我站在达尔文的肩膀上：从进化论到基因设计论

1、我站在达尔文的肩膀上：从进化论到基因设计论。智慧的基因：我把原子链成人我在2004年7月连续撰写的谁是生命的设计师：基因设计与生物迅速演进、先有花香，还是先有蜜蜂：神创论、进化论与基因设计论、生命起源于复杂的电子编码结构、重构论：把物理学、化学与生物学统一起来的新理论等一系列文章里，都讨论到基因是生命设计师的课题。从这个角度来说，既然基因是生命的设计师，那么基因就是有智慧的，而它们的智慧也应当是一步一步积累起来的。 事实上，生命的起源，可以归结为基因的起源。进一步说，我们看到的姹紫嫣红、千奇百怪、生机勃勃的生物世界，可以归结为基因的成长，而这种成长伴随着智慧的积累。有鉴于此，有必要根据重构论和

2、基因设计论，深入研究和探讨基因的智慧。 需要指出的是，基因设计论与智能设计论（即神创论）有着本质的不同。智能设计论者把生物世界的精巧躯体结构归之为超自然的上帝所为，宣称这一切都体现着上帝的智能。基因设计论则认为基因本身具有设计自我的能力，正如人的大脑也有设计能力一样，在这里没有任何超自然的神灵存在，它们不过是物质世界具有重构性的表现。 与此同时，基因设计论与进化论也有着本质的不同。进化论认为所有生命都起源于一个原始的细胞，新物种的出现要经历极其缓慢的过程（数以万年甚至千万年计），生物的新器官（例如翅膀）是渐渐地、一步一步形成的（意味着存在许多过渡性物种或形态），生物的形态变异是漫无方向的，只有

3、那些“适者”才能“生存”，并把这一切完全归功于“自然选择”。基因设计论则认为，生命起源于多种裸体基因，新器官、新物种的出现是由基因根据生存记忆和生存需要而设计和施工的，基因只有在准备充分的情况下才会开始新器官的设计和施工，并在短时间内完成，因此并不存在什么过渡性物种。 既然基因是生命的设计师，那么它或它们究竟有什么样的设计特点、设计风格，以及具有什么样的生存道德、生存技巧、生存理念呢？相当多的生物科学家和哲学家、社会道德家，把基因描述成自私的，甚至是极端自私的，并且干脆称之为自私的基因。 我不能同意这些人的观点。这是因为，基因是智慧的，它们既有追求自己生存繁衍的智慧，也有相互合作共同繁衍的智慧

4、；既有利用大自然环境的智慧，也有适应大自然的智慧，还有改造大自然环境的智慧。 一、准基因、准酶、准调节组织 根据重构论原理，物质的基本本性之一就是重构性。所谓重构性，即物质是有结构的，并且能够从一种结构转化为另一种结构，在这种结构转化过程中，不断有新的结构出现。在光子、电子、原子和分子构成的物质世界里，某些原子、分子、大分子（以氢、氧、碳、氮、硫、磷等化学元素为主要成分）的化合物与混合物具有复杂的电荷分布（立体的、缠绕的、长链的、枝杈的、环状的等等），这种复杂结构大分子的电荷分布构成了具有决定物体结构的电子编码及其程序操作功能（包括识别功能）。 这些大分子聚集在以水为主要溶剂的液体里，当时的地

5、球环境有着光、电、磁、热，以及机械振动和波动进入或加入、介入在水溶液里，构成了酝酿生命的原汤。在生命原汤里，上述大分子以及其它分子能够不断地相互接近、接触、碰撞，并导致相互之间的连接、链接、化合，以及分解、解体之后的再连接、再链接、再化合，逐渐形成了包括蛋白质、核酸、糖类、脂类、维生素类的复杂有机大分子；或者是构成这些大分子的原材料，例如蛋白质的原材料是氨基酸（共有20余种），核酸的原材料是核苷酸（分别由不同的五碳糖、磷酸、碱基组成）。 随着时间的推移，在生命原汤里，零零星星或陆陆续续出现了这样几类大分子：其一，A类大分子的出现，客观上能够促使其周边的分子、大分子组合成与自己一样的大分子，这种

6、复制效应使得A类大分子越来越多（前提是原材料足够多）。其二，B类大分子的出现，客观上能够促使其周边的分子、大分子，组成某些特定的大分子（Y），而这些特定的大分子Y，可以成为A复制效应的原材料。其三，C类大分子的出现，客观上能够导致周边物质不能组成某些特定的大分子（H），而这些特定的大分子H，对A复制效应存在着伤害。 也就是说，A类大分子，具有复制自我的效应，它们成为生物基因的前身；B类大分子，具有正催化效应，它们成为生物酶的前身；C类大分子，具有负催化效应，它们成为生物调节、抑制、免疫结构的前身。因此，我称A类大分子为“准基因”，B类大分子为“准酶”，C类大分子为“准调节组织”。 有必要指出的

7、是，在生命原汤里，准基因、准酶、准调节组织，它们一开始就不是单一的，而是多种多样的，因此它们彼此之间存在着复杂的相互作用。 二、裸体基因的诞生及其成长的智慧 在上述众多准基因里，出现了这样一类准基因（D），它们不但具有复制自我的效应，而且还能够把准酶、准调节组织等具有某种功能的其它大分子聚集在自己的周边，既可以与自己链接起来，又可以在需要时将它们释放开来并实现一些对复制自我有利的活动。在这种情况下，这些准基因D，实际上已经在开始主动地复制自己，具有了复制自己、重构自己的乐趣或明确的目的，并为此而不断地试图将自身的分子结构复杂起来（同时具有复制自我，多种正催化和负催化功能，以及识别与记忆功能）。

8、我称这样的准基因D为“裸体基因”，而最初的裸体基因都是单链的。 事实上，宇宙的生命（准确说是地球上的生命）就诞生在这一刻，因为它们（裸体基因）已经开始设计自我，为了生存而与其它准基因、裸体基因进行博弈，同时也对自然环境进行利用、适应和改造，基因的智慧亦从此而萌生。具体来说，裸体基因的智慧，涉及如下方面： 裸体基因的智慧，首先体现在能够通过捕获、加工、制造各种功能块（具有某种功能的大分子团块）和功能段（包括来自其它基因的功能片段，以及自己新制造出来的功能片段，例如动力功能、能量功能、催化功能、免疫功能，还有条件反射与记忆、预测功能，等等），不断提升自身的生存能力和繁殖能力。在这种情况下，假以时日

9、，单链裸体基因的长链也就会越来越长，其中的功能片段也就会越来越多，它的空间结构也就会越来越复杂。 这里需要特别强调的是条件反射与记忆、预测功能。我在预测的玄机（中国国际广播出版社，1998年出版）一书中指出，条件反射的实质乃是记忆和预测，及其相应的选择或应对；从预测学角度来说，它有两个基本原则：其一，凡是曾经发生过的事情，它还可能再次发生；其二，凡是不再发生的事物，其再次发生的可能性亦随之降低。进化论所谓的“用进废退”原理，它实质是基因生存中的条件反射，而条件反射正是一种原始的预测方法。 预测是基因根据记忆中的“条件”事例，来对正在发生的事件所进行新的一轮判断，而其所做出的选择或应对行为则成为

10、新的一次“反射”。显然，在上述过程中，都离不开“记忆”。事实上，基因获得记忆功能，乃是生命史上最重要的事件之一。这是因为，只有那些拥有记忆功能的基因，其生存智慧才有可能逐渐积累起来。也可以说，在基因的长链中，记忆功能段占有着非常重要的比例。 由于裸体基因的种类不是单一的，而是同时出现有许多种。在这种情况下，裸体基因的智慧，必然突出地表现在如何处理或应对基因之间的关系方面。大体而言，它们的行为对策有：自我保护，躲避伤害；互不干扰，我活，也让你活；互补，我的存在有利于你的存在，你的存在也有利于我的存在；合作，为了生存，共同对付环境中的有害因素（包括其它敌对基因）；合并，包括一种基因吞食另一种基因，

11、以及两种以上的基因或基因片段的重组；竞争，为了获得复制自我的原材料，开始设计并发展出能够有效争夺和储存原材料的功能组织结构；远离，为了获得生存空间和原材料，一些基因开始远离其它基因，从而开拓了生命的生存领域。有必要指出的是，上述裸体基因的智慧，尽管仅仅是初步的原始的，但是却能够被积累和传承下去，而这正是基因的最大智慧之一。 据此可知，裸体基因的智慧，远非准基因可比（如果准基因的重构性也可以称之为智慧的话）。前文已经指出，准基因是通过它自身的存在，而使周边的分子、大分子组成其自身。对比之下，单链裸体基因复制自我的过程和手段与准基因有着本质的不同。具体来说，单链裸体基因是将自身长链为模板，将原材料

12、一一装配在这个模板上，从而将单一的长链变成一一对应的双链，然后再释放开双链，使其变成两个单独的裸体基因长链。 也就是说，单链裸体基因的生命周期，从单一基因长链开始，接下来的生命活动就是获取原材料，将它们装配在自己的基因长链上，直至完成装配工作并形成基因双链；基因双链维持了一段或多或少的时间，然后释放开来，变成两个单一长链的裸体基因，从而完成了单链裸体基因的生存和繁殖周期。 三、双链裸体基因（DNA）及其智慧 前已述及，单链裸体基因在复制自我的过程中形成了基因双链。在这里，基因双链存在时间的长短，乃是一个非常微妙的事情。一般来说，裸体基因双链如果有意延长其存在时间，那么就可以视之为一种“休眠”状

13、态，当环境缺少原材料的时候，这种休眠状态有利于裸体基因的自我保护。不过，更有趣的是，上述休眠状态，也可以转化为新的生存和工作状态。 这是因为，双链裸体基因即我们今天所说的DNA。因此，我们也可以把双链裸体基因的出现，作为该生命体的生命之始，从这一刻它开始捕获、加工原材料，当原材料准备齐全时，双链释放，各自进行装配，从而形成两个DNA生命个体。 单链裸体基因生命体与双链裸体基因生命体，有着重要的差别。它们的差别在于，单链基因生命体的复制工作是由单链完成的，而双链基因生命体的复制工作是由双链完成的。对比之下，双链基因生命体具有许多优势，例如它可以释放其中一条链上的部分片段，去执行相应的任务，完成任

14、务后该片段能够准确的复位。因此，双链基因的生命体，其基因功能结构可以更为复杂，其生命力也就更强。 与此同时，双链裸体基因改变了单链裸体基因的生存模式，单链裸体基因生命体是在原材料没有准备充分的情况下就开始复制自我的生命历程，而双链裸体基因乃是在原材料准备充分之后才开始复制自我的历程。显然，双链裸体基因复制自我的工作更从容，更有效率，复制繁殖期所用时间相对更少，因此也就更安全。也就是说，双链裸体基因的智慧比起单链裸体基因，又上了一个新的台阶。 四、原始单细胞生物基因及其智慧 随着双链裸体基因储备的功能越来越丰富，在众多双链裸体基因生命体里，出现了这样一类拥有新的智慧和生存功能的裸体基因（E），它

15、们为了更好、更多、更安全地复制自己，开始设计并制造自己的躯体（这里所说的躯体，主要指基因之外的，那些能够为基因服务的结构；不过，严格地讲，躯体也包括基因本身）。最早的躯体结构有膜、纤毛，以及能量捕获和生成组织结构，原材料捕获和加工组织结构，维护生命安全及其免疫组织结构，等等。 膜可以把裸体基因（包括酶、调节组织等专职结构）和相应的原材料包裹起来，并在基因指令下，让某些分子（原材料）进来，或让某些分子（排泄物）出去。纤毛（包括其它具有类似功能的结构）是一种生物动力结构，它既可以让基因（包括细胞）移动，也可以让基因在生存与复制自我过程中所需的原材料、所产生的排泄物，在基因指令下在适当的时间移动到应

16、该去的地方。能量捕获和生成组织结构，可以为基因的所有活动提供能源，其它躯体结构也有着各自的功能。我称这种能够设计并重构出躯体的裸体基因E 为原始单细胞生物，地球上的生物就诞生在这一刻，因为具有躯体的生命才能称之为生物。 有必要指出的是，基因重构躯体并不是随随便便就开始的“进化”，也不是一点一滴的“进化”，而是有准备的迅速演进事件。我这里特意使用“演进”一词，而不使用“进化”，是为了与进化论区别开来。这是因为，在进化论看来，半个细胞膜是漫长的进化所必经之路。然而，在基因设计论看来，半个细胞膜不仅没有任何意义，而且还可能是有害的，例如浪费原材料（不妨试想一下，如果人类发明窝棚的过程，要经历一万年甚

17、至十万年之久，那么这个半拉子的窝棚是没有用的，而且完整的窝棚也是盖不成的，因为早期的原材料早已经烂掉了；因此人类发明窝棚的过程，只能是在有着设计和原材料准备的情况下，在短期内完成）。因此，最原始的细胞膜一出现就应当是完整的（或者是在短时间内就完整起来的），而且这样的细胞膜在基因复制自我的繁殖过程中，还能够分裂成两个完整的新细胞膜（如果膜没有分裂功能，就会遏制基因的繁殖）。显然，这只能由基因的事先和充分的设计来实现。也就是说，只有当裸体基因储备有能够制造膜的功能段之后，它才会实施制造细胞膜的工作。 从这个角度来说，由单链裸体基因生命体演进到双链裸体基因生命体，其间经历的漫长岁月，实际上乃是基因功

18、能段不断储备的过程。同理，从双链裸体基因生命体演进到原始单细胞生物，其间经历的漫长岁月，同样是基因功能段不断储备和增加的过程。为什么我们今天的人制造不出来生命？正是因为基因的功能是需要积累的，而功能积累是需要时间和机遇的。 事实上，生命的每一次演进，生物世界里每一次新的物种出现，实质都是基因的功能段不断储备、积累、增加到一个新的阶段并表现出来（有时是爆发出来）的结果，而上述变化的表面现象，则被已往的生物学家称之为突变。促使基因所储备的新功能表现出来的因素之一是外界环境的某种程度的变化，而机遇只垂青那些有着功能储备的基因。 据此可知，基因具有功能超前的智慧，它捕获或者制造了许多新的功能段，而这些

19、功能段在相当长的时间里都处于休眠状态，并不表现其功能；只有在基因准备足够充分的功能段之后，这些功能段（或者其中的一部分）才会共同和协同表现其功能。于是，长期以来困扰分子生物学家的无用基因片段、不表现基因片段、冗余基因片段的问题，也就可以迎刃而解了（或许，越是冗余功能段多的生物基因，也就越接近生物迅速演进的临界点）。 一般来说，生物迅速演进事件（突变），包括基因主动演进事件（不需要特殊的环境诱因，体现为基因的自我追求）、基因适应环境演进事件，以及基因随机变异事件、基因被迫变异事件。其中，基因主动演进的成功把握比较大，而被迫变异的危险大、危害多，随机变异则为基因增加功能段提供了可能，适应环境的演进

20、通常被称之为自然选择和适者生存（这里的演进，既包括新物种的诞生，也包括原来物种的形体变化，而这种形体变化是由基因的相应功能段控制的，其原则是用进废退，使形体变化在相应的尺度范围之内）。 对于单细胞基因来说，它们不仅继承了裸体基因的所有智慧，同时又增长出许多新的智慧。这些新的智慧，主要涉及到基因与其细胞内部组织结构之间的信息传输，基因与各种配件组织结构之间的协同，以及如何处理细胞与外界环境之间的关系，如何处理细胞与细胞之间的复杂关系，等等。有必要指出的是，当单细胞生物出现之后，单链裸体基因生命体和双链裸体基因生命体都有可能成为单细胞生物的原材料（不能简单地理解为食物），这可能就是我们今天再也看不

21、到裸体基因的原因所在（或许某些病毒与裸体基因比较接近）。 值得注意的是，单细胞基因获得上述功能和智慧，经历了一段数以亿年计的漫长过程，这就充分表明在生物发展的这一阶段，基因新功能段的生成和储备，是相当耗费时间的。 这里可以描述一下单细胞内的原材料储备问题。双链裸体基因之所以需要膜，一个重要的目的乃是为了保障它的原材料供应。但是，在有了细胞膜之后，对原材料（包括能量和结构配件等）的数量也就需要精确的计数，它们应当正好能够满足双链基因复制自我所需（由蛹变蛾、由卵变鸟的原材料精确性，始自于此），少了不行，多了也不好，因为太多的原材料，不但没有用，而且会增加膜的负担。 由于原材料对单细胞生物来说是非常

22、重要的资源，在这种情况下，为了保障长期的原材料供应，就需要能够把暂时多出的原材料储备起来。那么如何储备原材料呢？单细胞生物找到的办法之一就是形成多细胞生物，其中一些单细胞具有储存原材料的功能，以及其它的专职功能（例如能源细胞、结构细胞）。也就是说，单细胞生物的精确装配，导致或促成了多细胞生物的诞生。 五、多细胞生物基因及其智慧 众所周知，单细胞生物出现约30亿年之久，才出现了多细胞生物。这是因为，只有当单细胞生物基因准备的各种功能段足够多的时候，它们才有可能进行多细胞的构建工作。多细胞生物形成的途径，一是由相同的单细胞的聚集而成，二是由若干单细胞捕获（包括吞并）其它若干单细胞而成。 多细胞生物

23、的实质，乃是多基因共生，这就需要建立基因与基因之间的信息传输，实现多基因的协同，以及共同应对复杂的外界环境（本文所说的外界环境既包括大自然，也包括其它生命体）。这就要求多细胞生物，具有多细胞共生体系，若干种专职功能细胞的出现（例如输送原材料的专职细胞），以及某些特殊复杂的细胞形成。因此，多细胞基因的智慧，也就主要表现在上述方面。 对于裸体基因来说，它们有机会近距离相遇，因此它们之间的信息沟通相对来说是比较容易的。但是，对于躲在细胞膜内的基因来说，它要与其它同样躲在细胞膜内的基因进行信息联络，就必须通过细胞膜来实现。方法之一是，双方各派信使在细胞膜外的公共领域进行信息对话；方法之二是，双方派信使

24、进入对方细胞膜，传递信息；方法之三是，双方通过细胞膜的振动或其它可以感知的动作，相互传递和接收信息。比较而言，第三种方法，应该更容易实施。 多细胞生物基因在复制自我的过程中，存在着精确率的递减。为了减少可能的复制差错，多细胞基因设计了自我死亡程序，该程序包括计数功能和迅速解体指令，当计数到设定的复制次数时，迅速解体指令导致该细胞的死亡，它的死亡有利于由它复制的其它同类细胞的复制自我工作继续健康地进行下去。 与此同时，为了提高复制的精确度，某些多细胞生物的基因也在寻找其它的对策，其中之一就是把复制繁殖的工作交给特定的细胞，这样的细胞就成为最早的生殖细胞。有趣的是，生殖细胞的专业化，虽然越来越提高

25、复制的精确度，但是又带来了新的问题。这个问题就是，精确复制自我也就意味着，多细胞生物的基因失去了许多捕获和产生新功能段的机会。 在这种情况下，从裸体基因到单细胞生物基因、多细胞生物基因，长期采取的单性繁殖的方法，就需要进行改革了，其中成功的改革方法就是有性繁殖。有性繁殖就是两个生物在繁殖自我时，它们的繁殖细胞里的基因，随机的只保留双链中的一条单链，并与对方的单链生殖基因重新结合成新的双链基因，这个新的双链基因就成为双方子代的生命原胚（种子）。 不言而喻，这种有性繁殖方法，可以使新生命体一举获得双亲的遗传基因，也就是说它得到的功能段更多。例如，可以获得更多的免疫功能段，因此也就能更好地抵御外界（

26、病毒、细菌）的危害；又如，可以利用一方的正常基因功能段抑制另一方的有缺陷的功能段，减少了子代先天不足的可能（当然，这里也存在隐患，因为有缺陷的功能段被成活的子代保留了下来）。 当多细胞生物的基因，积累和准备的功能段足够多的时候，它们就开始进行器官设计和器官施工。道理很简单，只有当基因拥有能够制造“牙”这种器官所需原材料的功能段的时候，它才有可能进行“牙齿”的设计和施工。同理，只有当基因拥有能够制造“角膜”、“视网膜”等眼睛器官所需原材料的功能段的时候，它才有可能进行“眼睛”的设计和施工；只有当基因拥有制造“羽毛”等翅膀器官所需原材料的功能段的时候，它才有可能进行“翅膀”的设计和施工。 有趣的是

27、，所有的器官都是由细胞组成的，而这些器官细胞又都是由“干细胞”演变成的，而干细胞又都是由受精卵细胞不断分裂增殖出来的。显然，这里存在着精确的计数和准确的器官生成指令，基因根据受精卵增殖计数，对相应位置的干细胞下达了生成各自不同器官的指令。 有必要指出的是，器官的生成也是一蹴而就的，它们的功能一开始就是能用的。也就是说，牙齿一开始就能咬东西，眼睛一开始就能看东西，翅膀一开始就能飞。这里不存在中间状态，或者说中间状态的存在时间很短。这是因为，如果牙齿要经过多少万年才能咬东西，如果眼睛要经过多少万年才能看东西，翅膀要经过多少万年才能飞，这种中间状态的器官对生物的生存不但无利，而且有害。 从这个角度来

28、说，“适者生存原理”与“进化原理”乃是相互矛盾而不能够兼容的。事实上，“适者生存原理”却能够与“基因迅速演进原理”很好地相互兼容。在这种情况下，进化论生物学家找不到“始祖鸟”、“始祖某某”等中间状态的生物，实在是不足奇怪的。因为，那些他们所想象的慢条斯理、缓慢变化的中间状态生物本来就不存在。 对于多器官生物基因来说，它们所需要的智慧或者所拥有的智慧，比多细胞生物又上了一个新的台阶。不过，我们并没有理由为它们的设计能力而担心。这是因为，双链基因的电子编码所能构成的信息密度，可以达到一个个分子和电子级别，这是我们人类今天制造的集成电路的信息集成度远远不能企及的。 事实上，由于双链基因的信息量不断增

29、长，导致基因功能段链接的长度不断增加，单凭增加长度已经不能满足基因智慧的需要；为此，原本一条的基因长链，被基因自己分隔成若干长段（每个长段均由众多的功能段构成），这就是我们在显微镜下能够看到的若干对染色体（人类基因有23对）。显然，染色体的出现，为基因增加功能段提供了更大的空间。 由于进化论生物学家习惯把生物的行为统统称之为“本能”，并把本能视为没有智慧的行为，因此人类已经失去了很多的时间去研究基因的智慧。例如，当吃够桑叶的蚕变成蛹的时候，当蛹变成蛾的时候，人们用一句话“本能”就把其中的基因智慧一笔勾销了（中国古人联想到“羽化而登仙”，尚对其智慧保留有敬意）。 其实，由蛹变蛾的过程，乃是基因的

30、一项伟大的创举：在基因的转化程序指令下，原本爬行的蚕的所有器官，在短时间内（通常约数日）就转化成为有翅膀的蛾，而且没有任何的原材料浪费或垃圾废物的出现。进一步说，由蛹变蛾与由受精卵发育成生物个体，可以视为生物个体形成的两种不同的途径。从某种意义上来说，由蛹变蛾的精确和迅速的过程，可以解释生物新器官或新物种是如何在一夜之间就出现的困惑；答案就是，构建新器官或新物种的原材料和相应的装配程序，基因已经提前准备好了。 六、个体与种群和生物圈里的基因及其智慧 多器官生物，由于其尺寸在人类的视觉范围之内，因此人类对它们更熟悉。其中有一些群居生物，例如蜜蜂和蚂蚁，它们个体差异和分工的形成，类似干细胞发展形成专职器官细胞。当干细胞接收到转变成某种器官的基因指令后，这些干细胞就开始了这种器官的制造。对于蜜蜂来说，它们的受精卵都是相同的，刚刚出生的小蜜蜂的躯体也是相同的；但是，当不同的小蜜蜂吃到不同的食物以后，它们的躯体发生了明显的变化，