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伟大创意的诞生：创新自然史 [:1701089131]
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连接模式与随机性环境，生命起源的创新
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“以碳为基础的生命形式”这一说法，早已因为重复的次数太多而显得毫无新意了。根据这一说法，如果没有碳原子，那么生命就不可能出现在地球上。天体生物学家们的研究方向就是要探明在宇宙中，除了地球之外，其他地方是否还存在生命。大部分的天体生物学家们都坚信一点，那就是假如有一天，在地球以外的天体上发现了新的生命，那么这些新生命也绝对是一种以碳为基础的生命体形式。
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为什么我们会对碳的重要性有这么坚定的信心呢？为什么认为离开了碳原子后，有生命的物体就绝对不可能出现呢？这些问题的答案都与碳原子本身的特性有关。碳原子的最外层轨道上分布着四价电子，因为一些复杂的、尚不为大家所知的原因，这种四价电子使碳原子更加易于与其他的原子进行组合，特别是氢、氮、氧、磷、硫等原子以及其他的碳原子。碳原子的这一特点具有重大意义。碳、氢、氮、氧、磷、硫这6种原子构成了地球上99%的生命体。碳具有极强的潜力，可以轻易组合成新的链状或环状聚合物，包括：储存在核酸里的所有遗传信息、蛋白质的组成物质，以及存储能量的碳水化合物与脂肪等（现代科学技术已经利用碳原子极强的生成能力，制造出我们称为塑料的人造聚合物）。在地球的表层成分中，只有约0.03%是碳原子，但它却占据了我们人体构成的20%。碳原子在人体中所占据的极大的比例，凸显了它在连接能力上极强的潜力。碳是个连接剂。
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碳的这种连接功能对于生命体的日常运作是至关重要的：核酸命令氨基酸组成蛋白质长链，动力则来自碳水化合物所储存的能量。同时，碳的连接功能对于生命体自身的根本创新是尤其重要的，也是必不可少的。如果碳原子缺少了那种易于与其他原子连接并形成新的复杂分子的潜能，那么就无法想象地球上的第一个有机体要如何才能进化出来。碳原子所带的四价电子，让无生命的地球去探索自己的相邻可能。在筛选了很多潜在的分子组合形式以后，最终出现了一种稳定的化学反应模式。于是，第一批生物就应这种化学反应而生了，并在地球上慢慢地发展变化，最终“开花结果”，无限扩展开来。没有碳的生成性连接，地球很可能只是一锅没有任何生命迹象的“原始汤”，也不会产生任何生命体形式的化学反应。
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20世纪曾有一项著名的科学实验验证了碳原子超强的天分——生成新连接网络的潜力。1953年，芝加哥大学的两位教授斯坦利·米勒（Stanley L. Miller）和哈罗德·尤里（Harold C. Urey），用一些玻璃管和烧瓶组建了一个封闭的系统，用以模拟地球上出现生命以前的环境特点，并在系统里放入如下元素：甲烷（CH4）、氨（NH3）、氢（H2）和水（H2O）。其中，只有甲烷里包含了碳原子。与这些化学液体相连接的一个烧瓶里放了一对电极。米勒和尤里想使用这对电极激发电火花，从而模拟出闪电。这个实验连续做了7天。当实验的第一个周期结束时，他们发现在原来化学液体中的10%的碳原子已经自发地与其他原子进行了化学反应，并生成了一些新的有机化合物，比如：糖类、脂质、核酸。而这些化合物对于生命体的形成是非常重要的。米勒在当时声称，一旦在模拟的前生存环境里，点燃一道电火花，那么就可以产生11种氨基酸，占生命体中氨基酸种类的一半。在这个实验过去7年后，另一组研究人员重新做了这个实验。结果发现，当烧瓶里模拟出海底火山口的环境时，进行实验的化学液体里生成了所有的氨基酸种类，一共22种。
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在这个实验之后的半个世纪里，成百上千种新理论持续出现，试图解释生命形成的早期过程。一些理论强调细胞自我复制的能力促进生命体的形成；一些理论强调新陈代谢的作用；一些理论则对海底火山口的高温作用进行推测；还有一些理论则认为是一些已有生命体的彗星与地球相撞后，让地球具备了生命起源的最初条件。不过，在这些五花八门的各式理论之间，存在着一个共同之处，那就是都肯定了碳原子的超强连接能力在生命起源过程中具有重大的意义。另外一小部分研究者和科技小说的作者们则构思了另一个版本的生命起源过程。在这个版本里，生命的起源是因为有硅原子的存在才成为可能的。在化学元素周期表中，硅原子排在碳原子之后，并且有和碳原子一样的四价电子。然而，与碳原子相比，硅原子缺少一种天生的易变性，不能随意变成二价或三价电子，从而与其他原子化合生成新的环状脂肪酸或糖类化合物。另外，要生成新的价键，硅原子也要消耗掉比碳原子更多的能量。虽然地球的硅含量是碳的100多倍，但自然母亲却选择了碳这种较为稀少的元素，让它成为生命起源的必备成分。
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硅原子之所以不能成为生命体的必备元素，还有另外一个原因：硅的价键极易在水中溶解。大部分关于生命起源的理论都涉及水的存在，并非只是因为氢和氧在很多有机化合物中都是重要的元素，同时也因为在液态水的环境里，能让生命在地球上形成的那些“最初的化学反应”可以更容易发生。米勒和尤里当年所做的实验，从某种意义上来说，只是强力地证明了一个世纪前达尔文提出的一个假设：生命起源于水。在达尔文写给植物学家约瑟夫·胡克（Joseph Hooker）的一封信里，他曾设想生命最初一定是出现在一个小小的，但是却温度适宜的水塘里。他还设想在那个水塘里一定存在：各种氨、磷酸盐、光、热、电。后来出现的大部分关于生命起源的理论中，或多或少都包括了达尔文假设的“原始汤”理论。该理论认为，液体的自然波动和起伏翻滚可以帮助一些新的化学运动出现，并出现新的化学反应。诚然，碳是一个天才的连接者，但如果没有一个环境允许它自由自在地移动，随意地遇到或撞到其他的化学元素，碳的超强连接能力也将无从施展，那些壮观且奇妙的各种聚合物链就无法生成，只能永远地“躲”在相邻可能里，找不到打开空间大门的钥匙。
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与碳原子一样，水分子也具备几种超常的特性。因此，水作为一种媒介物质，非常适合在生命起源的最初阶段帮助维持生命的存在。从水分子里分离出来的氢键比存在于“一般液体”里的价键要更稳定10倍，因此，当水作为一种媒介存在时，它就具备了更多的优势。首先，水作为液体存在的温度区间为0℃～100℃，这是一个非常大的空间，比其他任何一种液态物质都具备优势。由于氢键的这些优势，当地球上出现了最初的生命体后，避免了海洋里的水因为温度太高而全部蒸发得无影无踪。其次，水还具备一种超常的功能，那就是溶解能力（举一个例子，黄金的稳定性是众所周知的，但如果把黄金放在水里，只要时间足够久，它也会被水慢慢地溶解）。由于水的流动性和溶解性，当水里面的元素慢慢地移动、前行时，它们更容易相互碰撞，也能更轻易地创造新的网络连接。最后，因为氢键的超强稳定性，当一些新的化合物组织出现后（部分化合物组织与碳原子有关）便具备了更强的稳定能力，并在“原始汤”里寻找机会与其他化合物连接生成新的化合物。
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因此，当回顾生命起源的历史时，我们发现生命起源的创新动力具备两个基本的特性：首先，能够与尽可能多的其他元素建立新连接的能力；其次，可以促进系统里各种元素之间活动与碰撞的“随机性”环境。至少在地球上，生命起源的故事背景一定是一个液态的、超高密度的网络系统：“原始汤”里的碳原子不停地与其他元素相遇并连接。一旦经过这些原子的活动与连接，并组成了一些新的分子，地球上就不只是存在一些化学和物理反应了，生物进化的开端也就出现了。当第一份脂质因为分子的自发组合活动而在地球上出现后，一扇生物进化过程中的相邻可能之门就打开了，并最终形成了细胞膜；当第一种核苷酸生成以后，又一扇相邻可能之门打开了，并最终慢慢地进化、演变并生成了DNA。这些都是生命起源故事里的一些关于创新的小情节。
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混沌的边缘与信息外溢
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数十年前，计算机科学家克里斯托弗·兰顿（Christopher Langton）曾注意到一个现象，他发现适于创新的系统环境一般都倾向于靠近“混沌边缘”（edge of chaos），也就是处于太多的规则与无规则之间的一个有利的系统空间（他的这个观点也是斯图尔特·考夫曼提出的相邻可能的核心）。兰顿有时利用物质的三种物理状态——气态、液态、固态来进行比拟，以更加形象地说明各种系统网络环境的特点。
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试想一下分子在这三种不同物理状态下的活动特点。在气态的环境里，到处都是混乱与无规则。新的连接组合虽然较易生成，但因为所在环境的易变性和不稳定性，这些新生成的组织结构又会再次受到冲击，并分裂开来。在固态的环境里，则是另外一种完全相反的情形。新生成的组织结构虽然具备足够的稳定性，但却不能轻易改变。一经比较就会发现，只有在液态的环境里面，才能更容易地去开发相邻可能。分子之间不断地自由组合成新的连接，而所处的环境又相对稳定，不会破坏那些新生成的结构。“原始汤”里的碳原子们不断地移动，形成了一种高密度的液态网络系统。人脑里的数千亿个神经元细胞则组建了另一种形式的液态网络：网络之间进行了高密度的连接，持续地去开发相邻可能，同时，又能把新生成的有用的连接长期保存。
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在关于液态网络的推论中，存在着一个假设性的推测（虽然前提是要通过追溯历史才能发现），那就是在不同规模和不同发展阶段的创新环境都有一个共同的特点，即人类一旦开始自行组成一种类似液态网络的组织，创新与发明就会不断地涌现。早期人类组成的社会组织类似于一种气态网络。一小群人聚集在一起形成一个部落，但各部落之间是分散的，与其他部落几乎没有接触。农业改变了这一切。人类第一次形成了较大规模的群居组织。有时群居的人数可达上千人，甚至上万人。在这样大规模的群居组织存在并发展了一千多年之后，人类便逐渐开始了一种新的生活状态，即与陌生人分享生存空间。随着人口的增加，相互联系的人们之间可能会产生更多的连接。好创意更容易被其他人知道和利用，于是新的协作模式更有可能成形。
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对于在人口众多的社会组织里出现的信息分享，经济学家们有一个比较形象的术语：“信息外溢”（information spillover）。一旦某个好创意的发明者与成千上万的人共同生存在一种文化环境里，那么，他的好创意就更倾向于在这个环境里慢慢地传播开来。即使发明者希望保密，这些创意也一样会慢慢地扩散与流传。“外溢”这个词是准确的。它能形象且具体地描述在那些人口密集的群体里，流通的信息呈现的一种“液态”的特点。随着地球上物种的演变，智人（Homo Sapiens，现代人的学名）在数百万年的时间不断地进化与发展，且取得了巨大的进步。最终智人发明了农业，创造了语言、艺术，以及用于捕猎的精巧的工具，并且学会了烹饪食物。然而，在他们定居于城市之前，他们并不知道如何在一种“高密度的液态网络”里生活。
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当他们生活在这种社会环境里时，将会出现一些什么样的新变化呢？要真正了解这种变化的深度与广度，我们可以采用这样一种视角来看问题，即先去“测量”一下城市出现以前的创新速度。
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为了方便分析与看清问题的实质，我们把人类大约7万年的发明创新史压缩到一条简化的时间轴上，这条时间轴到公元前2000年左右结束，也就是第一座城市出现后的几千年。
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一旦从这样的视角来看待这个问题，答案就比较清晰了。当地球上出现第一座城市以后的几千年里，人类想出了各种各样的新发明。于是可以发现，在城市这种高密度的人口聚集组织和社会发明的大量涌现之间存在着某种关系。但这两者之间的关系是否存在随意性呢？单单从这个时间轴上，我们不能找到答案。此外，我们对于创新历史的细节知道得并不多，从而不能推断出城市环境对于在其中发生的各种创新与发明的重大意义。但人们已知的各种间接证据却是相当多的。
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毫无疑问，在地球上出现城市之前的漫长岁月里，有一些（多指原始社会）依靠狩猎和采集生活的人曾经偶然发现肥皂有净化和清洗的功能，或者曾经设想过要修建水渠，但是我们对这些可能出现过的好创意没有任何可以查询的记录。然而，缺乏记录正是问题的关键所在。在一个低密度、混乱的网络系统里，好创意出现以后就消失了。而在城市密度较高的社会网络里，好创意很容易得到流传与扩散。思想与创意不断外溢，并通过这种外溢得以保存下来，被后来的人们加以利用。高密度的液态网络不仅有利于好创意的产生，同时，也有利于保存这些创意。文字、书籍、维基百科问世前，城市作为一种液态的社会网络系统，帮助人们将各种智慧集中、保存、延续下来（见图2—1）。
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欧洲文艺复兴的诞生地在意大利北部。在当地山区人口稠密的一些小镇上，文艺复兴时期曾经涌现过大量商业与艺术领域的创新和发明。城市社会网络的崛起，再次促使好创意不停地涌现。
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在14~15世纪，意大利北部是欧洲城市化程度最高的地区，这一切并非巧合。不过，文艺复兴时期的创新模式与城市首度形成时的模式之间有一些不同之处，因为米开朗基罗（Michelangelo）、布鲁内莱斯基（Brunelleschi）和达·芬奇（Da Vinci）等人，都是从一种受到规则限制的中世纪文化背景里诞生的。如果把（多指原始社会）依靠狩猎和采集生活的人组成的群居部落，比作一种气态的网络——既混乱无章，稳定性又差，那么，如果信息的传承只能靠一些修道院的抄写员进行记录，这种文化就是另一个极端的状态了。这种修道院主导的文化环境可以比作一种固态的文化。伟大的意大利发明家打破那些束缚信息流通的条条框框，让更多想法在更加广阔的、相互连接的人群中流通，给欧洲的思想界注入了新的生命力。
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历史学家们早已注意到，在文艺复兴时期，艺术与科学领域里的蓬勃发展与当地早期出现的商业资本主义之间具有某种关联性。后者本身也进行了一系列的创新，包括银行系统、会计方法和保险方案等。有一点可以肯定，即资本主义的发展加速了意大利城市的发展，并创造了一部分剩余价值，可以用于支持一些建筑家和艺术家的事业，比如，米开朗基罗和布鲁内莱斯基。但是，资本主义与创新之间的联系比我们通常所设想的要更加微妙一些。是的，自由市场引入了新的竞争模式，并促进了资本的积累，从而推动了新创意的创造与应用。但是，对于自由市场的定义不应当只是局限于利润的积累层面。回顾一下资本主义的一个关键的概念性工具：复式记账法。歌德（Goethe）曾称它为“人脑想出的最美妙的创新”。复式记账法已成为当代金融会计的基石。它的创新之处在于，对于任何一种财务活动都可以分为两种分类账进行记录。一种分类账反映“借”，另一种分类账反映“贷”。复式记账法让商人们可以更加清楚地了解自己的账务状况，且其准确程度胜过以前的任何一种方法。
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当复式记账法最早由圣方济会的修士和数学家卢卡·帕乔利（Luca Pacioli）记录在册时，意大利的银行家和商人们使用这种方法已经两个世纪之久了。这种记账法是由一名颇有远见的会计师始祖独立发明的，或者是由几个企业管理者同时想出来的，亦或者，信奉伊斯兰教的企业管理者们在几个世纪前就曾对复式记账法进行过实验，并最终将这种方法流传了下来，关于这些猜测我们并不能给出确定的答案。不管这种记账法源自哪里，它最初都是在意大利的一些商业大城市得到普及的，这些城市包括：热那亚、威尼斯和佛罗伦萨。因为在文艺复兴的早期，商人们相互之间会商讨如何更好地管理自己的财务，于是复式记账法便开始慢慢地普及。
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关于复式记账法的起源有一点非常奇妙，那就是这种记账法并非是谁的私有财产，尽管它对资本主义企业创造更多的财产起到了重大的作用。现代资本主义发展过程中出现的这一最重要的工具不仅曾经为大众所利用，同时还在意大利一些城市的液态网络中流通与发展。复式记账法帮助人们更清楚地了解自己所拥有的财产，但却没有任何人拥有这一记账法的所有权。复式记账法这个创意的作用是如此之大，以至于它不可能不“外溢”并为其他人所采用。
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