[中配]進化如何7次改變生命規則

你體內大約有三百億個細胞 它們有着超過三十億年的悠久歷史 你是那段歷史的產物 我們大多數人認爲進化是漸進的 是從簡單到複雜的緩慢而穩定的攀升 確實大多數情況下是這樣 但偶爾會發生一些非凡的事情 一場革命 在這超過三十億年的歷史中 曾經有一些時刻 生命發生瞭如此激烈而破壞性的飛躍 以至於徹底重塑了生物學的藍圖 我並不是指新物種或物種內的新特徵 我指的是全新的生命組織方式和生存方式 生物學家約翰·梅納德·史密斯和沃爾斯·薩斯梅里 稱這些爲進化中的重大轉變 這七個轉變構成了生命歷史上最大的變遷 從基因的起源到人類語言與文化的興起 每一個轉變都標誌着生命在處理信息 繁殖或組織自身方式上的根本變化 沒有這些變遷 你也不會在這裏 在這段視頻中 我們將探討這七大轉變 進化不僅向前推進 還發生了變革 而我們人類在下一個重大轉變的前沿 扮演着非常特殊的角色 讓我們從一開始說起 在動物細胞甚至DNA出現之前 想象一下一個無生命的地球 在外星天空下化學物質交織成漩渦般的湯 沒有植物也沒有捕食者 只有原材料 水 碳化合物 陽光 和時間 很多時間 但不知爲何在那混亂的交織中 發生了一些非凡的事情 化學跨越了一個臨界點 而我們所知道的生命開始逐漸形成 但這實際上是什麼意思 是什麼讓某樣東西有生命 生命的一個顯著特徵 是能夠自我複製生成攜帶信息的新版本 而這就是第一次重大的進化轉變開始的地方 隨着自我複製分子的出現 科學家認爲 類似於RNA的分子 可能是首先實現這一點的分子 RNA是一種令人着迷的分子 它可以像DNA一樣存儲信息 但也可以像煤一樣發揮作用 幫助催化化學反應 在原始地球上 短鏈RNA或類似RNA的分子可能偶然形成 也許是在礦物表面或火山岩中水滴的微小間隙中 這些鏈中的一些可能恰好具備合適的結構 可以利用附近的基石粗略地複製自身 這件事的重要性無法被誇大 在那之前 分子只是反應 它們不記得了 但隨着複製的出現 遺傳也隨之而來 這意味着能夠將結構和功能從一代傳遞到下一代 這是生命的第一個信息系統 即使早期的複製容易出錯 事實也可能如此 這些微小的複製錯誤 卻成爲了進化的原材料 有些分子的複製能力會優於其他分子 那些複製速度更快或更可靠的分子 將開始主導化學環境 這還不是我們所理解的 生命沒有細胞 沒有新陳代謝 但它是基礎 這些早期的複製者可能進行了競爭、進化 併爲後來的所有發展奠定了基礎 隨着時間的推移 它們可能變得更加複雜 融入了其他有助於它們在惡劣條件下生存的分子 它們可能將自己包裹在原始膜中 形成了第一批原細胞 這些是組織化化學的小氣泡 重要的是 從化學到自我複製系統的轉變 不僅僅是複雜性的變化 這完全改變了事物存在的方式 在此之前 分子存在是因爲環境造就了它們 隨後 分子之所以存在 是因爲它們能自我複製 這標誌着一種新因果關係的開始 形成了一個反饋循環 當前的結構影響着未來的結構 這就是進化 而從這個微不足道看不見的起源 分子在稠密的環境中複製 最終演變成細菌 細胞 恐龍 以及人類 但這一切都得益於那場第一次靜悄悄的革命 當化學開始記憶的時候 一旦生命掌握了複製分子的技巧 進化便開始加速 早期的複製體 如RNA鏈或簡單的DNA競爭生存 隨着時間的推移 它們開始演化成更復雜的系統 但在很長一段時間裏 這些分子仍然獨立行動 你可以把它們看作是獨立的程序 每個程序都在努力複製自己 有時甚至以其他程序的利益爲代價 這是一個自私基因的世界 用理查德·道金斯創造的術語來說 就是最有效複製者的生存 但隨後發生了一些意想不到的事情 這些基因中的一些開始合作 而這種合作標誌着第二次重大的進化轉變 基因組的誕生 想象一組自我複製的分子 每個分子編碼着不同的功能 一個可能幫助複製 另一個則負責收集資源 還有一個提供結構支持 單獨存在時各自的能力是有限的 但是當它們最終進入同一個原始細胞 或細胞狀結構時 它們開始互相受益於對方的能力 隨着時間的推移 自然選擇傾向於那些 協同作用良好的基因組 你開始得到穩定合作的集合 而不是一鍋混亂自私分子的湯 你獲得了基因組 基因組不僅僅是一堆遺傳物質 這是一個精心協調的系統 它調節了某些基因何時被表達 如何相互作用 以及哪些功能被優先考慮 通過將有用的基因束縛在一個整體中 早期的生物體可以確保有益的特徵 能夠一起遺傳 而不是在世代之間隨機分散 這使得生命變得更高效 也更具進化性 但這次轉變不僅僅是關於便利 這是關於控制 在同一個細胞內共同工作的基因 能夠進化出抑制自私基因的機制 過於激進的自我複製 或危害集體的流氓基因 這一項內部調控的轉變 使組織水平得到了提升 你們從分子混戰轉變爲一種內部政治 能夠自我監控管理衝突和強化合作的系統 隨着基因組的出現 真正的複雜性也隨之而來 生物體現在可以發展 需要多個基因協同工作的新特徵 酶、膜、代謝循環 這些不是單個基因的產物 而是作爲一個整體協同工作的基因網絡的產物 更多的活動部件 但創造的可能性大大增加 這一轉變爲後續的一切奠定了基礎 基因組讓生命得以擴展 變得更大、更強壯、更具適應性 今天地球上每一個生物 從細菌到藍精 體內都攜帶着基因組 這是一部經過幾代遺傳合作而成的 緊密組織的說明書 一切都始於自私 基因在進化中冒下了最大的風險 它們不再單打獨鬥 而是開始信任他人 所以相信我一下 去看看我的免費通訊 我會在每次發佈新的YouTube視頻時 發送一份新聞通訊 它們通常包括視頻的簡要摘要 以及額外內容 比如考古學 或人類進化領域的新發現 或者我個人的一些想法和研究 相關鏈接將在描述中提供 把這些處理完 我們繼續回到正題 如果你回顧大約21年前的地球生命 你會發現 當時的生命顯得極其簡單 那時一切都是微生物 單細胞生物 沒有細胞核 沒有細胞氣 沒有我們今天所認爲 理所當然的內部複雜性 它們就是原核生物 細菌和骨菌 是生命早期的建築師 它們成功豐盛而極爲多樣 但在將近十億年裏 生命一直停留在這個層次 然後又發生了一件非凡的事情 另一次飛躍 另一次合併 從中誕生了一種新型細胞 真核生物 標誌着第三次重大轉變 這真是一場生物革命 是兩種截然不同的微生物之間的融合 一個細胞 很可能是古老的骨菌 吞噬了另一個 很可能是細菌 現在 通常來說 當一個微生物吞噬另一個微生物時 這個故事就結束了 一方被消化 但在這種情況下 發生了一些奇怪的事情 被吞噬的細菌存活了下來 不僅如此 它開始在宿主細胞內生存 形成一種共生關係 隨着時間的推移 這兩者變得不可分割 那個細胞內的細菌 演變成了我們現在稱之爲 線粒體的東西 也就是所謂的細胞動力源 這一點我們在高中都學過 線粒體專門用於能量生產 是非常重要 突然間 細胞有了更多的能量可以使用 而更多的能量 意味着更多的可能性 更大的體積 更多的結構 更快的生長 以及更復雜的內部機械 此時此刻 真核細胞的起源 是生命歷史上 最戲劇性的轉折點之一 你所知道的幾乎每一種複雜生物 包括植物 真菌和動物 包括我們 都是由真核細胞構成的 如果沒有那次古老的融合 多細胞生命 就永遠不會進化出現 但不僅僅是線粒體 真核細胞發展出了一整套新特徵 一個用於儲存和保護DNA的細胞核 內置網用於蛋白質摺疊 高爾集體用於包裝分子 以及一個動態的內部骨架 使它們能夠改變形狀和移動 與細菌那種小而僵化的世界相比 真核細胞就像充滿分區活動 和專業化的繁忙城市 這一轉變之重要 以至於有些科學家 將其與生命本身的起源相提並論 你討論的不僅僅是增加一些新的基因 你是在討論重新構建細胞的根本藍圖 而關鍵在於 這一轉變源於合作而非競爭 兩個生物聯手了 而結果是一種全新的東西 超越了其各部分的總和 當然這並不是一下子發生的 數百萬年來被吞噬的細菌 成爲了永久的居民 無法再獨立生存 前兩個細胞合而爲一 成爲一個複合體 一個嵌合體有機體 這就是你 我們都是這樣的 從那個看似不可能的聯盟開始 一個細胞吞噬另一個細胞 而不將其毀滅 孕育了所有曾經行走游泳 或飛翔的複雜生命形式 一切都始於一個簡單的決定 不是去毀滅 而是去合作 在超過31年的時間裏 地球上的生命幾乎完全存在於微觀尺度上 即使在複雜真核細胞進化之後 大多數生物仍然以單獨獨立的單位生活和死亡 但隨之而來的是另一個重大飛躍 一些細胞開始聯合在一起 不僅是暫時的 而是永久性的 這就是第四個重大轉變多細胞生物的誕生 乍一看 這似乎是一個簡單的步驟 畢竟細菌經常形成菌落和生物膜 但真正的多細胞生物是更深層次的存在 這意味着同一生物體內的不同細胞會各自專門化 承擔不同的角色 爲整體的利益放棄獨立性 換句話說 這不僅僅是一群細胞生活在一起 而是由細胞組成的一個整體生物 那麼是什麼促使單細胞進行這種進化飛躍的 一種可能是合作爲它們帶來了巨大的生存優勢 想象一下 一群細胞在分裂後相互粘在一起 在一起 它們更難被捕食 更擅長收集資源 並且對環境變化更具韌性 自然選擇會偏向於這樣的群體 但團結在一起只是開始 隨着時間的推移 一些細胞開始專業化 或許有些細胞專注於運動 而其他細胞則專注於攝食或繁殖 分工是個重大變革 專業化提高了效率 一組細胞不必做所有的事情 它們可以專注於做好一件事 就像一個團隊 在角色明確時運作得更好 多細胞生物能夠比任何單細胞生物更大 更快適應 並且做得更多 但多細胞化也帶來了一些挑戰 首先 如何讓所有細胞協同工作 是什麼阻止單個細胞作弊 比如失控複製 囤積資源 或拒絕死亡 事實上 這種欺騙行爲 是我們今天依然容易受到影響的 我們稱之爲癌症 爲了進化成爲穩定的多細胞生物 生命必須發展控制系統 細胞必須相互交流 響應信號 並且至關重要的是 遵循指令 有些細胞必須服從命令而死亡 另一些則必須抑制自身的繁殖 以服務於更大的利益 這些調控和交流的機制 從激素到細胞信號傳導途徑 成爲了複雜生命構建的基礎架構 多細胞生物並不是只進化一次 這在多個譜系中獨立發生 包括動物 植物 真菌 藻類 甚至一些細菌 但只有少數這些譜系 將其推向了極端 創造出擁有數十 數百萬 甚至數萬億專業化細胞的生物 其中包括我們 每個人體都是數萬億細胞的合作社 每個細胞都有自己的角色 神經元 皮膚細胞 免疫細胞 骨骼 血液 絕大多數時候都在和諧地工作 你字面上來說 是一個協調細胞的群體 源自一個分裂 並多樣化成你現在複雜樣態的單一受精卵 從單細胞生命 到多細胞生命的轉變 是深刻的變革 沒有這一點 地球將會是一個截然不同的地方 一個沒有動物 植物 或人類的世界 只是一片小而孤獨的倖存者海洋 現在想象一個生命只是自我複製的世界 沒有交配 沒有混合 沒有來自兩個父母的基因 早期生命就是這樣運作的 通過無性繁殖 細胞分裂了 就這樣 快速 高效 且可靠 這種方式在數十億年中運作良好 然而 進化作爲一個實驗者 卻偶然發現了一些奇怪的東西 最終 第五個重大轉變是性 乍一看性似乎不太高效 與你自己做一個完全相同的克隆相比 你必須找到一個伴侶 融合遺傳材料 產生在基因上與你不同的後代 這需要更多的時間和精力 並且伴隨風險 那麼它爲什麼會進化呢 爲什麼如此多的生物 包括幾乎所有的動物和植物 都依賴於這種更慢 更復雜的繁殖方式 答案在於進化的核心原則之一 變異 在無性繁殖中 後代與親本幾乎完全相同 在條件穩定時 這真的很好 但當環境發生變化 有新的捕食者 新的疾病 或氣候變化時 完全相同的克隆 可能會面臨困難 如果一個克隆體脆弱 它們都是如此 沒有多樣性可供依賴 有性生殖改變了這一點 通過結合兩個父母的基因 每個後代都是獨一無二的 是一副洗牌後的特徵牌組 能夠更廣泛地應對自然界 帶來的各種挑戰 有些可能對疾病更具抵抗力 其他生物可能更適應 新的氣候或食物來源 幾代人下來 這種基因混合 始性繁殖種群 在進化和適應上 具有巨大的優勢 在其本質上 性繁殖是對未來的一種 進化賭注 這不是關於最大化短期效率 而是關於長期的韌性 但是它是如何開始的 可能一開始 是在一些早期的真核生物中 細胞開始通過質粒轉移 或細胞融合等過程交換 DNA片段隨着時間的推移 這些交換變得更加規範 一些細胞完全融合 混合它們的染色體 然後再分裂 這是一種原始的性行爲 自然選擇優化了這個過程 最終產生了減速分裂 這是一種特化的細胞分裂方式 它將遺傳物質減半 產生動物的精子和卵子 或植物的花粉和胚珠 隨着性別的出現 另一個重要的發展也隨之而來 即雄性和雌性之間的區分 或者至少是不同類型配子的區分 通常一種性別產生許多小型的 能活動的細胞 比如精子 而另一種性別則產生較少的 較大細胞 比如卵子 這種生殖勞動的分工 導致了複雜交配行爲 性選擇甚至求偶的進化 生物和行爲的層面 建立在那一古老的生殖轉變之上 性別也引發了一種新的進化準備競賽 不僅僅是在物種之間 甚至在物種內部 性別之間 甚至在每個性別內部 改善交配成功的特徵 例如孔雀的羽毛或獅子的棕毛 可以迅速演化 有時甚至以生存爲代價 這是一個強大而有時不可預測的變革引擎 因此 儘管無性繁殖依然存在 且對許多生物有效 但有性生殖開啓了適應性 多樣性和複雜性的新層面 這是無性生命所無法比擬的 這可能是混亂緩慢 且生物成本高的 但性別改變了遊戲 從中孕育出了我們今天所見的 絢麗多樣的生命 重申一下 在地球歷史的很大一部分時間裏 生命的重點在於個體生存 即使是複雜的動物 大多也都是孤獨生存與行動 競爭食物 伴侶和領土 但隨後出現了顯著的進化轉變 個體不僅僅是共存 而是合作 形成了有組織的社會 這第六次轉變催生了新的智力 交流分工甚至文化 這是進化中模式的一部分 我希望你能夠開始看到 將競爭轉化爲合作的過程 讓我們退一步看 合作對生命來說並不新鮮 我們已經在基因組 真核細胞和多細胞生物的進化中 看到了它 但這一次 它又一次擴大了規模 整個生物體開始作爲超有機體合作 集體之間緊密結合 幾乎像一個單一的實體一樣運作 將生命比作俄羅斯套娃的類比 變得越來越清晰 每一個生物單位 都嵌套在更高層次的組織中 最明顯的例子來自昆蟲世界 以螞蟻、蜜蜂和白蟻爲例 這些生物生活在高度組織化的群落中 擁有嚴格的社會結構 工人、士兵和女王 各自承擔着專業的角色 就像身體中的細胞一樣 令人驚訝的是 群落中的大多數個體 完全放棄繁殖 工人們不傳遞自己的基因 而是幫助女王進行繁殖 爲集體利益 而進行那種程度的自我犧牲 在進化上似乎是違反直覺的 爲什麼自然選擇會偏愛不繁殖的個體 許多人認爲答案在於親屬選擇 在緊密相連的群體中 幫助親屬生存和繁殖 仍然有助於傳遞共同的基因 因此 進化可以偏愛那些有利於群體的行爲 特別是當該群體共享大量基因物質時 隨着時間的推移 這可以導致親人的合作水平 整個群體共同建設城市 種植真菌 進行戰爭和撫養幼崽 但社交性並不僅僅是在昆蟲中進化而來的 它也出現在鳥類 哺乳動物 尤其是我們身上 在包括我們祖先在內的領長類動物中 群居生活提供了明顯的生存優勢 比如保護免受捕食者的威脅 幫助撫養幼崽 以及共享食物資源 但這也引入了社會複雜性 比如你需要處理等級關係 記住誰是朋友或對手 並運用交流手勢 面部表情 最終通過語言來建立聯盟 一些科學家認爲 我們的大腦在很大程度上 是爲了應對這一類社會生活而進化的 事實上 領長類動物的社群規模 與其芯皮層的大小有很強的相關性 芯皮層是與決策和社會推理相關的大腦區域 人類當然將社會性提升到一個全新的水平 我們形成了大家庭 部落 最終建立起文明 我們發展了文化 能夠傳承知識信仰和技術 不僅是通過基因傳遞 而是通過學習 從昆蟲築巢到人類建成 從孤獨生活到合作社會的轉變 塑造了生命的運作方式 這使得螞蟻構建起龐大的帝國 並促成了人類文明的網絡 它爲倫理 政治和互聯網奠定了基礎 然而一切都始於一個簡單而深刻的選擇 那就是選擇共同生活 而不是獨自生活 在這段宏偉的進化旅程中 第七個也是最後一個轉變 把我們帶到了一個感受獨特而個人化的轉折點 一個將我們分開的轉折點 至少目前爲止 來自其他動物王國的不同之處 在於複雜語言的出現 象徵性思維的產生 以及文化作爲一種進化力量的誕生 許多動物通過不同方式進行交流 鳥類鳴唱 狼嚎叫 海豚哨聲 而一些靈長類動物 甚至可能會互相叫出名字 但人類的語言不同 這不僅僅是發出警告或宣示領土的方式 這是一整套象徵聲音或符號 代表事物 動作 甚至抽象的概念 有了語言 我們可以講述過去的故事 制定未來的計劃 解釋如何製作工具 或分享道德價值觀 它使我們能夠跨越時間和空間 傳遞複雜的思想 沒有其他物種像人類一樣這樣做 它代表了進化過程中最深刻的創新之一 不是在生物學上 而是在信息傳遞上 就像早期的轉變 徹底改變了信息在遺傳上的存儲與分享方式 從自我複製的分子到基因組 從單細胞到多細胞生物 文化則引入了一種全新的渠道 通過學習和交流 傳播知識 信仰 行爲和技術 與緩慢在代際間演化的基因不同 文化信息能夠實時傳播 從而實現快速適應和累積進步 語言 書寫 藝術 以及現在的數字技術 使人類成爲一種 進化不僅僅是基因的 更是膜因的物種 再次引自道經思 在許多方面 文化是生命在不斷實驗中 爲保存和傳遞信息所做出的最新飛躍 那它來自哪裏呢 語言的起源可能可以追溯到幾十萬年前 我們的祖先 如直立人和後來的尼安德特人 可能擁有某種原始語言的形式 包括手勢 聲音呼喚 甚至可能有簡單的語法 但真正的符號思維 即聲音和符號代表概念 並可以以無限的方式組合 可能是在我們這個物種 極致人在過去三十萬年內發展起來的 這次轉變的不僅僅是口頭語言 在這個時期 我們看到了第一批象徵性的文物 珠子塗有赤土的貝殼 雕刻的figurines和洞穴壁畫 這些不僅僅是工具 它們是符號 旨在傳達意義地位身份和信仰 它們是符號思維的指紋 這之所以如此革命性 在於它改變了進化的規則 之前進化主要通過基因 突變和世代相傳的選擇進行 但現在隨着語言和符號的出現 思想也能夠被傳遞下來 一個孩子不再需要通過反覆試驗 來摸索生活的方法 他們可以被教導 故事技巧和價值觀 都是可以文化傳承的 而不僅僅是生物遺傳 這產生了累積文化 跨越世代積累的知識 一個人發明了一種新工具 接下來的人改進它 接下來的人把它交給一群人 隨着時間的推移 就出現了毛工 農業 城市 科學 和太空飛行 沒有其他物種經歷過這種加速的文化進化 語言是人類能夠以大規模組織共享的神話 法律和信仰 讓我們能夠在遠超面對面 接觸所允許的群體中合作 無論是氏族 國家 還是宗教 人類社會都是建立在共享符號之上的 這一切都源於我們對符號思維的能力 本質上 我們擁有的複雜性是一種超認知 靈長類動物規模達到超有機體群落的程度 因此 最後一次重大的進化轉變 不僅是生物上的 也是社會心理上的 更是文化上的 這關乎心智 在用符號思考 講述故事 以及構建我們語言的現實時 能做些什麼 就是使科學 藝術 宗教和歷史成爲可能的轉變 它讓我們成爲可能 誰知道呢 最終的轉變可能並不是這一次 我們現在正通過科技 文化來塑造自己的進化 也許不久後還會通過人工智能 但一切都始於我們的祖先 首次給世界起名 然後彼此分享這些名字 我們走過了漫長的歷程 從漂浮在原始湯中的分子 到能夠發射衛星和編寫代碼的 符號思考者 每一次重大的進化轉變 都重塑了生命的可能性 基因變成了基因組 細胞變成了多細胞生物 個體變成了社會 生命隨後進化出理解自身的能力 但如果進化教會了我們什麼 那就是變化從未停止 那麼我們要去往哪裏 一些科學家認爲 我們已經處於一個新的轉變之中 在這個轉變中 生物進化正被文化和技術進化所超越 我們現在編輯基因組 上傳知識 構建能夠學習的機器 人工智能合成生物學和腦機接口 不僅僅是工具 它們可能是下一個飛躍的基礎 以前的轉變 不僅僅關乎複雜性或生存 它們主要是關於整合 獨立的部分 無論是分子基因細胞還是個體 聚集在一起 形成了超過它們自身的更大存在 它們犧牲了一定程度的自主性 以參與一個更高層次的系統 包括基因組 身體群體和文化 而現在我們可能正經歷着 這樣一次新轉變的開始 一個更偉大超有機體的出現 行星智能 想想這個吧 我們越來越互聯 不僅在社交上 也在數字上 我們的思想和慾望融入了廣闊的系統 如互聯網和全球經濟 我們正在上傳記憶 外化認知 依賴機器解決 曾經由我們自己來解決的問題 我們作爲個體或文化政變的超專業 對某些任務極爲擅長 有人說我們正變成後人類 有人說我們正成爲更大智慧中的節點 全球大腦中的細胞 這並非沒有先例 細胞曾經獨自生存 然後聯合形成這些多細胞生物 在這個過程中失去了各自的獨立性 工蟻爲了它們無法理解的蟻群 而生存和死去 難道我們在不自覺中 正在構建生命的下一個層次嗎 一個跨越大陸思考 以閃電般速度學習 並不僅僅編制信息 而是意義的系統 這是一個讓人謙卑 甚至感到不安的想法 進化可能不會以我們爲終點 而我們所創造的東西 不僅僅是工具 而是通向更偉大目標的一步 可能會以我們 尚無法想象的方式思考 夢想或進化 或許有一天 就像細胞爲身體服務 我們爲文化服務一樣 我們和我們的文化 也將自願或不自願地 爲超越我們自身的事物服務 在那個未來 這個存在會回頭看我們 視我們爲一個過渡嗎 宇宙中智慧漫長展開過程中的 一個短暫但必要的階段 或許問題不是我們 是否是進化的巔峯 而是我們是否是在一個 仍在書寫的故事的終點 而這個故事沒有結局 人類會與機器融合嗎 智能會變得非生物化嗎 生命會傳播到地球之外嗎 那麼如果真是如此 它將演變成什麼呢 是很難說 但有一點是明確的 如果過去是個參考 那麼下一個重大的轉變 對我們來說 可能就像史前魚類 對iPhone的想象一樣不可思議 進化一次又一次地 改變了生命的規則 而這可能還沒有結束 在下一個視頻中 我們將深入探討 人類進化的未來 使用這個框架 發佈後我會把鏈接放在這裏 同時看看屏幕上的視頻 打發時間 我在那裏見 保持好奇