我们可能是外星球移民来的吗?

作者:华体会官网发布时间:2022-04-01 11:21

本文摘要:个体是什么?在五亿年前的埃迪卡拉纪(Ediacaran Period)*,超现实的生物世界占据着海底。这些奇特的软体动物具有不切合想象的物理形态:絮纹的黑点,罗纹的圆盘,分段的管体,朝上的铃铛状,锥形的纺锤,和细长的圆锥体。惋惜的是,这些精妙的生物生存四千年后灭绝了,没有留下子女,只有化石痕迹。 这些大型多细胞生物是如何发育、饮食、繁殖的?是以单一的生物体、还是群落的形式存在,就像僧帽水母?

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个体是什么?在五亿年前的埃迪卡拉纪(Ediacaran Period)*,超现实的生物世界占据着海底。这些奇特的软体动物具有不切合想象的物理形态:絮纹的黑点,罗纹的圆盘,分段的管体,朝上的铃铛状,锥形的纺锤,和细长的圆锥体。惋惜的是,这些精妙的生物生存四千年后灭绝了,没有留下子女,只有化石痕迹。

这些大型多细胞生物是如何发育、饮食、繁殖的?是以单一的生物体、还是群落的形式存在,就像僧帽水母?*译者注埃迪卡拉纪(Ediacaran Period),又称艾迪卡拉纪、震旦纪,是元古宙最后的一段时期。一般指6.35—5.41亿年前。-化石痕迹-这也牵扯到了一个生物哲学问题 :什么是个体?地球生物种类千变万化——病毒靠依赖在宿主细胞身上复制自身;细菌之间可以共享、交流基因;高阶物种的杂交纪律可以极其庞大;黏菌密度低的时候像是单细胞生物,但聚集在一起甚至可以找到人造迷宫的最短路径;工蚁和工蜂是高度社会化群体里的非生殖成员,它们不具备高等生物的智慧,但蚁巢庞大且有序的分工信息网络代代相传;地衣是真菌和藻类或蓝细菌的共生复合物,奇特的互助关系让它们看上去像单一有机体一般运作;人类所包罗的细菌细胞也至少与体细胞一样多,成为“共生总体”,例如肠道微生物与我们的发育、生理和生存有精密的联系...... 物种之间和差别物种可以相互依存,多样层级和规模的共生现象让人们开始思考个体与界限的划分问题。

埃克塞特大学科学哲学家及生命科学研究中心主任约翰·杜普雷(John Dupré)认为,区分个体的任务并不容易。“有时候它们联系得如此精密,以至于不知道是应该以一个单元、两个单元、还是一群来举行讨论。”麦吉尔大学的博士后研究员麦克斯韦·拉姆斯特德(Maxwell Ramstead)说:“现在我们对‘个体’的认知和‘堆’很是相近。

如果这里有一堆沙子,你会直观地知道这是一堆沙子。但‘堆’并不是一个精准的观点,这不像是拨出来不多不少正好13粒谷物,而是从一个荟萃到一个‘堆’。”怎么可以更好地划分生物单元呢?再者,如何可以在不依靠细胞膜等特征的情况下识别个体?历程 > 物质在界说生物个体时,学者一般倾向于可以视察和丈量到的证据。细胞以膜为界,动物以皮肤为界,我们可以对DNA举行测序,并在这些序列中划分基因。

但这不是视察生物的唯一方法——也不是最好的方法。圣塔菲研究所的进化理论家兼总裁大卫·克拉考尔(David Krakauer)努力寻求发现一种更切合自然、更客观的方法去识别生物单元。他认为:“如果达尔文是一名微生物学家,我们将拥有完全差别的进化论,即纷歧定会从优胜劣汰的生存规则开始。

”-David Krakauer-圣达菲研究所的团体现象研究专家杰西卡·弗拉克(Jessica Flack)与克拉考尔举行了十年的互助,希望能找到弗拉克所希望的“越发开放、基础的界说。他们认为,个体是稳定地随着时间生长而变化的事物。

因而,不应该单纯以空间维度来思考“个体”,而应该以时间维度来思量。其实,这样界说也并非全新。在1800年月初期,法国动物学家乔治·居维叶(Georges Cuvier)将生命形貌为一个漩涡:“无论是否迅速,是否庞大,漩涡的旋转偏向是稳定的,而且它总是陪同着种类相似的分子,分子总是不停进入其中,不停脱离。

因此,活体的‘形式’比它的‘物质’更重要。”许多哲学家和生物学家都接纳了这种“历程看法”,即生物和其他生物系统不是以牢固的物体或物质存在,而是像河流一样流动似地与其他分子保持关系。差别梯度的个体弗拉克,克拉考尔与马克斯·普朗克数学科学学院的尼哈特·奥伊(Nihat Ay)也认为,个体是一个“保留时间完整性”的荟萃体,在一定时间内可以流传靠近最大值的信息量。他们在三月《生物科学理论》揭晓的论文《The information theory of individuality》得出以下三个理论:1)个体可以存在于从亚细胞到社会任何生物组织水平;2)个体可以嵌套,即一单元个体可以存在于另一个的内部;3)个体存在于一个一连体上,我们可以对这个实体举行量化(这个理论是最新的,虽然也是最反直觉的)。

只管未到场这项事情,圣塔菲研究所的物理生物学家克里斯·肯佩斯(Chris Kempes)认为,对生物学举行量化而不是单纯分类的思路很值得被借鉴,至少它可以应对庞大的界说类问题:病毒是否存活?如何被称之为存活?是否存在着个体?有几多个体? 基于生物信息流的梯度,圣塔菲团队区分出了三种梯度的个体。第一种是生物个体形式(organismal individuality),虽然受情况影响但具有强烈的自我组织性,险些所有关于个体界说的信息都是基于外部和个体的先前状态。

第二种个体是群体形式的(colonial individuality),它的内部和外部因素之间的关系更庞大。在这个分类下的个体可能会有像蚁群或蜘蛛网似的漫衍式系统,部门组织结构受到情况影响,但依然也维持自己的一些特性。第三种类型完全由情况驱动(environmental determination),克拉考尔认为:“如果去掉情况带给个体的影响,这个‘实体’将会直接瓦解。” 他增补道,地球上最早泛起的生物可能就是如此。

-三种梯度的个体-“个体信息论”提供了一种思考生物单元的通用方法,在这个理论中,个体可以是细胞、组织、生物体、群体地、公司、政治机构、网络小组、人工智能、都会——甚至思想和理论。研究人员希望这个理论可以引发出一些能“从地面提取出量化信息,从情况提取生物体”的算法,未来可以被用于体现个体泛起的信息。弗拉克说:“这种个体是我们从未思量过的观点,因为它‘不切合我们对个体的直觉’,也不切合我们熟悉空间中的怀抱单元和功效漫衍。

”如何维持个体自界说的界限不外,麦吉尔大学的拉姆斯特德并不认同弗拉克和克拉考尔的看法,因为他们的方法并没有思量个体是如何维持自界说的界限,两位学者的界说还需要一些分外的工具:将生物实体和和非生物实体(如飓风)离开的方式。只管他同意圣塔菲小组最初的假设以及他们对信息论的使用,但前两位学者的界说还需要一些分外的工具:基于信息流将生物实体和和非生物实体(如飓风)离开的方式。

“生物体不只是个体,它还可以获得关于其个体的信息。” 也就是说,弗拉克和克拉考尔的理论并不能让生物体被“相识”。拉姆斯特德与伦敦大学学院的神经科学家卡尔·弗里斯顿(Karl Friston)互助,围绕着弗里斯顿关于生物自组的“自由能量理论”提出了另一种设想。

“自由能量理论”认为,任何自组系统都市生成对情况的预测,并减小这些预测的误差。对于生物体,这意味着它们会凭据预测,不停权衡感官和直觉体验。

拉姆斯特德认为,这种思路和弗拉克与克拉考尔的形式主义想法是兼容的,只是在生物体该如何保持其个体的解释上有些局限。“你可以从字面上,将生物体解释为对情况结构的推测。

”随着时间生长,为了保持这些预期的完整性,生物体将会把自己界说为不属于情况的个体。古代分型形式埃塞克斯大学研究员珍妮弗·霍亚尔·卡特希尔(Jennifer Hoyal Cuthill)研究了埃迪卡拉纪时期蓬勃生长的生物体,她说:“研究远古时期的化石和生命形式,难度与在地球上研究地外生物学相当。所以,我们才面临着识别个体这样实际的问题。

” 做研究的历程,卡特希尔和同事们也生长出了和弗拉克、克拉考尔相关的解决思路,强调信息在时间上的连续。以霍亚尔·卡特希尔最近对脉形类(Rangeomorph)的研究为例,它们像蕨类植物一样可以长到六英尺高,其分枝状叶从附着在海底的中央茎放射出去。早期的研究经常切脉形类和海笔(sea pen)这种类似于羽毛笔的、更为人熟知的无脊椎动物划分到一起。海笔是一种群体生物,即一种由有触手的珊瑚虫组成的聚团体,基于它们的结构,科学家们以为这两种生物类似。

直到10年前,研究人员才发现,特定的生长法式是可以在单个个体中发生脉形类的形状的。使用信息论的原理,脉形类被直接归类为群体生物并不合适。正如树干上的年轮可以记载植物生长历程,脉形类生长史也记载了其发展周边的信息情况,例如有机碳在周边海水地域的扩散信息。

通过研究这些信息的持久性,霍亚尔·卡特希尔和她的同事研究发现,外部情况是它们发育的基础,也深刻影响了它们的巨细和形状——内部和外部气力的平衡使它们成为连贯的生物体,绝对非圣塔菲团队所界说的群体生物。对于从理论和实践中使用结构化信息流来结构自然界的方式,霍亚尔·卡特希尔认为:“这些思想和看法的开始会将成为生物学新领域的奠基基础。”上世纪的生物学也许是物质的生物学,但二十一世纪的生物学会更偏重对于历程的研究。

本文参考自Quanta Magazine,已按其要求对全文做摘录。如欲阅读全文,请登录Quanta Magazine的官方网站。封面:Tyler Larsen编译:陈滢荧|审校:tangcubibi编辑:Leon|排版:平原。


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