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大自然的第一课是失败
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1998年，我开始在剑桥大学医学研究理事会（MRC）认知与脑科学中心攻读博士学位。入学后没多久，系主任威廉·马斯兰·威尔逊来到我的办公室。威尔逊是个高个子，黑头发略带点灰白色，面目和蔼。他亲切地和我闲聊了几分钟，欢迎我的到来。我很感动，除了一点：他一直用各种不同的名字称呼我（将混淆名字上升到艺术层面）。后来他起身走了，到门口又停了下来，开玩笑似地说：“大卫，记住，科学研究的第一课是失败。”这话有点怪，开始我没有在意，直到我的第一个实验以失败告终，才体会到科学研究的第一课确实是失败。
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做科学研究，失败是难免的。作为科学人员，我们探寻真理。为了更接近事物的真相，我们要以创造性的方式探究不同的可能性。很多观点肯定是不正确的，将科学团体作为一个整体来考虑更加凸显了这一点——这个团体由上百万互相竞争的科学家组成，其中很多科学家都持有不同的观念。
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举个例子。在科学史上，有很长时间人们都相信宇宙中充满着一种叫“以太”（ether）的物质。一直到19世纪末人们普遍接受的一种观念是：“光以太”（luminiferous ether）是光在宇宙中传播的介质。直到20世纪初，这种认为宇宙中存在无所不在的“以太”的观念才失去立足之地，而这要归功于艾伯特·迈克耳孙（Albert Michelson）和爱德华·莫利（Edward Morley）做的一个严谨的实验以及爱因斯坦的理论。现在我们将“光以太”视作过时的、已消亡的理论。
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事实上，用“消亡”一词来形容早已被废弃的科学理论是一个很贴切的比喻。科学方法与生物进化之间有着令人惊奇的相似性：两者本质上都与信息有关。科学方法实质上注重的是数据信息。科学思想的发展其实是一个进化的过程（尽管看起来不是很明显）：早先存在的思想出人意料地变成一种深奥的新理论，能更深入地解释一些现象，接着这种理论开始流行，同时与一批意见相左的学说相互竞争。这种理论还能继续存在的条件是：与之竞争的理论不能更精确地解释世界，或不能得到科学团体成员的认同。通过这种方式，各种关于宇宙的有用信息产生、繁荣、消亡，就像生物物种一样。
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另一个更让人惊奇的观点是：所有的生命体在本质上是一个科学实体——尽管生命体仅仅关注有关生存与繁衍的信息，而科学关注宇宙中任何有趣的信息。
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大自然与科学在成功和失败方面都很相似，而科学研究的第一课是失败，所以我们也同样可以说大自然的第一课是失败。在所有物种中，现今存活下来的只有千分之一。但更为重要的是：生命体为了更有效地存储与改进关于周围世界的假说而进行各种自然实验，最后形成规定生命本质的机制。
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这本书的主要论题是：意识只是一种信息处理过程，主要处理那些有用的、关于世界模式的信息。本章论述是为了说明，意识不是突然神秘地出现的，而是像自然界所有生物一样，有一个逐渐发展的过程，并与准确获取有用信息的、普遍的生物机制密切相关。因此，我们大脑及意识的运算信息，反映了进化过程中几乎所有的特性。
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贪婪的大脑：为何人类会无止境地寻求意义 进化的本质
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进化的基本理论极其简单：所有生命体共同的祖先经过几十亿年的时间进化产生了上百万种不同的生命形式，这些生命形式有些已经消亡，有些现今还存在。之所以出现这种情况，原因之一是资源有限，各种生物为获取资源而互相竞争。一些有机体将另一些有机体消灭了，竞争演变成激烈的战争（不管是在各物种之间还是在物种内部，都是如此）。那些有利于有机体生存与繁衍的特性被保存下来并进一步发展，而那些阻碍生存与繁衍的特性经过几代的演化逐渐消失。物种的特性经过一代代的变化，才产生新的物种。
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物种的特性主要由基因决定，基因是决定有机体性状的独特指令。一种生物的基因会复制给后代，因此后代与先辈有相似性。但这些指令有时候会出错，从而使下一代出现一些新特性。这种错误不同于书本中的打印错误，后者是实实在在的错误，而基因代码的错误，或者称为“基因变异”，有时候反而对生命体有利。如果一种生命体繁衍后代的方式是有性繁殖，而不是简单的自我复制，那么其后代之间的相似性会越来越少，而且随着时间推移，生命体产生变异的可能性会增大。
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以上概述了地球上的生命体是如何进化的，其中隐含着生命体的一种内在需求，即准确反映世界相关特性的需要。从某种角度上说，这种内在需求是进化的本质，可能有助于创造基因、DNA，甚至是生命体。
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贪婪的大脑：为何人类会无止境地寻求意义 复制复杂的化学结构与叛逆的后代
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虽然不能证明生命最初是如何产生的，但是不少关于生命起源的学说还是有价值的。不管生命最初是以何种方式产生，有一点是肯定的，就是存在大量的化学分子。这些化学分子中的小部分能够通过简单的化学反应进行自我复制（令人惊奇的是，我们确实发现了一些能进行自我复制的无生命分子，并对其加以技术利用）。
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化学分子经过几亿年随机的相互作用，活动方式更加多样化；在各种进行自我复制的化学分子中，必然存在大量可变因素。一些化学分子完成复制需要的能量和资源比其他化学分子要少。这些化学分子复制的后代，在相似程度以及适应剧烈的环境变化的能力方面比其他化学分子要强得多。
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从某种意义上说，进化的第一步就是：碰巧有一两种化学分子特别擅长复制相似性很高的后代，尽管这时还是没有出现生命形式。
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发展到这个阶段，化学分子的数量很可能会剧减：低效率的非生命体复制因子在争夺资源的竞争中失败，然后消失；而优秀的复制因子处于支配地位。接着新的竞争就在这些优秀的幸存者中展开。即使在这个生命形式还没有出现的早期，为争夺能源和化学成分而展开的激烈斗争也是一种进化过程，因为这种斗争具备了进化的主要因素——为有限的资源而激烈竞争。表面上看，是不同的化学物质在竞争；但从本质上讲，却是关于如何保存自身并进行复制的各种“想法”在竞争，这点可以从这些原初生物（proto-creatures）的化学信息中得到体现。
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比如，在附近没有任何钾元素的情况下，想要成为一个依赖钾元素进行复制的优秀的复制因子，这种“想法”就是“糟糕的想法”。如果一种物质身处一片漆黑之中，却需要阳光来保存自身，这种需求是毫无意义的。同样，在能量稀少的情况下，需要大量能量才能进行复制的化学成分是没有存在意义的，尤其在周围还有很多竞争者的情况下，生存就更加不可能了。进化初期以数量的多少来衡量成功与否，这是由于必须保存那些准确反映周围环境的化学成分。这些化学成分了解可以获取的资源类型，以及从周围环境汲取能量的最佳方式；清楚怎样的环境变化会危害化学反应，从而需要提早防范；等等。
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需要说明的是，我并不是说除了人类以外的其他有机体具有任何形式的意识，我用“信念”、“想法”这样的词汇只是为了表达方便，用来描述那些能够内在反映一定信息的生物，但并不表示这些生物具有意识。
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在这场前生命体（pre-life）的“军备竞赛”中，有关周围环境的“微信念”（micro-beliefs）储存在具有自我复制功能的化学物质中，这些“微信念”对生存至关重要。这些化学物质在竞争中占有优势，因为它们能更准确地反映环境，承载着更为重要的信息。事实上，生命可能从简单的非生命体进化而来的一个关键是：非生命体不能产生复杂的物质结构，或者说不能进行大量的信息储存，而这些对生命体来说是很简单的。
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举一个简单的例子。假设有三个原始的复制体——爱丽斯、贝丝和克莱尔，她们都处在一个活火山口附近。爱丽斯储存的信息是：这个地点恰好有着无限的资源（可能是因为爱丽斯与石墙产生某种强烈化学反应）。当这个火山口处于休眠状态时，爱丽斯就分解消亡了，没能进行任何复制。贝丝的化学构成使其产生如下“想法”：资源分布在好几个地方（可能是因为贝丝与石墙产生的化学反应由于缺乏足够的热量变得微弱，后来碰巧旁边出现一块灼热的岩石而使化学反应又增强）。当这个火山口处于休眠状态时，由于缺乏热量，贝丝游离这块岩石，漫无目的地漂移，直到撞上另一块灼热的岩石，与之发生化学反应并附到岩石表层。贝丝再次接近热量和其他资源，这使她能够进行一些自我复制。但当这块岩石也不再有热量，而附近又没有其他火山口，贝丝也分解消亡了。从某种意义上说，与爱丽斯相比，贝丝的化学结构能够使其获取更为准确的有关能源地点的外部数据。爱丽斯的化学“信念”是“只有这个地方有资源”，而贝丝的“概念”是“任何一块灼热的岩石都有资源”。克莱尔的物质结构反映的信息是“有热量就有资源，与所处的位置无关”（由于受最近发热源的吸引，加上化学感应，克莱尔才得到这个信息——也许对非生命体来说，这种行为过于复杂了）。所以克莱尔的化学构成使其能够获得有关热量的最准确的信息，这使她和她的后代具备了独特的优势。克莱尔跟着贝丝到了第二个火山口，当这个火山口进入休眠状态时，贝丝就消亡了，而克莱尔却直接游向最近的发热源。随着时间推移，在应对周围环境——不时喷发的危险的火山口——的过程中，唯一存活下来的将是克莱尔这种化学结构。
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