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23.生物进化程序(1 / 1)

胃土雉在实验室整理着资料,实验室的陈列架上摆放着挖掘出来的还没有整理完成的化石样品。“这是一块化石宝藏,”胃土雉对在实验室修理通风机的箕水豹说,“从记录的地层来看,应该是当初处于湖底不断让生物遗骸堆积,从堆积的时间来看,超过了1000万年,这期间它一直躺在水下,然而地壳变动之后被抬升到了地面成了一座小山包。你看生物样本并不完全是按年代层叠的,有很多亚化石是混杂在其中,混淆了年代,不过还是能够区分,这些亚化石是在这块石头抬升到水面之后逐渐侵占的,后来的这些亚化石生物和前面的生物明显不同。”

箕水豹是这个太空实验室到过最多地方的人,他经常在各个实验室走动,不但修理各种器具,还帮着制作很多临时用的工具,甚至在制作工具同时帮着整理实验标本。是一个深得大家喜欢的人。“雉姐”箕水豹说,“我看到了和我们那里有相同生物特征的化石,鹿哥说我们确实和那种生物有共同的生理特点,只是长相有很大不同。”

“这就是让我感觉很不好的事”胃土雉情绪低落的说,“我们那里发生的事,正是这样的生物要经历的过程,就是有一种生物在灭掉我们这样的生物。如果在这块地球信使上发现了最简单的生命,那是个非常了不起的好消息,因为它说明我们已经将很多个大过滤器甩在了后面。而现在我们在这块石头上发现了化石化的复杂生命,那将是到目前为止最坏的消息,因为那意味着大过滤器几乎肯定在我们前方——并最终会毁灭我们。我们只是暂时逃离了这个环境的幸运的人。”

“逃得了初一躲不过十五”箕水豹说“诺姆所有的生物都要灭绝了”

“如果我们并不是罕见的,也不是进化比较早的,实际上也是,我们和Ishtar Terra大陆的人就像是两个星球的人,那么大过滤器已经摆在我们前面。大过滤器是定期出现的重大自然事件,”胃土雉说,“只是我们科技的发展仍然没有让我们逃脱这一命运。方舟也仅仅是权宜之计,不是理想的生命家园。哎?轸水蚓在那边怎么样?”

“不好,每次视频见面总是哭”箕水豹闷闷的说“就我们诺姆人类来说,他们这种计划性的强制组合,违背天理。”

“也不完全是,”胃土雉说“这次诺姆方舟乘员Ishtar Terra大陆人是被排除在外的,张月鹿本来是可以候选的,但是为了我他放弃了。”

“歧视我们”箕水豹说,“岂有此理,太令人气愤了。”

“其实也不是,”胃土雉说“刚才我说了,我们那里的人正处在大过滤面前,我们如果加入会有未知的危险。你我这些人由于从小在这里长大,逃过了这一劫。不过我非常赞成鬼宿和卯宿的基因移民项目,这是能让我们那里的人逃脱这一诅咒的唯一办法。”

“我看了鬼宿他们的实验”箕水豹说“可以把我们的样子嫁接到其它生物上,不过我不喜欢,那样子像妖怪,太难看了。”

“那仅仅是局部试验,试验一下基因水平转移的可能性。”

胃土雉说,“水平转移在细菌中很常见,因为细菌的DNA就在细胞质内。如果一段DNA能穿过细菌的细胞壁和细胞膜,那么就没什么能阻挡它融入基因组了。但是真核细胞的基因组有第二道屏障——细胞核,而且大多时候,DNA被紧密凝聚在染色体中,这会限制外来DNA片段拼接到基因组上。此外,如果想让水平转移的基因在一个真核物种中传递下去,基因不能融入一个细胞的DNA中,而是最终需要能进入生殖细胞、传递给后代,并持续存在于这个生物群体当中。所以对许多科学家来说,满足这一长串要求并完成这个过程似乎极不可能。不过在一群不同类的脊椎动物,包括少量哺乳动物、一种爬行动物和一种两栖动物,中发现了一种新型转座子。在这些物种里,这种转座子的相似度超过96%,但奇怪的是,其他物种的基因组中没有这些转座子。由于这些转座子似乎不知从何而来,卯月凤和同事将它们称为空间入侵者(SPIN)因子,并认为它们一定是通过杂散谱系之间水平转移而来的。这些转座子不仅是新宿主的遗传组成,甚至可能成为新的功能性基因。要证明一个基因是水平转移来的,必须证明该基因没有在其他相关物种中出现过,或者其他物种没有通过演化丢失掉这些基因。所以如果一些相关物种已经灭绝,想要证明基因水平转移就会很困难。”

“嘿嘿,你们两个都在这里。”

随着声音,张月鹿进来了,“箕水豹给我们设计了一个很特别的舞蹈出场仪式。”

于是就把那个从石头里蹦出来的方式说了一下。胃土雉很兴奋,“很别致,我喜欢。我们需要排练一下,也需要把参与的同事一起,让大家熟悉一下。以前都是在影视里见过,他们都是吊着绳子表演的,能看出来衣服的褶皱不自然。而那些电脑做的效果又太虚幻,配置的背景效果一看就假。”

“我们这算不算正式婚礼呢?”

张月鹿看着胃土雉。

“当然算”胃土雉兴奋的说“哪有比这样的婚礼更让人难忘的,当然算!”

张月鹿顺势拥抱亲吻了一下胃土雉,“回头见”箕水豹挥了挥手出去了。

“我是来让你看看我完成的小程序”张月鹿拿出电脑“这个能说明一点生物进化的趋势,给我们的基因移民增加点信息。”

张月鹿开始介绍他这些天的研究成果

在普通进化论中,一个物种往往被孤立地看待,环境以及其它相关物种被视为一成不变的背景。而协同进化论则强调不同的物种间在自然环境的相互作用下共同进化。运用协同进化的观点,普通进化论所面临的难题都可以得到相应的说明。如协同进化论认为,随着环境的变化,一些物种协同快速进化进而产生物种爆发现象是可能的,而这种短时间内的物种爆发也是化石缺失的原因。协同进化的动力同样是生物之间的竞争,但这种竞争所引发的结果却不是进化论中的机械进化观所描述的那样,而是生物物种间以整体的形式进行进化。

这种整体的进化观,以另一种形式在计算机中得到了再现。张月鹿在计算机中模拟了大自然的竞争规则和环境,得出了令人感兴趣的结果。在计算机中模拟出的自然界可以称为是逻辑世界,因为这样的世界是依靠逻辑规则而建立,逻辑世界是怎样运行的呢?我们以其中最著名的Terrific世界(T世界)来说明。

用数字计算机提供的资源,RAM单元,CPU时间以及操作系统,为数字生命提供一个生存环境,同时引进相应的机制,如死亡机制、变异机制,由此来探索生命进化过程中出现的各种现象、规律以及复杂系统的涌现行为。

“我编写了一个指令长度为80的具有自复制能力和变异能力的汇编语言程序,随后将该程序置入计算机系统中。”

张月鹿展示着“经过一段时间运行,惊喜地发现,terrific果真生出许多生命体,并且在上千次计算机换代之后,物种通常呈现出多样性,有不同大小和不同规格,有不同寿命,不同的生态关系,独立性、寄生、共生等。在terrific的运行过程中,随着进化的推进,数字生命种类日益增多,“单细胞”逐渐进化为“多细胞”,形成自己的数字生态环境,同时也出现了类似于自然界中物种大爆发那样的物种爆发现象。此外,terrific还能产生对寄生物有免疫能力的特定生物。你看,经过一段时间的进化,还会产生数字社会。这种数字生命世界与真实生命世界之间的相似之处还在于,在我们的真实生命世界中,生命利用朴托鲁获得自己所需的物质和能量,这些自然生命形式在诺姆的自然环境中诞生,然后不断进化。在terrific中,数字生命,表现为具有自复制能力的计算机程序的形式,利用计算机的中央处理器时间去组织机器的存储空间。”

胃土雉饶有兴趣的听着,张月鹿兴致勃勃的叨叨着。

“在自然界中,生命逐步进化,为食物、住所、配偶而开展生存竞争。那些留下较多后代的基因型随时间推移而不断增加,群体中适应度低的后代其数量逐渐减少直至灭绝。在terrific世界中,数字生命经历同样的历程,这些表现为自复制程序的数字生命为争夺中央处理器时间和内存而开展竞争。它们不断变化自身策略以互相利用,那些能够获得更多时间和存储空间的程序可以留下更多的复制品,就是后代。在自然界中,生命的生存、进化依赖于自然环境;在terrific世界中,计算机的中央处理器和内存构成进化过程赖以进行的物理环境,就是赛场。在自然界中,生命由碳水化合物有机合成;而terrific世界的数字生命由机器的汇编语言编写的自复制程序所组成。因此,terrific中的生命也就是我们真实生命世界的生命形式的数字版本。换言之,与星球上真实生命相似的各种行为,自然进化中所有的特征,都可以出现在terrific世界的合成数字生命的之中。

“在terrific世界的生命演化过程中,大部分时间是处于缓慢的发展进程之中。然而在某个较短的时间内,terrific世界里的物种会出现井喷式的大爆发,有时又会出现物种的大规模灭绝。”

张月鹿为他的小聪明得意,越说越兴奋“在发展的某个形态,又会出现类似人类社会的组织结构。这种现象称之为涌现(Emergence)。对于涌现的概念,我们可以这样定义:所谓涌现,就是在简单规则或行为的个体上没有,但随着时间序列的演化,在群体中会出现的一种个体所不具备的功能、属性、特征或行为的现象。涌现现象还可以理解为是一种在时间序列上的动态的分形结构。”

“我觉得你这个程序进一步开发一下可以作为一种游戏”胃土雉调侃的说,“把条件设立、生物出现的转折变性变态等作为条件的结果,也可以设定人为干预,比如类似人为的破环行为,干扰对手生物的进化发展等,然后让微生物或者大型生物竞争,看谁最后统治世界,甚至具备灭绝世界的能力。你的进化论使得生物发展是循序渐进的,实际上在我们的考察中似乎不成立,生物都是阶段式跳跃发展的,这是你发现物种进化不连续的根本原因,不是没有形成化石,是根本没有形成化石的生物。”

张月鹿笑笑说,“不过你说的开发游戏倒是好主意,我们回去了开发一下,说不定是一门生计。虽然你说的有道理,但是按进化论解释更容易一些,自然界生物诞生成长,长得结构都有其规律可循。比如在自然界中,牙齿、触角、爪子、喙、动物外壳,甚至是植物的棘刺和刺毛,都遵循一种被称为“幂锥”的形状。通过分析尖锐结构的相似之处,发现它们的生长过程其实是由一个简单的数学模式控制。一个可用于描述牙齿形状的简单数学公式。

“这个简单公式是一个“幂律”,它意味着当我们对牙齿的宽度和长度取对数时,牙齿的宽度和长度呈线性关系。这个新的幂律命名为“幂级联”,它描述了牙齿的表面是如何沿着特定的模式发展。这条规则也同样适用于爪子、蹄、角、蜘蛛的尖牙、蜗牛的壳、鹿角,以及哺乳动物、鸟类和恐龙的喙。

“一些不是为刺穿而设计的身体特征,如贝壳、指向背后的角,也表现出这种幂级联模式。也就是说,这是一种非常普遍的规则。这些过程所适用的动物器官种类繁多,能形成多种多样的形状。

“宇宙中任何形式的生物都会以复杂的分子组合编码生命信息,而这种复杂性与无生命物质迥然不同。”

张月鹿说着说着又来劲了“假设,对任何环境中的任何对象(object)来说,当其丰度(abundance)和复杂性增加时,它来源于生命活动的可能性就会增加。丰度指该对象在环境中出现的频率,而复杂性可以通过估算装配出这种对象所需的步骤来衡量。

“这是天体生物学领域的一个装配理论,它提出了可操作的复杂性测量方法,使关于生命本质的理论有机会与实验观测数据相结合。为了衡量分子的复杂性,定义“物质装配指数”(mass assembly number, MA),通过算法为不同的分子赋值。

“MA指的是理想情况下构建一个分子所需的步骤数。我们知道一个分子通常可以由多种方式合成,MA对应其中最短的装配路径。它只考虑价态规则,不考虑包括化学反应条件在内的其他限制,且每一步创建的对象可以在随后的步骤中被重复使用。因此,化学键种类越少、对称性越高的分子,其MA值越低,反之亦然。

“研究人员为一个化学数据库中的250万种分子进行了MA赋值。被部分科学家视作的诺姆星球的生物征迹磷化氢,由1个磷原子和3个氢原子构成,以对称的磷-氢单键相连,其MA仅为1。相比之下,色氨酸分子由11个碳原子、12个氢原子、2个氮原子和2个氧原子构成,结构更为复杂,其MA为12。

“碳、氢、氮、氧、磷和硫这六种元素(通常称为CHNOPS)的组合构成了绝大多数生物分子。将这些化学元素作为正在建模的复杂系统的组成部分。使用TAP方程来模拟生物圈在演化过程中可能的配置状态的数量包裹DNA的蛋白质的种类,可以很好地预测基因突变的可能性。这意味着我们能预测哪些基因更可能发生突变。

“导致这些区域突变率差异的主要原因不是自然选择,而是表观基因组——超过90%的突变率差异都与表观基因组相关。存在着有利于个体生长的定向性。”

“这些你可以作为你刚才那个游戏程序的条件存在”胃土雉有点不耐烦的打断他

张月鹿没有接茬,而是按着自己的思路继续说“结合DNA密码预测蛋白质三维结构,在这次对地球生命信使的深入研究后,根据所采集的化石和亚化石标本、陨石携带的部分活体微生物DNA、RNA序列的演变可能的发展顺序进行了全面的建模,就可以展示出地球6000万年后的生态结构。这种展现不是一个确切的生物群体,而是概念性的趋势,表明6000万年后哺乳动物称霸地球,高等生物出现,高等生物分布各地,这些高等生物具备了制作工具的能力,具有基本的社会结构等。”

“你这种机械化的理论也许可以作为一种探索方向,但是,我们说过,生物发展的多样性可能要复杂的多。”

胃土雉上来和张月鹿贴贴脸,“走吧,准备一下,一会箕水豹要找我们排练呢!”

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