白己比自己的邻居变得更高。
随着"军备竞赛"的不断进行,整个森林顶层的高度变得越来越高。但在它们变高的过程中都没有受益。它们通常会退化,因为它们的花费变得很高,所以维持原来的高度比较经济合算。正如爱丽丝与红色皇后所说,树木可能变得更好,但它们没有注意到的是它们仍呆在原地。在一般的"军备竞赛"中,包括人类在内,尽管如果没有人受益的话一切可能会变得更好,但是一个争先,个个都会恐后。顺便说一旬,我说的这个故事可能过于简单。我并不是说每个进化后的树会交得比上一代高,也并不是说"军备竞赛"有必要继续进行下去。
另外一种观点说明了"军备竞赛"并没有必要在树的各个部:分之间进行。就个体树木而言,自己的阳光被挡时就遭到了损失。更可能的事实是,所有成员在进行内部竞争时比对外部竞争更加严肃地对待。进一步来说,内部成员的竞争比与其他部分竞争更为激烈。因为内部竞争的是同一种资源。这也包括诸如男性和女性、父母和子孙之间的竞争。我已经在《自私的基因》这本书中讨论过,这里就不再赘述了。
树的故事使我可以去介绍两个不同类型"军备竞赛"之间的概括性差别:"一致性军备竞赛(竞争)"与"不一致性军备竞赛(竞争)"。"一致性竞争"是两个竞争者为了同样的目的而展开的,正如森林中树木的竞争目的是争夺阳光。树木的不同部分并不是统一地以一种方式生存,在这个特殊的竞争(为了阳光展开竞争)中,它们之间是竞争者,为了同样的资源它们成为竞争的一部分,最终一方胜利而另一方失败,之所以称之为"一致性竞争",是因为这个自然的成功与失败对两边来说是一样的:各自都是为了争夺阳光和避免被掩盖。
然而,猎豹和瞪羚的之问的竞争是"不一致的竞争",对于成功的一边和失败的一边来说这是一种真正的竞争,两边成功和失败的自然性质是非常不同的。这两边正试图去做非常不同的事情,猎豹试图去吃掉瞪羚,瞪羚不会试图去吃掉猎豹,但是它们要避免被猎豹吃掉。一个看待"不一致竞争"的革命性观点非常有趣。因为它们都试图去装备更复杂的"武器",我们可以看到为什么可以拿人类的武器技术来做例子。
我可以用USA和USSR来做例子,但确实是没有必要牵扯到具体的国家。发达国家一些公司制造的武器,最后将会被许多国家购买。已经存在的防御性武器,例如低空飞弹,试图引诱发明更有效的东西去替代雷达控制系统,以搞乱对方的控制飞弹系统。这个"干扰设备"不太可能被敌国制造,但可能在同一个国家制造出来,毕竟没有公司比发明这种特殊飞弹的公司有更好的干扰设备。同一个公司生产这两种产品,并将它们分别卖给战争的对立两方,我有足够的悲观去预见它们的发生。它也逼真地证实了装备发展的观点:装备精湛,效果僵持,花费增加。
按我目前的观点,军备竞赛双方的制造商们不是敌人,或双方是没有关系的。这个问题非常有趣,在不管制造商的前提下,问题是装备本身在某种特殊的观点下是对手、是敌人。这一点我在这个章节里已经证明过了。飞弹和它特殊的干扰装置对彼此来说是敌对的,这与它的设计者双方是不是敌人并没有关系,虽然这很容易臆测他们是敌对双方。
达到目前为止,我讨论了飞弹矫正法的例子,并没有涉及到它的革命性、革新性的方面。毕竟前者才是引入这个章节的主要原因。这里的观点并不仅仅适用于目前的飞弹设计,飞弹不仅促成了针锋相对的武器的问世,如电台干扰设备,几乎导弹的每一次进步都促成了它自己的下一个进步。在矫正过程中提高它们的效能,并自己来改进设备,这就是产生爆炸性革命性进步的秘方。
这么多年如此多发明和相反发明的结果是:目前的导弹和反导弹装置达到了一个很高的复杂度。这里并没有期望军备竞赛会比它刚开始时更成功。确实,如果导弹和反导弹系统保持同样的发展速度,我们能够预见最新的、最复杂的和最先进的版本与最初的、最简单的版本在抵御成功方面将会完全相同。同时代的敌对方,在设计上会有进步,但在成就方面却没有,因为军备竞赛双方都会在设计上取得进步。确实,这样是对的,因为军备竞赛双方取得同样的进步,在装备复杂性的设计上取得了很大的成功。如果有一边的反导弹干扰设备领先了对手很多的话,那么在这种情况下,另一边将会终止导弹的使用和生产:它已经"失效"。举一个起源于爱丽丝的矛盾的例子:红色皇后影响了他的军备竞赛的环境,导致了一些基本观念的巨大改进。
"不一致竞争"会导致比"一致性竞争"更多的进步,这一观点通过人类武器发展史被证明,我们现在能看到这是为什么。如果一个国家拥有200万吨级的炸弹,敌国将会发展500万吨级的炸弹;这会导致前面的国家生产出l 000万吨级的炸弹,又会导致后者生产2000万吨级的炸弹等等。这是一个真正的军备竞赛:一方的每个进步都会导致对方也产生一个进步,结果是随着时间的流逝,某些属性得到了阶段性增长。在这里,:某些属性指的是炸弹的吨数。但是在一致性军备竞赛中,在设计方面双方并没有详细地相互了解对方,只是"埋头苦干"。在一致性的军备竞赛中,没有"网状"或"结合"的设计细节。就如导弹和导弹防御系统一样。导弹防御系统被专门设计用来击败已经知道其细节的导弹;而导弹设计者则改进导弹的设计,为设计一种反对导弹防御系统的装置,设计者将针对对手上一代产品的功能来改进和设计自己的下一代产品。事实上,一方的设计者可能会剽窃另一方的想法,并仿效设计特性。但在不一致军备竞赛的情况下,对于一国的设计师来说,在一个系列的武器和对抗这些武器的武器之间,没必要设计和另一国的炸弹相同特性的炸弹。正是针锋相对,互相克制,超过"成功的一代",使武器日益精进和复杂。
现实世界也是如此,我们希望能找到复杂和先进的设计去解决这个漫长的、不一致的"军备竞赛"。在这过程中,通过另一方同样的成功,领先的一方总会被追赶上。这是非常真实的捕食者与被捕食者之间的"军备竞赛",或更进一步说,是食客与"食物"之间的竞赛,如怪异的电子与听觉武器(已在第二章讨论过)。正如我们期待的"军备竞赛"终结产品那样,它们正变得很复杂。不奇怪的是,"军备竞赛"的另一方也会如此,被蝙蝠捕食的昆虫具有相当复杂和先进的电子系统和声觉系统,一些昆虫甚至放出蝙蝠那样的声音,以至于可能将蝙蝠的声音掩盖掉。几乎所有的动物都存在着被吃或无法捕食的危险。当我们了解它们时,却仅仅能想起它们是长期残酷竞争中的产物。《动物保护色》这本经典书的作者.B.库特在940年提出了这个观点,这可能是第一次使用生物学的观点提出了类似竞争的理念:
在断言蝗虫或蝴蝶外面的保护色没必要细分前,我们首先要确定是什么能力使昆虫的天敌能够辨认出它们。不这样做就如同没有了解敌人的武器特性和效率就断定敌人的战斗巡洋舰的装甲太重、炮的口径太大一样,丛林中的原始战争与文明世界的战争相差无几,我们可以看到"武器装备"取得了革命性的进步。其结果在防御方面表现为:加快速度,提高警觉,改起武器,长出可见刺,养成挖洞的习惯,昼伏夜出,放出有毒的体液、臭味,隐匿和其他保护色;在进攻方面表现为防御的对立面:即加快速度、突然袭击、伏击、诱捕、敏捷、利爪、利牙、刺、毒牙和诱饵。正如同被捕食者速度的提高会提高捕食者的速度,或者防御武器的升级会引发进攻武器的升级,藏匿仪器的完善会提升侦查仪器性能的提升。研究人类科技中的军备竞赛要比研究生物进化容易,因为它们太快了。事实上,我们年复一年地看着军备竞赛进行着,而在生物进化中,我们最终只看到了进化的结果。正是有了死去动物和植物的化石,我们有时才可能更直接地看到生物进化的过程。其中最有趣的例子涉及"电子军备竞赛",即我们将介绍的动物化石中大脑的尺寸。
大脑本身不能变成化石,但头盖骨却可以。如果能仔细地研究存放大脑的洞穴--"脑箱",就能很好地解释大脑的尺寸。我所说的仔细的研究中,量仅是重要的一环,大型动物趋向有大的大脑,一部分是因为这些动物个头大,但这并不是意味着它们一定更聪明。大象的大脑比人:欠,如果我们承认相对于大象人类是更小的动物,我们却会得出这样的判断:我们比大象聪明。我们的大脑要更大。
相对于大象,人的大脑占身体的比例要大于大象,这从头盖骨的形状中已经得到了证实,这并不是物种的虚荣。假如大脑的任意部分都需要控制身体的某一部分,大的身体自然需要大一点的大脑。我们必须找到某种方法来计算什么样的大脑需要多大尺寸的身体,这样我们才能找出什么样的动物是使真正聪明的动物。这是用另一种方式说明我们需要精确的定义聪明的方法。关于算法,很多学者提出了自己的观点,但最权威的可能是亨利?杰瑞森(美国脑历史的权威)提出的脑形成商数,或EQ。
EQ计算起来有些繁琐,它是把脑重量和体重的对数与主要的种群,如哺乳动物群的平均数比较,正如被人类精神学家所用的Q要与整个人群的平均数相比。EQ是与整个哺乳动物群相比,像Ql00指相对整个人群的平均数一样,EQ是与同类哺乳动物的平均值相比。数学算法的细节并不重要,换句话说,给定一个物种--如犀牛或猫--的EQ,指的是对于所给动物的身体,动物的大脑比我们预期的大还是小。预期值的算法现在还被很多人怀疑。
事实上,人的EQ是7,河马的是0.3。这可能并不意味着人要比河马聪明23倍!但是用EQ作为衡量标准可能告诉我们动物大脑的计算能力,即控制身体需要的计算能力要在一个最低值之上。众多哺乳动物的EQ值变化很大。老鼠EQ大约0.8,有些低于哺乳动物平均值;松鼠是5,有些高,可能生活在树林中需要更多的计算能力来控制精确的跳跃,或是为了在断续的树枝迷宫中找到捷径;猴子远高于平均值;猿(尤其是人类)高得更多。在猴群中,有些猴子的EQ比其他猴子高。有趣的是,这与它们的生活方式有关系:吃昆虫和水果的猴子比吃树叶的猴子的大脑尺寸更大。我们认为,吃树叶的动物比吃果子的动物不需要花费更多的计算能力去寻找食物,因为树叶在各个地方都很丰富,而找果子却相对费力,而捕捉昆虫的难度就更大。但看似真理的事情往往更复杂,因为其他变量,如新陈代谢速度可能更重要。在哺乳动物中,按照捕食习惯,食肉动物的EQ比食革动物的EQ高。读者可能要问为什么会这样,给出答案很难,但事实就是这样。
地球上现存的动物众多,杰瑞森要做的是重建灭绝的、仅存在化石的动物的EQ。他必须通过制造脑箱内部的石膏模型来估算大脑的尺寸。这需要做大量的猜测和估算,误差也并不是大到无效的地步,毕竟用石膏模型的方法可以用现存的动物来检测精确性。我们假定头盖骨从现存生物中取下来,做成:百膏模型,并仅从头盖骨进行大脑尺寸的估计,然后检测真正的大脑尺寸与估计数值的精确性。对现存生物头盖骨的分析增加了'杰瑞森估计死亡已久的动物大脑尺寸的信心。他的结论是:首先,随着千万年时间的推移,大脑有着变大的趋势。在给定的时间里,食草动物的大脑比同一时期捕食它们的食肉动物要小;不久,食草动物的大脑要比早期食肉动物的大脑大;再不久,食肉动物的大脑又比早期食草动物的大。在动物化石中我们看到了一系N,断重复的进化竞赛。特别像人类的军备竞赛。因为大脑是食肉和食草动物现成的计算机。而电子计算机可能是当今人类武器科技中发展最快的因素。