150多年前，人類(lèi)就開(kāi)始提出描述和解釋自然界中常見(jiàn)現(xiàn)象的宏觀自然法則，而最新發(fā)表的一篇論文提出了一種新的宏觀自然法則——進(jìn)化是自然世界復(fù)雜系統(tǒng)的共同特征。

進(jìn)化無(wú)處不在？宇宙越來(lái)越復(fù)雜？

北京時(shí)間10月17日凌晨3時(shí)許，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）在線(xiàn)發(fā)表一篇論文，稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了“缺失的自然法則”，首次認(rèn)識(shí)到自然世界運(yùn)作中的一個(gè)重要規(guī)范——“功能信息增加定律”（Law of Increasing Functional Information）。

只有生命會(huì)進(jìn)化？

“查爾斯·達(dá)爾文雄辯地闡明了植物和動(dòng)物通過(guò)自然選擇進(jìn)化的方式，”前述研究的領(lǐng)導(dǎo)者、卡耐基科學(xué)研究所地球物理實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)科學(xué)家羅伯特·M·哈森(Robert M. Hazen)說(shuō)，“我們認(rèn)為，達(dá)爾文理論只是一個(gè)更大的自然現(xiàn)象中一個(gè)非常特殊、非常重要的例子。功能選擇驅(qū)動(dòng)進(jìn)化的概念同樣適用于恒星、原子、礦物和許多其他概念上等效的情況，其中許多配置都受到選擇壓力?！?/p>

前述論文的第一作者、卡耐基科學(xué)研究所的天體生物學(xué)家（研究生命起源與演化等問(wèn)題，在宇宙空間尋找生命痕跡的科學(xué)家）和行星科學(xué)家邁克爾·黃（Michael L. Wong）博士說(shuō)：“在這篇新論文中，我們從最廣泛的意義上考慮進(jìn)化論……包括基于‘改良后裔’的達(dá)爾文進(jìn)化論?！薄坝钪鏁?huì)產(chǎn)生原子、分子、細(xì)胞等的新穎組合。那些穩(wěn)定且可以繼續(xù)產(chǎn)生更多新奇事物的組合將繼續(xù)進(jìn)化。這就是生命成為進(jìn)化的最引人注目的例子的原因。但進(jìn)化無(wú)處不在?！?/p>

該論文的9位作者分別來(lái)自美國(guó)卡耐基科學(xué)研究所、加州理工學(xué)院和康奈爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)，其中包括科學(xué)哲學(xué)家、天體生物學(xué)家、數(shù)據(jù)科學(xué)家、礦物學(xué)家和理論物理學(xué)家。

研究人員認(rèn)為，無(wú)論系統(tǒng)是有生命的還是無(wú)生命的，一種新穎的配置如果運(yùn)行良好，并且功能得到改進(jìn)時(shí)，進(jìn)化就發(fā)生了。復(fù)雜的自然系統(tǒng)會(huì)演變成更加模式化、多樣性和復(fù)雜性的狀態(tài)。

換句話(huà)說(shuō)，進(jìn)化不僅限于地球上的生命，它也發(fā)生在從行星和恒星到原子、礦物等等其他大規(guī)模復(fù)雜的系統(tǒng)中?！肮δ苄畔⒃黾佣伞敝赋?，如果一個(gè)系統(tǒng)的許多不同配置經(jīng)歷了一種或多種功能的選擇，那么系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)化，系統(tǒng)的功能信息就會(huì)增加。

生命的進(jìn)化史充滿(mǎn)了新奇之處：當(dāng)單細(xì)胞“學(xué)會(huì)”利用光能時(shí)，光合作用“進(jìn)化”了。當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞學(xué)會(huì)“合作”時(shí)，多細(xì)胞生命“進(jìn)化”了。而物種的進(jìn)化得益于游泳、行走、飛行和思考等許多有利的新行為。 

同樣的演變也發(fā)生在礦物王國(guó)中。最早的礦物代表了特別穩(wěn)定的原子排列。這些原始礦物為下一代礦物奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也參與了生命的起源。生命的進(jìn)化和礦物是交織在一起的，因?yàn)樯玫V物質(zhì)來(lái)制造貝殼、牙齒和骨骼。

菊石。隨著地球的形成，新的地質(zhì)過(guò)程催生了1500多種新礦物。光合作用開(kāi)始，鐵與含氧礦物質(zhì)的相互作用改變了古代生命。生物多樣性導(dǎo)致礦物多樣性，反之亦然。

事實(shí)上，地球上的礦物在太陽(yáng)系誕生之初只有大約20種，但由于45億年來(lái)復(fù)雜的物理、化學(xué)以及最終的生物過(guò)程，如今已知的礦物數(shù)量已接近6000種。 

前述最新發(fā)表的論文稱(chēng)，就恒星而言，只有兩種主要元素——?dú)浜秃ぁ诖蟊ê蟛痪眯纬闪说谝慌阈?。最早的恒星使用氫和氦?lái)制造大約20種較重的化學(xué)元素。下一代恒星以前述多樣性為基礎(chǔ)，產(chǎn)生了近100種以上的元素。

宏觀自然法則

宏觀自然法則被用于描述和解釋自然界中常見(jiàn)的現(xiàn)象。比如，與力和運(yùn)動(dòng)、重力、電磁力和能量相關(guān)的自然法則早在150多年前就已被描述。而前述最新發(fā)表的論文提出了一種現(xiàn)代補(bǔ)充——進(jìn)化是自然世界復(fù)雜系統(tǒng)的共同特征。而研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，其特征包括：

它們由許多不同的成分組成，例如原子、分子或細(xì)胞，可以反復(fù)排列和重新排列；

受到自然過(guò)程的影響，導(dǎo)致形成無(wú)數(shù)不同的排列；

所有這些配置中只有一小部分能夠在被稱(chēng)為“功能選擇”的過(guò)程中“幸存”下來(lái)。   

黃博士表示，這個(gè)新提出來(lái)的自然法則的一個(gè)重要組成部分是“功能選擇”的想法。

就生物學(xué)而言，達(dá)爾文將“功能”主要等同于“生存”——活得足夠長(zhǎng)，以產(chǎn)生可育后代的能力。 

最新發(fā)表的研究擴(kuò)展了達(dá)爾文的前述觀點(diǎn)，指出自然界中至少存在三種“功能”：最基本的功能是穩(wěn)定性——選擇原子或分子的穩(wěn)定排列；同樣能持續(xù)存在的是具有持續(xù)能源供應(yīng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；第三個(gè)，也是最有趣的功能是“新穎性”——進(jìn)化中的系統(tǒng)有探索新結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致驚人的新行為或新特征。

而前述“靜態(tài)持久性”、“動(dòng)態(tài)持久性”和“新穎性的產(chǎn)生”，是“功能選擇”的基本來(lái)源。前述論文還提出了一個(gè)時(shí)間不對(duì)稱(chēng)定律，即當(dāng)系統(tǒng)的功能信息受到功能選擇時(shí)，其功能信息將隨著時(shí)間的推移而增加。

前述最新發(fā)表的理論被認(rèn)為是補(bǔ)充了熱力學(xué)第二定律——孤立系統(tǒng)的熵（無(wú)序）隨著時(shí)間的推移而增加（熱量總是從較熱的物體流向較冷的物體）。

此外，前述論文提出了許多新想法，比如，如果生命與非生命存在與“功能選擇”有關(guān)的分界線(xiàn)，我們能否確定“生命規(guī)則”，從而在天體生物學(xué)的研究中區(qū)分生物分界線(xiàn)？這或?qū)椭祟?lèi)尋找地外生命。