NanoST 版 (精华区)

发信人: wxl (小亮), 信区: NanoST
标  题: 第二章 改变的法则
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri May 13 08:45:10 2005), 转信

　　把设计过程想象为：首先产生许多可供选择的方案，然后用所有需求和限制的组合来测试它们。
　　——赫伯特·A·西蒙（HERBERT. A. SIMON）

　　分子组装机将带来一个从未有过的革命，在存在于细胞内的原始的组装机-核糖体产生以后。纳米技术的发展将帮助生命扩展到地球以外的空间——自从生命从海洋扩展到陆地之后还从未有过的一大步；它可以让机器产生思想——从思想产生于灵长类脑中之后还从未有过的一步；它也能使我们的思想不断更新换代和重新塑造我们的身体——从来没有过的一步。

　　这些革命将带来人类不能把握的巨大的危险和机会。就像适用于分子、细胞、兽类、思想，和机器的改变的法则将继续适用于生物技术、纳米机器、以及人造思维一样，同样的适用于海洋，陆地，空气的自然法则也将适用于生命扩展到别的星球的情况。理解不朽的改变的法则将有助于我们理解新技术的潜在的优点和缺点。

　　
　　混沌中的有序

　　有序可以从混沌中自发产生而无需任何人下命令：在太阳、地球或者生命产生之前很久，规则的晶体就从无定形的星际气体中产生了。在我们更熟悉的环境中结晶体也一样能从混沌中产生。想象一个分子——可能有规则的形状，也可能是不对称的多节的就像一块姜，然后想象巨大数量的这样的分子在液体中随机碰撞，象醉汉那样在黑暗中乱撞、翻跟头，想象液体的蒸发和冷却迫使分子互相靠近并减慢速度，这些随机运动的形状古怪的分子将成为混乱的一堆吗？通常不是，它们将形成晶格，每一个都整齐地和邻居相靠，形成行和列，象棋盘那样，虽然要复杂得多。

　　这个过程和魔法、分子的特殊属性甚至量子力都无关。蛋白质分子不需要特别匹配的形状就可以自组装成机器，放在一个盘子里的尺寸一致的珠子，只要轻轻摇晃也可以形成规则的图案。

　　晶体的生长是通过试探和去掉缺陷、通过变化和选择来完成的，没有一只小手来组装它们。晶体可以从偶然聚集起来的一堆分子开始生长，分子们无规则地运动，撞击，随机地聚集成块，如果他们恰好按照正确的结晶形状聚集起来，则这个随机块就会结合的很牢固，其它分子就开始结合到这个随机块上，然后形成小的结晶体，那些结合到不正确位置上的分子由于结合不牢固会被晃掉，而结合到正确位置上的分子则保持位置不变，一层又一层地不断扩展晶格，虽然分子随机地碰撞，但它们的结合却不是随机的，有序就这样通过变化和选择从混沌中产生。

　　
　　进化的分子

　　在晶体生长过程中，每一层都可以成为下一层的模板，相同的层堆积起来形成一个固体块。

　　在细胞中，DNA或RNA链也能起模板的作用，当然要在作为分子复印机的酶的帮助下，只是核酸的子单位可以有多种排列形式，一条模板链可以与它的复制品分离，然后这条模板链和它的复制链都可以被再次复制。生化学家Sol Spiegelman做过试验，把一种复制机器（从病毒中取得的一种蛋白），放在一个很简单的无生命的试管环境中，它就能复制RNA分子。

　　想象有一条RNA链漂浮在试管中，同时试管内还有复制机器（蛋白质）和用来组成RNA的子单位（核苷酸）。RNA链不断翻滚、扭曲直到它撞到了复制机器的正确位置上并被复制机器抓住作为模板链，周围的RNA子单位也不断碰撞，直到有一个合适类型的子单位碰巧撞到了复制机器上的匹配模板链的正确位置上，在它进入位置后，机器就抓住它并把它连到正在生长的复制链上，虽然子单位是随机地碰撞，机器却是有选择地连接它们，最后，复制机器，模板和复制品互相分离，一次复制完成。

　　按照牛津大学动物学家Richard Dawkins的说法，可以复制自身的东西称为复制机，在上述情况中，RNA是符合这个条件的：一个单个的RNA分子很快变成两个，然后是4个，8个，16，32，以此类推，呈指数式增长，最后复制速率变得稳定下来:固定数量的复制机器只能按这样的速率来复制RNA，不管有多少模板分子在等待被复制，最后原材料变得稀少，复制因为饥饿而停止。分子因为人口爆炸而达到了增长的极限所以停止了再造。

　　然而复制的机器经常错误地抄写RNA链，增加，删除或者误配子单位，结果这条变异的链就有了不同的长度或者不同的排列。这种改变是相当随机的，但是变化会随着错误的复制而积累起来。随着分子的扩散，它们变得和它们的祖先不同并且彼此之间也不相同，这也许就是混沌产生的原因之一吧。

　　生化学家发现不同的RNA分子具有不同的复制速率，这与它们的长度和子单位排列方式有关，较快的自复制者的后代通常会变得更多更常见，事实上，一种自复制者仅仅只要比它的兄弟们快10%，那么在100代之后，它的后代的数量就是其他种类数量的1000倍左右，微小的差距在经过指数增长后会成指数级的积累。

　　当试管中的子单位用光了之后，实验者可以从中取一个样本，然后去“感染”一个新的试管。上述过程再一次开始，在第一回合的竞争中胜出的分子将取得领先地位，然后更多的微小差异又在复制中产生了，在一段时间后累积成了巨大的差异。一些分子复制的较快，再一次它们的种群控制了整个试管，当资源耗尽后，实验者又可以取样然后再一次开始（并且一再重复这个过程），并保持外部条件不变。

　　这个实验揭示了一个自然过程：不管实验开始时的RNA序列是如何排列的，类似的随机错误和偏好的复制将导致某一种RNA分子（携带有某种复制错误）胜出。典型的结果是一种已知的，被明确定义的有220个子单位的序列。这是这个环境下的最好的RNA种类，所以它挤掉了其它的同类并延续下来了。

　　长期的复制，误复制和竞争通常导致同样的结果，不管开始时的RNA分子长度或序列如何。虽然没人能预言这个胜出的序列，但是谁都可以看出改变和竞争趋向于导致唯一的一个赢家。在这样简单的系统中几乎不会有其它的结果。如果这些自复制者能强烈地影响别的个体（或许是通过有选择地攻击别人或彼此帮助），那么结果将变得像个更复杂的生态系统。实质上，它们只是在为资源而竞争。

　　这个例子的一个变种显示给我们其它的一些东西：RNA分子用不同的方式适应不同的环境。通常一种被称为核糖核酸酶的分子机器可以抓住一个具有某种特殊序列的暴露在外的子单位的RNA分子，把它一剪为二，而RNA分子象蛋白质分子一样，可以根据它们自身子单位的序列不同而折叠成不同的形状，如果折叠正确，它们就能把自身容易受攻击的点保护起来不会被剪断。实验者发现，当周围有核糖核酸酶存在的时候，RNA分子会牺牲复制速度而进化出更具保护性的形式，根据这种条件，再一次，新的竞争的冠军出现了。

　　注意生物学上发展了这样的描述：由于分子复制自己，所以可以用“代”来描述，“遗传自”共同的“祖先”的分子们是“亲戚”，名词“生长”、“繁殖”、“突变”和“竞争”对分子来说也似乎是正确的。为什么会这样？因为这些分子在复制自己的同时随之有微小的变异，就象生物体中的基因做的那样，当变化的自复制机取得了不同程度的成功后，许多的成功便会累积起来。这一过程——不论在哪里发生——被称为“进化”。

　　在这个试管的例子里我们可以抛开对生命进化的情绪化的争论而看到进化的本质。RNA复制机和蛋白质复制机是遵守已被我们熟知的法则的被明确定义的原子集合，在可重复的实验室条件下可以进化。生化学家可以用放在架子上的化学试剂制造RNA和蛋白质，而不用生命体的帮助。

　　生物化学家借用的这种复制机器是从一种病毒中得到的，这种病毒感染细菌，使用RNA作为遗传材料，它们通过进入细菌体内，利用细菌的资源复制自身，然后打破细菌跑出去感染其它细菌而生存。病毒RNA若产生复制错误则会产生变异的病毒，而能更成功地复制自己的病毒会更普遍地出现。这就是自然选择下的进化，显然称其为“自然”是因为它是自然中存在的非人工物体。但是与试管中的RNA不同，病毒RNA必须比仅仅复制自己做更多的事，成功的病毒RNA必须同时还能指导细菌的核糖体制造自身所需的蛋白质，以便能让它们跑出细菌体内，并在细菌体外存活，最后能进入一个新的细菌体内。这些附加的信息使得病毒RNA分子有4500个子单位那么长。

　　为了成功复制，更巨大的生物体内的DNA要做更多的事，指导合成数万种不同的蛋白质机器，发展成复杂的组织和器官。这需要数千的基因片断来完成，也就是1015个编码的DNA子单位。但是基本的通过变化和选择而实现的进化过程是保持不变的，无论是在试管里，还是在病毒里，还是在更复杂的情况下。

　　
　　解说有序

　　至少有三种方法来解释分子自复制机的进化，不管这自复制机是试管RNA，病毒基因还是人类基因，第一种解释方法是记流水帐：从中看出变异是怎样发生的并且是怎样扩展的，如果不记录所有的分子事件这肯定是无法完成的。

　　第二种解释方法借助于一个可能会引起误会的单词：目的。具体来说，分子只是偶然的改变和有选择地复制。让我们回到进化过程，你可以这样来描述：分子改变自己来完成复制自己的任务。为什么RNA分子在核糖核酸酶的威胁下会进化折叠起来？答案存在于长而详尽的历史中，当然，短语“它们试图躲避攻击以便存活下来并复制自己”也能预言同样的结果。目的这个词的语义能很简洁地描述它（试试不用它来解释人类的行为），目的论并不是大脑活动的结果，RNA的例子明白地显示了这个道理。

　　第三种（也是最好的一种）解释是——在进化的角度——有序通过复制机的变化和选择慢慢显现出来。分子按照特定方式折叠是因为它遵照成功繁殖下来的祖先的形状（因为躲避攻击等等原因），并且传给后代，包括它自己。象Richard Dawkins指出的那样，目的的语言（如果我们小心地使用的话）可以被翻译成进化的语言。

　　进化保留了成功的图案丢掉了不成功的改革，因此也解释了否定之否定就是肯定的道理——一个似乎有点难把握的道理。也解释了什么是有形的和无形的，因为只有成功的动物才可以把它们以及后代的骨头胡乱丢在地上，不成功的生物连化石都没留下多少。

　　人类思维趋向于集中在可见的事物上，寻找导致正确结果的正确原因，和存在于有序结果后面的有序的力的作用。通过思考我们可以看到这一改变了我们的过去并将形成未来的伟大的定律：进化是通过复制机的改变和选择来进行的。

　　
　　进化的生物

　　生命的历史就是一部分子机器的军备竞赛史。今天，这场竞赛达到了一个新的发展更快的阶段，我们必须确信我们明白这场革命的根有多深。在过去的一段时间内，生物进化论在学院中的势力是微弱的并且时常遭到攻击，我们应该记得支持它的证据象岩石那般确凿并且象细胞那样普遍。

　　在石头中记录了地球自己的生命历史。在湖底和海床上，贝壳、骨头、泥沙在一层又一层地堆积着，有时被突然的暗流和地质剧变冲掉了一些层。一般情况下它们不断地加厚，早期的层被埋在底下，被压碎、烘烤以及被含有矿物质的水浸润，然后变成石头。

　　几个世纪以来，地质学家们通过研究石头来阅读地球的历史。很久以前，他们就在很多山脉的碎石中发现海贝壳的存在。在1785年——达尔文的著作发表之前74年——James Hutton就推断海床上的淤泥可以被压成岩石然后被某种还不清楚的力向上推出海面，地质学家们还能作出什么别的结论吗？除非自然在撒谎。

　　他们看到骨头和贝壳的化石每层都不同，同时他们也发现在某些地方的某层的贝壳和另一些地方的某层的很相似，虽然这些层之间地理上可能相差很远。他们把这些层命名为（A,B,C,D...,或者低奥斯特群，高奥斯特群什么的），利用有典型性的化石来跟踪岩石层。地壳的运动使得没有一处地方可以显示出完整的岩层序列，地质学家们在某处发现的是A,B,C,D,E,在另一处发现的是C,D,E,F,G,H,I,J而在又一处会发现J,K,L或A,L。石油地质学家（即使他们对进化论一无所知）现在仍然使用化石来界定和跟踪岩层，通过到处打眼来实现。

　　科学家们得出了显而易见的结论，和现代海洋种群生活在很宽广的范围内一样，以前的种群也是这样；和今天的新层堆积在旧层上一样，以前也是这样。类似层中的类似的贝壳表明它们是在同一个年代沉淀下来的。不同岩层中的贝壳不同表明物种随着时间的推移而改变。这就是地质学家在写在岩石书页上的贝壳和骨头中所发现的。

　　最上面的岩层中包容了最近的动物，深层的岩层中包含了已经灭绝的动物。并且早期的层中没有一点现代物种的痕迹。哺乳动物的化石下面是恐龙化石；更古老的层中是两栖动物，在往前是贝壳和鱼的化石，然后就没有任何生物的化石了。最早的化石岩层显示了单细胞生物的存在。

　　放射性年代测定显示这些最早的生命痕迹存在于几十亿年前。比细菌更复杂的细胞出现于十亿年前。而蠕虫，鱼，两栖动物，爬虫类，和哺乳动物的历史则延续了几亿年，原始人的骨头化石出现于几百万年前，文明的遗迹则回溯到几千年前。

　　在30亿年间，生命从只能吸收简单化学物质的单细胞进化到了可以吸收思想的复杂多细胞体。从上个世纪以来（本文写于1986年——译注），技术也已经从蒸汽机车和电灯进化到了宇宙飞船和电子计算机——并且计算机已经开始学习阅读和写作。进化率成百万倍地提高了。

　　
　　另一条回溯之路

　　化石之书记录了死亡很久的生物，然而活细胞里也存储有历史记录，现在基因文字已经可以被阅读。从地质学的角度来说，进化的基本观点早在达尔文之前就已经写在纸上了。

　　在灯火通明的寺庙和修道院里，一代又一代的抄写员们一再地抄写着手稿，有时他们会抄错单词和句子——不管是因为事故，心情不好或者是上司的催促——在这些人力复制机器的抄写下，手稿被复制着，错误也在累积着。最严重的错误可能被删除，著名的段落可能不会被改变，但是差异在增长。

　　古老的书籍很少留存下原著版本，最早的手抄本也往往比遗失的原著要晚几个世纪。虽然如此，从携带有不同错误的不同的复制版本中，学者们仍然可以重构出接近原著的版本。

　　他们比较正文，可以追踪出某些行有共同的原始版本，因为一些独特的错误显示了它们来自于一个共同的源头。（学校教师都知道这个道理：同样的正确答案说明不了什么——除非是写论文——但是如果坐在一起考试的学生们出的错也都一样，那他们可就惨了），在所有副本都一致的情况下，学者们就可以假设原始版本（至少是这些副本最近的祖先）也有相同的单词，如果副本之间不一致，学者们就研究从另一个较远祖先那里流传下来的副本，因为更宽范围内的一致性可以指向一个共同的源头。

　　基因类似于手稿,由一串只有四个字母的语言写成。和一串用通用语言写成的讯息（用完全不同的单词重述一个意思并不是很麻烦的事）相似，不同的基因词组可以指导建造出相同的蛋白质分子。此外，具有不同设计细节的蛋白质分子也可以完成相同的工作。细胞中的基因集合就象一整部书，而基因——象旧手稿一样——被不太精确地不断复制着。

　　与学者们研究古文相类似，生物学家们通常使用原始材料的现代副本来工作（唉，没有关于早期生命的“死海卷轴”出现）。他们比较具有相似外观的生物（狮子和老虎，马和斑马，家鼠和野鼠），从它们的基因和蛋白质中发现对于所探讨的问题有着相似的答案。两种生物越不同（狮子和蜥蜴，人和向日葵），答案相差也越大，即使是在完成同样工作的分子机器之间相比较也是这样。更明显地，相类似的动物也犯着类似的错误——例如所有的灵长类动物都缺乏制造维生素C的酶，这种缺陷只和两种其它的哺乳动物所共享，豚鼠和蝙蝠。这也意味着灵长类动物都拷贝自同一个基因祖先，当然是在很久以前。

　　揭示了古文继承关系的法则（也有助于纠正副本的错误）同样也揭示了现代生命的继承关系。事实上，它揭示了所有的已知生物都来自于一个共同的祖先。

　　
　　复制机的崛起

　　地球上第一次进化出的自复制机功能就远超出了那些能在试管里复制自己的RNA分子，当进化到细菌的阶段时，它们就已经进化出了“现代化”的系统，即用DNA,RNA，和核糖体来建造蛋白质。突变不仅改变了可复制的DNA本身，也改变了蛋白质机器以及由它们构建而形成的生物体。

　　基因组形成了更精细的细胞，指导细胞间的合作以形成复杂的生物体。变化和选择赐予了野兽们有用的基因组，所以它们可以生成尖牙利齿，厚厚的毛皮，强壮的神经和肌肉以及指引它们的眼睛和大脑。 正如Richard Dawkins所说，基因建造了更精细的生存机器来帮助它们复制自己。 

　　狗的基因复制时，常常混入一些被人类所选择的狗的基因，人们有选择地配种，并且有选择地抚养它们的后代，最终就把狗从与狼类似的野兽培养成了灰狗，狮子狗，德国猎犬，和圣伯纳德狗等。通过选择性地去留基因，人们重塑了狗的外形和性情。人的需求界定了成功的狗的基因，而生存的压力则定义了狼的成功基因。

　　基因的突变和选择，在经过很长的时间后，使世界充满了花草和树木，昆虫和鱼类，以及人类。在近代，更新鲜的事物开始出现并快速增长——工具、房屋、飞机，和计算机。和无生命的RNA分子一样，这些硬件也在进化。

　　
　　进化的技术

　　地球上的岩石记录了曾经出现过的复杂而能干的生命形式，人类文明的遗址和著述也记录了曾经出现的复杂而多能的硬件形式，我们最早的硬件就是石头本身，和我们祖先的化石一同埋在地下，而我们最新的硬件正在我们头顶上的高空轨道运行。

　　我们来考察一下航天飞机的混血血统，在它的飞机血统方面来说，它继承自六十年代的铝合金喷气式飞机，而从这些飞机又可以回溯到二战时那些铝制的螺旋桨式飞机，再到一战时那些木制双翼机，到赖特兄弟的动力滑翔机，到纸飞机和风筝。在它的火箭血统方面来说，航天飞机继承自登月火箭，可以向前回溯到导弹，火箭弹，一直到烟花玩具。从这些飞机/火箭的混合档案中，通过不同的零件和设计，宇航工程师们还可以进化出更好的东西。

　　工程师们常提到技术的“代”，日本的“第五代”计算机计划显示了一些技术发展有多快。同时他们也谈到“混血儿”，“竞争技术”，及它们的“增殖”。IBM研发主管Ralph E.Gomory强调了技术的自然进化，他写道：“技术的发展不是象人们想象的那样经常是革命性的或者以突破为导向的，而更多的情况下是逐渐进化的”（的却，即使象分子组装机这样重要的突破也是由很多个小步发展而来的），在本章开始引用的

　　卡内基-梅隆大学的Herbert A. Simon教授的话是这么说的“把设计过程想象为首先产生许多可供选择的方案，然后用所有需求和限制的组合来测试它们。”产生和测试许多可供选择的方 案和变异-选择是同义语。

　　有时各种各样的备选方案已经存在，“一个高度进化的工具箱”，J. Baldwin 在《未来的全球目录》中写道：“我们的便携式车间已经进化了约二十年，事实上没什么特别的，我们只是在不断地扔掉旧的和不适用的工具并用更合手的工具来替代它们，形成了一个可以造东西的系统集合，而不仅是一堆硬件。”

　　Baldwin准确地使用了术语“进化”，在过去的千年里发明和制造了无数的工具产品，最后通过竞争选择，留下工作最好的工具和其它工具一起为了Baldwin的需求而服务。经过成年累月的变异与选择，他的系统进化了——这是他高度推荐的一种过程。同时，他极力劝说永远不要试图购买一整套工具，而是买那个经常被借用的，因为工具是被实际使用经验所选择而不是被理论所选择的。

　　技术的变异常常是有计划的，因为工程师们的工作就是发明和测试。当然有时候会因为很偶然的原因而出现新奇的事物，比如在充满四氟乙烯的罐中发现了天然的聚四氟乙烯的例子，在阀门打开的时候本来应该是气体的罐中出现了一种奇怪的腊状固体。其它的一些新鲜事物是由于系统的错误而出现的，爱迪生为了寻找制作灯丝的材料曾经尝试炭化各种东西，从纸到竹子甚至蜘蛛网。Charles Goodyear把他的厨房搞的乱七八糟，尝试着把天然橡胶变得持久耐用的方法，直到他不小心把含有硫的橡胶掉进了炉子，这才有了硫化橡胶。

　　在工程上，有启发作用的尝试和错误，而不是完美的计划，给我们带来了很多好处，这也是工程师们制造模型的原因。 Peters 和 Waterman在他们的书《追求卓越》中表达了在公司产品和政策方面的同样的道理。这就是为什么卓越的公司都创造“一种鼓励实验的环境和气氛”以及为什么它们可以“按照一种非常达尔文化的途径”进化。

　　工厂是通过变异和选择达到有序的。初级的质量控制系统在装配成品前测试并抛弃有缺陷的零件，高级的质量控制系统采用统计学的方法寻找缺陷产生的源头，帮助工程师们改进处理过程以减少质量问题的发生。日本的工程师们，按照W. Edwards Deming的建立在统计学基础上的质量控制理论，使得这种变异与选择的工业体系成为了他们国家经济的支柱。基于复制机基础的系统也将需要检测结果以便消除错误。

　　质量控制是一种进化过程，其重点不在于改变而是在于消除有害的变种。但是就象达尔文式的进化可以保留和发展有益的变种一样，好的质量控制体系也可以帮助管理者和工人保留和发展更有效的处理过程，无论它们是被设计出来的还是被偶然发现的。

　　所有这些工程师和制造者所做的工作都是为了使最终产品通过测试。扩展到市场范围，无数种类的扳手、汽车、袜子等等都在为了赢得客户的喜爱而竞争。在见多识广的买主可以自由选择的情况下，那些性价比不好的产品最终会被淘汰。就象在自然界，竞争测验会使昨日的最好的竞争者变成明日的化石。“生态系统”和“经济系统”不仅仅在词源上相同。

　　不管是在市场还是在战场，全球竞争都在驱动各个组织去发明，购买，乞求，甚至偷窃更有力的技术。一些组织通过为民众提供丰富的商品来提高竞争力，而另一些通过超级武器来胁迫民众。进化的压力会同时推动两者。

　　全球技术竞赛其实已经被加速了几十亿年了，蚯蚓的盲瞎并不能阻止鸟类发展它们锐利的眼睛，而鸟类的小脑袋和翅膀也不能阻碍人类发展手、脑和鸟枪。同样的，地方法令也不能阻止军事和商业技术的进步。看起来我们必须指引技术竞赛的方向，否则会走向灭亡，虽然技术进化的力量正在嘲笑反技术运动。生命的历史和新技术的潜力暗示了某种解决方案，但这是第三部分的事了。


　　设计的进化

　　似乎设计提供了一种解决方案，但是设计通过两种截然不同的方式进化。首先，设计通过实践来进化，工程师们不仅积累有用的设计，也积累有用的设计方法，这个范围包括从挑选水管的标准手册到组织研发的管理系统等。Alfred North Whitehead

　　说过：“十九世纪最伟大的发明就是发明了发明的方法”。

　　其次，设计也通过变异和选择来完善自己，工程师们通常使用进化了的数学模型来进行，比如说，热流和弹性变形的虚拟测试。因此也进化出了设计循环，计算，评估，然后重新设计，减少切削金属的代价。设计的产物于是通过一种非物质的形式进化。

　　例如胡克定律，描述了金属的弯曲和伸展：形变和外力是成正比的，两倍的拉力导致两倍的伸长。虽然只是近似定律，但是在金属的屈服极限内它还是相当精确的。工程师们可以按照胡克定律设计一种可以承重的金属条，然后把算出来的厚度加厚一点以便弥补定律和计算中的不精确。他们也可以应用胡克定律来描述机翼的弯曲和扭转，以及网球拍，汽车框架等的变形，但是简单的数学公式不能很好地适用于如此复杂的结构，所以工程师们必须在较简单的条件下应用这些方程（把设计分成很多小块），然后把这些小块集中起来以便可以描述整个物体的形变。这是一种方法（称为“有限元分析”），通常需要大量的运算，如果没有计算机的话就没什么实际价值，而有了计算机，它就成为了普遍使用的方法。

　　这样的模拟是古老的发展过程的延伸，我们永远在充满想象力地推理，怀着希望和恐惧。当我们必须要选择一条行动路线时，简单的心理模式（不管是天生的还是通过学习得来的）无疑地能很好地指导动物们。使用更精确的心理模型，思维体验可以代替更昂贵（或更致命的）物理试验——一种使进化受益的进步。工程模拟把这种能力发展成想象推理，尽量先在想象中犯错误，而不是在实际中再犯错误。

　　在“一个高度进化的工具箱中，”J. Baldwin论述了工具和想法是如何在加工车间里互动的：“你开始按照最终目的来组织你的工具，当原料供应商告诉你这东西会变成汽车时……而如果你不知道将用于什么目的和其它的工具如何工作时你就不能确定在你的设计中采用何种工具。”

　　熟悉工具的性能是重要的，当你在下个星期三之前就要提交项目计划时，同样重要的是形成能把握下一个十年的突破的策略。我们对未来的工具越了解，我们的计划的生存力就越高。

　　一个在车间里工作的工人可以使工具保持在他的视野里，每天和它们一起工作使他的眼睛，脑和手熟悉了这些工具，于是他渐渐地了解了它们的能力，并可以把这些知识立刻应用于发明创造中。但是——象我们——这些想要了解未来的人们必须面对更大的挑战，因为未来的工具仅仅存在于思想中以及自然法则所暗示的可能性中。这些工具既没有挂在墙上也没有通过看，听和触摸印在我们的脑海里，除非它们已经变成存在的硬件。在接下来的预备年代里，学习、想象和思考将使它们的性能在我们头脑中具体化。


　　新复制机是什么？
　　
　　历史显示了硬件也在进化，试管RNA，病毒，和狗也都显示了通过自复制的改变和测试而实现的进化是如何进行的。但是今天的硬件还不能复制自己——那么技术进化后面的复制机在哪里呢？机器的基因又在哪里呢？

　　当然，我们事实上不必明确定义复制机来识别进化。达尔文在孟德尔发现基因之前就论述了进化，基因学家们也在沃森和克里克发现DNA结构之前就了解了很多遗传规律。达尔文不需要有分子基因的知识就可以看到物种的变化和预言一些物种有更多的后代。

　　复制机是能得到自身复制品的某种形式，可能需要某种帮助。没有蛋白质机器帮助的话，DNA就不能被复制。按照这种标准，某些机器就是复制机！一些公司生产的机器会落入竞争者手中，于是竞争者就获得了它们的秘密从而复制出来，就象基因“使用”蛋白质机器来复制自己一样，这类机器靠着人的大脑和手来复制自己。通过纳米计算机指导下的组装机和分解机，硬件的复制过程将会变得自动。

　　人类大脑，在模仿方面要超出任何蛋白质机器或组装机许多倍，通过谈话，写作和画图，设计可以在形成硬件之前就在人们头脑中传播。存在于设计方法后面的思想，比硬件更抽象，只在特殊的符号系统中复制和起作用。

　　基因一代一代地进化了无数代，而精神复制机也一天一天地进化了几十年。和基因一样，思想可以被分割，连接，可以有多种形式（基因可以被DNA和RNA描述并复制，思想可以被从一种语言翻译成另一种语言）。科学现在还不能描述大脑中形成思想的神经网络，但是谁都可以看见思想变异，复制和竞争。思想也在进化。

　　Richard Dawkins把精神复制的单位称作“拟子（memes）”（meme与cream比较押韵）。他说“拟子的实例是曲调，想法，短语，衣服式样，制罐方法或造弓箭的方法。和基因通过精液或蛋在基因池中繁殖并一代代传下去一样，拟子也在meme池中繁殖并通过某种过程在大脑之间流传，在更宽的意义上来说，可以称此为模仿”。


　　思维的产物

　　拟子被复制是因为人们既学又教，它们变化是因为人们创造新的并误解旧的，它们被选择是因为人们并不完全相信它们听到的事情。就象试管中的RNA通过竞争来夺取相对稀少的复制机器和子单位一样，拟子也必须争夺稀缺资源——人们的关注和努力。由于拟子影响人们的行为举止，所以它们的成功或失败是件很严重的事情。

　　从远古以来，行为举止和思维模式不断从父辈传给后代，可以帮助生存和繁衍的Meme形式就可以不断扩展。（食物要在烹饪后才能食用；不要吃那种果子，它们邪恶的灵魂会扭曲你的内脏。）一年又一年，人们各式各样的行动产生了不同的结果，年复一年，一些Meme死去了而另一些因为发现了新的生存之道而延续下来。基因构建的大脑熟练地模仿是因为模仿是一种很有价值的形式——使它们的载运者能生存下来并传播它们。

　　拟子自身也必须面对“生”与“死”：作为复制机，它们孤独地为生存和传播而进化。就象病毒，它们不用管宿主的生存和健康就可以复制自己。事实上，为某种目的而牺牲的meme可以通过杀死宿主来传播自身。

　　而基因，就象meme，使用很多种生存策略。某些鸭子基因通过鼓励鸭子成对地孵蛋和照顾小鸭子来延续自身。而另一些则通过鼓励掠夺来发展，还有一些（在雌鸭子中）通过怂恿雌鸭子把蛋下在别的鸭巢内而生存。还有一些在鸭子体内发现的基因是病毒基因，它们可以不用通过繁殖更多的鸭子来传播。保护自己下的蛋可以帮助鸭子种群（和存在于个体中的基因）存活；掠夺帮助一套基因通过战胜另外的一些基因而存活；感染通常帮助病毒基因而损害鸭子基因。正如Richard Dawkins所说，基因只“关心”自己的复制，它们是自私的。

　　但是出于自私的目的也会鼓励合作。人们出于为自己挣钱和获得赞赏的目的而合作组织起公司来为他人的需求服务。自私的基因合作构建生物体，并且生物体也互相合作。虽然如此，认为基因会自发地服务于某种更大的东西（为它们的染色体？为它们的细胞？为它们的生物个体？为它们的种群？）是对隐藏在共同的结果后面的原因的误解。忽视复制机的自私将会使我们陷入危险的幻觉中。

　　某些细胞中的基因是不折不扣的寄生虫。比如人类染色体中插入的疱疹基因，它们开采细胞从而伤害它们的宿主。那么既然基因可以成为寄生虫，为什么拟子不会呢？

　　在《扩展的显形》中，Richard Dawkins描述了一种寄生于蜜蜂体内的蠕虫，它们最后在水中完成它们的生命循环。它们通过促使蜜蜂一头扎入水中自杀来从蜜蜂体内进入水中。类似的，蚂蚁脑中的一种寄生虫需要在绵羊体内完成它们的生命循环，为了达到这个目的，它们进入蚂蚁的脑袋，不知怎么使得蚂蚁主动爬到草尖上等着，直到最后被绵羊吃进去。

　　就象寄生虫进入其它生物体内并利用它们生存和复制一样，拟子也会干同样的事。事实上，如果能消除驱使人们为自私的目的而工作的拟子将形成令人吃惊的，某种强大力量的表现形式——事实上接近完美的——精神免疫系统。但是拟子寄生虫确实存在，正如病毒进化出刺激细胞产生病毒的机制，谣言也会变得看上去合理和有声有色的，来刺激传播。不要管谣言是否是真的，而要问它们是如何传播的。经验证明观念进化为成功的复制机与它们是否是真理没有一点关系。

　　在最好的情况下，连锁信，编造的谣言，流行性精神病，以及其它的精神寄生虫浪费人们的时间，在最坏的情况下，它们灌输致命的错觉。这些meme系统攻击人们的无知和弱点。传播它们就象患了感冒然后冲朋友打喷嚏。虽然某些拟子象病毒，但是传染性也并不总是坏的（想想那些有感染性的笑声，和好的天性的流露吧）。如果观念是有益的，它的传播也只是增加它们的益处——事实上，最好的道德教育也会教育我们传播道德规范。好的出版物可以使我们得到娱乐，加深理解，帮助判断——并劝告人们捐赠礼物。传播有益的meme系统就象给我们的朋友的花园提供有用的种子。
　　

　　选择的观念

　　寄生虫迫使生物体进化出免疫系统，例如细菌用来切断入侵病毒的酶，或是我们体内用来摧毁细菌的白血球。寄生的拟子也迫使我们的大脑做同样的事，进化出可称为精神免疫系统的meme系统。

　　最古老和最简单的精神免疫系统就是“相信老的，拒绝新的”。类似于这样的系统会阻止部落里产生抛弃旧的传统并去测试新的疯狂的想法的观念——例如“遵从神示销毁所有的牲畜和谷物将会带来丰富的食物和祖先的军队帮助驱赶外来者”。（这种meme在1856年时感染了南非的科萨人，第二年就饿死了68000人）。

　　你体内的免疫系统遵循一条简单的法则：它通常接受所有在早期生命中存活下来的细胞形式，而抵制新的形式诸如癌细胞和入侵的细菌，把它们看作外来的和危险的。这种简单的“抗新”系统曾经工作得很好，但是在现在这个器官移植的年代它却变成致命的了。同样的，在这个科学技术不断发展出既新又可靠的事实的年代，一个严格的精神免疫系统就会变成危险的障碍。

　　尽管它有缺点，“抗新”法则仍然是简单而有益的。传统保留了许多经过考验的好的东西（如果不是最好的，至少也是可用的）。改变是有风险的：就象大部分突变都是有害的一样，大部分新想法都是错误的。甚至推理也是有危险的：如果传统认为对鬼的害怕是合理的，那么过于自信的推论可能把好的和坏的一起丢掉。不幸的是，那些有用的惯例常常没有那些听起来很好的观念更有吸引力——如果被质疑，最可靠的惯例往往会被错误的观念替代。

　　那些封闭思想不接受新事物的拟子采用了自发的方式来保护自己。在保护了有价值的传统的同时，它们可能也使得谎言不能被事实所验证。在一个快速变革的时代，它们可能使大脑变得可怕地死板。

　　大部分哲学和科学史都可以被看作一部寻求更好的精神免疫系统的历史，为了更好地抵制错误的，无益的，有危害的东西。最好的系统会尊重传统，同时也鼓励试验。它们提出评估拟子的标准，帮助大脑区分寄生虫和有用的工具。

　　进化的法则提供了一个看待改变的方法，无论是在分子，生物体，技术，思想或者文化领域。同样的问题会被一再提起：复制机是什么？它们如何改变？什么因素决定了它们的成功？它们怎样抵御入侵者？这些问题也将在我们思考组装机革命的后果时一再出现，同样将在我们考虑社会将如何对待这些结果时一再出现。

　　纳米技术的发展将遵循进化改变的法则，即使当硬件和生命的区别开始变得模糊不清。这些法则在很大程度上指示了我们能或不能希望做到的，它们也将帮助我们致力于形成未来。它们也告诉我们很多关于可预见和不可预见的知识，因为它们不仅支配硬件的进化，也支配着知识的进化。 


--

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.232.13]