复杂性科学视野下的广义进化论，本文主要内容关键词为：进化论论文,广义论文,视野论文,性科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：N031文献标志码：A 文章编号：1000－8934（2010）10－0036－05
作为人类历史上第一个比较成功的进化论，达尔文进化论中提出的变异与继承、自然选择、适者生存等观点和规律，为人们认识世界的不同层次的进化提供了一种新的进路和思想的源泉。许多科学家和哲学家将达尔文进化论的思想和观点推广到分子系统、物质系统、社会经济系统、文化系统、理论系统等的进化研究，从而形成了可称之为广义进化论或广义达尔文主义的有关理论。
将达尔文进化论推广到各个领域中并不是一种随意的比喻，而是一项严格的科学工作。一批著名的哲学家、生物学家、心理学家以及物理学家，包括一大批诺贝尔奖获得者对此都作了很有意义的探索。赫胥黎（T.H.Huxley）1869年将进化论推广到分子进化，达尔文自己在1871的著作《人类的由来》中将进化论推广到说明语言文法和词汇的进化，美国哲学家詹姆士1880年在《伟大的思想与环境》一书中用进化论来解释学习、思想与文化的进化。20世纪，皮亚杰（J.Piaget）将进化论用于心理的进化，坎贝尔（D.T.Campbell）将进化论用于认识过程，卡尔·波普尔（K.Popper）将进化论用于科学假说和科学理论的进化，乔治·巴萨拉（George Basalla）则将进化论用于技术的发展。诺贝尔奖获得者洛伦兹（Konrad Lorenz）将进化论用于解释动物行为，艾根（Manfred Eigen）将进化论运用于前生命的分子的进化，而威尔逊（Edward Osberne Wilson）和道金斯（Richard Dawkins）则将进化论的自然选择运用于动物社会。特别是，这些广义进化的思想和观点对系统科学和当代复杂性科学也产生了深刻的影响。例如，物理学家和系统科学家哈肯（Hermann Haken）将达尔文的自然选择理论运用于激光的形成，西蒙（H.A.Simon）将进化论用于解释复杂系统等级的进化，不仅说明计算机系统的进化而且为研究复杂系统和生命系统创造了遗传算法。当代复杂系统思想的三组最基本概念可以概括为突现与层级、通讯与控制、进化与自组织[1]，其中，进化思想的主要来源就是达尔文的生物进化论。因此，考察达尔文进化论的扩展以及广义进化论的基本原理，有助于人们更深刻地认识达尔文进化论的价值，并且对于目前复杂系统进化的研究具有重要的启示。
1 达尔文主义与分子进化
赫胥黎、艾根、哈肯、道金斯等人将变异与保存、适者生存、自然选择的进化论原理运用于分子的进化，解释了生命细胞出现以前的生命大分子系统的进化。
道金斯说：“伟大的生物学家达尔文所说的‘适者生存’其实就是稳定者生存（survival of the stable）这一宇宙普遍法则的一个特殊情况”[2]12。因而，将达尔文的适者生存推广到其他物质系统便是顺理成章的了。整个宇宙为各种稳定的物质系统所占据，这里所说的物质系统，指的是那些原子的聚合体，它是在恒星和行星的演化中形成的。像太阳那样的恒星，在它表面的高温条件下，就只有氢、氦这些简单原子系统能够保持稳定，从而生存下来。其他较为复杂的原子系统，以及任何原子化合物，即分子系统都因其不能稳定而不适于生存。到了行星发展的一定阶段，特别是地球表面冷却，各种原子、分子的系统就可能存在了。问题是生命前期的分子，构成生命基础的分子是怎样像赫胥黎所说“组成生命机体的分子有多样性的倾向，彼此竞争以得到机会存在与繁殖，最后其胜利者产生作为整体的生命有机体”[3]呢？
上世纪50年代奥巴林、米勒等人模拟原始地球的雷鸣闪电，从原始大气的简单化合物
等小分子材料中，人工合成了蛋白体的基本单元，即各种氨基酸。70年代，科学家们在实验室中又模拟生命起源前地球的化学条件，合成了嘌呤、嘧啶、核苷酸等。DNA的组成单元，这些被合成的有机大分子，就是30—40亿年前地球原始海洋中“原始营养汤”的组成部分。这些数量巨大的原始有机大分子，在太阳紫外线等能量作用之下经过若干亿年的随机结合，偶然合成了能够自我复制的复制者（replicator），它就是某种有机大分子的长链，它在原始营养汤中由小分子构成，具有吸引其他同类分子的亲和力，于是就复制出与它自己在序列上一模一样的另一条有机分子链。这种分子链也可能与另一类分子有吸引亲和力，于是复制出自己的“负像”拷贝，这些“负像”拷贝反过来再产生“正像”的、即与自己一样的有机分子链。这里，大分子复制相当于达尔文进化论中的遗传，而复制拷贝错误（这是任何形式的复制不可避免的）相当于达尔文所说的变异，这就是达尔文进化论基本观点的第一点。
随着复制错误的产生和扩散，原始营养汤中存在各种不同序列的有机分子链。有一些分子链比较稳定，不像其他分子那样易于分裂，它就具有更高的适应能力。这种适应能力由三个要素组成：（1）长寿，不易分解。（2）自我复制速度快，即繁殖能力强。（3）复制准确性高，即不易变为别的复制者。如果我们将取决于这三要素的复制者
适应能力定义为它的适应度，即F（），那么，我们就可以给出一个形式的定义和计算公式。复制者系统或其构型（configuration）的适应度
的平均寿命。这样F（x）就成为各种不同复制者的适应度的量度。这个公式只要做出某种带普遍性的诠释就可以成为一般复杂系统适应性的定义与度量。不过这里暂且只讨论生命大分子的自然选择。可以想象，原始营养汤中，可以用来复制自己的资源是有限的，那么，不同品种的复制者之间就存在生存竞争或生存斗争。那些适应能力强的复制者被自然选择，而那些适应能力弱的就被淘汰了，而这就是生物进化论的两个基本观点。艾根正是成功地将达尔文的进化论运用于生命大分子的进化解释，提出了著名的“超循环理论”。
然而，在达尔文进化论的扩展中，生物学家和自然哲学家发现了一系列的困难。正如哈肯所说：“‘适者生存’规律可以比作一只猫咬着它自己的尾巴而团团转。谁能生存，谁就是适者（这是一个循环论证）。因为达尔文主义不仅存在于有生命自然界，而且在无生命物质中也存在着。我们已把激光作为一例，其中我们发现各种激光光波之间存在着竞争，最终也只有一种波生存下来。我们当然可以称它为‘适者’。然而重要之点在于，在激光物理学中我们可以事先计算出哪种波将生存下来，也就是说哪种波是适者。这里有着客观的标准，从而我们在整个过程前，已可以预言谁将取胜。但这里还有一个保留条件：偶然有几种波会同时成为适者的候选人。”“在激光波中，在生物分子中，在超循环中，并在动物和植物界中，达尔文主义都起作用。达尔文规律支配着有生命和无生命物质，这一事实显示它的重大意义”[4]。
2 知识进化与科学理论的发展
英国著名科学哲学家卡尔·波普（Karl Popper）从上世纪30年代到50年代建立了证伪主义知识进化论，提出了他的知识进化的基本公式。70年代，他在《客观的知识》（1972）和《进化认识论》（1973）的著作中运用达尔文的进化论重新解释了他的知识进化论，成为广义达尔文主义的一个重要支持者和研究者。
他认为，科学理论的发展和进化，是通过猜测与反驳而进行的，而这也正是科学知识区别于其他理解世界的方式的划界标准。他认为，像生物进化起源于生存问题一样，科学理论起源于科学问题（
），而为了要解决问题，科学家们提出多样性的可证伪的试探性的假说或理论。这些假说的提出不是归纳的结果，而是创造性的猜测（
……）。这些试探性猜测将受到严格的批判和实验与观察的检验，力图将它们驳倒，以排除错误（EE）。于是有些假说很快就被淘汰，而另一些假说则可能被证明是比较成功的。当已经成功地经受了广泛而严格检验的假说最后被证伪时，一个与原先解决了的问题全然不同的新问题又被提出来，如此循环，科学理论便得到发展。波普的知识增长公式是：
图1 波普尔的知识进化图式
上式中，P代表问题（Problem），TS表示试探性解决（tentative solve），EE表示排除错误（error elimination）。
波普尔认为，这是一个达尔文的多样性变异和适应性进化的自然选择问题。（1）关于问题：波普尔说“所有的有机体昼夜不断地从事于解决问题”[5]254。这些问题就是生存问题，也可以扩展到科学问题，科学问题虽然是求真问题，但归根到底也是人类的生存与发展问题。当然直接地是关于一种理论或假说能否存在的问题，这部分地符合了达尔文进化论的生存竞争。
（2）关于尝试的多样性或变异问题。生物基因有突变，有机体有个体性状的变异。各种解决科学问题的理论与方案也是一种多样性变异。波普尔说“新的反应、新的形式、新的器官、新的行为方式、新的假说都是试探性地提出来的，受排错法控制”[5]254，这符合达尔文进化论的变异原理。
（3）关于排错、淘汰或选择。按照达尔文进化论，“淘汰”包括排除与消灭不成功的物种或“抑制不成功的器官、形式、行为或假说等来进行”[5]254。而科学理论或科学假说的被淘汰，不是要淘汰和消灭提出这种理论和假说的人，而是淘汰那些不成功的假说和理论本身，保留那些经得起考验的有生命力的科学理论。这可以看作一种广义的“自然选择”。
将达尔文的进化论与科学知识进化论进行类比时，要注意的一个问题是：科学知识和科学理论是没有遗传的，但它和一切社会文化一样有一种持续性的或代际相传的机制，这就是通过模仿与社会传统的代代相传。库恩将一种重大的科学理论及其解决问题的典范，看作是一种“范式”，它有着稳定的持续性，用以教育一代又一代的范式支持者保持它的传统，按这种传统进行常规研究，这就是一种“文化基因”。文化基因这个概念是由亨德森（Hazel Henderson）所创造，用以解决文化进化中的复制机制问题。道金斯则创造了一个词叫做Meme（由英文的模仿mimetic与记忆memory组成）——觅母，来说明文化基因，它表示由一些头脑或信息贮存系统（如书本）复制到另一些头脑或贮存系统中去的信息单元，是文化进化中的自我传播单元[2]268。思想、语言、时装、流行歌曲、科技发明、道德和美学价值等等都可以成为Meme而相互传播或代代相传。
有了文化基因、觅母等理论的支持，进化论便可以推广解释科学理论的进化了。所以波普尔说：“我们的知识增长是一个十分类似于达尔文叫做‘自然选择’过程的结果，即自然选择假说：我们的知识时刻由那些假说组成，这些假说迄今在他们的生存斗争中幸存下来，由此显示它们的（比较的）适应性；竞争性的斗争淘汰那些不适应的假说……这种境况的陈述意味着它描述了知识实际上是怎样增长的。当然它不是在隐喻上说的，尽管它也用了隐喻。我要提出的这个知识理论大体上是关于知识增长的达尔文理论。从阿米巴到爱因斯坦，知识的增长过程总是相同的：我们试探着解决我们的问题，并通过淘汰过程，获得在我们的试探性解答中某些接近适应的东西”。[5]273－274
3 复杂系统的进化
如上所述，可以将达尔文的生物进化论推广到各种系统，甚至一般系统进化论和复杂系统进化论，然而，对于这种广义的进化论，我们需要有一个普遍性的概括。而对此最有代表性的概括可以说是美国心理学家和进化认识论创始人唐纳德·坎贝尔（Donald T.Campbell）提出的广义的进化论原理。他认为：所谓广义的进化论原理就是盲目的变异与选择的保存原理（The Principle of blind-variation-and-selection-retention）。“盲目的变异与选择的保存对于所有的归纳成就，对于所有的真正知识增长以及对于所有的系统环境的适应，都是基本的”[6]。结合复杂性科学的研究成果，复杂系统的进化遵循的基本原理可以概括为以下两个方面：
1）系统的盲目多样性与变异原理
系统在进化的过程中，它的构型（configuration）会产生多样性的变异。这里所说的构型，包括系统的个体与种类、属性与状态、行为与形态、结构与功能诸方面。只要时间足够的长，它们都会发生各种各样的变异。例如基因突变与漂移、科学理论和科学假说的多样性尝试。多样性指的是种群中个体的多样性，即个体之间在结构功能、行为性状上的不同。系统中的个体行动主体（agents）突现类型越多，其中包含能适应环境的类型的概率就越大，从而进化的潜在可能性就越大。而这些个体的结构功能、性状行为的多样性和变异性越大，它就越能对抗环境的干扰，从而被环境选择的概率就越大。W·R·艾什比曾提出必要的多样性定理[1]以说明系统要适应和控制环境，对付外来干扰必须有足够的多样性。复杂适应系统理论（CAS）则认为，如果这种多样性与变异能自发地产生而作为复杂适应系统的适应性行动者，则能通过对环境进行建模而具有多样性适应能力。
作为系统进化的一个机制的多样性变异通常是自发的、盲目的，不是直接针对外界环境的要求而发生，而是在“不知道”变异者是否被选择的情况下发生的。例如基因的突变就是一种随机的偶然性，当然人工产品的变异，并非完全盲目的。人们是为了社会的需要而去发明创造的，不过一个新产品在它发明创造之时，谁也不能准确预料，它是否能成功地被社会所选择和接受，从而提高人类的适应性生存和发展的能力，这里充满着风险与疑难，随时有被淘汰的危险。所以导致进化的多样变异体，当其产生之时与环境无直接适应关系，不能准确预期其将来是否被选择，在这个意义上是盲目的变异。它是一般系统、特别是复杂系统进化的基础。
2）系统的自组织与选择保存原理
系统构型的不同，变异体各有不同的对环境的适应性，适应性即生存的概率。显然，生存下来的概率有所不同，这是相对于特定的外界环境或特定的选择标准而言的。适应性问题是一个有关系统变异体与环境的关系问题，这个关系决定它们的生存概率。如果系统的不同变异体的生存概率都相等，就不会存在着选择。
通过选择，系统变异体的多样性在环境的压力下不断缩减。这个过程中，一些不适应环境的系统变异、可能性与替代方案被排除，而适应环境者得以生存下来，这就是所谓“适者生存”原理。这里环境的概念依不同的系统有所不同，对于自然界的生物物种来说，环境指的是自然环境，选择指的是自然选择。而对于人工产品的选择来说，环境除了指自然环境外，还包括社会经济环境、社会政治环境和社会文化环境。
系统进化还必须有一个保存与传播的机制[7]，使适应环境的被选择的变异体能保存下来、传播出去。这在生物物种中，变异保存是通过遗传来实现的，而在社会系统中，它是通过“文化基因”或“meme”来实现的。人类的语言、书本、学习过程、文化传统、科学规范等等对于社会系统来说，起到如同遗传对于生物系统的那种作用，使变异在代际间进行保持和传播。
根据上述分析，达尔文的随机变异与自然选择理论可以扩展到生命的分子起源，乃至社会文化系统和生态系统的发展，它可以被看作是复杂适应系统产生与进化的一个规律。然而，复杂系统有着极为复杂的有序性，单靠随机的变异和自然的选择还无法充分解释这些高度的有序性。自然选择还必须有一个前提，即系统的多样性构型已经形成，选择并不是创造各种不同的系统，而是对已经形成的系统进行选择。生命的产生是高度不可能的偶然事件，它的概率正如考夫曼所说的，“可以跟一阵龙卷风刮过垃圾站，用其中破铜烂铁装配起一架波音747相提并论”[8]。为了解释生命的起源，必须有一个自组织机制才补充多样性的变异和选择保全机制。
系统通过自组织增加自身活动的组织性和结构的有序度，它是在不需要外界环境和其他外界系统的干预或控制下进行的，是在远离平衡态和输入负熵的条件下，通过涨落或噪声以及系统元素之间的自催化，交叉催化和超循环等形式的非线性协调相互作用，使系统发生分叉和突变，从而重新组织自己的实体、过程和力，形成新的有序结构的过程。自组织和自然选择可以看作是系统进化的两驾马车。考夫曼说：“我们必须把自组织和达尔文式选择两者的作用都包括到进化论之内。”[8]32“现在我们已经可以将进化理解为选择与自组织的联姻（We may have began to understand evolution as the marriage of selection and self-organization）”[9]当代复杂性科学揭示，以层次突现为标志的复杂系统整体性和系统性是由三个主要的系统机制引起的，即：控制机制、自组织机制和自然选择机制。这些机制之间相互联系，并与突现、层次等概念，构成了系统科学的基本思想和原理。
二十世纪以来，人类发展中的一系列战争、经济、生态、人口、教育与文化等问题，促使科学家和哲学家重新思考科学与世界的发展问题。世界上100位杰出的学者组成的罗马俱乐部的第一份研究报告《增长的极限》，不仅引起了世人对全球性问题的极大关注，也掀起了一股对广义进化论研究的热潮。广义进化论试图通过一种科学与哲学交叉的视角，将物理世界、生物化学世界以及人文和精神世界视为相互联系的复杂系统整体，从而为物质系统的进化、生命系统的进化以及文化知识的进化提供一种新的整体论的认识，使人类从进化的意识中产生有意识的整体进化。进化不是命运，而是机遇，未来不是被预测，而是被创造。
收稿日期：2010－01－11