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1.12 信息总是选择更适宜进化的地方

1.12 信息总是选择更适宜进化的地方

作者: 信息试错机 | 来源:发表于2017-12-11 15:34 被阅读0次

    信息在哪里进化得更快,它们就会自动地流向哪里。

    很多人都有惧怕蛇的本能。因为对于人的祖先来说,蛇是非常可怕的敌人。它们可以埋伏在各种地方,所以人们必须在看到它们的第一眼就马上回避。人的这种本能是由基因来控制的,而我们之所以有这样的基因,是因为我们的祖先如果没有这个基因,就无法存活至今。

    但是如果今天一个人缺乏惧怕蛇的本能,却不会受到什么不良影响,哪怕他天天与剧毒的蛇类打交道。因为人有学习和理解的能力。即使人没有躲避蛇的本能,他也可以从其他人的口中得到这个信息,或者从书本中学到这个信息,或者从观察和理解中得到这个信息。对蛇的惧怕反而妨碍了人们正确应对蛇的危害,因为它使我们难以冷静下来。

    对人来说,同样是“怕蛇”这个信息,既可以由基因来控制,也可以由后天习得。作为本能,它是受基因控制的,由基因的自然选择产生。作为知识,它可以被习得,是不受基因直接控制的。有些生物学习记忆的能力比不上人,它们就只能通过基因的自然选择来产生怕蛇本能。如果一种鸟儿从来就没有受过蛇的威胁,也没有惧怕蛇的基因,在它突然接触到蛇之后,就需要在许多代的进化之后才能获得这样的本能。比如,关岛上的一些鸟类从来没有碰到过蛇。它们进化出怕蛇本能的速度比较慢,所以在棕树蛇被引入之后几乎被屠戮殆尽。但是一群从来没有见识过蛇的人如果接触到了蛇,他们就可以通过很少的几桩蛇伤人事件总结出经验,想出对策,再通过互相交流来把“怕蛇”的信息传遍整个社区。

    那么,如果一群人一开始的时候没有恐惧蛇的本能,在他们接触蛇以后,他们有可能在基因上进化出这种本能吗?

    应该是不会的。鸟儿们会获得怕蛇的本能,是因为只有那些怕蛇的鸟儿才能活下来,而没有这种本能的鸟儿都死于蛇口了。但是人类在接触蛇以后,会首先通过学习,记忆,思考与交流获得对付蛇的方法。不管一个人有没有怕蛇的本能,他的大脑都能成功地对付蛇,让他从蛇口中活下来。具有怕蛇本能的人,相对于没有怕蛇本能的人,并没有什么竞争力上的优势。所以如果人类一开始并没有怕蛇的本能,但有学习理解能力,那么他们永远不会进化出怕蛇的本能。如果真的有人在蛇的威胁下被淘汰,这些人应该也是智商低的,动手能力弱的,交流能力弱的,而不是不怕蛇的。

    对人来说,如果出现了更新的威胁,首选的解决方案并不是基因的进化,而是新知识的获得。进化出一个新基因需要许多代的时间,而一个新的知识产生并在整个文明圈里传播却用不了多少时间。一般来说,远远在基因对威胁做出反应之前,大脑就已经解决了这件事。所以在人类文明的发展中,绝大多数的进化事件都是大脑完成的,而不是基因。当然,大脑实在解决不了的事除外,比如肌肉、骨骼、消化系统、免疫力等等。在人类没有发明现代医药的时代,人类对付瘟疫的最有效手段就是让疾病杀死所有没有抵抗力的人,只剩下那些有抵抗力的人。之后,这些人的后代就不怕这种瘟疫了。而在人类发明现代医药之后,人类的智力可以使人获得更好的医疗条件,所以免疫方面的功能也越来越多地受智力的影响而不是免疫力。

    在应对新的危机时,大脑总是比基因抢先一步;在应对旧的危机时,大脑也总是抢基因的工作。远古时代,只有怕蛇的人才能生存。但是现在,很多人的怕蛇基因突变掉了,这些人如果生活在远古是很可能死掉的。但是在现代,这丝毫不会影响他们处理蛇的能力,因为他不管怎样都会获得关于蛇类危害的知识。这可以看成是一个信息从基因转移到了大脑。

    类似的事件还有很多:苯丙酮尿症是一种遗传病,病人原来无法活到成年。但是在医学发达的今天,我们知道这种病是因为摄入的苯丙氨酸无法代谢而产生的,所以病人只要吃不含苯丙氨酸的食物就可以减轻症状。这样可以看成是一个原来用于调控代谢的信息从人类的基因转移到了人类的食品工业体系与认识体系中。不管这个信息存在于何处,只要它存在,人就可以生存。

    有少部分人天生具有艾滋病的抗性。对他们来说,艾滋病根本就不是一件需要担心的事,而对其他人而言,艾滋病却是一种绝症。如果人类没有先进的医疗手段,其它人想要获得艾滋病抗性的最好方法就是与这些人结亲,这样他们的后代就对艾滋病免疫了。但是随着我们对艾滋病治疗方法的改进,没有抗性的艾滋病患者只要定期服药检查,也可以活到正常寿命,进行与常人无异的活动了。当然,现在我们还无法治愈艾滋病,只能控制它不发病;而一个不发病的患者一样可以传染艾滋病。一个基因与一套疗法具有相似的作用。对抗艾滋病的信息既可以存在于基因中,也可以存在于现代医学体系中。但是从现代医学体系中获得抗性的方便程度要远远高于从基因中获得抗性的方便程度,而且医学方法可以更高速地进化,所以要解决艾滋病问题大可不必依赖那些天生有抗性的人结亲。

    信息总是选择更适宜进化的地方。如果同样效果的信息可以存在于两个不同的平台,那么其中哪个平台的信息处理效率更高,哪个平台就更可能先进化出这个信息。而当这个平台进化出这条信息后,另一个平台就没有选择压力来进化出这条信息了。我们称之为“怕蛇定律”。我们的大脑在处理信息的时候往往比基因快一步,所以一般来说大脑会处理所有需要解决的问题。

    不仅大脑与基因之间存在这样的信息流动,基因也会从进化速度低的地方流向进化速度高的地方。生物的基因大多数位于染色体上,但是也有少数位于质体(线粒体和叶绿体)中。近年关于基因组的研究发现,有许多基因原来应该是位于质体中的,但是后来转移到了染色体中,这也许就是因为染色体中基因的进化速度要快于在质体中的进化速度。染色体中的基因受到核膜与组蛋白等结构的保护,受到损害的概率要远远小于质体中基因受到损害的概率。而且,染色体中的基因还会在繁殖时经历同源重组,这样有利于基因的交流,增加了进化速度。另外,染色体基因具有内含子——外显子结构,可以让基因的功能更丰富,也可以让基因具有更高的进化灵活度,让基因经过少许改动就可以承担更多功能。但是线粒体DNA中不存在这样的结构,叶绿体DNA中只有少数有内含子——外显子结构。因此质体中的DNA进化灵活度就比不上基因组基因的进化灵活程度。所以,假设基因以相等的速率在质体与染色体之间互相转移。如果一个基因在染色体上,那么它就会更快地进化,给它的宿主提供更多的竞争优势;而如果一个基因在质体上,它的进化就会很慢,它的宿主进化就会较慢,就会在竞争中处于劣势。所以,位于染色体上的基因会更有“前途”。

    在基因组中,不同染色体上的基因进化速度也是不一样的。性染色体中有些部分由于雌性与雄性不对称,是无法在繁殖时进行交叉互换的,所以性染色体这一部分上的基因进化速度就会比常染色体慢一些。因此,在进化中,性染色体上的基因总是向常染色体转移,所以性染色体一般都会比常染色体小一些。

    纤维素酶的进化也从另一个方面印证了怕蛇定律。纤维素酶是一组酶的总称,成分和结构非常复杂。它一般只存在于比较低等的生物中,比如真菌,细菌,昆虫,蜗牛等。脊椎动物全都不能产生纤维素酶。

    高等生物自己不能分泌纤维素酶,但是它们常常与各种产生纤维素酶的细菌共生。最典型的例子就是牛羊,它们的瘤胃中储存有大量可以分泌纤维素的细菌。有一部分昆虫无法产生纤维素酶,但是却以纤维素为主要能量来源,比如白蚁和蚂蚁。白蚁消化道中有可以分泌纤维素酶的白蚁共生原虫。切叶蚁用切碎的叶子培养真菌,让真菌消化纤维素,然后采食真菌。

    低等生物,尤其是单细胞生物,在生化方面的进化比高等生物快,所以当宿主面临消化纤维素的进化压力时,共生菌总是更快地进化出纤维素酶。而只要共生菌进化出纤维素酶,宿主就可以消化利用纤维素了,它就失去了进化纤维素酶的动力。这就是为什么高等生物都不能自己产生纤维素酶。

    信息总是选择更适宜进化的地方。生物总是需要尽可能地提高自己的进化速度。如果生物进化出了效率更高的信息处理平台,那么信息就会不断向这个信息处理平台转移,这样不但增加了进化速度,也提高了生物的复杂性上限。绝大多数生物的主要信息处理平台就是基因的进化。而对人来说,大脑是另一个重要的信息处理平台。大脑在做绝大多数信息处理工作的时候,效率都远远高于进化。所以人类生存所需要的信息会越来越多地积累到大脑以及能与大脑互相传递信息的各种媒介中,比如文字。这并不是背叛,而是进步中必然的趋势。DNA的进化也不是最初的信息处理平台。很多科学家相信在DNA之前,RNA曾经是生物信息的主要储存与执行者。后来,由于DNA的稳定性更高,可以承载更多复杂性,更适宜进化,所以RNA的信息就逐渐都转移到了DNA。这个过程,与今天发生的事其实非常相似。信息从来不会只忠于某一个个体,也不会只忠于某一个信息处理平台。当效率更高的信息处理平台出现后,不仅旧的信息会争先恐后地涌入这个平台,新的信息也会因为更高的效率而产生于这个平台。到后来,或许还会进化出更新更好的信息处理平台,把原来的信息处理平台淘汰掉。这个过程永远不会终止。

    【1】Genomic perspectives on the birth and spread of plastids

    http://www.pnas.org/content/112/33/10147.long

    质体信息的转移

    【2】A neutral theory predicts multigenic aging and increased concentrations of deleterious mutations on the mitochondrial and Y chromosomes.

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12208346

    这篇文献提出了一个假说,因为y染色体与线粒体中的基因不参与同源重组,所以它的进化速度比较慢,所以它就含有比较多的有害基因。而且也许正是因此,它里面的基因转移到了可以重组的染色体中。

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