最近看到一個(gè)從學(xué)習(xí)的角度看生命演化史的假說(shuō)，非常有趣碾牌，介紹給大家康愤。?
生命演化史
最后一個(gè)生命的普遍祖先（The last universal common ancestor）簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)UCA。
LUCA并不是地球上的第一個(gè)生命舶吗，而是當(dāng)時(shí)唯一仍然有活后代的生物征冷。盡管沒(méi)有LUCA的特定化石證據(jù)，但可以通過(guò)比較所有現(xiàn)代生物及其后代的基因組進(jìn)行研究誓琼。2016年的一項(xiàng)研究確定了LUCA中最可能存在的355個(gè)基因检激，這些基因描述了一種復(fù)雜的生命形式，具有許多共同適應(yīng)的特征腹侣，包括轉(zhuǎn)錄和翻譯機(jī)制叔收。將信息從DNA轉(zhuǎn)換為RNA到蛋白質(zhì)。研究得出的結(jié)論是傲隶，LUCA可能生活在海底巖漿流附近深海噴口的高溫水中饺律。
最初LUCA只會(huì)自我復(fù)制，能量由巖漿噴發(fā)口提供伦籍，慢慢演化為由DNA存儲(chǔ)模型蓝晒，由蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)模型功能且可以獨(dú)立獲得能量的古代細(xì)菌，逃離噴發(fā)口帖鸦。
一個(gè)可以自我復(fù)制的個(gè)體出現(xiàn)芝薇，它必然會(huì)迅速地在海洋里到處擴(kuò)散它的拷貝。復(fù)制不是完美的作儿，中間總會(huì)出錯(cuò)洛二，而且這樣的錯(cuò)誤是積累性的。隨著錯(cuò)誤的產(chǎn)生和擴(kuò)散，我們得到了幾類種群晾嘶，而不是清一色全都一樣的復(fù)制品妓雾。不過(guò)它們都是同一個(gè)祖先的“后裔”。
這些帶有錯(cuò)誤的品種數(shù)量并不是平均的垒迂，有哪些品種會(huì)有更多成員呢械姻？長(zhǎng)壽的、復(fù)制效率高的和復(fù)制精確度高的机断，這被稱為“進(jìn)化趨向”楷拳。這里我們應(yīng)該指出，進(jìn)化雖然聽(tīng)起來(lái)是件“好事”吏奸，但事實(shí)上并沒(méi)有什么東西“想要”進(jìn)化欢揖，進(jìn)化是偶然發(fā)生的》芪担可以粗略地將其理解為復(fù)制的錯(cuò)誤發(fā)生了她混，然后自然選中了其中的有些“錯(cuò)誤”。
LUCA的后代在很長(zhǎng)一段時(shí)期都是厭氧菌泊碑，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的大氣成分中含氧量很低坤按。但在約26億年前，LUCA后代中有一類叫做藍(lán)綠菌的分支演化出了光合作用蛾狗，光合作用可以用太陽(yáng)能將光和二氧化碳轉(zhuǎn)化成養(yǎng)料的同時(shí)排出氧氣晋涣。有光合作用的加持仪媒，藍(lán)綠菌相當(dāng)于擁有了無(wú)限的能源沉桌，數(shù)量爆炸式增長(zhǎng)。地球的氧含量也隨之不斷增加算吩，這被稱為大氧化事件留凭。空氣中的溫室氣體甲烷以氧化的方式被大量消耗偎巢，使地球出現(xiàn)了最嚴(yán)重且持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的冰河時(shí)期蔼夜，稱為“休倫大冰期”。
大氧化事件對(duì)于當(dāng)時(shí)的生命并不是好事压昼，因?yàn)檠鯕鈱?duì)于當(dāng)時(shí)的生命來(lái)說(shuō)是毒氣求冷，大氧化使得地球上的生命幾乎全部滅絕。
休倫大冰期結(jié)束3億年后窍霞，部分幸存的細(xì)菌演化出了與光合作用完全相反的呼吸作用匠题，呼吸作用與光合作用最終將氧氣平衡到了21%左右。
某些好氧菌被更大的細(xì)胞整體吞噬后形成內(nèi)共生關(guān)系但金，變成專門(mén)提供能量的線粒體韭山，而藍(lán)綠菌被大細(xì)菌吞噬后形成了葉綠體，這些大細(xì)胞慢慢演化成了真核細(xì)胞。之后的很長(zhǎng)一段時(shí)間钱磅，地球上的生命幾乎沒(méi)有什么變化梦裂，被稱為“無(wú)聊的十億年”。直到距今5.4億年前的寒武紀(jì)盖淡，突然涌現(xiàn)了各種各樣的動(dòng)物年柠，一系列與現(xiàn)代動(dòng)物形態(tài)基本相同的動(dòng)物不約而同地出現(xiàn)，形成多種門(mén)類動(dòng)物同時(shí)存在的繁榮景象褪迟，稱為“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)彪杉。”
學(xué)習(xí)的角度看演化史
達(dá)爾文主張的演化是漸進(jìn)的牵咙，為什么會(huì)有大爆發(fā)現(xiàn)象呢派近？一個(gè)從學(xué)習(xí)角度的假說(shuō)似乎可以解釋。
這要從熵增原理說(shuō)起洁桌，熵通常被解釋為無(wú)序的量度渴丸，即混亂程度。熵增原理是指：不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零另凌。聽(tīng)起來(lái)很復(fù)雜谱轨，但實(shí)際上就是自然過(guò)程中混亂程度不會(huì)減小。將此原理用于生命上吠谢，薛定諤在《生命是什么》中首次提出了“生命以負(fù)熵為食”土童，指生命從環(huán)境攝入高級(jí)形態(tài)的能量，將低級(jí)形態(tài)的能量排給環(huán)境工坊，實(shí)際從環(huán)境攝取了負(fù)熵献汗。
從學(xué)習(xí)的角度來(lái)看，生命獲取的不僅僅是能量熵王污，還有信息熵罢吃，生命演化過(guò)程就是獲取信息能力的提升過(guò)程。
第一套學(xué)習(xí)系統(tǒng)——演化
從減熵的角度看昭齐，維持生命的關(guān)鍵并非演化本身尿招，而是演化所提供的信息。演化是第一個(gè)允許生命獲取信息的機(jī)制阱驾，但它是在一代代的自然選擇中緩慢而低效地與環(huán)境“互動(dòng)”的就谜，獲取信息的能力很弱。
在“無(wú)聊的十億年”中里覆，低等生物雖然有涌現(xiàn)成為高等生物的趨勢(shì)丧荐，但是都遇到了一個(gè)瓶頸，那就是隨機(jī)突變的單細(xì)胞無(wú)法達(dá)到涌現(xiàn)成復(fù)雜多細(xì)胞生物所需要的穩(wěn)定性租谈。（涌現(xiàn)是指許多小實(shí)體相互作用后產(chǎn)生了大實(shí)體篮奄，而這個(gè)大實(shí)體展現(xiàn)了組成它的小實(shí)體所不具有的特性捆愁，可以理解為量變引起質(zhì)變）
這時(shí)有性生殖出現(xiàn)了，有性生殖在穩(wěn)定整體的基礎(chǔ)上增加了差異性窟却，同時(shí)抑制單個(gè)細(xì)胞變異昼丑。但此時(shí)的多細(xì)胞生物不能大范圍移動(dòng)，只能和近處的個(gè)體“近親結(jié)婚”夸赫，會(huì)因?yàn)闊o(wú)法提供足夠的差異性而導(dǎo)致演化速率太慢而滅絕菩帝。當(dāng)多細(xì)胞生物大范圍移動(dòng)后，環(huán)境也會(huì)隨著移動(dòng)而改變茬腿，個(gè)體會(huì)因?yàn)橹暗哪Ｐ蜔o(wú)法預(yù)測(cè)新環(huán)境的信息而死亡呼奢。要么因?yàn)椤敖H結(jié)婚”演化過(guò)慢滅絕，要么因?yàn)椴荒苓m應(yīng)新環(huán)境死亡切平，處于這種兩難境地的低等生物始終無(wú)法形成更復(fù)雜的生命系統(tǒng)握础。
第二套學(xué)習(xí)系統(tǒng)——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
直到寒武紀(jì)之前的埃迪卡拉紀(jì)（6.35-5.41億年前）演化出了神經(jīng)細(xì)胞，眾多神經(jīng)細(xì)胞形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加快了學(xué)習(xí)環(huán)境模型的速率悴品。到了寒武紀(jì)初期禀综，高級(jí)感官相繼產(chǎn)生，比如當(dāng)時(shí)的頂級(jí)捕食者奇蝦（Anomalocaris）就演化出了眼睛苔严。有了高級(jí)感官的多細(xì)胞生命可以實(shí)時(shí)觀察四周獲取信息定枷，這就允許個(gè)體在新環(huán)境中用上一時(shí)刻信息來(lái)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻信息的模型。
這種實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)信息讓捕食者和被捕食者形成更激烈的軍備競(jìng)賽關(guān)系届氢，沒(méi)有演化出眼睛的捕食者要靠甲殼和偽裝來(lái)增加成活率欠窒，而捕食者又需要演化出更堅(jiān)硬的爪子和利牙、更高分辨率的眼睛退子。但無(wú)論是捕食者還是被捕食者都會(huì)受到制約：靠太陽(yáng)獲能的細(xì)菌被小生物吃掉岖妄，小生物被大生物吃掉，食物鏈頂端的捕食者又會(huì)因?yàn)槌怨庑∩锒I死絮供。食物鏈的相互制約關(guān)系抑制了優(yōu)勢(shì)物種衣吠，避免發(fā)生像當(dāng)初大氧化一樣的生物滅絕事件（休倫大冰期）茶敏。
從第一套學(xué)習(xí)系統(tǒng)（演化）到第二套學(xué)習(xí)系統(tǒng)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）至少經(jīng)歷了20億年的不斷試錯(cuò)壤靶，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在此之后依然不斷完善，如今已經(jīng)發(fā)展成人類大腦惊搏。
本文是從信息減熵的角度的假說(shuō)贮乳，猜測(cè)了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)原因，沒(méi)有人能知道當(dāng)時(shí)真正發(fā)生了什么恬惯，但可以體會(huì)到生命的學(xué)習(xí)能力來(lái)之不易向拆。
