年代是什么意思(21世纪是什么意思啊)

奥卡万戈三角洲的睡莲

介绍

在地球生物进化的漫长历史中，生物为了生存，面临着残酷的竞争和自然选择的压力。但盖亚假说认为，地球表面的生物圈类似于一个有机体，它是在漫长的历史中进化而来的。这个假设仍然会引起无数的争论。

在这篇论文中，加拿大达尔豪西大学生物化学和分子生物学教授W·福特·杜利特尔(W Ford Doolittle)将给出他对盖亚假说的新见解，并试图描述一种“达尔文伊塞盖亚”——从多层次自然选择的角度来描述竞争带来的广泛合作。或许在地球被视为一个整体后，生物圈层面有了进化的能力和自然选择的适应性，增强了它的稳定性。

w·福特·杜利特尔|作者

利奥|翻译

赵玉婷|改版

邓一雪|编辑

面对“地球母亲”，我们常常会有矛盾的感受，科学家也不例外。

通过对地球生态进化史的深入了解，我们可以看到生态系统具有很强的自我调节能力，在过去的40亿年中自发地调整生态系统，使其更适应不断变化的环境。在此基础上，人类也有了合适的客厅空。一些研究人员认为，尽管地球生态仍然脆弱，但所有物种都以合作的方式生活在地球上。

另一种声音认为，为了在严酷的世界中生存，生物必须进行残酷的达尔文式竞争。所有能生存下来的物种都具有最杰出的生存能力和繁殖能力。如果说生物圈中有什么平衡的话，那可能只是一个意外。

1.盖亚假说:如果生物圈是一个生命

20世纪70年代中期詹姆斯。英国独立科学家和发明家e·洛夫洛克(E. Lovelock)和美国生物学家琳·马古利斯·古利赫(Thomas gulihs)提出了一种观点，即地球本身就像一个不断进化的有机体。他们把这种观点称为盖亚假说。盖亚假说认为，地球上的生物圈是一个主动的适应性控制系统，能够维持地球的动态平衡。这样一个自我调节的整体(包括但不限于生物)被视为盖亚。基于这一假设的一些推论看起来很疯狂空-洛夫洛克甚至说，藻类大量繁殖似乎控制了全球温度，而澳大利亚的大堡礁是控制海水盐度的泻湖项目的一部分。

虽然这个假说引起了支持者的想象，并称盖亚为大地女神。然而，这一假设并没有得到严肃的学术界的认可，甚至遭到了鄙视。对于反对盖亚假说的人来说，对地球上的一些特征进行生物学类比，确实有一定的启发意义。但是地球一点也不像进化的有机体。与鸟类进化出的眼睛和翅膀不同，藻类和珊瑚礁无法增强地球的适应性。这与达尔文的自然选择相反。

2.物种进化有方向吗？

在自然选择中，生物实体必须进化出可遗传的属性或能力，从而留下更多的后代。比如，对于第一批有视力的生物，无论视力多么模糊，都可以增加他们的生存和繁衍能力。用专业的语言来说，生物实体必须在种群中表现出具有不同繁殖优势的可遗传变异特征，才能被自然选择选择。

即使这种遗传属性是不定项或随机基因突变的结果，经过几代的选育和筛选也是可以逐步改良的。也带来了复杂的适应性。以上一篇文章提到的愿景为例。脊椎动物的眼睛非常复杂，一些区域的细胞已经获得了聚焦和分辨颜色的能力。这种能力一代一代积累下来，最终我们得到了可以清晰成像的现代生物眼睛。

所以，即使进化不是有目的的选择，但总会有一些东西能够指引某个方向。

早在1979年，洛夫洛克的畅销书《盖亚:地球生命的新面貌》出版。领域广阔的进化生物学正在倡导还原论。三年前，理查德·道金斯出版了他的书《自私的基因》。这本书代表了一种坚定的基因中心主义:这种思想认为自然选择的基础是基因的选择。换句话说，基因是繁衍的本质，因为只有基因才能被复制并传递给后代。基因复制就是精准的一对一赋值备份。相对来说，繁衍就宽容多了。俗话说“九种龙生，各种不同。”父母生的后代往往不一样。这种变化表明了遗传中的适应性变异，自然支持了自然选择带来的物种进化。

盖亚:地球生命的新视野(左)，自私的基因(右)

近几十年来，许多理论研究者认识到，物种繁殖，包括自然选择机制，不仅仅存在于基因复制、细菌分裂和有性繁殖的层面。现在研究人员开始接受一种新的观点，称为多级选择理论。多层次选择理论认为，生物体可以看作是一层新的实体，可以嵌套在更大的生物实体中。正如科学哲学家彼得·戈弗雷-斯密所说，理论上，基因、细胞，甚至社会群体和生物物种都可以进化。

在传统意义上，自然选择能够运作的基本单位必须通过基因交换联系在一起——它们彼此相关。因为在进化遗传学的传统研究中心，繁衍和血缘是必不可少的。如果没有繁衍，适应性就无法定义；没有血缘关系，那么自然选择呢？

3.从变异到自适应的进化。

这就是盖亚的假设发挥作用的地方空。盖亚假说中描述的由各种生物聚合而成的群落，并不具备自我繁殖的能力。生物圈中的数十亿物种可以单独繁殖，但作为一个整体，生物圈无法繁殖——另一个“小生物圈”无法产生。即不存在传统意义上的继承，不存在父母子女之间的血缘关系——而是一个复杂多样、无法相互合作的种群。按照传统的达尔文物种进化思想，像盖亚这样的生物圈不是一个可以被自然选择操纵的单位，也没有表现出适应性。诚然，我们知道海藻可以控制全球变暖，珊瑚礁也可以影响海水的盐度。这些生物群落中的物种可以共同进化——利用其他物种带来的生物环境——但每个物种都是独立和自私的。植物的花朵吸引蜜蜂采集花蜜，因为这样植物就可以授粉并繁殖后代。生物圈层面的自然选择在40年前是不可能的，今天仍然是一个难题。

1981年，研究人员在一年后的扩展表型中提出了与理查德·道金斯相似的观点:生物圈中不存在达尔文式的种群竞争。

宇宙中可能充满了死亡的行星。这些行星的自我调节系统已经失效，这些死亡的行星上星罗棋布。地球就是其中之一。

扩展表型

然而，理查德·道金斯(Richard Dawkins)也认为，虽然这是事实，但远远不够。研究人员还应该尝试证明生物圈的可复制性——是否可以在一个新的星球上产生现有生物圈的副本。

这种观点仍然占主导地位。2015年，戈弗雷-史密斯(Godfrey-Smith)应《伦敦书评》的邀请，为詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)的著作《通往未来的坎坷》(A Rough Ride to the Future)写了一篇书评，称不同物种之间的反馈互动无处不在，有些互动甚至有利于生命的延续。但这只是一个偶然的副产品。物种之间的相互作用反馈是物种内部进化的结果。这是由物种内部的繁殖压力驱动的。因此，那些与有机体本身不相容的特征——即使有机体本身能从中受益——也不会保留。

戈弗雷-史密斯所表达的意思类似于人择原理。如果生命之间没有稳定的反馈，那么我们就不会出现。既然我们出现了，就说明有必要建立这个机制，不管建立的过程有多艰难。但人们期望看到的不仅仅是一种能够稳定生物圈的机制，而是一种能够以达尔文式的方式进化的机制——通过自然选择，一些有益的“意想不到的”事件能够转化为能够被自然选择传承下来的基因等价物。

4.原子衰变和姓氏保留:

自然思维的两个实验

首先要明白，差异是生存不可避免的，这也是自然选择运行的基础。让我们用一些放射性原子来打个比方。半衰期过后，衰变的原子和还没有衰变的原子没有区别。这只是一个概率问题。如果原子也具有某种突变的能力，那么经过几个半衰期，在没有衰变的原子中，肯定会有更多的原子具有抗衰变的能力。这就像原子的自然选择。一次变异会为下一次变异积累一定的优势，最后出现复杂性适应性。

也许放射性原子无法获得稳定的“基因突变”，也许包含许多可以独立进化的物种的生物圈也做不到，但我们要注意的是，对于后者来说，进化是可能的。而且从生物学上来说，我们应该接受这种推理，这样我们就可以接受为什么有些看似不可能的突变被接受，而有些不被接受。因为只是自然选择机制选择了这些看似不可能的事件，一代又一代的积累，才让它们最终成为可能。这个观点接近达尔文的思想。

衰变图

换句话说，自然选择真正做的是逐渐增加被选择的个体在人口中的比例。这个方法可以通过两种手段实现，一种是之前讨论过的繁殖能力的差异。一般来说，这也被视为进化的终极目标。经过自然选择，生物会通过繁殖更多的后代来超越竞争对手，最终成为种群中唯一的物种。在生物学中，这种优势物种大量繁殖的过程被称为实现固着。另外，优势品种还可以挤压竞争对手的生存空，给自己一个优势。这就是所谓的差异的持久性。然而，这种现象往往被忽视。劣质品种种群数量的下降过程可以是随机的，而不是自然选择消失——很像原子衰变。但随着时间的推移，具有显性特征的品种在种群中所占的比例会越来越大。随着突变的积累，物种作为一个整体可以表现出复杂的适应性。

接下来，我们再进行一次思维实验。想象一个只有女人居住的小岛。这时，海滩上来了10个不同姓氏的沉船水手。水手们与岛上的女士们结婚并繁衍后代，因此姓氏在父系氏族中流传下来。当然，不时发生的饥荒和自然灾害也会带来随机的人口流失。

如果饥荒过后，十个姓氏都不能完全存活下来——至少有一个姓氏会被“消灭”，那么这些饥荒过后，就只剩下一个姓氏了。然而，其他竞争姓氏的灭绝只是由于随机的原因。

这里的姓氏类似于生物学家所说的Clade——从祖先物种到后代物种的生物进化树。这个定义也意味着分支本身不具备进化能力，一个分支只会随着相应物种的灭绝而总结。新旧物种的分支不同，但都来自同一个祖先分支。一个物种的进化分支可以随着该物种的进化而“繁盛”，但分支本身不会形成新的分支。

分支图

在这个姓氏传承的思想实验中，获胜的姓氏是随机的。但是，如果不同的姓氏有不同的生物学差异，也就是有不同的优势。例如，一些家庭中的男性可以收集更多的食物，养育更多的后代。当大饥荒发生时，这家人活下来的可能性更大。对于一个生物种群来说，意味着种群分支会越长越强。

现在让我们回到盖亚。至少盖亚的生物部分是从最后一个宇宙共同祖先(卢卡)进化而来的单个分支。一般认为，我们最近的共同祖先是单细胞生物或其他物种。并且认为最近的共同祖先是当时存活下来的众多细胞和物种之一。这个过程类似于十个姓最后只剩下一个姓。除非是完全随机的过程，否则我们称之为分支选择。

理查德·道金斯(Richard Dawkins)对盖亚的批评是，地球上没有盖亚的潜在竞争对手。如果我们考虑前面提到的分支选择。这已经不重要了。当初，也许一个小池塘里有一个小盖亚，但这个盖亚没有持续下去。这种随机过程真的很不可思议——越大越生态的分支越容易选择，能进化出物种间某种合作机制的分支也是如此。

5.达尔文的盖亚:多层次的自然选择

除了前面讨论的持久性差异，还有另一种想法，我们可以称之为达尔文盖亚。这个理论主要用来描述一个多层次的选择理论。下图说明了传统自然选择的四个层次，以及我们扩展的两个层次。这一定义表明，只要某一层次的实体具有繁殖能力，自然选择就可以在不同层次上运作，甚至可以同时在多个层次上运作。《自私的基因》一书也认同这一点:基因的自私可以独立进行，一个和谐竞争的有机体整体也可以自私进行。

像俄罗斯娃娃一样，生命可以表达为嵌套在更大实体中的层级结构。在多层次选择理论中，自然选择可以发生在“内四环”的层次中。对于“外二环”来说，虽然不能“繁衍”，但却在“互动”。但是自然选择也会影响它们。

理查德·道金斯把成功的基因比作一名优秀的赛艇运动员。赛艇虽然是团队项目，但是协调性不够的运动员很难在这方面有好的表现。所以选拔运动员的标准主要集中在个人的运动能力上。运动员之间的竞争是为了在团队中获得一席之地，团队之间的竞争是为了代表大学——这里的竞争发生在两个层面。

6.复制器-相互作用器

在上图描述的层级结构中，内四环中的实体——基因、细胞、有机物、物种——都是可以繁衍的单位，它们通过繁衍产生血缘关系。因此，多水平选择理论适用于这样的实体，并能在这些水平上为生物适应性提供解释。当然，从基因到细胞，到多个细胞组成的有机生物，再到物种，这四者也是相互作用的。

然而，图中的“外二环”是由许多独立的实体组成的。这些实体会相互影响，继续存在，但不能作为一个集体进行繁殖，也不是自然选择的标准单位。它们更像是一个分支。只要这个分支能与环境相互作用，它就可以不繁殖而存在。所以达尔文的盖亚需要一个复制器——或者一个互动的框架。这个理论是由哲学家大卫·赫尔提出的。在赫尔的理论中，自然选择分为以下几个部分:

复制器:实体的复制器可以在复制的过程中直接生成自己的结构。

Interactor:可以代表这个完整的实体与环境进行交互。

选择:在这个过程中，交互者的兴衰会导致复制者能否继续存在。

在我们的盖亚理论中，我们有时用“繁殖者”代替“复制者”，用“维持”代替“繁殖”。在作出这样的修改后，任何级别的“交互者的消亡和扩张”都会导致其相应的复制者继续存在。这里的“存在”既包括“繁衍”的意义，也包括“维持”的意义。对于盖亚来说，在40亿年的进化过程中，大量的生命在这个盖亚繁衍生息。

像复制器-互动器这样的想法实际上可以用来解释许多有趣的生物现象。我们，连同生活在我们体内的微生物群落，可以被看作是一个整体-有机体，多有机体的实体。作为一个集合体，它们可以与环境互动。如今，人们认为这样的相互作用将在生物发育、健康免疫、甚至心理方面发挥作用。以上几个方面表现更好的人，自然可以活得更久，留下更多后代。自然，生活在这些人体内的细菌的“繁殖者”也能存活下来。这样，这些生活在人体内的“低级”生物——包括内部复制体和相互作用体——也能“存活”。这些微生物通过与人类的相互作用成功地生存了下来。

从广义上讲，能够相互交流的主要客户是人类社区、生物社区、一个生态系统，甚至是我们整个生物圈。在这种环境中，能促进相互作用的，是水平较低，在这种环境中受益的复制者和繁殖者。上图中显示的每个实体都有助于其内部低级个体的生存。因此，我们应该更广义地理解自然选择中的进化思想。

7.歌曲比歌手更重要

当我们评价地球是否可以被视为一个进化的实体时，我们可以采用安德鲁·因克彭(Andrew Inkpen)的理论，即歌曲比歌手更重要(是歌，而不是歌手，ITSNTS)。一首音乐的存在和延续，取决于人们唱不唱。我们可以认为，被人们传唱的歌曲中是有规律的模因的。在歌唱过程中，“变异”的规律性模因更容易被“自然选择”保存下来。

ITSNTS是一个基于整体生物概念类比形成的理论，对肠道微生物分解化学物质代谢的观察也支持这个理论。当人们服用抗生素杀死微生物后，原有微生物的功能会逐渐恢复——尽管微生物种群可能与过去不同。在这方面，“歌”本身比唱它的“歌手”更重要。

对盖亚来说，自然选择的单位可能就是过程。物种进化的多层次冗余实现过程。根据ITSNTS理论，只要有能实现进化过程的物种，就会有物种间的相互作用模式和生物新陈代谢的过程——毕竟歌比歌更重要。甚至，举例来说，像全球氮循环这样的过程并不要求参与的物种在同一时间和地点相互作用，甚至相互独立。这样的过程也促进了物种的进化，让它们以自己的方式生存。

在ITSNTS理论中，歌曲本身不能自然再现，而是通过演唱者的再演唱而演变。我们说的氮循环不是太古代地球的循环，但可以看作太古代地球循环的延续。也就是早期的循环影响了后来物种的进化，然后形成了新的形态。其实氮循环可以和之前的姓氏谱系对比。我们发现Hell提出的复制器-交互器理论有很强的解释力。

太古代地球

实体的相互作用可以导致物种的进化，但这种进化不一定体现在物质的继承和传承上。然而道金斯认为，基因是永恒的信息，由它们生成的基因的实际携带者和真实生物都是短暂的。这些“笨拙的机器人”只是被基因雇佣来实现自己的目标。

8.永恒的基因

因此，进化生物学家大卫·海格曾写道，物理基因是物质实体，而信息基因是这些临时载体上的抽象序列。物理上，基因是通过基因标记来区分的，而信息基因是通过基因类型来区分的。永恒的基因以递归的方式发送给短暂的宿主。

物质和非物质的区分已经不是什么新问题了，至少在复制者-相互作用者理论的框架下，这个问题已经不那么重要了。“存在”的意境不再意味着持续的存在——不再需要经历繁衍、生长、再繁衍的过程。上面提到的氮循环也可以看作是实体的延续。

除了学术界，达尔文的盖亚甚至可以影响我们对自然的态度——这一理论为我们的星球为什么能够保持宜居环境提供了坚实的理论基础。我们也可以借此机会反思当下的环境危机，而不是用“大自然的报复”这个比喻，同时避免这种说辞背后的人类中心主义和有神论。我们将把自然视为一个连续的整体。虽然需要做很多工作来弥合达尔文理论和盖亚理论之间的差距，但它们可以为人类提供一个看待自然的新视角。

原文:地球是一个组织吗？

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资料来源:中国科学院高能研究所