进化很蠢（但确实有效）

原文：Evolutions Are Stupid (But Work Anyway)

在前一篇文章中，我曾写道：

科学对演化的能力有极为精确的认识。如果你对演化的赞誉高出这个认识哪怕一毫米，你就不再是「站在演化一方」对抗创造论，而是不科学的，仅此而已。

在本文中，我将描述演化的一些广为人知的低效性与局限性。我说的是复数形式的「演化」，因为狐狸的演化与兔子的演化背道而驰，且两者都无法与蛇的演化交流，以学习如何制造毒牙。

所以我在此谈论的是演化的局限，但这并不意味着我在试图偷偷塞入创造论。这是标准的「进化生物学 201」课程内容（如果需要推导方程，则是 583）。即便有这些局限，演化仍足以解释观察到的生物学现象；事实上，这些局限性正是理解它的必要条件。请记住，演化的奇妙之处不在于它们运作得有多好，而在于它们竟然能够运作。

人类智能复杂到无人能准确计算其效率。自然选择虽不简单，却比人脑简单得多；相应地，它也更为缓慢、效率更低，这也算是和它有史以来第一个优化过程的身份相呼应。事实上，演化过程简单到我们可以精确计算出它们有多蠢。

演化很慢。有多慢？假设存在一个有益突变，能带来 3% 的适合度优势：平均而言，携带此基因者的后代数量是非携带者的 1.03 倍。假定该突变确实会扩散，那么它需要多长时间才能传遍整个种群？这取决于种群规模。一个带来 3% 适合度优势的基因，在一个 10 万规模的种群中传播，平均需要 768 代才能在该基因库中达到普遍存在。对于 50 万规模的种群，则需要 875 代。通用公式是：

固定所需世代数 = 2 ln(N)/s（译者注：固定指一个等位基因在种群中的频率变为 100% 。此时种群中所有个体在该基因座上都有相同的等位基因）

其中 N 是种群规模，而 (1 +** s**) 是适合度。（如果每个基因携带者的后代数量是非携带者的 1.03 倍，则 s = 0.03。）

因此，如果种群规模为 100 万（这是狩猎采集时代的人口估计值），那么一个带来 1% 优势的基因，需要 2763 代才能在基因库中传播开来。[1]

这并不奇怪；基因必须靠自己完成所有传播工作。并没有一个「进化仙子」能观察基因库然后说：「嗯，这个基因似乎传播得很快——我应该把它分发给所有人。」在人类市场经济中，一个能合法获得 20% 投资回报的人，可以迅速从其他投资者那里获得更多资本，尤其当背后有一个明显、清晰的机制时；其他人也会开始复制其事业模式。而基因的传播却没有股票市场、银行或模仿者支持——好比亨利·福特必须先造一辆车，卖掉，用所得（平均）买 1.01 辆车的零件，再卖掉这些车，如此循环，直到他拥有一百万辆车。

所有这些都建立在基因能够传播的前提上。这里的公式更简单，并且最终完全不依赖于种群规模：

固定概率 = 2s

一个带来 3% 优势的突变（就突变而言，这算是相当大的了）有 6% 的传播机会，至少在那一次事件中是这样。[2] 突变可能不止发生一次，但在一个百万规模、每代每碱基复制保真度为 10⁻⁸ 的种群中，你可能需要等待一百代才能再次获得机会，而且那次机会仍然只有 6% 的固定概率。

不过，从长远来看，演化最终还是有很大机会达成目标。（这将是一个反复出现的主题。）

复杂的适应性演化需要极长时间。首先是等位基因 A，它本身具有优势，需要一千代才能在基因库中固定。只有在此之后，另一个依赖于 A 的等位基因 B，才能开始其固定过程。拥有厚实的皮毛覆盖不算是强有力的优势，除非环境具有统计上可靠的寒冷倾向。同样，基因是其他基因所处环境的一部分，如果 B 依赖于 A，那么除非 A 在遗传环境中可靠地存在，否则 B 就不会有强大优势。

假设 B 在 A 存在时能带来 5% 的优势，否则没有优势。那么当 A 在种群中频率仍为 1% 时，B 的优势只在 1% 的情况下显现，因此 B 的平均适合度优势仅为 0.05%，而其固定概率则为 0.1%。对于复杂的适应性演化，首先 A 需要经过一千代演化，然后 B 需要再经历一千代，接着可能是 A∗ 再花一千代……几百万年后，你才得到一个全新的复杂适应性结构。

而且，其他演化不会模仿它。如果蛇的演化发展出一种惊人的新毒素，这对狐狸或狮子的演化毫无帮助。

请将这一切与人类程序员对比：他们可以在一个下午设计出一个包含上百个相互依赖部件的新复杂机制。这怎么可能？我不知道全部答案，我猜科学也不知道；人脑比演化过程复杂得多。我可以泛泛而谈 ，说些「利用组合模块化表征进行目标导向的逆向链推理」之类的话，但你并不会因此就能设计出自己的人类。然而：人类可以预见性地设计新部件，为后续设计其他新部件做准备；可以在相互依赖的机械中做出协调同步的更改；通过观察单个测试案例进行学习；锁定问题点并抽象地思考如何解决它们；并优先考虑哪些调整值得尝试，而不是坐等宇宙射线撞击产生一个好的突变。以自然选择的标准来看，这简直是魔法。

人类能做到一些演化在宇宙预期寿命内可能永远无法做到的事情。正如著名生物学家 Cynthia Kenyon 在一次我有幸参加的晚宴上所说：「一个研究生在一小时内能做到的事情，演化十亿年也做不到。」根据生物学家当前最前沿的知识，演化总共只「发明」了三次能够完全旋转的轮状结构。

而且别忘了，程序员还可以将代码片段发布到互联网上。

诚然，演化的某些造化之功，即使与智人最先进的技术相比也令人印象深刻。但我们的「寒武纪大爆发」才刚刚开始，我们真正开始积累知识，大约是在……什么时候？400 年前？在某些方面，生物学仍然优于最先进的人类技术：我们无法制造出蝴蝶大小的自我复制系统。但在其他方面，人类技术已将生物学远远抛在身后。我们有轮子，有钢铁，有枪，有刀，有尖木棍；我们有火箭，有晶体管，有核电站。每过去十年，这种平衡就进一步倾斜。

所以，重申一次：人类如果想从自然选择中汲取所谓的设计灵感，那就像一个精密的现代细菌，非要模仿最初那个笨拙复制者的生化机制。倘若最初的复制者出现在今天这个竞争白热化的生态里，瞬间就会被淘汰得连渣都不剩。任何尝试对自己的策略进行随机点突变，并等待 768 次测试迭代才采纳一个 3% 改进的人类规划者，也将面临同样的命运。

所以，对演化的赞誉，一分一毫都不要超过它应得的程度。

下篇预告：更多关于进化论的精彩数学规律！