這是在厄瓜多爾加拉帕戈斯群島的圣克魯斯島上拍攝的藍腳鰹鳥和海鬣蜥。由于動植物種類極其豐富，加拉帕戈斯群島有“活的生物進化博物館和陳列室”之稱。

　　一篇描述“缺失的自然法則”的論文，帶領人們首次認識到自然世界運作中的一個重要法則。

　　從本質(zhì)上講，新法則指出復雜的自然系統(tǒng)會演變成更加模式化、多樣性和復雜性的狀態(tài)。換句話說，進化不僅限于地球上的生命，它也發(fā)生在其他大規(guī)模復雜的系統(tǒng)中，從行星和恒星到原子、礦物等等。

　　這篇論文發(fā)表于最新一期《美國國家科學院院刊》，由包括來自卡內(nèi)基科學研究所、加州理工學院、康奈爾大學和科羅拉多大學的頂尖科學家撰寫。合著者代表了獨特的多學科結(jié)構：三位科學哲學家、兩位天體生物學家、一位數(shù)據(jù)科學家、一位礦物學家和一位理論物理學家。

　　需要什么契機，系統(tǒng)才會進化

　　人們熟悉的宏觀自然法則，描述和解釋了自然界中日常經(jīng)歷的現(xiàn)象。像力和運動、重力、電磁力、能量相關的自然法則，早在 150 多年前就已被描述。

　　新研究則對其進行了補充，它承認進化是自然世界復雜系統(tǒng)的共同特征的宏觀法則，其特征如下：它們由許多不同的成分組成，例如原子、分子或細胞，可反復排列和重新排列;受到自然過程的影響，導致形成無數(shù)不同的排列;所有這些配置中只有一小部分能在“功能選擇”的過程中幸存下來。

　　但無論系統(tǒng)是有生命的還是無生命的，當一種新穎的配置運行良好并且功能得到改進時，就會發(fā)生進化。

　　論文提出的“功能信息增加定律”指出，如果系統(tǒng)的許多不同配置經(jīng)歷了一種或多種功能的選擇，系統(tǒng)就會進化。就生物學而言，達爾文將功能主要等同于生存，活得足夠長以產(chǎn)生可育后代的能力。

　　這項新研究擴展了這一觀點，并指出自然界中至少存在 3 種功能——最基本的功能是穩(wěn)定性，選擇原子或分子的穩(wěn)定排列來延續(xù);同樣還有選擇持續(xù)存在的、具有持續(xù)能源供應的動態(tài)性;而最有趣的功能是“新穎性”，不斷發(fā)展的、探索新配置的趨勢，有時會導致令人驚訝的新行為或特征。

　　天上地下，同樣神奇

　　生命的進化史充滿了新奇之處。當單細胞學會利用光能時，光合作用進化了;當細胞學會合作時，多細胞生命進化了;物種進化正是得益于游泳、行走、飛行和思考等有利的新行為。

　　同樣的演變其實也發(fā)生在礦物王國中。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，這些礦物參與了生命的起源。生命的進化和礦物質(zhì)是交織在一起的，因為生命利用礦物質(zhì)來制造貝殼、牙齒和骨骼。

　　事實上，由于 45 億年來更加復雜的物理、化學和最終的生物過程，地球上的礦物由太陽系誕生之初的只有約 20 種，發(fā)展到如今已知礦物數(shù)量接近 6000 種。

　　除了腳下的礦物，還有天上的繁星。論文指出，就恒星而言只有兩種主要元素——氫和氦，在大爆炸后不久形成了第一批恒星。那些最早的恒星使用氫和氦來制造大約 20 種較重的化學元素。下一代恒星以這種多樣性為基礎，產(chǎn)生了 100 種以上的元素。

　　研究人員表示，達爾文雄辯地闡明了植物和動物通過自然選擇進化的方式，個體具有許多變異和特征以及許多不同的配置。但達爾文理論只是更大的自然現(xiàn)象中一個非常特殊、非常重要的例子。功能選擇驅(qū)動進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。

　　新論文從最廣泛的意義上考慮進化論。這也意味著，宇宙會用原子、分子、細胞等產(chǎn)生新穎組合，那些穩(wěn)定且可繼續(xù)產(chǎn)生更多新奇事物的組合也將繼續(xù)進化。

　　總而言之，進化無處不在。

　　進化，不是生物學所特有的

　　這一新研究通過理解過去，開辟了未來的研究。美國西雅圖系統(tǒng)生物學研究所斯圖爾特·考夫曼評論說，這是一篇出色的、大膽的、廣泛的、變革性的文章，作者正在探討不斷演化的宇宙復雜性豐富這一根本問題，目的是尋找與已知法則相一致的“缺失法則”。人們對這些想法的觸碰，就像 19 世紀中葉人們開始理解能量和熵一樣，現(xiàn)在進行公開的廣泛討論至關重要。

　　英國牛津大學人類未來研究所的米蘭·瑟科維奇表示，新研究就像一陣新鮮空氣吹過天體生物學、系統(tǒng)科學和進化論三重交匯處的困難地形。其中心思想，即“功能信息增加定律”的表述，簡單、微妙但意義非凡。

　　美國羅格斯大學海洋與海岸科學系科黛·塞爾登認為，人類今天所認識的自然法則，還無法解釋人類宇宙的一個令人震驚的特征——自然系統(tǒng)“進化”的傾向。正如這項研究所證明的那樣，復雜性和功能隨著時間的推移而增加的趨勢，并不是生物學所特有的，而是在整個宇宙中觀察到的一個基本屬性。新研究提煉出的一套原則，為不斷發(fā)展的系統(tǒng)的跨學科討論奠定了基礎，將促進對自然世界中自組織和新興復雜性的研究。