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TUhjnbcbe - 2021/8/12 13:16:00
数据分析简史:从生命进化谈起2-A虫物种与A虫

我越是爱整个人类,就越是不爱具体的人,即一个一个的人。——《卡拉马佐夫兄弟》陀思妥耶夫斯基

0x01A虫物种的诞生

用什么样的形容词,可以描述还没有生命的地球?杂草丛生?枯枝败叶?这些形容词对那时的地球来说,显得过于奢华了。毕竟,草、枝、叶这些东西是几十亿年后才出现的东西。但像电闪雷鸣、穷山恶水、地动山摇这些词,还是可以用来大致描绘那时的地球环境的。

地球绕着太阳公转,也维持着自转,地球上的万物享受着有周期规律的日子。当然,这里的万物,还不包括生命。那个时候,地球绝大部分覆盖着水,水质或许不够清澈。整块的大陆就处在这片水域的中间,像是巨型的岛一样。大陆地形复杂多变,一些在这个星球刚刚形成时就存在的小山与平原分布其间,石头与沙砾遍布各处。地球地质活动频繁,地震、火山、海啸……这些是再正常不过的家常便饭了。当时的空气和今天的空气成分也是不同的,氧气还是奢侈品,空气中更多是氮气、二氧化碳,或许还有很多的硫化气体。但这不影响当时在地球上形成完整的水循环:水变成水蒸气飘浮在空中,上升到一定高度再变冷液化,降落到地面。那个时候的对流活动也更加强烈一些,满天的闪电与乌云是很常见到(当然,假设彼时有眼睛的话)的景观。

这样的环境,除了公转和自转带来的有规律、可预期的因素外,其它的万事万物本是无序、无规律的。按照现在的说法,在一个孤立系统中,一切将走向熵增,世界将趋于更加的无序。虽然太阳可以为这个系统提供“外在输入”,但这样的输入也仅是在能量上的输入,地球与其它几大行星相比并无二样。可是,就在这样的条件下,在一种看不到的神秘力量的推动下,生命却慢慢地出现了。有关神是否存在、万物是否被神所创造的问题,神学家与科学家历史上进行过无数的辩驳。直到达尔文将进化论提到一个高度,生物由进化而非神创造而来的理念才开始被人们接受。但在地球上一切都在走向无序的时候,到底是哪种神秘的力量促使生命的形成?让生命可以以熵减、有序的方式在这个星球奇葩地存在?这是神的“画龙点睛”,还是宇宙中还有另一种不为人所知的逻辑的存在?一切不得而知。

在这种神秘力量的触动下,无机物相互反应产生了有机物,有机物互相组合形成了复杂的有机物,复杂有机物相互碰撞又形成了更复杂的有机物(比如蛋白质等),更复杂的有机物再经过不知道多少次的碰撞,就形成了细胞(如果这一切的发生均是偶然和无序中的碰巧?)。而当单细胞生物产生后,生命似乎就带上了形成生命时带有惯性,这个惯性成了生命最初始的目标与使命:生存。

地球上的第一个生命物种是什么?我们不清楚。或许地球上曾形成过某些物种,但它们失败了,地球一度重新回到仅有有机物的时代。而总有幸运儿可以存活下来。在本序列的演绎中,我们把第一种可以成功存活下来,并演化出以后生命故事的物种叫做A虫物种。A虫物种长什么样?我们同样不得而知,或许它就是个圆圆的东西,或许它长得像现在人类的舌头,还或许它长得并无规律的形态……环境还是非常复杂,虽说每一个A虫生死随机,但区别于其它非生命体,A虫物种此时被是被赋于了“活下去”的信念的。

0x02A虫物种的生存智慧

A虫物种并不是一个具体的A虫,它是所有历史上出现过的A虫的集合。对于每一个A虫来讲,A虫物种的存在就像是它们的“上帝”。此时的“活下去”的信念,显然属于这个A虫物种,而所有的A虫却并不知晓所谓的信念。为了“活下去”,A虫物种与它的对手展开了可以说是生命历史上第一次成功的博弈。

A虫物种的对手只有一个,那就是“环境”。直到今天,环境一直都是生命生存所不得不重视的因子。只不过作为人类,我们对环境已经形成了固定的处理应激,可以依山建路,遇水造船,也可以在天热时开冷气,天黑时点灯火。但在那个A虫物种刚刚生活的时代,环境可能极其恶劣。A虫物种的这个生存对手的可怕与强大,或许是现在的人类也不曾见到过的:惯常的火山,日常的雷暴,酸碱异常的水,反复无常的温度……环境的每一次“进攻”,都让A虫物种有被“灭族”的危险。

面对对手的招数(虽然并不是针对A虫物种),A虫物种用“一守一攻”尝试拆招。

这“一守”,是A虫物种在环境的极其多变的形态中,找到了一处弱点:水。水造就的环境,具备很好的稳定性:水的大比热,让水中的温度变化不会像在空气中一样过于剧烈;水中包含着相比于陆地更加丰富与平衡的物质结构;同时,水中的物质流动更加容易,这一方面让A虫物种在进化时有了更多的选择方案,也给了A虫物种在其自身条件下更加灵活的施展空间……

这“一攻”,就是变化,一直变化,不断变化,无中止地变化。那怎么变化才能适应环境?A虫物种也不知道。既然不知道,那就都试试。于是,A虫物种中的A虫们,开始变化,可能有的变得更大了,有的变得更方了,有的变了颜色,有的长了新东西……以不变应万变?在A虫物种看来,这惟一不变的,一定就是“变化”本身。这些变化的A虫们,大多数其实是失败的,它们没有成功,就又失去了生命。如果它们有思想,在每一个A虫看来,它们可能会感到遗憾:没能见到A虫物种大爆发的时候。换个角度,在A虫物种这个“上帝”看来,它们都是光荣的探索者,都是功臣。“A虫物种上帝”不能让这种牺牲白白浪费,虽然一些A虫牺牲了,但它们的尝试与经验,应该保留下来,避免后虫继续踩坑。于是,生命最早的“数字化工程”——遗传物质——就应运而生了。遗传物质作为“数据”,记录着万千A虫与环境博弈后留下的经验与历史信息,它的出现,让A虫物种可以以“分析师”的角度来全面分析更有利于A虫物种生存的策略。在各种各样的变化与尝试过后,A虫物种发现有的A虫成功地找到了对手的破绽,居然生存了下来,那就让它们多多分裂,多多繁衍,基于与环境对抗成功而得到的遗传物质,进行新的变化,并依此一步一步发展下去。在《人类简史》一书中,作者尤瓦尔-赫拉利指出,判断一个生物演化是否成功,就看这个生物的DNA拷贝数(DNA是一种特定的遗传物质)。A虫物种显然是认同这个标准的。

A虫物种与环境博弈的过程是艰苦且血腥的。为了能让A虫物种得以延续血脉,A虫物种里的每一个A虫都在不断求变,而最终成功胜出的屈指可数,大部分都没有寿终正寝,而是在与环境的对抗过程中“壮烈牺牲”。当前的“数字化”水平仅依赖遗传物质,也就是说,与环境博弈的仅有A虫物种,每一个A虫与环境的关系只有“对抗”。成功的A虫,A虫物种会把它们的遗传物质复制与改造;失败的A虫,就只有死亡这一条路。A虫物种也只能通过A虫的死亡与否来判断生存策略是否有效。这可能是A虫物种这个“分析师”惟一擅长,并且影响至今的“算法”了。

0x03A虫的“数字化”

遗传物质实现了A虫物种的“数字化”,这种“数字化”让A虫物种可以在恶劣的环境中不断通过“死亡迭代”来实现物种的进化。“死亡迭代”虽然效率低下,但这也算是生命“智能化”的体现之一。但毕竟是死亡,对每一个A虫而言,似乎它没有什么可以做的,A虫的一生终究将是奉献的一生。

但不知道在哪一次神奇的进化后,每一只A虫也具备了数字化的能力。A虫通过对环境感知的记录,形成一种应激反应。这种反应基于A虫自己的过往经验,引导A虫朝着局部更适合自己的小环境方向移动或靠近。A虫物种将“数字化”的能力下放到每一个A虫中,并发现这加大了每一只A虫存活下来的几率,也直接推动了A虫物种群体规模的扩大。现在,我们常把这种“数字化”形式叫做记忆。科学家也已经证明,一些单细胞生物中早就存在着记忆行为。

记忆带来了进化效率的提升。原来通过“死亡”这种方式才能迭代的生存策略,现在通过记忆做辅助,在一个个体的生存周期内就可以迭代适应环境,A虫也有了“智能化”的基础。而对于A虫物种来说,进化起来也显得更加的灵活高效。

0x04环境的反击与多元的方案

A虫物种的对手——环境——也并非是等闲之辈。A虫物种之所以可以通过不断地变化自己来进化,这其实也是因为环境虽然恶劣,但总有些稳定性的、不变的、可预期的因素在其中,这绝大部分都要归功于水的调节缓冲和环境温度的相对周期稳定。但如果环境因素发生大变化呢?比如温度的变化,比如地质剧烈运动改变水陆方位关系……无疑,这将打乱A虫物种的进化节奏。

而A虫物种不知是主动地还是被动地,居然也有应对之策。那就是保持子物种的多样性。比如,A虫物种经过9次较大的改变,形成了第十代A虫物种。虽然第十代A虫物种保持了最先进的适应环境的能力,数量上占据着最大的优势,但其它从第一代到第九代的A虫物种的子物种也会有一定数量的存活。如果从太古老的子物种已经不适应环境了,那A虫物种保持最新几代以上的子物种同时存活,也是非常常见。同时,一代子物种经过几种不同形态的变化,也有可能都适应于环境而共同生存。这些情形造就了A虫物种的子物种多样性。而当环境出现非常剧烈的变动,导致最先进的子物种——第十代A虫子物种——灭绝。好在A虫物种的子物种足够多样,总有一些A虫物种的子物种可以活下来。虽然在A虫物种看来,它在进化过程中遇到了重大挫折,但A虫物种没有死。“凡是杀不死我的,必将使我更加强大”。A虫物种在短暂的“退化”后,又变化出新的子物种,并再次朝着实现自己“活下去”这个没有终点的目标的方向走出坚实的一步。

0x05第一次伟大的生物大分工——细胞分工

说到分工,人们常常会提到影响人类的三次社会大分工。而在这之前,生物界早已进行过很多次的物种分工,比如群居性动物(狼、白蚁等)、寄生与共生关系等。要说最早的可用“伟大”二字形容的生物大分工,毫无疑问当属细胞大分工非属。

A虫物种不知道进化了多少代,其子物种个体们还是以挤挤挨挨的方式出现在地球上的各个地方。用我们现在的话讲,大多数单细胞的A虫子物种还都是群居生物。

然后,在与环境的不断对抗与博弈中,这些群居A虫子物种发现了分工合作可以带来的巨大好处。一群A虫子物种个体聚集在一起,如果最外层的个体朝着坚硬与密闭的方向发展,内层的个体放弃对环境的适应性进化,而不自主地朝着功能性方向发展。虽然对每一个A虫子物种的个体来讲,弱化了自己的全面性,但这些聚起来的A虫子物种整体,适应环境与环境变化的能力却提升了不少数量级。现在的高等生物,有皮肤组织、肌肉组织等细胞分工组织,也有由这些组织组成的消化系统、免疫系统等系统,甚至还有专门主管记忆的“机构”。所有这些,均是细胞分工后再次不断进化与变化的产物。

细胞分工实现了不同细胞组织与组织细胞的“信息化”,细胞之间的信息得以通过统一的遗传物质和细胞之间的通信机制实现信息的充分传播与融合。可以说,细胞分工正是A物种的高阶进化过程中的“大数据工程”。如果遇上一个长期稳定的气候,加之信息经过融合,1+12的效应不断体现,生命历史上的奇迹的出现也就不足为奇。

据百度百科“寒武纪生命大爆发”词条下记录:在距今约5.3亿年前一个被称为寒武纪的地质历史时期,地球上在多万年时间内出现了突然涌现出各种各样的动物,它们不约而同的迅速起源、立即出现。节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等等一系列与现代动物形态基本相同的动物在地球上来了个“集体亮相”,形成了多种门类动物同时存在的繁荣景象。中国云南澄江生物群、加拿大布尔吉斯生物群和凯里生物群构成世界三大页岩型生物群,为寒武纪的地质历史时期的生命大爆发提供证据。

寒武纪生命大爆发之前,地球上的生物化石中很难找到高阶的多细胞生物。而就在寒武纪,这些生物在相对较短的时间内一一出现,不能不说是生命史上的奇观。

在“活下去”的目标的推动下,遗传物质与记忆实现生命最初的“数字化”,死亡迭代与应激实现生命最早的“智能化”,细胞分工实现生命最早的“信息化”。那么谁是这个时代的“分析师”?

在这个时候,或许应该揭开A虫物种的神秘面纱:

属于生命的惟一的“分析师”,别无他人,正是生命本身。

0x0F本篇参考文献《一本书读懂进化论》,史钧著,北京联合出版有限责任公司《人类简史》,尤瓦尔-赫拉利著,中信出版集团《文明之光》,吴军著,人民邮电出版社《数据分析通识》,途索著,人民邮电出版社

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